透明导电薄膜(Ⅳ):石墨烯透明导电薄膜

石墨烯透明导电薄膜具有十分优异的光学、热学、电学和力学性能,在未来的柔性光电子器件中具有明显的优势.本文详细阐述石墨烯的结构及性质,综述以PET为衬底的TiN/石墨烯/PET薄膜、ZnO/石墨烯/PET薄膜、GaN/石墨烯/PET薄膜,以PI为衬底的PI/石墨烯/ZnO复合薄膜和石墨烯/Ag纳米线薄膜的研究进展,并概述石墨烯透明导电薄膜的应用领域.     

NCM-碳纤维柔性超级电容器电极的制备及其电容性能

为提升超级电容器的电容性能,以柔性碳纤维为基底,以Ni、Co、Mn(NCM)三元金属氧化物为活性物质,制备得到NCM-碳纤维柔性超级电容器电极材料,通过改变实验参数,优化其形貌和性能.实验结果表明:NCM三元氧化物中Ni的含量能够极大地影响其形貌和电容性能,主要表现为随着Ni含量的增加,NCM三元氧化物由稀疏分布的片状结构逐步变为密集阵列分布的纳米线,纳米线直径很小,仅10 nm左右;NCM-碳纤维复合电极材料的比电容则随着Ni含量的增加而增加,最大可达720 F/g.当Ni、Co、Mn和O的物质的量比为3∶2∶2∶4时,NCM三元氧化物电化学性能最优,不但具有较大的比电容(662 F/g),且经2 000次循环后仍保有初始比电容的96.7%,说明电容器具有极好的循环稳定性.     

银纳米线/石墨烯复合薄膜的制备及其透明导电性能

研究了不同浓度银纳米线对单层石墨烯薄膜的透明性和导电性的影响.紫外-可见漫反射光谱表明,银纳米线/石墨烯复合薄膜的透光率达到85.60%;四探针电阻测试仪表明,银纳米线/石墨烯复合薄膜的方块电阻为0.210 kΩ.     

聚苯胺纳米纤维@还原氧化石墨烯纳米卷复合材料的制备及其在超级电容器中的应用

针对聚苯胺作为赝电容超级电容器电极材料时存在循环稳定性差的问题,设计利用还原氧化石墨烯纳米卷包裹聚苯胺纳米纤维.采用高沸点有机溶剂辅助冷冻干燥法制备了聚苯胺纳米纤维@还原氧化石墨烯纳米卷复合材料,利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、能谱分析仪、傅里叶变换红外光谱以及X-射线衍射等对该复合材料的形貌、组成和结构进行表征,并采用循环伏安、恒流充放电、电化学阻抗等方法对其电容性能进行研究.结果表明,利用高沸点有机溶剂辅助冷冻干燥法能够成功将聚苯胺纳米纤维包裹进氧化石墨烯纳米卷中,最终将氧化石墨烯还原后得到聚苯胺纳米纤维@还原氧化石墨烯纳米卷复合材料;该复合材料经过5 000次循环充放电后电容量保持率达到75%;当复合材料中的聚苯胺纳米纤维质量分数为67%时,该复合材料在2.2A/g的电流密度下,质量比电容达到639F/g,表现出优异的电容性能.     

碳纳米管膜/MnO_2柔性电极材料的制备及其电容性能

为了制备性能优异的柔性超级电容器电极材料,以横向网络状分布的柔性碳纳米管薄膜为基底,通过与二氧化锰的复合,制备出碳纳米管膜/MnO_2柔性超级电容器电极材料.分别利用扫描电镜、透射电镜、拉曼光谱、X线光电子能谱、恒电流充放电和循环稳定性等测试表征材料的形貌、结构和电容性能.结果表明:碳纳米管膜/MnO_2复合材料的比电容最高可达297 F/g,且碳纳米管膜/MnO_2柔性电极材料在比电容大于200 F/g时依然拥有优良的循环稳定性.     

泡沫铜负载氧化铜/钴锰氢氧化物复合纳米线阵列的制备及其电化学性能

以泡沫铜为基体,采用简单的热氧化和恒压电沉积两步法在基体表面生长分级结构的氧化铜(CuxO)/钴锰层状双金属氢氧化物(Co-Mn LDH)复合纳米线阵列。对制得的复合材料的结构及形貌进行了表征,并研究了其电化学性能。结果表明:在泡沫铜基体上生长了长度约为5~10μm,直径约为50nm的纳米线阵列。复合纳米线阵列作为超级电容器电极材料在1A/g的电流密度下,其比电容达305.0F/g;当电流密度增大至10A/g时,比电容保持率仍达到70.7%。在1A/g的电流密度下,复合电极材料经2 000次充放电循环后,仍有80.4%的比电容保持率。     

超薄石墨烯薄膜的制备及其超级电容器性能的研究

通过真空抽滤的方法得到了超薄的、可独立存在的还原态的氧化石墨烯薄膜(RGO)。该石墨烯薄膜表现出良好的柔性和机械强度。在三电极体系下,把石墨烯薄膜作为超级电容器电极,测试了其电化学性能,所测得的电化学曲线具有典型的双电层电容器的特点。在2mV/s的扫速下比电容值最高可以到达215.6F/g,同时石墨烯薄膜也呈现出良好的化学稳定性和循环性能。     

石墨烯基聚苯胺水凝胶的电化学性能研究

通过两步溶液自组装方法,制备了具有三维多孔网络结构的石墨烯基聚苯胺复合水凝胶(PR-x),并通过SEM、XRD、FT-IR、Raman、XPS等表征手段对样品的微观形貌和结构组成进行了表征分析.结果表明,聚苯胺均匀地负载于三维多孔石墨烯网络骨架,且能够显著抑制石墨烯的团聚现象.研究了石墨烯基聚苯胺复合水凝胶电极的电化学性能.当聚苯胺质量分数为75％,电流密度为1 A·g-1时,比电容为762.8 F·g-1;当扫描速率从5 mV·s-1增加到50 mV·s-1时,倍率保留率高达77％,经过3000次恒电流充放电后比电容保留率仍高达89.27％.该石墨烯基聚苯胺复合水凝胶电极作为超级电容器表现出优异的放电容量、倍率性能和循环稳定性,具有一定的潜在应用价值.     

PANI-CNTs复合材料的制备及其在对称型全固态超级电容器中的应用

超级电容器寿命长、安全性高,并可以实现快速充放电,是化学电源研究的热点之一。文章通过简单的化学原位聚合法将聚苯胺(polyaniline,PANI)与碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)进行复合,得到聚苯胺纳米管(PANI-CNTs)复合材料。利用场发射扫描电子显微镜(field emission scanning electron microscope, FESEM)对其形貌和结构进行表征。循环伏安(cyclic voltammetry,CV)曲线、恒电流充放电(galvanostatic charge-discharge, GCD)曲线和循环寿命测试结果表明,纳米复合电极材料在三电极体系中,电流密度为1 A/g时,比电容高达690 F/g,3 000次循环后仍保持初始电容80%,在组装成柔性器件后,保留了优异的电化学性能,并展现出卓越的柔性机械性能。     

石墨烯银纳米线透明导电薄膜的制备进展

透明导电薄膜是触摸器件以及液晶显示器等的重要组成部分,制备透明导电薄膜的材料主要有金属氧化物、导电聚合物、碳材料、金属材料和复合材料等。其中,一维银纳米线和二维石墨烯材料制备透明导电薄膜具有光电性能优异、化学性能稳定和柔韧性好等特点,有望应用于柔性电子设备中。介绍了石墨烯银纳米线透明导电薄膜常用的制备方法：旋涂法、真空抽滤法、棒涂法、喷涂法、滴涂法等5种以及各种制备方法的优缺点;总结了石墨烯银纳米线复合薄膜的应用领域;展望了石墨烯银纳米线透明导电薄膜的发展前景。     

表面活性剂软模板制备石墨烯／镍-铝层状双氢氧化物复合材料及其超级电容性能

氧化石墨经过微波辐射和高温热裂解处理得到深度还原的石墨烯。超声分散石墨烯于去离子水形成稳定的石墨烯分散液,加入硝酸镍、硝酸铝、尿素和表面活性剂软模板剂Pluronic123;采用水热法制备石墨烯／镍铝层状双金属氢氧化物复合材料;利用扫描电镜、透射电镜、X．射线衍射和红外光谱对此复合材料进行结构和形貌表征。结果表明表面活性剂的空间限制及调节作用,使之形成超薄的镍铝层状双金属氢氧化物纳米片,且均匀分散在褶皱的石墨烯纳米片上。研究了复合材料作为超级电容器电极的电化学性能。结果表明,复合材料电极的表观多相电子转移常数（k。）为0．727s～,明显高于单独的镍铝双金属氢氧化物,因此石墨烯的引入大大改善了材料的电子传导性。在1A／g的电流密度下,复合材料电极的比电容为1354．8F／g。当电流密度增加到10A／g时,循环充-放电1000次后,比电容仍保持在98．5％以上。在4kW／kg的功率密度下。其能量密度达到12．96Wh／kg。所制备的石墨烯／镍铝层状双金属氢氧化物复合材料提供了高的比电容、充-放电循环稳定性和能量密度。     

纳米叶状聚苯胺超级电容器

纳米导电聚苯胺(PANI),作为超级电容器的电极材料,有着广阔的应用前景.采用三电极体系下的恒定电流法,通过多步电化学聚合获得以导电玻璃(ITO)为基底的纳米结构导电聚苯胺薄膜.采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)对薄膜进行形貌表征.由于电极材料的纳米结构,材料的比电容在电流密度为1 A/g及10 A/g下分别为829 F/g及667 F/g.以20 A/g的电流密度对电极进行500次的恒定电流充放电测试,电极的比电容下降为95.1%,显示了较好的循环稳定性.     

花瓣状镍钴层状双金属氢氧化物微球的制备及其超级电容性能

在乙醇-水（y（乙醇）：y（水）=9：1）的反应介质中,以SiO,@A100H为硬模板,加入镍钴盐前驱体和碱源,水热法制备了花瓣状镍钴层状双金属氢氧化物微球（NiCo．LDHM）。采用扫描电子显电镜、透射电镜和电化学工作站等对此复合材料进行了表征。研究发现,该微球平均粒径约2．5μm,呈多孔结构,由厚度10nm左右纳米片自组装形成。在1A／g的电流密度下,该产物电极的比电容量达到1108．8F／g,明显优于普通镍钴层状双金属氢氧化物电极（710．5F／g）的比电容量。当电流密度增加到7A／g,比电容量为700．8F／g,恒电流充一放电l500次后比电容量仍高于94．5％,由此说明了复合材料具有优异的超级电容性能。     

电化学聚合单壁碳纳米管／聚苯胺复合物的电容特性研究

采用原位电化学聚合含有饱和单壁碳纳米管（SWNT）的苯胺（ANI）溶液来制备单壁碳纳米管／聚苯胺（SWNT／PANI）复合膜,对复合膜的表面形貌与结构性质采用扫描电子显微镜进行观察,并用循环伏安法,充放电测试,和交流阻抗测试等手段对复合膜的电化学电容特性进行详细探讨．实验结果表明,纯PANI和SWNT／PANI复合物的比电容量分别为156．5F／g,186．4F／g．由复平面阻抗谱图的最高频率点可以求出纯PANI和SWNT／PANI复合膜的内阻分别为15．8,6．7Ω．     

聚苯胺/SnO_2/氧化石墨烯复合物的制备及电容性质

采用简单的方法制备PANI/SnO2/GO复合物,利用X射线衍射仪、透射电子显微镜、红外光谱仪和热重分析仪对所得产物的结构和形貌进行表征,并利用循环伏安法、交流阻抗谱和恒电流充放电实验研究所得产物的电化学性质和电容特性.结果表明:所制备的PANI/SnO2/GO复合物具有较高的比电容,经过1 000次循环后表现出良好的稳定性.     

高电化学性能聚苯胺纳米纤维/石墨烯复合材料的合成

聚苯胺纳米纤维(PANI-F)与氧化石墨烯(GO)经组装后,进行水热反应,制备了PANI-F/rGO(还原的氧化石墨烯)复合材料.利用扫描电子显微镜(SEM),傅立叶红外光谱仪(FT-IR),X射线粉末衍射仪(XRD)对样品形貌和结构进行表征;同时,借助循环伏安(CV),恒电流充放电(GCD),交流阻抗(EIS)对样品的电化学性能进行了测试.结果表明:rGO均匀包裹在PANI-F表面,在1M H2SO4的电解液中,当电流密度为1A/g时,PANI-F比电容为378F/g,而PAGO10(PANI与GO的质量比为10∶1),比电容达517F/g;且当电流密度10 A/g时,PAGO10的比电容为356 F/g,而PANI-F的比电容仅为107F/g.     

聚苯胺基气凝胶衍生纳米碳的电化学性能研究

采用树枝状聚苯胺,长纤维聚苯胺,树枝状聚苯胺-石墨烯以及长纤维聚苯胺-氮掺杂石墨烯4种气凝胶作为前驱体,经直接碳化后获得了氮掺杂连续的纳米碳.研究了聚苯胺基气凝胶衍生纳米碳的微观形貌结构、元素组成以及电化学性能.结果表明,树枝状聚苯胺,长纤维聚苯胺,树枝状聚苯胺-石墨烯以及长纤维聚苯胺-氮掺杂石墨烯气凝胶衍生的纳米碳具有连续的多级孔结构,其比表面积分别为273.9、487.7、241.4和295.9 m2·g-1,氮的摩尔分数分别高达7.82％、9.62％、7.91％和10.17％,在0.5 A·g-1的电流密度下分别具有高达268、311、280和362 F·g-1的质量比电容,且倍率性能和循环稳定性能优异.     

Flexible free-standing polyaniline/poly(vinyl alcohol) composite electrode with good capacitance performance and shape memory behavior

The increasing demand for portable and flexible energy storage devices drives the development of flexible electrodes and electrolytes. The aim of this work is to fabricate the flexible free-standing polyaniline/poly (vinyl alcohol) (PANI/PVA) composite electrode with good capacitance performance and shape memory behavior. The electrodes were fabricated by chemical oxidation polymerization of aniline in porous PVA (P-PVA) films. The morphology, electrochemical and mechanical properties of PANI/P-PVA electrodes were studied by scanning electron microscope, cyclic voltammetry, galvanostatic charge-discharge, and tensile test etc. The results revealed that the flexible PANI/P-PVA-1 electrode had good specific capacitance of 173.86 ​mF ​cm⁻² at 1 ​mA ​cm⁻², with the capacitance retention of 70.16% after 4000 charge-discharge cycles. Besides, it had excellent heat-induced shape memory effect. The fixed shape could completely recover to its original shape within 10 ​s at 80 ​°C, which is above the glass transition temperature (75.89 ​°C) of PANI/P-PVA-1. The comparatively tensile strength (2.86 ​MPa) and high elongation at break (315.72%) indicated its outstanding flexibility. Up to 200 times folding had no effect on the electrochemical properties. The free-standing polymer electrodes with excellent comprehensive performance provide potential applications in flexible energy-storage devices, electronic encapsulation and high stretchable electric devices etc.