3.4  本章小结 15

第四章  掺氮泡沫碳/NiCo2S4、MnCo2S4电极材料电化学性能分析 17

4.1  循环伏安测试分析  17

4.2  恒电流充放电测试分析  18

4.3  循环稳定性分析  18

4.4  电化学阻抗测试分析  19

4.5  本章小结  19

结论  21

致谢  22

参考文献 23

第一章  绪论

1.1  引言

    进入21世纪以来，世界范围内进行了一场以电子信息为主题的。在这次被誉为第三次工业中，电子技术得到了空前的发展。特别是近几年，电子产品已经进入到可穿戴领域[1]，并逐步地被大众青睐。在电子产品的更新换代中，材料的研究应用已经变得愈发地重要。近几年，超级电容器的研究进入到一个关键的时间点，各类研究成果相继研发成功并运用。石墨烯在被发现之初就受到了科技工作者的关注和重视，其拥有优异的光学、热学性能[2]，极低的电阻率，良好的机械性能，高的比表面积。但是二维石墨烯极其不稳定，容易发生团聚现象，使得一系列的化学、物理性能大大减弱或者完全消失。在这个基础上，科技工作者又利用组装的方法将二维石墨烯进行组装，成为全新的三维石墨烯。其在化学、物理和热学方面依旧保持良好的性能，还拥有了高的孔隙率。三维石墨烯在性能稳定性方面较二维石墨烯有了很高的提升，基本满足了其作为超级电容器电极材料的要求。三维石墨烯的特点使得其在实际应用中取得了很大的成功，不过由于三维石墨烯在制作方法和成本方面还有很大的局限性，不能在现代工业中大规模应用，一般只限于实验室阶段。

    仿照这一特点，本文利用市售的三聚氰胺泡沫进行高温碳化，得到掺氮泡沫碳。在结构上，掺氮泡沫碳有很高的表面积和孔隙率，和三维石墨烯有很多相似的地方。除了这一点，掺氮泡沫碳还有一定的弹性，满足制作柔性电子器件的要求。

1.2  碳材料的简述

    碳材料在科学研究领域十分活跃，从上个世纪发现的富勒烯、碳纳米管到2004年才由英国科学家Geim和Novoselov利用机械剥离法[3]成功制得石墨烯，这些都是碳家族中的明星产品，在科学研究领域中被广泛研究。

    碳本身就有极高的电导率，导电性能极佳，电化学反应活性位也高，所以可以实现能量的集中储存和电能的高质量传输。碳材料之所以能在电化学中大量应用，有以下几点原因：1）碳材料容易搭建起三维网状结构，形成稳定的电子和离子运输界面，三维网状空隙方便电解质离子快速通过，提高反应速率；2）碳材料有可观的比表面积，在这些与外界接触的界面上可以生长足够多的活性物质，活性物质的团聚现象也可以得到有效控制；3）碳材料本身就可以充当电极材料，储存能量；4）碳材料的物理性质优异，有良好的韧性和可造型，可以打造成韧性电极材料。它们当中已经有很多产品被应用到实际工业品中去。在这些明星产品中，石墨烯的发现对于碳材料的发展有更大的促进作用。石墨烯——一种新型的二维原子晶体，厚度只有0.3354 nm，是目前世界上发现最薄的材料[4]。石墨烯具有很多独特的性能，拉伸强度可达130 GPa；载流子迁移率高达15000-25000 cm2 Vs-1；热导率达5000 W mK-1，是金刚石的3倍[5]；还具有超高的理论比表面积，达2630 m2 g-1[2,6]。此外，电子穿过石墨烯几乎没有任何阻力，产生的热量少，导电效率高，所以石墨烯是导电材料性能最好的材料[2]。正是这些优异的电学、热学和机械性能，还有高的比表面积，使其得到很多领域研究者的重视，如环境工程，材料工程和新能源领域等。而常用的制备石墨烯的方法有机械剥离[7]、氧化还原法[8]、化学气相沉积法[9]、外延生长法[10]及电化学方法等[11]。利用这些方法，可以制备出符合实验要求的纳米石墨烯，其石墨烯层数一般在3～10层。氧化石墨烯是其衍生物，结构上上有羟基、羧基等亲水性基团，可以进行化学修饰。目前常用的制备氧化石墨的方法主要有Brodie法[11]、Staudenmaier法[12]和Hummers法[13]。 高弹性掺氮泡沫碳/纳米FeS电容材料的制备及储能研究(2):http://www.chuibin.com/cailiao/lunwen_205402.html