基于石墨烯-導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、石墨烯的單原子層二維碳原子晶體結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱性、超強(qiáng)的力學(xué)性質(zhì)以及巨大的比表面積，在許多高新技術(shù)領(lǐng)域，如光電子、儲(chǔ)能、催化、傳感等方面都表現(xiàn)出很好的應(yīng)用前景。另一方面，導(dǎo)電聚合物由于其獨(dú)特的導(dǎo)電性、豐富的電化學(xué)及光學(xué)性質(zhì)，引起了人們廣泛地研究興趣。本論文利用石墨烯與導(dǎo)電聚合物以不同方式復(fù)合，制備了超級(jí)電容器的電極材料和電存儲(chǔ)器的活性層材料，基于上述復(fù)合材料的原型器件表現(xiàn)出優(yōu)異的性能:
　　以水熱還原的三維石墨烯水凝膠(

2、GH)為載體，電化學(xué)共沉積聚苯胺(PANI)薄膜，通過(guò)改變沉積時(shí)間來(lái)調(diào)控PANI薄膜厚度，成功制備了一系列不同PANI含量的GH/PANI復(fù)合材料，應(yīng)用于電化學(xué)電容器。研究結(jié)果表明，沉積時(shí)間為1200s的樣品(GH/PANI1200，PANI的含量為29wt％)，綜合性能最佳。在2.2A/g的充放電速率下，GH/PANI1200的整體比電容量高達(dá)692F/g;隨著速率增大至130A/g，比電容顯示為475F/g，保持率達(dá)68％;在4A/

3、g下循環(huán)1000次，比電容損失25％。GH/PANI的電容器件在電容量、快速充放電性能和能量功率密度等方面都優(yōu)于GH。這主要?dú)w功于GH具有優(yōu)異的力學(xué)性能，三維多孔的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可作為復(fù)合體系的骨架材料，改善贗電容物質(zhì)PANI的力學(xué)性能，同時(shí)GH又結(jié)合PANI的大電容量和高能量密度，形成協(xié)同效應(yīng)，提升復(fù)合體系的綜合性能。
　　利用簡(jiǎn)單溶液共混的方法制備了十六烷基胺修飾石墨烯(GO-HDA)與聚3-己基噻吩(P3HT)的納米復(fù)合材料，并

4、通過(guò)溶液旋涂工藝得到了具有三明治結(jié)構(gòu)(ITO//GO-HAD/P3HT//Al)的電雙穩(wěn)存儲(chǔ)器件。該器件顯示出典型的雙穩(wěn)態(tài)電開關(guān)性能和非易失、可重寫的存儲(chǔ)效應(yīng)。研究結(jié)果顯示，開啟電壓為1.5V時(shí)，ON/OFF態(tài)的電流比達(dá)到了105;大氣環(huán)境下，該復(fù)合材料的電存儲(chǔ)器件無(wú)論是ON態(tài)還是OFF態(tài)，在1V（讀取電壓）的恒定電壓或連續(xù)脈沖電壓下，都能夠保持穩(wěn)定狀態(tài)。通過(guò)對(duì)雙穩(wěn)態(tài)下的電流傳輸模式進(jìn)行分析，推斷出該復(fù)合材料的電開關(guān)機(jī)制為P3HT和GO