【摘要】：隨著經(jīng)濟和科技的發(fā)展,人們對電子設(shè)備的要求越來越高,多功能化、小型化成為儲能裝置的發(fā)展趨勢。平面微型超級電容器的儲能能力強,瞬時功率大,且可作為功率源與微/納米級電子器件集成,因此成為研究熱點。而石墨烯具有結(jié)構(gòu)薄、導(dǎo)電性高、比表面積高、比電容高等優(yōu)點,所以在微型超級電容器電極材料這個領(lǐng)域,石墨烯有著廣闊的應(yīng)用前景。本文采用化學(xué)氣相沉積法制備出石墨烯薄膜,再通過化學(xué)反應(yīng)將其轉(zhuǎn)移至硅襯底表面。通過對比不同生長溫度、不同生長時間下所制備石墨烯薄膜的質(zhì)量和電學(xué)性能,可知在生長溫度為1000℃,生長時間為30min時,所制備的石墨烯薄膜質(zhì)量較好,方阻為1.836kΩ/sq。本文采用石墨烯薄膜作為平面片上電極材料,利用光刻、濺射等工藝制備出平面片上微型超級電容器。器件面積一定,電極寬度與電極間隙比值為3:1,通過對比不同電極寬度(150μm、210μm、240μm)的超級電容器循環(huán)伏安測試結(jié)果,發(fā)現(xiàn)隨著電極寬度變窄,離子間傳輸距離縮短,平面片上微型超級電容器的比電容、能量密度和功率密度在不斷增加,因此電極寬度更窄的平面片上微型超級電容器的性能更好。對電極寬度為150μm器件進行測試,當(dāng)掃速為0.1Vs~(-1)時,面電容與能量密度分別為3.155μFcm~(-2)和3.505mWhcm~(-3);對其循環(huán)充放電2500次,電容器穩(wěn)定性高達93.8%。進而對電極寬度為10μm量級的平面片上微型超級電容器進行探究,制備了電極寬度為30μm,電極間隙為10μm的平面片上微型超級電容器。對其進行測試,當(dāng)掃速為0.01Vs~(-1)時,器件的面電容、體電容和能量密度分別為20.160μFcm~(-2)、161.278Fcm~(-3)和2.400mWhcm~(-3);當(dāng)掃速為1Vs~(-1)時,功率密度為28.455Wcm~(-3),效率超過50%放電最短時間為0.681ms。
【圖文】：

哈爾濱理工大學(xué)理學(xué)碩士學(xué)位論文用碳纖維作為電極基底，采用墨水納米碳層當(dāng)作活面電容為 11.9 至 19.5mFcm-2[19]。世界上已知的最薄、最輕、強度最高的材料，一經(jīng)之最，引發(fā)了科學(xué)家研究的狂潮。石墨烯是由單的二維材料，厚度可薄至一個原子，其結(jié)構(gòu)如圖 使得石墨烯擁有強度高、韌性好、可拉伸彎曲等優(yōu)異表現(xiàn)，離子遷移率可以達到 15000cm2 V-1 s-1，論比容值高達 550Fg-1[20]。同時，對于石墨烯的加工片大面積的石墨烯上集成多個半導(dǎo)體器件和互聯(lián)線集成做出巨大貢獻，使得平面片上電極與電子器件。石墨烯的這些特性，使得其成為平面片上電極材法制備石墨烯的原理及研究現(xiàn)狀的介紹。

圖 1-2 氧化石墨還原法原理Fig. 1-2 Schematic of graphite oxidation reduction method3. 液相剝離法將石墨或石墨衍生物放置于有機溶劑中，采用高密度超聲波、加熱等方法得到單層或多層石墨烯溶液。2008 年，Coleman 等通過超聲剝離獲得石墨烯，同時也證明了在剝離液中會有高質(zhì)量單層和幾層石墨烯的存在。但存在單層石墨烯產(chǎn)量很低，，團聚情況嚴(yán)重等問題[26]。為解決上述問題，Knieke 等想到了高
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM53;TQ127.11;TB383.2

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本文編號：2648530