1. 研究目的与意义
随着便携式、甚至是可穿戴式电子设备（如电子书、柔性显示器、柔性生物传感和可植入式多媒体设备）的快速发展[1]，越来越多的研究者关注起了柔性、轻质、高效且机械强度高的储能器件。柔性储能器件主要包括柔性锂离子电池和柔性超级电容器。作为一种新型的电能存储器件，相比于传统的平行板电容器，柔性超级电容器具有更高的能量密度（即能存储更多的能量）；相比于柔性锂离子电池，柔性超级电容器具有更高的能量密度[2]以及更高的功率密度。而且超级电容器可以在数秒内完成充放电过程，在连续充放电循环成千上万次后，超级电容器仍然能够维持其储能性能[3,4]，这样迅速的充放电过程和超长的循环寿命都是锂离子电池无法比拟的。
超级电容器的电极材料主要是金属，因金属材料本身不具有柔性，一般通过降低金属层厚度以及设计波纹结构等策略实现其在柔性器件中的应用[10]，其加工程序复杂，且成本较高。而以碳纳米管和石墨烯为代表的纳米碳材料兼具良好的柔性和优异的导电性，且具有化学稳定、热稳定、光学透明性等优点[5]，在柔性导电材料领域展现了极大的应用潜力。纤维是日常生活中最常见的一种柔性材料，如果能够把超级电容器做成纤维状，就能够满足电子设备柔性和可穿戴的需求。在大多数情况下，纤维状超级电容器是由纤维状电极材料组装成的，而碳基纤维由于具有优异的柔性、质轻以及高的比表面积的特点，成为了重要的电极材料，主要包括碳纤维、碳纳米管纤维和石墨烯纤维[9]。石墨烯纤维是由石墨烯纳米片互相堆积形成的一维材料，它继承了石墨烯的很多优异性能，如显著的机械和电学性能，因此石墨烯纤维非常有希望作为柔性超级电容器的电极材料。目前，研究者们投入了大量精力研究出了多种制备石墨烯纤维的方法。然而，由于石墨烯片层之间较强的 π-π 相互作用，在石墨烯纤维的制备过程中，石墨烯片层之间不可避免的会产生团聚和堆积[6]，从而产生非常致密的类石墨结构，这种结构导致石墨烯纤维失去了单层石墨烯好的柔性和较大的比表面积等优异性能。同时还会减小电解液离子在快速吸附-脱吸附过程中可接触到的表面，增加电解液离子的扩散阻力，因此降低了石墨烯纤维的比电容和倍率性，限制了纯石墨烯纤维在超级电容器方面的应用[7]。
导电高分子具有低成本、低环境影响、高电导率、高电势窗口和高的理论容量， 因此适合作为超级电容器的电极材料。目前研究最多的导电高分子主要有聚苯胺（pani）、聚吡咯（ppy）和聚噻吩（pth）及它们的衍生物等[1]。导电高分子通过氧化还原反应储存能量，当发生氧化时，电解液离子转移到聚合物的骨架中；当发生还原时离子又从骨架中释放到电解液中。这些氧化还原反应发生在导电高分子的整个材料里，不只是发生在材料的表面。因为整个充放电过程不涉及材料结构的改变，因此反应是高度可逆的。但是在嵌入和脱嵌的过程中，导电高分子的体积会产生膨胀和收缩，导致电化学性能下降，循环稳定性差，因此限制了导电高分子作为超级电容器的电极材料。
2. 研究内容和预期目标
(1)石墨烯纤维的制备
(2)聚噻吩/石墨烯杂化纤维的制备及性能测试（电导率、强度、比表面积、SEM）
(3)固态超级电容器的构建及电化学性能测试（CV、GCD、EIS、柔性）3. 研究的方法与步骤
(1)石墨烯纤维的制备
采用改进的hummers法制备氧化石墨烯，经水洗后，配制氧化石墨烯纺丝液，从纺丝毛细管中挤出，经空气层后进入凝固浴凝固成胶体纤维，干燥后经过还原制得石墨烯纤维。
采用改进的hummers法制备氧化石墨烯的具体步骤：将 12 g 石墨和 6 g nano3 加入 350 ml 浓硫酸中，冰水浴冷却至 0 ℃，机械搅拌均匀后缓慢加入 72 g kmno4，加入速度以保持反应温度低于 20 ℃为准，继续搅拌 2 h 后升温到 35℃ 氧化 6 小时。缓慢添加 550 ml 去离子水稀释，然后升温至 98 ℃保温 10 min，水浴冷却至室温，继续添加 1600 ml去离子水稀释，搅拌下添加 30 wt %双氧水，直到没有气泡产生为止。将所得亮黄色产物转移到离心管中在 8000 rpm 下进行离心，收集并合并沉淀物。使用 10 %稀盐酸洗涤沉淀，继续离心，然后用无水乙醇洗涤 3 遍。最后在 40 ℃真空烘箱中干燥 24 小时，得到棕黄色氧化石墨粉末。
4. 参考文献
[1] 麻伍军.石墨烯杂化纤维及其柔性超级电容器研究[d].东华大学,2016.
[2] 叶星柯.周乾隆.万中全.贾春阳.柔性超级电容器电极材料与器件研究进展[j].化学通报,2017,80(01):10-33 76.
[3] jost k.; dion g.; gogotsi y. textile energystorage in perspective[j]. journal of materials chemistry a, 2014, 2(28):10776.
5. 计划与进度安排
（1）第一、二周：在查阅文献资料的基础上，写出开题报告。
（2）第三周到四周：石墨烯纤维的制备
第五周到六周：聚噻吩/石墨烯杂化纤维的制备
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