纳米纤纳米纤维素/石墨烯/聚苯胺纳米棒柔性线状超级电容器开题报告

 2021-08-08 03:08

1. 研究目的与意义

1.目的：本论文采用湿法纺丝制备了多种杂化纤维，对其孔结构和比表面积进行调控，得到了多孔石墨烯杂化纤维。

系统研究了其力学、电学和电化学性能，并探讨了其在柔性可穿戴超级电容器中的应用。

具体研究内容如下：1）在石墨烯纤维的制备过程中，由于石墨烯纳米片之间存在较强的π-π相互作用，导致石墨烯纳米片产生再堆积，形成非常致密的类石墨结构，降低了石墨烯纤维的可用比表面积和孔径分布，从而降低了其比电容。

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2. 国内外研究现状分析

纤维素是自然界中最丰富的具有生物降解性的高分子材料。

纤维素的来源主要是植物,除了植物以外,动物、特定的细菌、海藻、真菌等也能生成纤维素。

纳米纤维素是指原材料如木粉、棉花、秸秆等经过化学或者机械处理得到具有纳米尺度的纤维素,纳米纤维素的直径在1-100nm之间。

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3. 研究的基本内容与计划

课题研究的主要内容1）研究使用化学处理和机械研磨得到较高长径比的纳米纤维素；2）通过改进Hummers法制备氧化石墨烯分散液；3）将制备的纳米纤维素纤维与石墨烯分散液按质量比1:1混合均匀制备纺丝原液运用湿纺纺丝工艺以5wt%氯化钙乙醇和水1：5为凝固浴制备氧化石墨烯纳米纤维素纤维电极并用氢碘酸对纤维电极进行还原制备石墨烯纳米纤维素纤维电极；4）在实验3）的基础上将苯胺单体通过聚合的方式在RGO/CNFs纤维电极的表面生长均匀的PANI，从而制备出RGO/PANI/CNFs纤维电极并将其组装成柔性固态超级电容器；5）在实验3）和实验4）的基础上将纤维电极进行合理的质量匹配和电压窗口匹配，制备成柔性线状超级电容器；6）对制备的纤维电极的形貌及内部结构，以及纤维内各个元素的分类和组成进行测试分析；7）测试单根纤维电极的电化学性能及组装成柔性线状固态超级电容器的电化学性能，以及将组装成柔性线状超级电容器的电化学性能；8）测试制备的纤维电极的力学性能（拉伸强度，弹性模量和断裂伸长率）

4. 研究创新点

1）石墨烯自被发现以来，就以令人惊叹的物理、化学性能特性而快速成为新材料研究者们的宠儿。

但是大量的研究都集中在二维膜材料和三维块材料上，而对宏观的一维纤维材料研究甚少。

一维的石墨烯纤维材料不仅是对二维膜材料和三维块材料的补充，而且因其独特的性能，在未来智能纺织品、智能可穿戴、功能性纺织材料与设备等领域都有广阔的应用前景。

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