纳米纤维素/碳纳米管/纳米银线复合电极的制备与表征开题报告

1. 研究目的与意义

采用竹粉制备得到的纳米纤维素与碳纳米管/纳米银线复合，制备膜状超级电容器电极，并进行各项性能表征。

随着人们对环境保护意识的增强，资源匮乏问题已经引起了世界的注意，因此可再生天然高分子材料的应用具有了重要的意义。近些年来，发展起来有效和具有潜力的能量储存或转换技术主要有：二次电池、燃料电池以及超级电容器等。在这些储存技术中，超级电容器因具有功率密度较高、循环寿命较长（次循环）、充放电快速等优点而得到了较多的关注。而纳米复合材料是近年来发展较为迅速的一种新兴复合材料,由于其分散相的纳米尺度效应,具有大的比表面积以及强的界面相互作用和独特的物理化学性能,使纳米复合材料具有优于相同组分常规复合材料的物理化学性能。碳纳米管作为高长径比准一维纳米纤维,有良好的电学性能和力学性能，可以用作导电剂和增强剂以制备复合电极材料。纳米银线透明导电薄膜因其具有最好的导电性、透过率和优异的弯折性，是最有潜力替代的材料，因此将纳米纤维素/碳纳米管/纳米银线制备成复合电极应用于超级电容器，研究他们的制备方法和性能。本论文介绍的新型复合电极材料有望在超级电容器上得到应用，同时我们希望文中所述材料可应用于其他领域并对其他材料的结构调控具有指导意义。

2. 国内外研究现状分析

我国在超级电容器领域起步较晚，近年来，随着对超级电容器认识的加深和日益加大的投入，研究水平取得了较大的进步，如上海奥威科技开发有限公司开发了从3.6V到720 V的超级电容器组件，产品用于各种车辆、内燃机的启动，以及轻型车、电动公交车的牵引和其它领域。但从整体水平和长远发展看，我国仍然有必要加大新型超级电容器的力度。作为一种新型能源储存装置，超级电容器的构造类似于蓄电池，主要是由正负两个电极、隔膜和电解液构成。其最重要的部分是电极材料，材料性能的好坏直接决定了器件性能的优劣。在超级电容器的发展历程中，研究者使用了多种名称描述这种储能装置，包括金电容器、电化学电容器、超级电容器等，由于超级电容器在结构和制备工艺上与电池有许多相近之处，所以有研究者将混合型电容器称作高功率电池。近年来，研究者提出电容材料与导电材料结构材料等合成复合材料，清华大学刘长洪和其团队使用碳纳米管聚苯胺复合薄膜材料制备了一种纸状全固态聚合物超级电容器，比电容达到了350 Fg^-1，表现出较高的循环稳定性。Zhang等人在碳纳米管阵列上电沉积了一层纳米花样的材料制备成自支撑复合电极材料，这种电极材料不需要添加额外的导电剂和粘结剂。电化学测试结果显示，这种复合电极材料质量比电容可达199Fg^-1，体积比电容达305 Fcm^-3，并具有很好的稳定性。Ma等人在70℃加热的条件下，使碳纳米管和高猛酸钾直接发生氧化还原反应制备出复合电极材料，二氧化锰的最高比电容可达580Fg^-1。研究者通常采用金属氧化物材料的复合或与其他材料如导电聚合物、碳材料的复合等；如北京大学课题组在碳纳米管上生长氧化猛纳米花状结构，并将材料用于超级电容器，该材料表现出很高的比电容和理想的长期循环稳定性。

3. 研究的基本内容与计划

1.纳米纤维素的制备；2.纳米纤维素/碳纳米管复合膜的制备；3.纳米纤维素/碳纳米管/纳米银线复合电极的制备

计划11月选题，查阅文献，收集资料，明确研究方向；12月拟定实验方案；1月准备实验材料，实施实验及数据分析；3月撰写毕业论文；4月中期检查；5月修改文章并定稿；6月准备答辩。

4. 研究创新点

纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，纤维素在制备成纳米尺度后具有高长径比、高纯度、可降解以及好的生物相容性等优点。碳纳米管具有良好的电学性能和力学性能，被认为是21世纪最有前途的材料之一。纳米银线具有良好的导电性、透过率和优异的弯折性，是最有潜力的材料之一。该课题以竹粉为原料，采用酸碱处理与机械处理相结合的方法，制备出纳米纤维素，与碳纳米管和纳米银线复合，有望得到高性能的柔性超级电容器电极，应用于可穿戴电子设备等。