CNFs-rGO-ppy核壳复合纤维的制备与研究开题报告

 2021-08-08 12:08

1. 研究目的与意义

随着工业化加速发展,能源枯竭和环境污染问题备受重视,人们愈加需求可再生可循环的稳定清洁能源,而风能、太阳能、水能等能源最终大多转换为电能供给社会发展的各个用电方向,电能的储存成为新的研究重点。

超级电容器作为一种不同于传统电容器和电池的新型储能设备,因其高储能性、高功率性、高稳定性、环境友好性、快充性、循环寿命长等优良性能可广泛应用于军用、 民用市场。

本课题的原料选用环保无污染、可再生的纳米纤维素和具有超强机械性能的石墨烯,先利用湿法纺丝制备纳米纤维素/石墨烯复合纤维,再使用聚吡咯与其发生聚合反应产生核壳结构得到性能更优异的纳米纤维素/还原氧化石墨烯/聚吡咯核壳结构超级电容器;课题还对所得电容器进行电镜测试、电化学性能测试、力学性能测试等多个测试,并分析测试数据来验证该种电容器的电极材料性能。

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2. 国内外研究现状分析

纤维素是地球上极为丰富的可再生资源, 纤维素产品和纤维素功能材料,在能源不足和资源短缺的今天,具有重大的现实意义[1] ,其主要结构是由D-吡喃型葡萄糖组成的高分子多糖[2],随着纳米技术研发的进步,通过物理、化学等方法可以制得纳米纤维素,其可降解可再生、反应活性高、优良的生物相容性等具有重要的研究和应用价值。

石墨烯凭借其很高的载流子迁移率(200000 cm2/VS)、比表面积(2630m2/g)和超强的机械性能[3],使得纳米纤维素-石墨烯复合材料应用在超级电容器中表现出优异性能。

基于纳米纤维素的柔性导电材料在柔性可穿戴电子设备[4]等相关工业领域引起了广泛关注,通常利用纤维素的生物相容性和亲水性与导电活性材料制备而成,常用的方法有掺杂、涂抹、混合[5]。

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3. 研究的基本内容与计划

1.研究内容: 1)(1)物料配制:在避光环境中将浓度为10mg/g的单层氧化石墨烯水相分散液Ag,与制备好的纳米纤维素0.5Ag均匀混合后放于烧杯中,使用搅拌棒初步搅拌后置于超声机中超声4min;在纳米纤维素-氧化石墨烯混合物超声的过程中,制备凝固浴、洗涤液。

凝固浴溶质为1mol/l的HCL和0.8%的FeCl3,溶剂为去离子水,混合后用干净玻璃棒搅拌均匀,保鲜膜封好并贴好标签。

洗涤液为乙醇:水=1:3的溶液。

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4. 研究创新点

本课题的特色与创新主要包括以下方面:1)选用原材料来源广泛,环保无污染,成本合理;2)选用湿法纺丝作为实验主要制备方式,高效简便易行;3)纳米纤维素/还原氧化石墨烯/聚吡咯核壳结构复合材料可以用作超级电容器的电极材料,其导电性能好、力学性能高、稳定性高可以应用于多个领域。

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