试谈电容器碳纳米管复合中空微球制备与其在超级电容器中运用

摘要：近些年来,纳米级和微米级空心球在化学以及材料科学领域引起了越来越多的关注,尤其在催化、太阳能电池、传感器、药物载体、制约释放、分离提纯历程等方面具有潜在的运用。碳纳米管复合中空微球基于碳纳米管良好的电学以及机械性能,作为一种特殊的碳纳米管复合材料,已经得到越来越多科学家的探讨和关注。其中,最为突出的是M. A. Correa-Duarte探讨小组,他们利用层层组装技术,通过静电作用将碳纳米管吸附在二氧化硅、聚苯乙烯、三聚氰胺微球表面上,制备的三维空心笼状结构可以获得不同于一维、二维碳复合材料的特殊性能,在催化剂载体、光伏器件、生物传感器、电化学电容器等方面具有极大的潜在运用价值。然而,到目前为止,关于这种特殊复合材料的运用探讨报道相对较少。本论文对碳纳米管复合中空微球的探讨近况进行了概述,总结了不同的合成策略,制备了三种不同的碳纳米管复合中空微球,探讨了其形貌特点以及导电性能,并制备成电极,探讨了复合材料的电化学性能。其主要内容包括以下几个部分：通过层层组装法,利用壳聚糖和羧基化多壁碳纳米管之间的静电作用,以磺化聚苯乙烯微球为模板,成功制备了壳聚糖和羧基化多壁碳纳米管复合中空微球。在组装历程中,探讨了pH3和pH5两种条件下,对空心球碳纳米管含量以及导电性能的影响。通过Zeta电位测试和扫描电镜来观测壳聚糖和碳纳米管壳层的增加,比较两种pH条件下碳纳米管含量的差别,并浅析了理由。通过透射电镜和扫描电镜表征空心球的形貌,发现空心球在刻蚀和干燥历程中发生膨胀和塌陷。通过热失重浅析进一步探讨两种pH条件下碳纳米管含量的差别,并探讨不同刻蚀溶剂(DMF和甲苯)对空心球壳聚糖含量的影响。最后,通过电导率的测定,探讨不同的pH条件和刻蚀溶剂对空心球导电性能的影响。通过苯胺的原位聚合,以磺化聚苯乙烯微球为模板,制备了聚苯胺和羧基化多壁碳纳米管复合中空微球。通过扫描电镜和透射电镜表征空心球的形貌,利用拉曼光谱浅析聚苯胺和碳纳米管之间的作用,通过热失重浅析探讨空心球聚苯胺和碳纳米管的相对含量。最后,通过电化学性能测试,探讨壳层中的碳纳米管对空心球电化学性能的影响。通过层层组装法,以磺化聚苯乙烯微球为模板,制备了聚苯胺纤维和羧基化多壁碳纳米管复合中空微球。为了稳定中空结构,我们用一种简单而有效的策略来加固复合壳层：苯胺的原位聚合法。通过扫描电镜,最终空心球的壳层不会像聚合前那样塌陷,这有利于维持空心结构的球形形貌。通过透射电镜和热失重浅析,探讨聚合前后壳层的厚度和含量的变化。利用拉曼光谱探讨聚苯胺纤维和碳纳米管之间的作用,并浅析最终空心球得到稳定的理由。最后,通过电化学性能测试,探讨其在高性能超级电容器方面的潜在运用。关键词：碳纳米管论文空心球论文壳聚糖论文聚苯胺论文层层组装技术论文超级电容器论文

中文摘要4-6

Abstract6-11

第一章 绪论11-30

1.1 碳纳米管介绍11-12

1.2 复合空心球介绍12

1.3 碳纳米管复合中空微球的制备策略12-23

1.3.1 层层组装法13-22

1.3.1.1 静电作用13-20

1.3.1.2 静电作用和范德华力20-22

1.3.2 油包水乳液技术22-23

1.3.3 表面活性剂辅助法23

1.4 碳纳米管复合中空微球的运用探讨23-26

1.4.1 电流变23-24

1.4.2 光寻址微容器24-25

1.4.3 生物传感器25-26

1.5 立题依据26-27

0-41

2.4 小结41-42