面向微超级电容的碳基微纳分级结构制备工艺研究

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1、分类号学导学椅代码密级顧丨身肀科技大寧博士学位论文面向微超级电容的碳基微纳分级结构制备工艺研究学位申请人：蒋淑兰学科专业：机械电子工程指导教师：史铁林教授汤自荣教授答辩日期：年月日ADissertationSubmittedinPartialFullfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringResearchonpreparationofcarbon-basedmicro/nanohierarchicalstructuresformicrosupercapacitorsPh.DCand

2、idate:JiangShulanMajorMechatronicEngineeringPro.ShiTielinSupervisorPro.TangZirongHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430074，，独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名日期：

3、年月学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本论文属于髓拂赃紐财撤私不保密。请在以上方框内打“”学位论文作者签名指导教师签名：日期：年月々日日期：年了月曰华中科技大学博士学位论文摘要碳基微纳分级结构不仅具有良好的导电性和电化学稳定性，还具有表面积大和结构稳定的优点。但是它们的制备大多存在工艺繁琐、成本高、重复性差等缺陷。因此本文

4、提出了三种操作简单且低成本的碳基微纳分级结构制备工艺，制备了新型碳基微纳分级结构，并克服了上述工艺缺陷。应用碳基微纳分级结构制备微超级电容电极和电容器原型，并采用循环伏安法、恒电流充放电法和交流阻抗法等对其电化学性能进行表征。本文的主要内容包括：、提出一种独特的碳基微纳分级结构制造方法。用碳纳米管（修饰光刻胶和显影液，通过光刻工艺结合热解工艺制备了结构即。采用电化学沉积工艺在所得的碳结构上集成二氧化锰薄膜，通过控制沉积参数，获得不同形貌的复合结构。与、和三种微电极相比，微电极具有最优异的电化学性能，这是由和的协同作用所实现。复合电极的面积比容量在时可达到，循环测试次后容量可保持为

5、初始容量的。、提出基于纳米压印氧等离子体刻蚀热解的碳微纳分级结构制备工艺。通过热熔工艺制得半球结构，并制备半球模板，将其用于纳米压印工艺中，获得大批量的光刻胶半球结构。采用氧等离子体刻蚀所得光刻胶结构，通过调控刻蚀的时间，得到了不同形貌的光刻胶微纳分级结构。再结合热解工艺，选取合适的热解参数，获得碳微纳分级结构。利用电化学沉积工艺制备碳微纳分级结构，将其用作微超级电容电极时表现出良好的电化学性能。当扫描速度为“时，碳微纳复合电极的质量比容量可达到、提出对三维碳微结构进行表面改性处理获得碳微纳分级结构的工艺，基于所得结构开发对称型微超级电容器原型。经过湿化学处理后碳微结构表面被剥离

6、形成纳米结构，再将其置于还原性气氛中退火处理，得到活性碳微纳分级结构。它具有比表面积大、导电性好、浸润性好的优点，将它用作微电极时具有大的面积比容量、良好的倍率性能和循环特性。由此开发的全固态柔性对称型超级电容器表现出优异的电化学性能，在时面积比容量可达循环测试次后比容量为初始比容量的，弯曲和扭曲状态对其电化学性能无影响。将三个柔性超级电容器串联，可以点亮灯泡并持续数分钟。对表面改性处理工艺进一步改进，在湿化学处理后对获得的氧化碳微纳分级结构进行掺氮处理，并华中科技大学博士学位论文研究不同浓度掺氮前驱体对碳微电极性能的影响。氮原子的掺入使得含氮碳微纳电极具有比活性碳微纳电极更优越

7、的电化学性能，在时其面积比容量可达倍率和循环性能都很优异。基于含氮碳微纳分级结构的对称型超级电容器原型在时面积比容量可达其能量密度和功率密度分别达到和。为探索所得含氮碳微纳分级结构作为集流体的性能制得碳复合电极，其面积比容量可达气关键词：碳基微纳分级结构；微电极；微超级电容器；氧等离子体刻蚀；表面活化；掺氮华中科技大学博士学位论文〗，华中科技大学博士学位论文〗，华中科技大学博士学位论文华中科技大学博士学位论文目录绪论课题来源和意义碳基微纳分级结构制备工艺的研究现状微超级电容器的研