基于碳纳米材料的新型器件设计Design of novel devices based on carbon nanomaterials.pdf

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1、基于碳纳米材料的新型器件设计董泽琳2015年1月基于碳纳米材料的新型器件设计作者姓名董泽琳学院名称化学学院指导教师曲良体教授答辩委员会主席胡长文教授申请学位理学硕士学科专业化学学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月DesignoftheDevicesBasedonCarbonNanomaterialsCandidateName:DongZelinSchoolorDepartment:ChemistryFacultyMentor:Prof.LiangtiQuChair,ThesisCommittee:Prof.ChangwenHuDegreeApplied:Mas

2、terofPhilosophyMajor:ChemistryDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:Jan,2014研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要

3、本文主要介绍了在碳纳米材料研究方向上的两项工作，分别为双级碳管结构超级电容和聚氨酯/石墨烯复合纤维。在第一项工作中，为进一步提升碳纳米管材料单位面积上的材料密度，我们分别利用模版法和CVD生长设计了具有双级碳纳米管结构的超级电容器，即在模版法所制备的初级碳管阵列的管壁上生长第二级的碳纳米管结构，次级碳纳米管的加入不仅提升的单位面积上碳纳米材料的密度，而且增强了交联，提升了导电性，使其更复合超级电容器材料的要求，在电化学测试中，该材料表现了更优秀的超级电容器性质，提升度可达400%。在第二项工作中，为制备出具有独特性质的石墨烯纤维，我们特别选择了聚氨酯材料与石墨烯复合，并利用

4、成熟的湿纺法制备了复合纤维材料，该材料展现出了前所未有的应变性能，随后，我们利用该性能设计了拉伸传感器，该材料可以将形变信号转化成电信号，展现了非常优秀的稳定性，此外，当进一步提升聚氨酯质量分数时，该纤维表现出了光制自愈合的性能，其自愈合效率可达97.6%。关键词：碳纳米管，超级电容器，石墨烯，复合纤维材料I北京理工大学硕士学位论文AbstractWeintroducetwoworksaboutcarbonnanomaterials,doublelevelcarbonnanotubes(CNTs)supercapacitorandthermoplasticpolyyreth

5、ane(TPU)/graphenecompositedfiber.Intheformerwork,forincreasingthedensityofCNTsonunitarea,wedesignedthesupercapacitorwithdoublelevelCNTsstructurewhichwerecreatedbyAAOtemplateandCVDgrowthrespectively.Theprimarycarbonnanopipes(CNPs)arraywasobtainedfrompolymercarbonizationinAAOtemplateandthese

6、condlevelCNTswasgrownonitswalls.ExceptfortheincreasingofCNTsdensityonunitarea,thepresentofCNTsenhancedthecrosslinkofprimaryCNParraysandimprovedtheconductivityofthematerialswhichmadeitsmoresuitableforsupercapacitorperformance.Intheelectrochemistrytest,theCNTs@CNPsstructureexpressedexcellent

7、supercapacitorperformance,thepercentageimprovementcouldreachto400%.Intheotherwork,wepreparedtheTPU/Gcompositedfiberbywet-spinningmethodwhichshowedexcellenttensilestrainability.Then,wedesignedtensionsensorbasedonthecompositedfiberwhichcouldtransformthestrainsig