一种石墨烯纳米纤维复合薄膜电容器研究

科技通报BULLETINOFSCIENCEANDTECHNOLOGY

Vol.28No.4Apr.2012

2012年4月

一种石墨烯纳米纤维复合薄膜电容器研究

李

靖

（中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，太原030051）

摘要：复合薄膜电容器的复合薄膜是一种层状的结构，在本文中采用的是石墨烯与纳米纤维间隔相容，使电容器的机械性能进一步的提高，也增加了它的柔软性，通过实验也进一步证明，复合薄膜电容器的电导率是传统纳米纤维薄膜电容器的10倍左右。关键词：石墨烯；纳米纤维；电容器中图分类号：TN12

文献标识码：A

文章编号：1001-7119（2012）04-0193-02

AGraphiteAlkenylNanometerFiberCompositeThinFilmCapacitor

LIJing

(NorthUniversityofChina;Taiyuan030051，China)

Abstract:compositefilmcapacitorsofthecompositefilmisalayeredstructure,inthispaperisusedingrapheneandnanometerfiberspacingcompatible,sothatthecapacitormechanicalperformancefurtherimproved,hasalsoincreaseditssoftness,throughexperimentsfurtherprove,compositefilmcapacitorconductivityistraditionalnanometerfiberfilmcapacitorbyabout10times.

Keywords:graphene;nanofiber;capacitor

0引言

纳米，众所周知是一个长度单位，在数量上的表示

子粘合剂，如全氟磺酸。但是多孔碳材料，如活性炭、中孔碳和碳纳米管也是极佳的选择，因为这种材质具有高的电学和热学传导性、高的机械强度。特别像是通过原位化学或者电化学的方法将PAN和石墨烯聚合，有着潜在的低成本，在储能装置和纳米复合材料方面已经被用于应用，也是科学家研究的热点之一。

针对上述的情况，本文研究了一种新的制作方法，来制备稳定复合薄膜材料。通过真空过滤这两种混合分散的成分，并且使得PANI-NFs都夹在CCG层中间的间隔型薄膜，同时满足PANI-NFs和CCG的数值上的组合成分的达到3:2，充分地使这一种混合物发挥其优良的电导率，在一定的年限适用中保证高的循环利用率。

为：1nm=10-9m。随着科学技术的发展，人们可以看到纳米技术已经渗透到日常生活中的各个层面，其中纳米材料一词更为广泛，其基础定义为直径是1～100nm的纤维纳米，原则上可以分成天然纳米纤维和人造纳米纤维两种。伴随着目前国内外的开发热潮，将纳米颗粒填充到其它物质中去，或者在其他物质中增加纳米材料，来达到改善其性能的作用，而且采用性能不同的材质，可以产生相对应功能不同的纤维材料，故在多种有机装置中都能看到纳米材料的身影。其中典型的纳米结构的聚苯胺纳米纤维（PANI-NFs），因为其拥有良好的环境稳定性，非比寻常的电导率和形式多样的掺杂/去掺杂化学过程被广泛地应用在化学传感器、制动器、存储设备、电池和超级电容器。

聚苯胺纳米纤维（PANI-NFs）在原始状态下是一种绝缘状态，电极的添加剂首当其冲的考虑到了高分

1实验与讨论

参读一些文献，同时根据文献中的说明，本文研制

了要在本次实验中用到的CCG和PANI-NFs，并且通过真空过滤的方法使两者到聚合的状态。由于CCG片层

收稿日期：2012-02-13

作者简介：李靖（1988-），女，河南人，硕士研究生，研究方向：纳米器件、石墨烯、纳米线。

194科技图1两种实验材质图

Fig.1Twokindsofexperimentalmaterial

图2两种材质透射电镜图像

Fig.2TEMimagesoftwomaterials

图3典型的G-PNF复合材料的透射电镜图像（TEM）

Fig.3TypicalG-PNFcompositematerialtransmission

electronmicroscopeimage(TEM)

图4PANI-NFs的透射电镜图像（TEM）

Fig.4PANI-NFsTEMimage(TEM)

本身具有的负电荷，且只能在环境为pH值为10的情况下才能得到稳定，但是在试验中制备的酸性PANI-NFs的分散物的pH为2.6，这种混合物不稳定，极易产生化学反应，形成沉淀，另外还附带着一个不可逆转性的特殊的性质。针对上述情况，采用不间断透析，除去

PANI-NFs过量的离子后立刻与CCG胶质聚集。同时通过一系列的实验得出，如果rG低于20%得到的复合薄膜易碎；当rG大于40%时，得到高质量柔性薄膜在干燥后会发生收缩，故在rG在30%时保持的相当稳定，以至于只有很少沉淀物才能在1500r/min速度下离心10

min被发现，并且在元素分析之后，PANI-NFs和CCG的组合成分配备比达到3:2为最佳的状态。

如上述描述的实验原理和实验条件，本文搭建了实验平台，得到了如图1中所示的两种实验素材，分别

通报第28卷

是复合薄膜和PANI-NFs薄膜，来作为对比，并且用透射电镜截取了如图2所示的两张对比的TEM图像。在实验过程中，明显的到如图1左面所示的那一瓶物质，采用了超声处理来之后并去掺杂，在环境pH值约为9的情况下，慢慢地从深蓝色物质转变为深绿色的胶质物

质，当然在这个过程中有一些少量，几乎很少的絮状物出现。但是如图1右面所示的那一瓶物质所示，但相同的外界坏境下面，经过相同的时间，确实有很大的一部分PANI-NFs沉淀出来。通过对比，可以明显的发现，在这些G-PNF复合材料中，由于PANI-NFs处在CCG层之间，由CCG片带来的负电荷使得整个材料中都保持在这个状态下面，因此形成一种稳定的分散物。

在实验过程中，为了进一步的认证本文的结果，分别截取了如图3所示G-PNF复合材料的两个透射电镜图像（TEM）和如图4所示的是PANI-NFs的透射电镜图像（TEM）。同时，同时在实验中本文还分别记录G-PNF和PANI-NF薄膜的各种评断数值，分别是BET-SSA（m2g-1），P/（g·cm-3）、Cm/（F·g-1）和Cy/（F·cm-3）等。

从上面的几幅图中，可以看到PANI-NFs夹在CCG层之间，不添加其他的材质，得到的G-PNF薄膜却异常的柔软，可塑造性非常强，可以直接适用在各种的组装电容器装置中，其次，通过实验，本文也得到了G-PNF有高电导率，比单PANI-NFs膜大约要高出10倍左右。

从记录下来的各种数值上，本文一一得到G-PNF比PANI-NF薄膜的比表面积，G-PNF比PANI-NF薄膜的比电容大，G-PNF膜的重量比电容比PANI-NF比电容要低，G-PNF的比表面积比CCG膜的高，这么的数值和优势也进一步说明在CCG中加入PANI-NF改善了双电层电容，有着良好的潜在应用优势。

2结论

在本文实验中主要用到了元素表和超声处理两种

技术，完成了G-PNF复合材料成功制备,且在实验中通过对比，得出G-PNF膜的电导率比纯PANI-NF薄膜高出许多，使得稳定性好，也进一步说明这两种组分的共同作用比单PANI-NF薄膜超级电容器的性能要好。

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