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- 發布時間2018-04-25 14:41
- 發布人金彩集團
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近日，合肥(fei)工業大(da)(da)學(xue)(xue)化學(xue)(xue)與化工學(xue)(xue)院從懷萍教(jiao)授科研團隊與中國(guo)科學(xue)(xue)技術大(da)(da)學(xue)(xue)、南京大(da)(da)學(xue)(xue)等單(dan)位合作(zuo)，成(cheng)功(gong)制(zhi)備(bei)出一種高強度、自支撐、超薄(bo)石墨(mo)烯(xi)薄(bo)膜，并成(cheng)功(gong)將該薄(bo)膜組裝為全固(gu)態柔性超級電容器(qi)，為下一代柔性電子(zi)器(qi)件的(de)研發開辟(pi)了(le)新的(de)路徑。其相關(guan)成(cheng)果以《非(fei)共價(jia)鍵誘導石墨(mo)烯(xi)單(dan)層宏觀組裝構筑石墨(mo)烯(xi)薄(bo)膜用于柔性全固(gu)態超級電容器(qi)》為題于4月12日發表于國際著名學術刊物《細胞》（Cell）的綜合類化學期刊《化學》（Chem）上（（Chem, 2018, 4, 896-910）。論文的共同第一作者是碩士研究生王郭飛和青年教師秦海利博士。
全固(gu)態柔(rou)性超級(ji)電(dian)容器可(ke)為(wei)可(ke)穿戴電(dian)子設備提供安全高(gao)效(xiao)的(de)(de)(de)(de)電(dian)源，是新一(yi)代柔(rou)性電(dian)子器件(jian)的(de)(de)(de)(de)關鍵設備。石(shi)墨烯作(zuo)為(wei)一(yi)種(zhong)單原(yuan)子層厚度(du)的(de)(de)(de)(de)二維晶(jing)體，兼具優異的(de)(de)(de)(de)光學(xue)、電(dian)學(xue)、熱學(xue)、力學(xue)等性能，是此類新型儲能器件(jian)的(de)(de)(de)(de)理想材料。然而，由于(yu)石(shi)墨烯納米(mi)片(pian)之間界面作(zuo)用較弱(ruo)，且缺少有效(xiao)的(de)(de)(de)(de)組裝方法，研發具有超薄、透明、自支撐的(de)(de)(de)(de)石(shi)墨烯薄膜(mo)并用作(zuo)全固(gu)態柔(rou)性超級(ji)電(dian)容器仍面臨巨大挑戰(zhan)。
針對這一難題，從懷萍(ping)教授科研團隊通過(guo)設計優(you)化組(zu)裝體微(wei)納(na)結(jie)構(gou)和增強界面作用(yong)(yong)力相結(jie)合策略(lve)，采用(yong)(yong)宏觀(guan)尺(chi)度(du)納(na)米組(zu)裝技術，實(shi)現了這一新型(xing)等級結(jie)構(gou)的先進材料的制(zhi)備。
該課題(ti)組通過單分(fen)子(zi)(zi)原子(zi)(zi)力顯微鏡測(ce)量手段，在11種不同有機(ji)分(fen)子(zi)(zi)中發(fa)現(xian)了(le)與氧化石(shi)(shi)墨烯之(zhi)間的(de)(de)作用力最強的(de)(de)分(fen)子(zi)(zi)——三聚氰胺(an)。研究發(fa)現(xian)，由于電荷(he)轉移與氫鍵(jian)的(de)(de)協同作用，三聚氰胺(an)分(fen)子(zi)(zi)與氧化石(shi)(shi)墨烯納(na)(na)米(mi)片之(zhi)間的(de)(de)非(fei)共(gong)價作用力達到約(yue)1納(na)(na)牛，達到了(le)共(gong)價鍵(jian)的(de)(de)力程(cheng)。通過在氧化石(shi)(shi)墨烯納(na)(na)米(mi)片層間引入三聚氰胺(an)分(fen)子(zi)(zi)，相(xiang)鄰兩層納(na)(na)米(mi)片之(zhi)間的(de)(de)有效接觸大幅增加，使薄膜(mo)內部氧化石(shi)(shi)墨烯片層間的(de)(de)相(xiang)互作用顯著增強，從而制備出具有優異的(de)(de)機(ji)械(xie)強度(du)的(de)(de)氧化石(shi)(shi)墨烯薄膜(mo)。
據介紹，該薄(bo)膜僅由(you)兩層氧化(hua)石墨烯單層膜組成，厚度僅為22納米，無需輔助材料即可實現自支撐，并可通過增減單層膜層數實現厚度和性能的可控調節。同時，該薄膜橫向尺寸達厘米級，具備可裁剪性和優異的拉伸性，且對強酸強堿高度兼容。
實驗結果表明(ming)，該(gai)新型薄膜在可見(jian)光550納米處透光率高達84.6%，經過原位還原后仍然保持優異的機械性能及光學性能。石墨烯薄膜電阻僅有420方阻。由該薄膜組裝而成的全固態柔性超級電容器具有較高的體積電容值、良好的電機械穩定性，展現了優異的超級電容器性能。在循環充放電7500圈后，該薄膜電容值保留高達91.4%。
該工作得到了國家自然(ran)(ran)科學基(ji)金(jin)(jin)、國際合(he)作重點項(xiang)目、國家重點基(ji)礎研究發展(zhan)計劃(hua)、新世紀優秀人才(cai)支持計劃(hua)、中央高校基(ji)本(ben)科研業務費專項(xiang)資金(jin)(jin)、安徽省自然(ran)(ran)科學基(ji)金(jin)(jin)、合(he)肥大(da)科學中心卓越用(yong)戶基(ji)金(jin)(jin)等項(xiang)目的資助。
