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超级电容器用(RuO_2/SiO_2)·nH_2O复合薄膜电极的研究

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材料导报 2012年第10期26卷 147-151页

作者：甘卫平黄小清李祥中南大学材料科学与工程学院长沙410083

以水合三氯化钌(RuCl3.3H2O)和正硅酸乙酯(TEOS)为原料,采用溶胶-热分解法制备了超级电容器用(RuO2/SiO2).nH2O复合薄膜电极材料。研究了热处理温度及热处理时间对电极材料电学性能的影响。借助CHI660C电化学工作站对薄膜材料的电化学... 详细信息

以水合三氯化钌(RuCl3.3H2O)和正硅酸乙酯(TEOS)为原料,采用溶胶-热分解法制备了超级电容器用(RuO2/SiO2).nH2O复合薄膜电极材料。研究了热处理温度及热处理时间对电极材料电学性能的影响。借助CHI660C电化学工作站对薄膜材料的电化学性能进行了测试,采用SEM、XRD、FTIR等检测手段对复合材料的微观形貌、物相结构进行了分析。结果表明,固定水合三氯化钌和正硅酸乙酯的物质的量比为10∶3,当热处理温度和时间分别为350℃和2h时,复合薄膜电极具有优良的综合性能,比表面积为265.7m2/g,比电容最高为421F/g,充放电电流为0.1A时,内阻最高为0.72Ω。

关键词：超级电容器复合薄膜电极溶胶-热分解法比电容

基于多层复合薄膜电极的高温声表面波谐振器的制备及研究

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基于多层复合薄膜电极的高温声表面波谐振器的制备及研究

作者：朱代庆杭州电子科技大学

学位级别：硕士

传统的传感器在极端高温工业环境下易出现性能失效的情况,这些场景包括航天发动机零件的健康监测系统、石油开采、化工生产行业、以及汽车和船舶的发动机和排放系统等。高温声表面波(Surface Acoustic Wave,SAW)传感器专门为承受极端温... 详细信息

传统的传感器在极端高温工业环境下易出现性能失效的情况,这些场景包括航天发动机零件的健康监测系统、石油开采、化工生产行业、以及汽车和船舶的发动机和排放系统等。高温声表面波(Surface Acoustic Wave,SAW)传感器专门为承受极端温度而设计,具备高度的可靠性及耐用性,并且其无线无源、低功耗和体积小的优势使得它们适用于高温旋转、需要考虑功耗或者空间有限的场景中。随着应用场景的不断增加,对在高温恶劣环境中稳定监测的SAW器件提出了更高的要求。保持SAW器件高温稳定性主要面临的挑战是提高其叉指换能器(Inter Digital Transducer,IDT)电极的耐高温能力。本文基于铂-铑(Pt-Rh)合金,设计并制备了多种不同结构的多层复合薄膜电极,并对电极的最高工作温度和热稳定性进行了进一步的研究。随后,将多层复合薄膜电极的结构应用到IDT中,成功制备出SAW器件,并对其进行高温热处理测试。具体的工作内容总结如下:(1)对多层复合薄膜电极中合金层、钉扎材料层和阻挡层进行材料选择和结构组合设计,并完成电极的工艺制备及最高工作温度的测试。研究表明薄膜电极厚度的增加提升了电极的稳定性,从而电极在高温下的团聚得到了有效地抑制。此外,研究还发现增加钉扎材料层的数量也能够提升电极的耐高温性能,这是由于合金层中掺杂的钉扎材料能够增强薄膜电极晶界结构的稳定性。在此基础上,制备并测试了多种不同保护层的电极结构。钝化保护层会减少电极表面与空气的接触,并增加电极的团聚所需的能量,从而提升电极的最高工作温度。值得注意的是,所设计的Zr O/Pt-Rh/AlO/Pt-Rh/AlO结构的电极在空气中的最高工作温度能够达到1600℃。(2)在空气中进行多层复合薄膜电极的热稳定性测试。Zr O/Pt-Rh/AlO/Pt-Rh/AlO结构的电极分别在1200℃下经过5次1小时的热处理循环,在1400℃下经过2次1小时的热处理循环,均表现出显著的稳定性。当实验温度升至1500℃时,电极至少能够稳定工作30分钟。通过扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)对热处理后的电极形貌进行观察,将电极的团聚过程概述为空洞的形成、空洞的生长和空洞与相邻空洞接触,形成隔绝的颗粒这三个阶段。此外,为了抑制高温下金属的氧化反应,提出氮气实验环境的测试方案,这使得Zr O/Pt-Rh/AlO/Pt-Rh/AlO结构的最高工作温度被提升至1650℃以上,并使其在1600℃下热处理1小时后仍保持良好的稳定性。PAD上大面积薄膜在高温下同样会发生明显地团聚和降解。为了确保了在高温测试过程中器件与导线之间的粘合不会受到影响,对大面积Pt-Rh/AlO/Pt-Rh/AlO结构的多层复合薄膜在高温下降解退化行为进行观察。在空气和氮气环境下,大面积Pt-Rh复合薄膜即使在1600℃下保温1小时后,仍能够保证完整性和导电性。(3)将AlO/Pt-Rh/AlO/Pt-Rh/AlO结构应用到SAW器件的IDT电极中,并利用COMSOL软件完成仿真分析。基于Al N压电基底,设计并制备出高性能的单端口谐振型SAW器件。进一步,对SAW器件进行耐高温测试。实验结果表明,SAW器件分别在空气中1200℃下保温1小时、氮气环境中1400℃下保温1小时后,均表现出良好的稳定性。

关键词：复合薄膜电极超高温SAW SAW谐振器 AlN压电材料 Pt-Rh合金

以ITO/TiO_2为基质采用不同条件电沉积CdSe异质结电极的光电性能研究

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化学工程师 2017年第7期31卷 8-10页

作者：齐乐辉韩淼孟鑫范卓文黑龙江中医药大学黑龙江哈尔滨150040 哈尔滨市第九十五中学校黑龙江哈尔滨150028

采用恒电位沉积法,以ITO/TiO_2为基质制备CdSe纳米粒子。EDX和SEM测试分析表明,Cd和Se粒子原子比已接近1∶1沉积在TiO_2表面及内部形成异质结,粒径分布比较均匀。通过调节电沉积的电位和沉积反应时间,可以控制CdSe的粒径。紫外-可见吸... 详细信息

采用恒电位沉积法,以ITO/TiO_2为基质制备CdSe纳米粒子。EDX和SEM测试分析表明,Cd和Se粒子原子比已接近1∶1沉积在TiO_2表面及内部形成异质结,粒径分布比较均匀。通过调节电沉积的电位和沉积反应时间,可以控制CdSe的粒径。紫外-可见吸收光谱数据表明,不同沉积条件下制备的CdSe粒子展现出不同的光电性能。

关键词：恒电位沉积硒化镉异质结复合薄膜电极光电性能

ZnO/WO_3纳米片薄膜的光电催化性能研究

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武汉科技大学学报 2017年第3期40卷 184-190页

作者：查亚鑫陈荣生倪红卫武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室湖北武汉430081

采用水热法在不锈钢基底上制备WO3纳米片阵列,然后将其浸渍于不同浓度Zn(NO_3)_2溶液中以负载ZnO纳米颗粒,从而制备出ZnO/WO_3纳米片薄膜。采用场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis... 详细信息

采用水热法在不锈钢基底上制备WO3纳米片阵列,然后将其浸渍于不同浓度Zn(NO_3)_2溶液中以负载ZnO纳米颗粒,从而制备出ZnO/WO_3纳米片薄膜。采用场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)和电化学阻抗图谱(EIS)等方法对ZnO/WO_3复合薄膜的形貌、结构、物相组成和光电性能等进行分析,重点考察了薄膜电极对亚甲基蓝(MB)的光电催化降解性能。结果表明,WO_3纳米片均匀垂直于基底生长,Zn元素以ZnO颗粒的形式分布在WO_3表面;ZnO的引入促进了WO_3中产生的光生电子-空穴对的分离,从而使ZnO/WO_3复合薄膜表现出比纯WO_3薄膜更优异的光电性能和光电催化活性;在Zn(NO_3)_2浸渍液浓度为20mmol/L时,所制ZnO/WO_3复合薄膜具有最佳的光电催化性能,在MB溶液初始浓度为10mg/L、外加偏压为0.8V、光照1h的条件下,采用该样品对MB的降解率达96.5%,并且复合薄膜具有良好的循环稳定性,在重复使用5次后,对MB的光电催化降解效率没有明显降低,有望在实际污水处理中得到应用。

关键词： WO3薄膜 ZnO纳米颗粒 Zn(NO3)2 复合薄膜电极光电催化活性光电性能亚甲基蓝降解

基于α-MnO2纳米线的柔性复合薄膜制备及超电容特性

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基于α-MnO2纳米线的柔性复合薄膜制备及超电容特性

作者：王德元合肥工业大学

学位级别：硕士

超级电容器作为一种新型的电化学存储器件,能量密度高于传统的平行板电容器,功率密度和使用寿命优于锂离子电池。二氧化锰(MnO)是典型的赝电容材料,具有比电容高、成本低、环境相容的特点,然而其导电性较差,大大限制了其在超级电容器领... 详细信息

超级电容器作为一种新型的电化学存储器件,能量密度高于传统的平行板电容器,功率密度和使用寿命优于锂离子电池。二氧化锰(MnO)是典型的赝电容材料,具有比电容高、成本低、环境相容的特点,然而其导电性较差,大大限制了其在超级电容器领域的应用。纳米碳材料具有高比表面和高电导率及优良的机械性能。本文将低维纳米碳材料与MnO结合,协同发挥二者优势,将制备的α-MnO纳米线分别与氨基化石墨烯(NRGO)和多壁碳纳米管(MWCNT)进行复合改性,采用真空抽滤法分别制备了α-MnO NW/NRGO和α-MnONW/NRGO/MWCNT复合薄膜电极材料,对材料进行综合表征及电化学性能测试。具体的研究结果如下:(1)采用水热法制备了分散性良好和大长径比的一维α-MnO纳米线(α-MnO NW),进而将其与NRGO液相混合后真空抽滤,制备得到α-MnONW/NRGO复合薄膜电极材料。表征与测试结果表明:α-MnO NW/NRGO复合薄膜具有规则且致密的三维网络结构,α-MnO NW/NRGO薄膜电极在1 m A cm的电流密度下输出最大的面积比电容386.8 m F cm,当电流密度增加至10m A cm时,电容保持率为62.4%。(2)以α-MnO NW,NRGO及MWCNT作为电极材料组元,将三者以一定质量比液相均匀混合后,采用真空抽滤法制备获得了α-MnONW/NRGO/MWCNT复合薄膜电极材料。其中,α-MnONW/NRGO/MWCNT-8复合薄膜电极在1 m A cm下输出最大的面积比电容为495.7 m F cm,当电流密度增大至10 m A cm时,电容保持率为69%。薄膜的抗拉强度为2.41 MPa,伸长率为1.32%。MWCNT的引入进一步抑制了NRGO片层团聚并提高复合薄膜的导电性,从而提高了复合薄膜的面积比电容,且机械性能也得到了提升。(3)以制备的α-MnONW/NRGO/MWCNT薄膜为正极和负极组装柔性对称超电器件。该器件在2 m A cm电流密度下的比电容达到365 m F cm,在10m A cm的电流密度下循环4000圈后,器件的电容保持率和库仑效率分别为93%和99%。

关键词：超级电容器 α-MnO2 碳材料复合薄膜电极

复合膜光阳极的染料敏化太阳能电池光电特性研究

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复合膜光阳极的染料敏化太阳能电池光电特性研究

作者：仝胜强武汉理工大学

学位级别：硕士

随着传统的化石能源日益枯竭,人们面临着严重的能源危机。太阳能资源具有储量丰富、绿色无污染、不受地理环境限制等优点,逐渐成为解决能源问题的主要研究对象。在众多太阳能电池中,新型的染料敏化太阳能电池(DSSCs)具有制作成本低廉、... 详细信息

随着传统的化石能源日益枯竭,人们面临着严重的能源危机。太阳能资源具有储量丰富、绿色无污染、不受地理环境限制等优点,逐渐成为解决能源问题的主要研究对象。在众多太阳能电池中,新型的染料敏化太阳能电池(DSSCs)具有制作成本低廉、工艺简单、转换效率高、对环境友好的特点,得到了世界各国研究人员的广泛关注。纳米TiO光阳极是染料敏化太阳能电池的重要组成部分,与太阳光的捕获,电子的传输和收集息息相关,光阳极的好坏对电池的光电性能有着直接影响。因此,为了进一步提高染料敏化太阳能电池的光电性能,需要对TiO光阳极进行改性和优化。在本文研究中,一方面对TiO纳米管阵列的微观形貌进行了优化,通过改变氧化条件使得到的TiO纳米管阵列更加适合光阳极的要求;另一方面,将花椰菜状TiO引入复合膜光阳极中作为漫反射层,增强了太阳光的利用率。具体研究内容与结论如下:(1)通过阳极氧化法来制备TiO纳米管阵列,在保持其它变量不变的条件下,分别改变氧化时间和电解液氟化铵含量得到了不同形貌的TiO纳米管阵列薄膜。以TiO纳米管阵列薄膜为顶层,P25纳米颗粒薄膜为底层制得双层复合膜光电极,并组装成染料敏化太阳能电池。通过X射线衍射、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外可见光谱仪和电化学工作站等测试手段对比研究各条件下TiO光阳极的光电性能。研究结果表明氧化时间主要影响TiO纳米管阵列的管长,电解液浓度主要影响管径。当氧化时间为18h,电解液氟化铵含量为0.3wt%时,染料敏化太阳能电池的光电性能最好,达到4.20%。(2)通过水热法制备得到花椰菜状TiO纳米颗粒,以花椰菜状TiO纳米颗粒薄膜为顶层,TiO纳米管阵列薄膜为中间层,P25纳米颗粒薄膜为底层制得三层复合薄膜光阳极,并组装成染料敏化太阳能电池。通过X射线衍射、SEM、TEM、紫外可见光谱仪和电化学工作站等测试手段对比分析三层复合膜电极和双层复合膜电极的光电性能。研究结果表明,花椰菜状TiO纳米颗粒是金红石的晶体结构,三层复合膜电极的光电性能由两种晶型的TiO共同决定。由于花椰菜状TiO漫反射层的加入,三层复合膜光阳极具有更强的光散射能力,染料敏化太阳能电池的光电转换效率更高,达到6.48%。

关键词：染料敏化太阳能电池 TiO2纳米管阵列花椰菜状TiO2 复合薄膜电极光电性能