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材料工程 2022年第1期50卷 109-116页

作者：朱陈杰陈海权于有海东华大学材料科学与工程学院纤维材料改性国家重点实验室上海201620 东华大学先进低维材料中心上海201620

电致变色材料在提倡低碳节能的发展理念下有很好的发展前景,而探索一种高效简单且性能优异的制备工艺尤为重要。利用静电喷雾法结合原位洗脱法制备了聚合物电致变色薄膜。根据电解质盐的颜色适配性和溶解性,选择四丁基高氯酸铵(TBAP)作... 详细信息

电致变色材料在提倡低碳节能的发展理念下有很好的发展前景,而探索一种高效简单且性能优异的制备工艺尤为重要。利用静电喷雾法结合原位洗脱法制备了聚合物电致变色薄膜。根据电解质盐的颜色适配性和溶解性,选择四丁基高氯酸铵(TBAP)作为模板剂,在易加工的TPA-OMe-PA溶液中添加不同比例的电解质盐,然后利用静电喷雾技术在ITO玻璃表面沉积制备薄膜,再通过原位洗脱法去除其中的模板剂-电解质盐,最终制备出含有多层级孔结构的聚合物薄膜。采用电子扫描显微镜对其形貌进行分析,利用电化学工作站结合紫外/可见/红外光谱仪研究了薄膜的电致变色性能。研究结果表明,利用静电喷雾技术与原位洗脱法制备的聚合物薄膜具备多层级孔结构和良好的电致变色性能。其中电解质含量为33.3%(质量分数)时,多层级孔隙率最高,且电致变色性能最为优异,漂白时间/着色时间缩减至0.6 s/1 s,着色效率达到608.2 cm^(2)·C^(-1),为已报道基于相同材料的电致变色薄膜的最快响应速度。

关键词：电致变色薄膜静电喷雾沉积原位洗脱法多层级孔结构电化学性能

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基于金属-有机骨架的碳基复合材料的制备及其电磁波吸收性能研究

基于金属-有机骨架的碳基复合材料的制备及其电磁波吸收性能研究

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作者：娄雅馨大连交通大学

学位级别：硕士

随着现代通信技术和军事科技的飞速进步,电磁波在军事和生活中的应用日益普及,随之产生的电磁干扰在军事对抗和日常生活中越来越严重,开发高性能的电磁波吸收材料(吸波材料)尤为重要。碳基材料由于具有密度小、介电损耗大和化学稳定性... 详细信息

随着现代通信技术和军事科技的飞速进步,电磁波在军事和生活中的应用日益普及,随之产生的电磁干扰在军事对抗和日常生活中越来越严重,开发高性能的电磁波吸收材料(吸波材料)尤为重要。碳基材料由于具有密度小、介电损耗大和化学稳定性好等优点被广泛应用于吸波领域。近年来,基于金属-有机骨架材料(MOFs)制备的多孔碳基吸波材料延续了MOFs母体的超高比表面积和多孔有序结构,得到了广泛关注。但该种材料具有孔径小、形态、层级单一的特点,限制了材料的吸收带宽。本文采用水热法制备HKUST-1(Cu)作为前驱体,经过催化、碳化和化学洗涤得到具有多层级孔结构的吸波材料,通过调节材料中孔的大小、分布以及与磁性材料复合,有效调节了材料的阻抗匹配,拓宽了材料的吸收带宽,主要内容如下:(1)通过水热法制备HKUST-1(Cu)作为前驱体,加入七钼酸铵作为催化剂在高温下经催化和碳化得到碳纤维丛状材料(MCFB/Cu),经化学洗涤后得到具有多层级孔结构的碳纤维丛状材料(MCFB)。(2)通过改变催化剂的浓度和高温碳化时间调控MCFB中孔的形态和大小,研究其对吸波性能的影响。通过改变催化剂的浓度优化了多层级孔结构的大小和分布,获得在12.9 GHz处的反射损耗为-70.7 dB的吸波材料,其有效吸收带宽达到4.31 GHz;通过改变高温碳化时间调控MCFB样品中孔的大小和分布,在高温碳化时间为8 h时,得到的MCFB-8h-20%样品在0.8-1.9 mm厚度范围内在Ku、K和Ka波段实现了-10 dB以下的强吸收,密度仅为1.17 cm/g。该材料优异的吸波性能主要源于多层级孔结构的多重散射和偶极极化。(3)为了进一步拓宽吸收带宽,将稀土材料YCoFe与上述介电材料MCFB样品复合制备出MCFB/YCoFe电磁复合材料。通过调节MCFB的填充量调控复合材料的介电参数,获得具有良好阻抗匹配和强吸收的高效吸波材料。其中,MCFB的填充量为0.1 wt%时,复合材料表现出最优的吸波性能:厚度为1.44 mm时最小反射损耗为-64.79dB,有效吸收带宽为5.02 GHz。本文制备出基于MOFs的多孔碳基复合吸波材料,改善了材料的阻抗匹配,拓宽了吸收带宽,为以MOFs为前驱体设计制备高效吸波材料提供了新的思路。

关键词：电磁波吸收材料金属-有机骨架多层级孔结构阻抗匹配

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蒽醌/石墨烯复合物和蛋清衍生碳的制备及电容性能研究

蒽醌/石墨烯复合物和蛋清衍生碳的制备及电容性能研究

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作者：石蕊英清华大学

学位级别：硕士

非对称电容器综合了不同的电荷存储机制,可展现出优异的能量密度、功率密度和循环寿命,是一种具有极大发展潜力的电化学储能器件。设计和制备具有突出电化学性能的电极材料是获得高性能非对称电容器的关键。本文分别设计和制备了具有三... 详细信息

非对称电容器综合了不同的电荷存储机制,可展现出优异的能量密度、功率密度和循环寿命,是一种具有极大发展潜力的电化学储能器件。设计和制备具有突出电化学性能的电极材料是获得高性能非对称电容器的关键。本文分别设计和制备了具有三维网络结构的有机醌类分子/石墨烯复合材料和超高比表面积的生物质衍生碳材料,研究了其结构和电化学性能的关系,并首次揭示了醌类分子/石墨烯之间空间电荷层的存在,进一步以所制备的生物质衍生碳为电容材料,构建了高能量密度的锂离子电容器。本文探索了新型有机小分子蒽醌-2-磺酸钠(AQS)的电化学反应活性,并采用一步水热法将其与还原氧化石墨烯(rGO)复合,制备了高导电性的AQS@rGO三维凝胶结构复合材料。AQS中的-SO基团具有优异的亲水性,不仅促进了AQS与rGO在分子水平上的均匀复合,还可以抑制rGO片层的再堆叠。因此,AQS@rGO复合物在1 A g时比电容达567.1 F g,并展示出优异的倍率性能和循环性能(10000次循环后容量保持率约89.1%)。此外,第一性原理计算表明,AQS与石墨烯之间是通过π-π相互堆叠实现复合的,并且二者之间形成了空间电荷层,极大地促进了充放电过程中电荷在复合物上的转移和AQS赝电容的发挥。论文还提出了一种新型的蛋清衍生的活性炭(a-EW-NaCl)的制备方法。通过引入NaCl作大孔模板并催化石墨化,再辅以KOH活化,制备得到了具有超高比表面积(3898 m g)和高石墨化程度的蛋清衍生碳(a-EW-NaCl)。a-EW-NaCl在0.1 A g时比容量可以达到118.8 m Ah g,并具有优异的倍率和循环稳定性。进一步将a-EW-NaCl与FeO@C组装得到了非对称锂离子电容器,该器件在2547 W kg功率密度下获得了124.7 Wh kg的高能量密度和出色的循环稳定性。本论文的工作内容为制备高性能的双电层电容材料和赝电容电极材料提供了新的思路和方法,并且对于组装高性能非对称器件具有借鉴和指导意义。

关键词：非对称电容器醌类分子石墨烯第一性原理多层级孔结构

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