石墨烯-聚吡咯-棉紗線電極的制備及性能研究.pdf

1、隨著科技的發(fā)展及學(xué)科間的融合，通過紡織技術(shù)與信息技術(shù)的結(jié)合，使得紡織品朝著智能化的方向發(fā)展，為了更好的迎合智能紡織品的研發(fā)，改善超級電容器電極材料的柔性已經(jīng)成為目前研究的難題。由于電極材料是影響超級電容器性能的關(guān)鍵，而紡織纖維具有較好的柔性和強(qiáng)度。因此，以紡織纖維為基材的電極是制備柔性電極用于可穿戴超級電容器的研究成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。
　　為了充分利用紡織纖維的比表面積，選用纖維或者紗線作為基材制備纖維基超級電容器是較好的選擇。此

2、外，因?yàn)槭┚哂休^理想的表面積和較好的導(dǎo)電性能。聚吡咯因其成本低、毒性小、環(huán)境穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為目前使用較普遍的一種導(dǎo)電高聚物。因此，課題采用在紡織纖維表面復(fù)合導(dǎo)電高聚物和石墨烯的方法來制備紗線電極。以此為基礎(chǔ)，對紗線電極的電化學(xué)性能以及導(dǎo)電性進(jìn)行探討，優(yōu)化制備方案。為此，課題進(jìn)行了以下內(nèi)容的研究：
　　（1）利用牛血清白蛋白（BSA）通過上漿工藝對棉紗進(jìn)行表面改性，然后采用上漿機(jī)將氧化石墨烯（GO）吸附到棉紗上，制備GO/

3、棉紗。討論BSA對棉紗表面改性的作用，以及吸附GO的次數(shù)對棉紗上GO吸附量的影響，確定合理的GO吸附次數(shù)。通過掃描電子顯微鏡觀察GO/棉紗的表面形貌變化，并通過紅外光譜（IR）、拉曼光譜（Raman）和X射線衍射圖譜（XRD）對棉紗上吸附的GO進(jìn)行初步分析。
　?。?）采用化學(xué)還原法制備還原氧化石墨烯（rGO）/棉紗，選擇氫碘酸（HI）還原GO的條件，以最大限度減小HI對棉紗的損傷。測試了rGO/棉紗上活性物質(zhì)的質(zhì)量并通過掃描電子

4、顯微鏡觀察了試樣的表面形貌，通過萬用電表測試不同還原條件下rGO/棉紗的導(dǎo)電性能。利用電化學(xué)工作站，采用三電極體系對rGO/棉紗的電化學(xué)性能進(jìn)行評價，其中包括循環(huán)伏安曲線測試、電化學(xué)阻抗譜測試和恒流充放電測試。
　?。?）為了優(yōu)化rGO/棉紗的電化學(xué)性能，通過加入聚吡咯（PPy）與rGO/棉紗進(jìn)行化學(xué)聚合，制備得到rGO/PPy/棉紗。觀察了rGO/PPy/棉紗表面形貌的變化，通過測試活性物質(zhì)的增重量以及rGO/PPy/棉紗的電阻

5、，結(jié)合紅外光譜、拉曼光譜和X射線衍射圖譜綜合評價rGO/PPy/棉紗的導(dǎo)電性，然后測試rGO/PPy/棉紗線電極的電化學(xué)性能，分析PPy在制備紗線電極過程中所起的作用。
　　研究工作獲得了下列的結(jié)果：
　?。?）通過上漿工藝對棉紗進(jìn)行GO上漿，當(dāng)上漿次數(shù)為8次時，棉紗上GO的吸附量達(dá)到最大，為51.52％，且GO/棉紗表面被GO片層包覆。
　?。?）采用化學(xué)還原法將GO在溫度為35℃條件下還原15 min，得到rGO/

6、棉紗，在紗線強(qiáng)力受損較小的前提下獲得了較好的GO還原效果，rGO/棉紗的電阻為2468Ω/cm。通過紅外光譜、拉曼光譜和X射線衍射光譜表征了棉紗上吸附的GO的還原情況，還原后rGO/棉紗的表面變得粗糙。
　?。?）通過電化學(xué)性能測試，根據(jù)恒流充放電曲線，當(dāng)電流密度為105 mA/cm3時，rGO/棉紗的體積比電容為3.42 F/cm3。
　　（4）通過原位化學(xué)聚合法制備得到rGO/PPy/棉紗，可以發(fā)現(xiàn)， PPy顆粒包覆在r