基于水曲柳薄片的柔性超级电容器研究

用石墨烯为基底通过水热法原位合成二氧化锰纳米复合材料,以水曲柳薄片为基底,在其上铺上可纺碳纳米管薄膜作为集流体,PVA-磷酸为凝胶电解液构筑新型柔性超级电容器。结果表明,二氧化锰与石墨烯复合后显著提高了超级电容器的综合性能,当石墨烯质量比达到34%的复合材料用作电信容器的活性物质时获得比电容为187Fg-1(电流为2×10-4A),同样条件下纯二氧化锰用作电极材料活性物质只获得63.75Fg-1的比电容。     

基于聚吡咯修饰的碳泡沫可压缩电极材料

在该研究中,通过高温碳化和原位聚合法制备了基于市售三聚氰胺泡沫和吡咯单体的聚吡咯/ 碳化三聚氰胺泡沫(Polypyrrole/Carbonized Melamine Foam,PPy/CMF)的可压缩超级电容器电极材料。 通过三电极体系在 1 mol/L 高氯酸钠电解液中研究了可压缩 PPy/CMF 电极材料的电化学性质。结果显 示,可压缩电极材料的体积电容在 2 mA/cm3 时可达到 3 168 mF/cm3,1 000 次充放电循环后可保持原 始电容的 86.88％。此外,该材料的循环伏安曲线和恒流充放电曲线在不同压缩下无显著变化,表明 PPy/CMF 是具有高压缩稳定性的可压缩电极,适合于超级电容器。以上结果表明,PPy/CMF 可作为可 压缩超级电容器的潜在电极材料。     

基于黑磷烯/氧化石墨烯双介质层的柔性电容式压力传感器

设计并制备了由黑磷烯/氧化石墨烯双层材料为介质层的电容式柔性压力传感器,该传感器结构以ITO为电容上下极板,PET为柔性基底,并对该传感器进行了系统的性能测试与分析。着重研究了该传感器在不同压力量程内的灵敏度,进而分析了其温度漂移特性。测试结果表明,以黑磷烯/氧化石墨烯薄膜为双介质层的电容式柔性压力传感器在0～3.12 kPa压力量程内灵敏度可达到1.60 kPa^-1。同时,对该传感器和以氧化石墨烯薄膜为单介质层的传感器进行了弯曲应变性能的对照实验,可知具有双介质层的传感器结构能够显著提高传感器的输出特性。     

二氧化锡/ 石墨烯复合材料的制备及其在钠基双离子电池中应用

双离子电池体系因其能量密度高、资源丰富、环境友好、价格低廉而备受青睐。但基于钠离 子电解液的双离子电池却极少报道,这是因为缺乏可以与钠离子可逆嵌入脱出反应合适的负极材料。 因此,该文首次报道了一种基于二氧化锡负极复合材料钠型(命名为 SnO2/GF//EG)双离子电池,其负 极为石墨烯与二氧化锡的复合材料,正极为膨胀石墨烯。通过纳米二氧化锡与石墨烯复合：一方面, 石墨烯可以提高二氧化锡材料的导电性,从而提升材料的倍率性能;另一方面,柔性多孔的石墨烯可以容纳二氧化锡在脱出和嵌入钠离子过程中的体积膨胀,从而提升其循环性能。二氧化锡与石墨烯的 三维复合材料具有优异的倍率性能和循环稳定性,同时具有非常高的可逆比容量：1 Ag－1 电流密度下,循环 300 次时,比容量约为 279 mAhg－1,容量保持率为 69.9%;在 5 Ag－1 大电流密度下,其比容量为 118 mAhg－1。由纳米二氧化锡与石墨烯复合材料组装的基于钠离子电解液的 SnO2/GF//EG 双离子电池表现出优异的循环稳定性,同时具有非常高的可逆比容量：200 mAg－1 电流密度下,循环300 次时,比容量约为 70.6 mAhg－1,容量保持率为 72.5%。另外,该材料表现出优异的倍率性能, 在 200 mAg－1、500 mAg－1、1 000 mAg－1、1 500 mAg－1 和 2 000 mAg－1 电流密度下的比容量分别为97.4 mAhg－1、88.5 mAhg－1、75.5 mAhg－1、70.4 mAhg－1 和 67.2 mAhg－1。总之,该文首次研究了二氧化锡复合材料在钠基双离子电池的电化学行为,并得到了优异的循环性能和倍率性能。     

石墨烯柔性压力/应变传感器的研究进展

柔性压力/应变传感器可以贴附在物体表面,测量其表面压力或应变,可用于人体脉搏检测、表情识别和运动监测等,在健康监护、医疗诊断等方面有广阔的发展空间.石墨烯柔性压力/应变传感器比普通压力/应变传感器性能更为优异,其测量范围宽、灵敏度高且尺寸仅为纳米级.综述了石墨烯压力/应变传感器在近几年来的研究进展及应用情况,重点讨论了基于石墨烯材料的电容法、激光诱导法、3D海绵法、纸基法、水凝胶法的压力/应变传感器的制备方法及性能差异.最后简要指明石墨烯柔性压力/应变传感器未来的研究方向.     

电化学法合成氧化锌/聚苯胺复合多孔薄膜的湿敏传感特性

为设计出一种适用于矿井内部的湿度传感器,采用电化学分步恒电流法,制备出多孔结构的聚苯胺薄膜,并将氧化锌颗粒负载于聚苯胺薄膜表面,获得一种无机/有机复合p-n异质结传感材料。并使用62.8%、72.5%、76.2%和86.8%四种湿度对传感器进行传感性能测试。结果表明当电流密度为19.2 mA/cm^2时,聚苯胺薄膜表面负载的氧化锌质量为5.85×10^-3 g,传感器的电化学活性面积(ESA)最大为268.5 m^2/g,传感器灵敏度达到峰值0.66。同时对传感器的传感机理进行了讨论。     

基于镍尖锥阵列的柔性超薄超级电容器

本研究采用电化学沉积的方法在金属钛板上制备出镍尖锥的规则阵列,然后将二氧化锰直接沉积到镍尖锥阵列上。这种沉积有二氧化锰的镍尖锥能够直接从基板上剥落下来形成自支撑的、柔性、超薄电极片。结果显示该电极的最高比电容达到325 F/g,并且具有出色的倍率性能。用这种电极组装成的柔性超薄超级电容器呈现出良好的电化学性能,有望在可穿戴消费电子领域得到应用。     

基于氮掺杂石墨烯传感器检测双酚A

制备了氮掺杂石墨烯为修饰电极,对双酚A(BPA)进行了电化学检测.实验表明,BPA在+0.2～+0.8 V扫描电位范围内,有一个不可逆的氧化还原峰出现.不同扫速的循环伏安行为发现,BPA的电化学氧化是一个由吸附控制的电极反应过程.BPA的浓度在4.0× 10-8～4.0× 10-6 mol/L范围内与其氧化峰电流呈线性关系,检出限达到1.33×10-8mol/L (S/N=3).该电极用于检测各种塑料中的BPA含量,回收率在95.93％～103.5％之间,结果令人满意.     

纳米银/石墨烯电化学传感器的制备及应用研究

以硝酸银和氧化石墨为原料,采用硼氢化钠还原法制备了纳米银/石墨烯纳米复合材料(Nano-Ag/ERGO),并采用紫外-可见吸收光谱法、X-射线粉末衍射法及红外光谱法进行表征.采用滴涂法制备了纳米银/石墨烯复合纳米材料修饰的玻碳电极(Nano-Ag/ERGO/GCE).研究了过氧化氢(H2O2)在制备的修饰电极上的电化学行为.结果表明:采用一步还原法制备石墨烯支持银纳米粒子,具有制备方法简单且纳米粒子粒径可控等优点,对H2O2的电还原具有极强的催化活性.研究成果在实际样品的H2O2快速检测中具有潜在的应用价值.     

基于电容-电阻转换原理的柔性压力传感器

目前,基于碳基纳米材料的柔性压力传感器凭借着其便携性、柔韧性、生物相容性和低成本等特点,在智能医疗、人机交互和智能机器人等领域有着广泛的应用前景,但如何使其在具有较大量程范围的同时保持较高灵敏度,仍是一个严峻的挑战。提出一种基于氧化石墨烯/碳纳米管（Graphene Oxide/Carbon Nanotube, GO/CNT）复合敏感层的柔性压力传感器,同时以热塑性聚氨酯弹性体（Thermoplastic Polyurethanes, TPU）多孔海绵作为传感器骨架。该GO/CNT@TPU柔性压力传感器的量程范围为0～60 kPa,基于电容-电阻转换原理,当受到较小压力（0～5 kPa）时,传感器以电阻感知为主,灵敏度为0.05777 kPa^-1;当受到较大压力（5～60 kPa）时,传感器以电容感知为主,灵敏度为0.33213 kPa^-1。从而有效地实现了传感器的在宽量程内的高灵敏度检测。     

基于CNTs/PDMS介电层的柔性压力传感特性研究

提出一种基于MEMS工艺的柔性压力传感器制备方法.采用MEMS工艺制备柔性压力传感器模板,结合纳米压印技术、射频磁控溅射技术和PDMS软光刻工艺在PDMS柔性基底上制备了具有"V"型阵列微结构的Ag薄膜平行板电极,基于碳纳米管(CNTs)/PDMS聚合物的压电容特性,制备出电容式柔性压力传感器.针对不同尺寸的压力传感器进行对比测试,本文制作的压力传感器的灵敏度能够达到3.98% kPa-1,具有良好的重复性,在智能穿戴和电子皮肤等方面有着广阔的应用前景.     

New electrode structure for reducing power consumption of PDPs

Abstract— A new electrode structure for plasma‐display panels (PDPs) is proposed, which decreases the panel capacitance by effectively decreasing the electrode area and increasing the discharge efficacy. Although the electrode area is decreased, the proposed structure does not require an increase in operating voltage and can improve the discharge efficacy by limiting the discharge current. The effect of panel capacitance reduction of the suggested electrode structure contributes to power‐consumption reduction in the entire PDP system by reducing the dissipative power due to the charging current of the panel capacitance. The effects of panel‐capacitance reduction by using the new electrode structure were confirmed by comparing the charging‐current waveforms and directly measuring the capacitances of various panels with conventional and new electrode structures.     

Vertically aligned ZnO nanorods and graphene hybrid architectures for high-sensitive flexible gas sensors

We present the fabrication and characterization of new type of flexible gas sensors, composed mainly of a bottom ZnO conductive layer on metal foil, vertically aligned ZnO nanorod channel, and graphene-based top conductive electrode. Multiple cycling tests demonstrated the ZnO nanorods (NRs) and graphene (Gr) hybrid architectures accommodated the flexural deformation without mechanical or electrical failure for bending radius below 0.8 cm under the repeated bending and releasing up to 100 times. In addition, the hybrid architectures fabricated on glass substrate showed good optical transmittance larger than ∼70% for visible light, indicating potential application in transparent devices. Furthermore, our gas sensors demonstrated the ppm level detection of ethanol gas vapor with the sensitivity (resistance in air/resistance in target gas) as high as ∼9 for 10 ppm ethanol.     

Experimental and numerical investigation of flexibility of ITO electrode for application in flexible electronic devices

For flexible electronic devices, the transparent conductive electrode (TCE) is the most important material for determining the flexibility of devices. Due to the brittleness of the indium tin oxide (ITO) electrode, several alternative TCEs have been developed. However, it is still difficult to successfully achieve quality as good as ITO. In this study, the flexibility of the ITO electrode was investigated with strain and fracture analysis. Effects of thickness of the ITO and the substrate on the flexibility of ITO were investigated by bending tests, numerical simulation and theoretical analysis. Flexibility of ITO electrode can be increased by reducing the thickness of ITO and substrate material. An ITO electrode with a substrate less than 50 μm could be bent to less than 4 mm without failure, and used in flexible electronics. Effects of different substrate materials on the flexibility of ITO were also investigated based on fracture analysis. We investigated the effects of PEDOT [poly(3,4-ethylenedioxythiophene)] as a buffer layer to improve flexibility. Higher flexibility of the ITO/PEDOT hybrid electrode compared to ITO was attributed to the PEDOT layer, which smoothened ITO surface and decreased the density of pinholes or voids of ITO, resulting in higher crack resistance.

     

基于氧化石墨烯/金纳米粒子放大电信号的二茂铁标记型溶菌酶适体传感器

设计了一种简单的信号衰减型电化学溶菌酶适体传感器。以氧化石墨烯修饰的玻碳电极为基底（GO/GCE）,通过循环伏安法电沉积金纳米粒子在电极表面,得到AuNPs/GO/GCE。将3’端修饰巯基的单链DNA通过金硫键共价连接于电极上,而在与前者可部分杂交的适体探针链5’端标记上二茂铁甲酸。当目标物溶菌酶与适体探针链发生特异性结合,通过示差脉冲伏安法检测到二茂铁甲酸还原峰电流相应的改变,从而实现对溶菌酶的识别及定量检测。结果表明,该传感器对溶菌酶具有较好的选择性和灵敏度,对于溶菌酶的检测范围为1.08×10-11～1.08×10-8mol/L,检出限达到6.02×10-12mol/L。     

Electrochemical deposition of polypyrrole/graphene oxide composite on microelectrodes towards tuning the electrochemical properties of neural probes

By exploiting the electrostatic interaction between positively charged pyrrole cation radicals and negatively charged graphene oxide (GO) sheets, we prepared polypyrrole/graphene oxide (PPy/GO) composite films by a one-step electrochemical process. We studied the effects of the polymerization current density and the GO content in electrolyte on the formation of PPy/GO coatings onto platinum neural microelectrode sites. As compared with pure PPy film, PPy/GO coatings show a rougher surface feature with micrometer-scale bulges. The impedance of the PPy/GO coated Pt electrode is only about 10% of the bare Pt electrode at the biological relevant 1 kHz, while the charge capacity density is more than two orders of the magnitude of the bare Pt electrode. Moreover, the PPy/GO coated Pt electrodes show higher performance than the PPy coated electrodes for the application of neural probe.     

管输油品电荷浓度探测电极研究

本文提出了一种基于内置电容耦合式感应电极测量管输油品电荷浓度的方法,有效地解决了接触式测量中的电荷泄漏问题,相对于外置电容的测量方法受外界因素影响更小,为管输油品静电电位的检测提供了一种更为有效的方法。建立电极在管道内的立体模型后,根据油品在管道中的起电规律设定模拟条件,运用静电模拟模块计算出了外电极捕获电荷量,根据电荷量与电容的关系,得出了内电极输出电势,由此可以得出电荷浓度与内电极电势之间存在依赖关系。     

基于辣根过氧化物酶及纳米钯的双重放大策略用于构建电化学凝血酶适体传感器

基于辣根过氧化物酶(HRP)及纳米钯(NanoPd)对过氧化氢(H2O2)的双重催化作用放大铁氰化镍(NiHCF)的电化学氧化还原信号构建了一种新型的电化学适体传感器。采用生物兼容性好的壳聚糖(CS)分散石墨烯-碳纳米管复合物(CS-Gra-CNTs)可以大大提高其导电性和比表面积,吸附更多电活性好、化学性质稳定的电子媒介体NiHCF。固定NanoPd并吸附凝血酶适体(TBA),用HRP封闭非特异性吸附位点后,在含有一定浓度的H2O2的磷酸缓冲溶液(PBS)中可用于高灵敏检测凝血酶(TB)。在最优条件下,采用循环伏安法考察该传感器的电化学特性,研究表明,峰电流值与TB浓度在1.0×10-5～3.0×10-2mol/L成线性关系,检出下限为3.0×10-6mol/L。并且,该传感器制备简单、操作简便、稳定性好、寿命长、灵敏度高、特异性强。