CN104701205B - 基于单根纳米线电极材料的原位表征性能测试方法 - Google Patents

基于单根纳米线电极材料的原位表征性能测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及基于单根纳米线电极材料的原位表征性能测试方法，单根纳米线分散在绝缘层上，作为超级电容器电极活性材料，单根纳米线的两端搭建在金属材料的集流体上，注入电解液封装，获得对称式单根纳米线电化学超级电容器器件，以单根纳米线为正极，以另一单根纳米线为负极，然后对所述的单根纳米线电极进行原位的电输运性能测试，使对称式单根纳米线电化学超级电容器器件在不同的充放电下静置。本发明的有益效果是：可以解释多孔石墨烯包覆MnO2纳米线所形成的同轴纳米线结构作为超级电容器电极材料性能优异的本质原因，并为纳米器件提供高功率密度能量存储装置。

Description

基于单根纳米线电极材料的原位表征性能测试方法
技术领域
本发明属于纳米材料和电化学超级电容器技术领域，具体涉及基于单根纳米线电极材料的原位表征性能测试方法。
背景技术
随着科学技术的进步、社会经济的发展以及人口急剧增长，对能源的消耗也越来越大，不可再生资源的枯竭迫切要求可再生资源发挥其替代作用，同时要求对不可再生资源的可持续、有效利用，充分发挥其潜能。现有的传统能源系统也已经无法满足现代工业、农业、林业等发展的需求，燃油和煤碳资源不仅不可再生，在使用消耗过程中还会产生大量的CO2、SO2等有害物质，带来很严重的环境污染。这就促使人们更加重视建立新的、有效的能源供应体系，以保证经济的可持续增长，同时还会对保护环境有益处。其中，开发新能源和可再生清洁能源是当前解决这一问题最有效的方法，是21世纪必须解决的关键技术之一，新能源材料则是实现新能源的开发和利用，并支撑它发展的基础和核心。
超级电容器，是一种介于传统电容器和充电电池之间的装置，它具有快速充放电、环境友好、高功率密度、超长循环寿命、无污染及工作温度范围宽等特点。目前，主要有金属氧化物、导电聚合物、活性碳材料及很多掺杂型复合材料被用作其电极材料。随着研究的深入，逐渐发现MnO2、Co3O4、NiO电极材料成本低，而且具有很好的超级电容性能，是一类较好的超级电容器电极材料。但氧化物的导电性太差、易团聚等缺点使其徒有高容量却很难完全发挥出来，就需要我们通过提供载体的方法来增强其分散性，提高活性材料的利用，石墨烯的理论比表面积能够达到2630m2/g，具有很好的导电性和优良的力学性能，是当前作为超级电容器电极材料的首选。它作为电极材料，可以很好的克服其他碳材料比表面小、导电性差等问题，特别是石墨烯卷曲之后，在管内存在纳米限域效应，将大幅提高材料的性能，并且其介孔结构有效地增加了材料的比表面积进而提高了其容量，但单根MnO2纳米线、石墨烯/MnO2同轴纳米线、多孔石墨烯/MnO2管中线结构同轴纳米线电化学超级电容器实际性能优劣与其纳米线结构的直接联系以及石墨烯是怎么样增加活性材料的性能的还未见报道。
发明内容
本发明提出了一种基于单根纳米线电极材料的原位表征性能测试方法，通过对单根MnO2纳米线、石墨烯/MnO2同轴纳米线、多孔石墨烯/MnO2同轴纳米线电化学超级电容器性能的表征及其对称式单根纳米线超级电容器的比较，为电化学超级电容器活性材料的选用和制备提供强有力判据。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：基于单根纳米线电极材料的原位表征性能测试方法，其特征在于单根纳米线分散在绝缘层上，作为超级电容器电极活性材料，单根纳米线的两端搭建在金属材料的集流体上，注入电解液封装，获得对称式单根纳米线电化学超级电容器器件，以单根纳米线为正极，以另一单根纳米线为负极，然后对所述的单根纳米线电极进行原位的电输运性能测试，使对称式单根纳米线电化学超级电容器器件在不同的充放电下静置。
按上述方案，所述的纳米线为MnO2纳米线、石墨烯/MnO2管中线结构同轴纳米线、多孔石墨烯/MnO2管中线结构同轴纳米线。
本发明的有益效果是：本发明提出了一种对称式超级电容器的构筑方法及基于单根纳米线电极材料的原位表征性能测试，为MnO2纳米线、石墨烯/MnO2同轴纳米线、多孔石墨烯/MnO2同轴纳米线三种纳米线结构与电化学超级电容器性能提供了直接的联系，可以解释多孔石墨烯包覆MnO2纳米线所形成的的同轴纳米线结构作为超级电容器电极材料性能优异的本质原因，并为纳米器件提供高功率密度能量存储装置。本发明中单根纳米线电化学超级电容器器件的组装不需要使用导电添加剂和粘结剂，纳米线工作电极材料和电解液形成良好的接触，对电极为面积较大的金，因此测得的电化学性能可以反应纳米线的本征电化学行为，对纳米线的电输运和结构表征都是在原位进行，能真实反应纳米线电极材料的结构对电导率及充放电过程的影响，揭示多孔石墨烯包覆MnO2纳米线所形成的的同轴纳米线结构作为超级电容器电极材料性能优异的本质原因。
附图说明
图1是实施例4的对称式单根MnO2纳米线电化学超级电容器器件的光学显微图；
图2是实施例6的对称式单根多孔石墨烯/MnO2管中线结构同轴纳米线电化学超级电容器器件从20mV/s到100mV/s的循环伏安曲线图；
图3是实施例4-6的对称式单根MnO2纳米线、石墨烯/MnO2管中线结构同轴纳米线、多孔石墨烯/MnO2管中线结构同轴纳米线的电化学超级电容器器件倍率性能图；
图4是实施例4-6的对称式单根MnO2纳米线、石墨烯/MnO2管中线结构同轴纳米线、多孔石墨烯/MnO2管中线结构同轴纳米线的电化学超级电容器器件性能分解柱状图；
图5是实施例4-6的对称式单根MnO2纳米线、石墨烯/MnO2管中线结构同轴纳米线、多孔石墨烯/MnO2管中线结构同轴纳米线的电化学超级电容器器件电导率曲线；
图6是实施例7的多孔石墨烯/MnO2管中线结构同轴纳米线的电化学超级电容器器件倍率性能图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1：MnO2纳米线材料的制备方法
1)将1mmol高锰酸钾粉末溶解在去离子水中，加入2mmol氟化铵，室温下搅拌10～20分钟，搅拌均匀；
2)将步骤1)所得溶液转入100mL反应釜中,在180℃条件下反应3小时，取出反应釜，自然冷却至室温；
3)用无水乙醇反复洗涤步骤2)所得产物，烘干即得到MnO2纳米线。
以本实施例所制得的MnO2纳米线直径为30-90nm,长度为10-30μm。且分布相对均匀。
实施例2：MnO2/rGO管中线结构同轴纳米线材料的制备方法
1)将1mmol高锰酸钾粉末溶解在去离子水中，加入2mmol氟化铵，室温下搅拌10～20分钟，搅拌均匀；
2)向步骤1)所得溶液中按比例加入2ml石墨烯分散液，搅拌10-15分钟；
3)将步骤2)所得溶液转入100mL反应釜中,在180℃条件下反应3小时，取出反应釜，自然冷却至室温；
4)用无水乙醇反复洗涤步骤3)所得产物，烘干即得到MnO2/rGO管中线纳米线。
以本实施例所制得的MnO2/rGO纳米线直径为40-150nm,其中MnO2的直径为35-120nm,长度为15-40μm，且分布相对均匀。
实施例3：多孔石墨烯/MnO2管中线结构同轴纳米线材料的制备方法
1)将1mmol高锰酸钾粉末溶解在去离子水中，加入2mmol氟化铵，室温下搅拌10～20分钟，搅拌均匀；
2)向步骤1)所得溶液中按比例加入2ml石墨烯分散液，搅拌10-15分钟；
3)将步骤2)所得溶液转入100mL反应釜中,在180℃条件下反应3小时，取出反应釜，自然冷却至室温；
4)将步骤3)所得的产物在5mmol/L水合肼中浸泡还原2h后取出；
5)用无水乙醇反复洗涤步骤4)所得产物，烘干即得到多孔石墨烯/MnO2管中线结构同轴纳米线。
以本实施例所制得的MnO2/pGO纳米线直径为40-150nm,其中MnO2的直径为35-120nm,长度为15-40μm。且分布相对均匀.
实施例4：
对称式单根纳米线电化学超级电容器器件构筑方法，它包括如下步骤：
1)选用带有300nm热氧化层的硅基片，将硅基片切成适当尺寸，然后用异丙醇(IPA)超声清洗硅片约30s，用氮气吹干；
2)使用旋涂仪在基片上旋涂一层MMA，旋涂的转速为4000rpm，旋涂时间为90s，使用电热板烘烤，180℃，5min；然后再在基片上旋涂一层PMMA，旋涂的转速为4000rpm，旋涂时间为90s，使用电热板烘烤，180℃,5min；
3)使用电子束曝光机(EBL)在旋涂好的硅片上刻蚀外电极和标记的图案，曝光剂量为380μC/cm2，电子束加速电压为30kV，电子束电流为400pA；
4)显影：将电子束曝光后的基片在甲基异丁酮(MIBK)溶液中浸泡1min，然后在异丙醇中浸泡30s，氮气吹干；
5)Plasma清洗：使用O2的Plasma清洗硅片，功率为50W，清洗5min，O2流量30-60mL/min；
6)金属热蒸发(PVD)：使用热蒸发镀膜仪蒸金属外电极和标记，Cr/Au(5nm/50nm)；
7)金属剥离：将蒸镀有金属的基片放在丙酮中静置12h，使MMA/PMMA全部剥离，然后用丙酮和异丙醇冲洗基片，氮气吹干；
8)将实施例1所得的MnO2纳米线分散在基片上：将合成的MnO2纳米线通过超声机分散在无水乙醇中，然后通过旋涂仪将其均匀分散在基片上，纳米线在基片上的位置和浓度要适当；
9)在光学显微镜下对样品进行拍照，使用NPGS画图，标记纳米线在基片上的具体位置，设计连接纳米线与外电极的内电极图案；
10)使用旋涂仪在基片上旋涂一层MMA，旋涂的转速为4000rpm，旋涂时间为90s，使用电热板烘烤,180℃，5min；然后再在基片上旋涂一层PMMA，旋涂的转速为4000rpm，旋涂时间为90s，使用电热板烘烤,180℃，5min；
11)使用电子束曝光机(EBL)刻蚀内电极图案，曝光剂量为380μC/cm2，电子束加速电压为30kV，电子束电流为100pA；
12)显影：将电子束曝光后的基片在甲基异丁酮(MIBK)溶液中浸泡1.5min，然后在异丙醇中浸泡30s，氮气吹干；
13)金属热蒸发(PVD)：使用热蒸发镀膜仪蒸金属内电极，Cr/Au(5nm/150nm)；
14)金属剥离：将蒸镀有金属的基片放在丙酮中静置12h，使MMA/PMMA全部剥离，然后用丙酮和异丙醇冲洗基片，氮气吹干；
15)使用旋涂仪在基片上旋涂一层SU8 2002，旋涂的转速为4000rpm。使用电热板烘烤SU8,65℃,5min；95℃,5min；
16)采用电子束曝光机制作SU8图案，使SU8刚好覆盖并保护金属电极集流体，防止在溶液中电学测试时金属电极集流体和溶液接触。曝光剂量为3μC/cm2，电子束加速电压为30kV，电子束电流为20pA；
17)对SU8进行曝光后的烘烤，65℃，1min；95℃，1min；
18)显影：分别将基片放在SU8developer浸泡1min，然后在异丙醇中浸泡30s，氮气吹干；
19)对SU8进行硬性烘烤处理：将基片放置在电热板上，电热板从室温升温至180℃，在180℃保温60min，然后使电热板自然冷却至室温；
20)利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)封装器件，通过微流控技术，在手套箱中配好电解液KOH(6M)并通过引导管注入电解液组装成器件；
21)对器件进行以单根MnO2纳米线以正极，同时以另一单根MnO2纳米线做负极，以探针连接器件用Autlab电化学工作站进行测试。
以本实施例所测得的MnO2纳米线，20mV/s进行的恒压充放电测试结果表明，对MnO2纳米线超级电容器容量可达1.5F/cm2，即使在500mV/s的情况下，容量具有0.5F/cm2。
实例所组装成的对称式单根MnO2纳米线超级电容器器件的光学显微镜如图1所示：正极和负极都是以同种不同根纳米线为电极材料。
实施例5：
1)选用带有300nm热氧化层的硅基片；
2)使用旋涂仪在基片上旋涂一层MMA，旋涂的转速为4000rpm，旋涂时间为90s，使用电热板烘烤，180℃，5min；然后再在基片上旋涂一层PMMA，旋涂的转速为4000rpm，旋涂时间为90s，使用电热板烘烤，180℃,5min；
3)使用电子束曝光机(EBL)在旋涂好的硅片上刻蚀外电极和标记的图案，曝光剂量为380μC/cm2，电子束加速电压为30kV，电子束电流为400pA；
4)显影：将电子束曝光后的基片在甲基异丁酮(MIBK)溶液中浸泡1min，然后在异丙醇中浸泡30s，氮气吹干；
5)Plasma清洗：使用O2的Plasma清洗硅片，功率为50W，清洗5min，O2流量30-60mL/min；
6)金属热蒸发(PVD)：使用热蒸发镀膜仪蒸金属外电极和标记，Cr/Au(5nm/50nm)；
7)金属剥离：将蒸镀有金属的基片放在丙酮中静置12h，使MMA/PMMA全部剥离，然后用丙酮和异丙醇冲洗基片，氮气吹干；
8)将实施例2所得的石墨烯/MnO2同轴纳米线分散在基片上：将合成的石墨烯/MnO2同轴纳米线通过超声机分散在无水乙醇中，然后通过旋涂仪将其均匀分散在基片上，纳米线在基片上的位置和浓度要适当；
9)在光学显微镜下对样品进行拍照，使用NPGS画图，标记纳米线在基片上的具体位置，设计连接纳米线与外电极的内电极图案；
10)使用旋涂仪在基片上旋涂一层MMA，旋涂的转速为4000rpm，旋涂时间为90s，使用电热板烘烤,180℃，5min；然后再在基片上旋涂一层PMMA，旋涂的转速为4000rpm，旋涂时间为90s，使用电热板烘烤,180℃，5min；
11)使用电子束曝光机(EBL)刻蚀内电极图案，曝光剂量为380μC/cm2，电子束加速电压为30kV，电子束电流为100pA；
12)显影：将电子束曝光后的基片在甲基异丁酮(MIBK)溶液中浸泡1.5min，然后在异丙醇中浸泡30s，氮气吹干；
13)金属热蒸发(PVD)：使用热蒸发镀膜仪蒸金属内电极，Cr/Au(5nm/150nm)；
14)金属剥离：将蒸镀有金属的基片放在丙酮中静置12h，使MMA/PMMA全部剥离，然后用丙酮和异丙醇冲洗基片，氮气吹干；
15)使用旋涂仪在基片上旋涂一层SU8 2002，旋涂的转速为4000rpm；使用电热板烘烤SU8,65℃,5min；95℃,5min；
16)采用电子束曝光机制作SU8图案，使SU8刚好覆盖并保护金属电极，防止在溶液中电学测试时金属电极和溶液接触；曝光剂量为3μC/cm2，电子束加速电压为30kV，电子束电流为20pA；
17)对SU8进行曝光后的烘烤，65℃，1min；95℃，1min；
18)显影：分别将基片放在SU8developer浸泡1min，然后在异丙醇中浸泡30s，氮气吹干；
19)对SU8进行硬性烘烤处理：将基片放置在电热板上，电热板从室温升温至180℃，在180℃保温60min，然后使电热板自然冷却至室温；
20)利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)封装器件，通过微流控技术，在手套箱中配好电解液并通过引导管注入电解液，然后进行性能测试；
21)对器件进行以单根MnO2/rGO纳米线以正极，同时以同样的而不同一根MnO2/rGO纳米线做负极，以探针连接器件用Autlab电化学工作站进行测试。
以本实施例所测得的MnO2/rGO纳米线，20mV/s进行的恒压充放电测试结果表明，对MnO2/rGO纳米线超级电容器容量可达1.2F/cm2，即使在500mV/s的情况下，容量具有0.4F/cm2。
实施例6：
单根纳米线电化学超级电容器器件构筑方法，它包括如下步骤：
1)选用带有300nm热氧化层的硅基片；
2)使用旋涂仪在基片上旋涂一层MMA，旋涂的转速为4000rpm，旋涂时间为90s，使用电热板烘烤，180℃，5min；然后再在基片上旋涂一层PMMA，旋涂的转速为4000rpm，旋涂时间为90s，使用电热板烘烤，180℃,5min；
3)使用电子束曝光机(EBL)在旋涂好的硅片上刻蚀外电极和标记的图案，曝光剂量为380μC/cm2，电子束加速电压为30kV，电子束电流为400pA；
4)显影：将电子束曝光后的基片在甲基异丁酮(MIBK)溶液中浸泡1min，然后在异丙醇中浸泡30s，氮气吹干；
5)Plasma清洗：使用O2的Plasma清洗硅片，功率为50W，清洗5min，O2流量30-60mL/min；
6)金属热蒸发(PVD)：使用热蒸发镀膜仪蒸金属外电极和标记，Cr/Au(5nm/50nm)；
7)金属剥离：将蒸镀有金属的基片放在丙酮中静置12h，使MMA/PMMA全部剥离，然后用丙酮和异丙醇冲洗基片，氮气吹干；
8)将实施例3所得的多孔石墨烯/MnO2同轴纳米线分散在基片上：将合成的多孔石墨烯/MnO2同轴纳米线通过超声机分散在无水乙醇中，然后通过旋涂仪将其均匀分散在基片上，纳米线在基片上的位置和浓度要适当；
9)在光学显微镜下对样品进行拍照，使用NPGS画图，标记纳米线在基片上的具体位置，设计连接纳米线与外电极的内电极图案；
10)使用旋涂仪在基片上旋涂一层MMA，旋涂的转速为4000rpm，旋涂时间为90s，使用电热板烘烤,180℃，5min；然后再在基片上旋涂一层PMMA，旋涂的转速为4000rpm，旋涂时间为90s，使用电热板烘烤,180℃，5min；
11)使用电子束曝光机(EBL)刻蚀内电极图案，曝光剂量为380μC/cm2，电子束加速电压为30kV，电子束电流为100pA；
12)显影：将电子束曝光后的基片在甲基异丁酮(MIBK)溶液中浸泡1.5min，然后在异丙醇中浸泡30s，氮气吹干；
13)金属热蒸发(PVD)：使用热蒸发镀膜仪蒸金属内电极，Cr/Au(5nm/150nm)；
14)金属剥离：将蒸镀有金属的基片放在丙酮中静置12h，使MMA/PMMA全部剥离，然后用丙酮和异丙醇冲洗基片，氮气吹干；
15)使用旋涂仪在基片上旋涂一层SU8 2002，旋涂的转速为4000rpm；使用电热板烘烤SU8,65℃,5min；95℃,5min；
16)采用电子束曝光机制作SU8图案，使SU8刚好覆盖并保护金属电极，防止在溶液中电学测试时金属电极和溶液接触；曝光剂量为3μC/cm2，电子束加速电压为30kV，电子束电流为20pA；
17)对SU8进行曝光后的烘烤，65℃，1min；95℃，1min；
18)显影：分别将基片放在SU8developer浸泡1min，然后在异丙醇中浸泡30s，氮气吹干；
19)对SU8进行硬性烘烤处理：将基片放置在电热板上，电热板从室温升温至180℃，在180℃保温60min，然后使电热板自然冷却至室温；
20)利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)封装器件，通过微流控技术，在手套箱中配好电解液并通过引导管注入电解液组装成器件；
21)对器件进行以单根MnO2/pGO纳米线以正极，同时以同样的而不同一根MnO2/pGO纳米线做负极，以探针连接器件用Autlab电化学工作站进行测试。
以本实施例所测得的MnO2/pGO纳米线，20mV/s进行的恒压充放电测试结果表明，对MnO2/pGO纳米线超级电容器容量可达5.2F/cm2，即使在500mV/s的情况下，容量具有0.8F/cm2。
对比实施例7：
单根纳米线电化学超级电容器器件构筑方法，它包括如下步骤：
1)选用带有300nm热氧化层的硅基片；
2)使用旋涂仪在基片上旋涂一层LOR3A，旋涂的转速为4000rpm，旋涂时间为40s，使用电热板烘烤，185℃，5min；然后再在基片上旋涂一层S1805，旋涂的转速为4000rpm，旋涂时间为40s，使用电热板烘烤，115℃,1.5min；
3)使用光刻机在旋涂好的硅片上刻蚀外电极和标记的图案，曝光时间为1.6s；
4)显影：将曝光后的基片在MFCD26溶液中浸泡40s，然后在蒸馏水中浸泡30s，氮气吹干；
5)Plasma清洗：使用O2的Plasma清洗硅片，功率为50W，清洗5min，O2流量30-60mL/min；
6)金属热蒸发(PVD)：使用热蒸发镀膜仪蒸金属外电极和标记，Ti/Au(5nm/50nm)；
7)金属剥离：将蒸镀有金属的基片放在PGremover，使LOR3A/S1805全部剥离，然后用异丙醇冲洗基片，氮气吹干；
8)将多孔石墨烯/MnO2同轴纳米线分散在基片上：将合成的多孔石墨烯/MnO2同轴纳米线通过超声机分散在无水乙醇中，然后通过旋涂仪将其均匀分散在基片上，纳米线在基片上的位置和浓度要适当；
9)在光学显微镜下对样品进行拍照，使用NPGS画图，标记纳米线在基片上的具体位置，设计连接纳米线与外电极的内电极图案；
10)使用旋涂仪在基片上旋涂一层MMA，旋涂的转速为4000rpm，旋涂时间为90s，使用电热板烘烤,180℃，5min；然后再在基片上旋涂一层PMMA，旋涂的转速为4000rpm，旋涂时间为90s，使用电热板烘烤,180℃，5min；
11)使用电子束曝光机(EBL)刻蚀内电极图案，曝光剂量为380μC/cm2，电子束加速电压为30kV，电子束电流为100pA；
12)显影：将电子束曝光后的基片在甲基异丁酮(MIBK)溶液中浸泡1.5min，然后在异丙醇中浸泡30s，氮气吹干；
13)金属热蒸发(PVD)：使用热蒸发镀膜仪蒸金属内电极，Cr/Au(5nm/150nm)；
14)金属剥离：将蒸镀有金属的基片放在丙酮中静置12h，使MMA/PMMA全部剥离，然后用丙酮和异丙醇冲洗基片，氮气吹干；
15)使用旋涂仪在基片上旋涂一层SU8 2002，旋涂的转速为4000rpm；使用电热板烘烤SU8,65℃,5min；95℃,5min；
16)采用电子束曝光机制作SU8图案，使SU8刚好覆盖并保护金属电极，防止在溶液中电学测试时金属电极和溶液接触；曝光剂量为3μC/cm2，电子束加速电压为30kV，电子束电流为20pA；
17)对SU8进行曝光后的烘烤，65℃，1min；95℃，1min；
18)显影：分别将基片放在SU8developer浸泡1min，然后在异丙醇中浸泡30s，氮气吹干；
19)对SU8进行硬性烘烤处理：将基片放置在电热板上，电热板从室温升温至180℃，在180℃保温60min，然后使电热板自然冷却至室温；
20)利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)封装器件，通过微流控技术，在手套箱中配好电解液并通过引导管注入电解液，然后进行性能测试；
21)对器件进行以单根MnO2/pGO纳米线以正极，同时以同样的单根金片做负极，以探针连接器件用Autlab电化学工作站进行测试。
以本实施例所测得的MnO2/rGO纳米线，20mV/s进行的恒压充放电测试结果表明，对MnO2/rGO纳米线超级电容器容量可达10.4F/cm2，即使在500mV/s的情况下，容量具有2.4F/cm2。
如图2所示：通过不同扫速下的CV测试，如20,30,40,50,100mV/s的CV可以明显的观测到有一对明显的氧化还原峰，而且随着扫速的增加，氧化还原峰的宽带间距有所增加。对实例4-6不同对称式单根纳米线器件(MnO2,MnO2/rGO and MnO2/pGO)进行测试。通过对CV进行计算得到在不同扫速不同器件的容量。如图3所示：在20mV/s的扫速下，MnO2/pGO的容量能达到5.2F/cm2,MnO2/rGO容量仅为1.3F/cm2，对称式MnO2还具有1.5F/cm2。随着扫速的增加，三种器件的容量都有大幅度的降低，但是MnO2/pGO的容量明显高于MnO2and MnO2/rGO的容量。如图4所示通过对三种不同的单根纳米线器件进行容量分解后的柱状图，可以得出对于同一种物质如MnO2为例，随着扫速的增加，实际上衰减的容量实际上是嵌入式赝电容的容量，双电层和赝电容容量没有太大的变化。对于不同纳米线，在相同扫速下(20mV/s)，石墨烯包覆提高电容器容量实际上提高的是嵌入式赝电容的容量。石墨烯可以很大程度的提高MnO2的导电以增加嵌入式赝电容的百分比(86％对72％)。通过对石墨烯打孔，多空石墨烯可以在保证提高导电性的同时使离子扩散不受限制。嵌入式赝电容的容量和比例得到大幅度提升(92％)。同时对单根纳米线的电导率进行测试，如图5所示：MnO2的电导率仅为54S/m,包覆石墨烯以后电极材料的活性材料的导电性得到了很大的提升，MnO2/rGO的电导率为290S/m,打洞之后形成的MnO2/pGO的电导率也得到保持，电导率还具有320S/m；图6所示：单根纳米线性能明显高于对称式电容器容量，在20mV/s的扫速下多孔石墨稀/MnO2的容量能达到10.4F/cm2，明显高于MnO2的3.2F/cm2和石墨稀/MnO2的2.6F/cm2。

Claims (1)

1.基于单根纳米线电极材料的原位表征性能测试方法，其特征在于单根纳米线分散在绝缘层上，作为超级电容器电极活性材料，单根纳米线的两端搭建在金属材料的集流体上，注入电解液封装，获得对称式单根纳米线电化学超级电容器器件，以单根纳米线为正极，以另一单根纳米线为负极，然后对所述的单根纳米线电极进行原位的电输运性能测试，使对称式单根纳米线电化学超级电容器器件在不同的充放电下静置，所述的纳米线为MnO2纳米线、石墨烯/MnO2管中线结构同轴纳米线或多孔石墨烯/MnO2管中线结构同轴纳米线。
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