CN112216525A - 一种硫化铟纳米片阵列/三维泡沫石墨烯超级电容器电极的制备 - Google Patents

一种硫化铟纳米片阵列/三维泡沫石墨烯超级电容器电极的制备 Download PDF

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Abstract

本发明属于纳米材料制备领域，公开了一种硫化铟纳米片阵列/三维泡沫石墨烯超级电容器电极的制备。首先以泡沫镍为模板通过化学气相沉积法制备三维泡沫石墨烯，然后采用水热合成法在三维泡沫石墨烯的表面生长硫化铟纳米片阵列，得到硫化铟纳米片阵列/三维泡沫石墨烯。该材料用作超级电容器电极材料时，在电流密度为1 A/g下具有530.7 F/g的高比电容。组装成对称超级电容器后，在电流密度为1 A/g下充放电循环1000次后仍具有84.6%的电容保持率。

Description

一种硫化铟纳米片阵列/三维泡沫石墨烯超级电容器电极的 制备
技术领域
本发明属于材料制备领域，涉及一种硫化铟纳米片阵列/三维泡沫石墨烯超级电容器的制备。
背景技术
超级电容器作为优异的储能器件主要分为电双层电容器和赝电容器，电双层电容器主要的电极材料为碳材料，其中以泡沫镍为模板，化学气相沉积制备的三维泡沫石墨烯作为优异的碳材料具有高的导电性和大的比表面积，并且具有优异的电化学稳定性，是非常理想的超级电容器电极材料，但是由于其双电层的储能机理，其比电容较低，为了进一步提高其比电容，以三维泡沫石墨烯作为基底在其表面附着赝电容材料(金属化合物或导电聚合物)，利用两种材料的协同效应，来进一步提高三维泡沫石墨烯的电化学性能是一种有效的策略。
纳米金属硫化物是一类经典的半导体材料，其独特的物理化学性质在多个领域均获得广泛的关注，一般来说，由于金属硫化物可发生多步氧化还原反应，相比金属氧化物具有更高的热稳定性、更好的导电性等优点，其中，硫化铟(In2S3) 作为III-VIA族重要的硫化物，是优异的超级电容器电极材料。
综上所述，我们以泡沫镍为模板，采用化学气相沉积的方法制备了三维泡沫石墨烯，并采用水热合成的方法在三维泡沫石墨烯的表面生长硫化铟纳米片阵列，三维石泡沫墨烯的高导电性和硫化铟纳米片阵列的大比表面积将极大地提高复合材料电化学性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种硫化铟纳米片阵列/三维泡沫石墨烯超级电容器电极材料的制备方法。
本发明一种硫化铟纳米片阵列/三维泡沫石墨烯超级电容器电极材料的制备方法是按以下步骤进行的：
一.化学气相沉积法
1)1)将密度为420g/m2～440g/m2，厚度为1.6mm～2.0mm的泡沫镍置于石英管式炉中央，在流速为480sccm～500sccm的氩气和流速为180sccm～200sccm的氢气的保护下从室温以20℃/min～40℃/min的升温速率加热至温度为1000℃～ 1100℃，并在温度为1000℃～1100℃的条件下保温30min～60min，在温度为 1000℃～1100℃的条件下向管式炉中以5sccm～10sccm的速率通入甲烷气体 5min～20min，然后将石英管式炉以80℃/min～100℃/min的冷却速率从温度为 1000℃～1100℃冷却至室温，得到被石墨烯包裹的泡沫镍；
2)将质量分数为4％～5％的聚甲基丙烯酸甲酯溶于乳酸乙酯中，并且在温度为 80℃～120℃的条件下加热搅拌1h～2h得到混合溶液，按每平方厘米有100μL～ 200μL的使用量利用加样枪将混合溶液滴加到步骤一1)得到的被石墨烯包裹的泡沫镍上，在室温下自然干燥，然后在温度为150℃～200℃的条件下保温 0.5h～1h得到表面包覆聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯；
3)将步骤一2)得到的表面包覆聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯切割成表面积为0.5cm2～2cm2的立方体，并完全浸泡于温度为80℃～90℃、浓度为3mol/L～ 4mol/L的盐酸溶液中4h～6h得到去除镍的三维泡沫石墨烯；
4)将步骤一3)得到的三维泡沫石墨烯按每平方厘米有50μL～100μL的使用量利用加样枪将硫化铟种子层液滴加到泡沫石墨烯上，再置于温度为150℃～ 200℃的条件下保温40min～60min，得到预制有硫化铟种子层的三维泡沫石墨烯 /ITO玻璃；步骤一4)中所述的干净的ITO玻璃是ITO玻璃先后依次在丙酮中超声清洗15min～20min，乙醇中超声清洗15min～20min和去离子水中超声清洗 15min～20min，在室温下自然干燥得到的；步骤一4)中所述的硫化铟种子层溶液是按以下步骤制备的：将四水合氯化铟和硫代乙酰胺溶于乙醇中，然后以 450r/min～550r/min的转速磁力搅拌3min～5min，得到硫化铟种子层溶液，其中所述的硫化铟种子层溶液中四水合氯化铟的浓度为0.01mol/L～0.03mol/L，硫代乙酰胺浓度为0.05mol/L～0.07mol/L；
二、水热合成法制备硫化铟纳米片阵列
(1)首先配制硫化铟种子层溶液：将0.01～0.03mol/L的四水合氯化铟和0.05～0.07mol/L的硫代乙酰胺溶于5～10mL乙醇溶液中，并搅拌均匀，然后将硫化铟种子层溶液均匀滴到步骤一中得到的三维石墨烯上，在180～200℃下干燥1～ 2h；
(2)配制水热溶液：将0.01～0.03mol/L的四水合氯化铟和0.05～0.07mol/L的硫代乙酰胺溶于60～70mL乙二醇溶液中，搅拌均匀并倒入反应釜中，随后在反应釜中继续放入步骤二(1)中滴有硫化铟种子层的三维泡沫石墨烯，在180～ 200℃下水热12～24h后用去离子水充分洗净后冷冻干燥得到硫化铟纳米片阵列 /三维泡沫石墨烯；
相比现有的技术，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明通过化学气相沉积法制备出性能优异的三维泡沫石墨烯，并通过水热合成法在三维泡沫石墨烯表面生长硫化铟纳米片阵列，制备了一种新型结构的超级电容器电极材料；
(2)本发明制备的超级电容器电极材料可以同时发挥三维泡沫石墨烯和硫化铟纳米片阵列的性能优势，三维泡沫石墨烯的高导电率和硫化铟纳米片阵列的高比表面积对复合材料的电化学性能具有较大的提升，在电流密度为1A/g时，其比电容可达到530.7F/g，并且在充放电循环1000次后仍具有84.6％的电容保持率。
附图说明
图1为硫化铟纳米片阵列/三维泡沫石墨烯放大1000倍的扫描电镜图；
图2为硫化铟纳米片阵列/三维泡沫石墨烯放大2000倍的扫描电镜图；
图3为硫化铟纳米片阵列/三维泡沫石墨烯放大100000倍的扫描电镜图；
图4为硫化铟纳米片阵列/三维泡沫石墨烯的X射线衍射图谱；
图5为硫化铟纳米片阵列/三维泡沫石墨烯的循环伏安特性曲线；
图6为硫化铟纳米片阵列/三维泡沫石墨烯的恒流充放电曲线；
图7为硫化铟纳米片阵列/三维泡沫石墨烯在不同电流密度下的比容量曲线；
图8为硫化铟纳米片阵列/三维泡沫石墨烯的循环稳定性曲线；
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式中一种硫化铟纳米片阵列/泡沫石墨烯复合材料的制备方法是按以下步骤进行的：
一.化学气相沉积法
1)1)将密度为420g/m2～440g/m2，厚度为1.6mm～2.0mm的泡沫镍置于石英管式炉中央，在流速为480sccm～500sccm的氩气和流速为180sccm～200sccm的氢气的保护下从室温以20℃/min～40℃/min的升温速率加热至温度为1000℃～1100℃，并在温度为1000℃～1100℃的条件下保温30min～60min，在温度为 1000℃～1100℃的条件下向管式炉中以5sccm～10sccm的速率通入甲烷气体 5min～20min，然后将石英管式炉以80℃/min～100℃/min的冷却速率从温度为 1000℃～1100℃冷却至室温，得到被石墨烯包裹的泡沫镍；
2)将质量分数为4％～5％的聚甲基丙烯酸甲酯溶于乳酸乙酯中，并且在温度为 80℃～120℃的条件下加热搅拌1h～2h得到混合溶液，按每平方厘米有100μL～ 200μL的使用量利用加样枪将混合溶液滴加到步骤一1)得到的被石墨烯包裹的泡沫镍上，在室温下自然干燥，然后在温度为150℃～200℃的条件下保温 0.5h～1h得到表面包覆聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯；
3)将步骤一2)得到的表面包覆聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯切割成表面积为0.5cm2～2cm2的立方体，并完全浸泡于温度为80℃～90℃、浓度为3mol/L～ 4mol/L的盐酸溶液中4h～6h得到去除镍的三维泡沫石墨烯；
4)将步骤一3)得到的三维泡沫石墨烯按每平方厘米有50μL～100μL的使用量利用加样枪将硫化铟种子层液滴加到泡沫石墨烯上，再置于温度为150℃～ 200℃的条件下保温40min～60min，得到预制有硫化铟种子层的三维泡沫石墨烯 /ITO玻璃；步骤一4)中所述的干净的ITO玻璃是ITO玻璃先后依次在丙酮中超声清洗15min～20min，乙醇中超声清洗15min～20min和去离子水中超声清洗 15min～20min，在室温下自然干燥得到的；步骤一4)中所述的硫化铟种子层溶液是按以下步骤制备的：将四水合氯化铟和硫代乙酰胺溶于乙醇中，然后以 450r/min～550r/min的转速磁力搅拌3min～5min，得到硫化铟种子层溶液，其中所述的硫化铟种子层溶液中四水合氯化铟的浓度为0.01mol/L～0.03mol/L，硫代乙酰胺浓度为0.05mol/L～0.07mol/L；
二、水热合成法制备硫化铟纳米片阵列
(1)首先配制硫化铟种子层溶液：将0.01～0.03mol/L的四水合氯化铟和0.05～0.07mol/L的硫代乙酰胺溶于5～10mL乙醇溶液中，并搅拌均匀，然后将硫化铟种子层溶液均匀滴到步骤一中得到的三维石墨烯上，在180～200℃下干燥1～ 2h；
(2)配制水热溶液：将0.01～0.03mol/L的四水合氯化铟和0.05～0.07mol/L的硫代乙酰胺溶于60～70mL乙二醇溶液中，搅拌均匀并倒入反应釜中，随后在反应釜中继续放入步骤二(1)中滴有硫化铟种子层的三维泡沫石墨烯，在180～ 200℃下水热12～24h后用去离子水充分洗净后冷冻干燥得到硫化铟纳米片阵列 /三维泡沫石墨烯；
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一3)中将步骤一2)得到的表面包覆聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯切割成表面积为0.8cm2～ 1.0cm2立方体，并完全浸泡于温度为85℃～90℃、浓度为3mol/L～4mol/L的盐酸溶液中4.5h～5.5h得到去除镍的三维泡沫石墨烯。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是：步骤一4)按每平方厘米有70μL～90μL的使用量利用加样枪将硫化铟种子层溶液滴加到清洗干净的去除聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯上，再置于温度为 180℃～200℃的条件下保温50min～60min，得到预制有硫化铟种子层的三维泡沫石墨烯/ITO玻璃。其中所述的硫化铟种子层溶液是按以下步骤合成的：将四水合氯化铟和硫代乙酰胺溶于乙醇中，然后以480r/min～520r/min的转速磁力搅拌5min～10min，得到硫化铟种子层溶液，其中所述的硫化铟种子层溶液中的四水合氯化铟浓度为0.02mol/L～0.03mol/L,硫代乙酰胺浓度为0.06mol/L～0.07mol/L；其它与具体实施方式一或二之一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二1)中将0.02mol/L～0.03mol/L的四水合氯化铟和0.06mol/L～0.07mol/L硫代乙酰胺添加到70mL～80mL的乙二醇中，放置在磁力搅拌器进行搅拌；步骤二1) 中磁力搅拌器的搅拌速率为480～520r/min；搅拌时间为18～20min得到水热反应溶液。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二1)得到的水热反应溶液倒入反应釜中，然后将步骤一4)得到的预制有硫化铟种子层的三维泡沫石墨烯/ITO玻璃倒立放置于反应釜中的混合溶液中，盖上反应釜盖子，在200℃～210℃的温度条件下反应10h～12h，然后取出在空气中自然冷却至室温，得到复合材料，打开反应釜用蒸馏水将复合材料清洗干净，并于流速为490sccm～500sccm的氩气下480℃～500℃下保温2.8h～3.0h，随炉冷却至室温，即得到硫化铟纳米片阵列/泡沫石墨烯。其它与具体实施方式一至四之一相同。
采用下述试验验证本发明效果：
试验一：本试验的硫化铟纳米片阵列/三维泡沫石墨烯的制备方法是按以下方法实现的：
一、化学气相沉积法：
1)将密度为420g/m2，厚度为1.6mm的泡沫镍置于石英管式炉中央，在流速为 500sccm的氩气和流速为200sccm的氢气的保护下从室温以30℃/min的升温速率加热至温度为1000℃，并在温度为1000℃的条件下保温30min，在温度为1000℃的条件下向管式炉中以10sccm的速率通入甲烷气体10min，然后将石英管式炉以100℃/min的冷却速率从温度为1000℃冷却至室温，得到被石墨烯包裹的泡沫镍；
2)将质量分数为4％的聚甲基丙烯酸甲酯溶于乳酸乙酯中，并且在温度为100℃的条件下加热搅拌2h得到混合溶液，按每平方厘米有150μL的使用量利用加样枪将混合溶液滴加到步骤一1)得到的被石墨烯包裹的泡沫镍表面上在室温下自然干燥，然后在温度为200℃的条件下保温0.5h得到表面包覆聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯；
3)将步骤一2)得到的表面包覆聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯切割成表面积为1cm2的立方体，并完全浸泡于温度为90℃、浓度为3mol/L的盐酸溶液中5h 得到去除镍的三维泡沫石墨烯；
4)将步骤一3)得到的去除镍的三维泡沫石墨烯浸泡于温度为60℃的丙酮中1h，得到去除聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯，然后用蒸馏水将去除聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯清洗干净，然后将清洗干净的去除聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯转移到依次在丙酮中超声清洗15min，乙醇中超声清洗15min和去离子水中超声清洗15min，在室温下自然干燥得到的干净的ITO玻璃上，再按每平方厘米有 80μL的使用量利用加样枪将硫化铟种子层溶液滴加到清洗干净的去除聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯上，再置于温度为200℃的条件下保温60min，得到预制有硫化铟种子层的三维泡沫石墨烯/ITO玻璃；步骤一4)中所述的硫化铟种子层溶液是按以下步骤制备的：将四水合氯化铟和硫代乙酰胺溶于乙醇中，然后以500r/min的转速磁力搅拌5min，得到硫化铟种子层溶液，其中所述的硫化铟种子层溶液中四水合氯化铟的浓度为0.024mol/L,硫代乙酰胺浓度为0.063mol/L；二、水热合成法：
1)将浓度为0.024mol/L的四水合氯化铟和浓度为0.063mol/L的硫代乙酰胺溶于 75ml乙二醇中，以500r/min的转速磁力搅拌20min得到水热反应溶液；
2)将步骤二1)得到的水热反应溶液倒入反应釜中，然后将步骤一4)得到的预制有硫化铟种子层的三维泡沫石墨烯/ITO玻璃倒立放置于反应釜中的混合溶液中，盖上反应釜盖子，在200℃的温度条件下反应12h，然后取出在空气中自然冷却至室温，得到复合材料，打开反应釜用蒸馏水将复合材料清洗干净，并在流速为500sccm的氩气中于500℃下保温3h，随炉冷却至室温，即得到硫化铟纳米片阵列/泡沫石墨烯复合材料。
试验二：硫化铟纳米片阵列/三维泡沫石墨烯作为工作电极的进行电化学测试，具体操作如下：
本发明使用三电极测试系统研究材料的电化学性能。将硫化铟纳米片阵列/三维泡沫石墨烯作为工作电极，箔片作为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，1mol/L 的H2SO4作为电解液进行测试。
图1-3分别为硫化铟纳米片阵列/三维石墨烯放大1000倍、2000倍和 100000倍的扫描电镜图，从图中可以清晰地看到在三维泡沫石墨烯的表面垂直生长的硫化铟纳米片阵列，三维泡沫石墨烯和硫化铟纳米片阵列紧密的结合在一起，形成硫化铟纳米片阵列/三维泡沫石墨烯超级电容器电极材料。
图4是硫化铟纳米片阵列/三维泡沫石墨烯的X射线衍射图谱，从图中可以看到三维泡沫石墨烯对应的(002)和(004)晶面和硫化铟对应的(109)、(220) 和(309)晶面，三维泡沫石墨烯的特征峰和硫化铟纳的特征峰同时存在，表明复合材料是由三维泡沫石墨烯和硫化铟共同组成的。
图5是硫化铟纳米片阵列/三维泡沫石墨烯的循环伏安特性曲线，从图中可以看出，随着扫描速率的增加，硫化铟纳米片阵列/三维泡沫石墨烯电极的氧化还原电流密度增加，且高扫描速率下依然有良好的氧化还原峰存在，这表明硫化铟纳米片阵列/三维泡沫石墨烯电极具有良好的倍率性能。
图6和图7分别是硫化铟纳米片阵列/三维泡沫石墨烯的恒流充放电曲线和在不同电流密度下的比容量曲线，从图中可以看出当电流密度变大时，比容量虽然有所下降但仍保持了较高的数值，证明复合材料具有良好的倍率性能。
图8为硫化铟纳米片阵列/三维泡沫石墨烯在电流密度为1A/g时的循环稳定性曲线，从图中可以看出，经过1000次循环后，复合材料的容量保留率可达到84.6％，展示出了较好的循环稳定性。

Claims (2)

1.一种硫化铟纳米片阵列/三维泡沫石墨烯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
一．化学气相沉积法
1) 1)将密度为420g/m2～440g/m2，厚度为1.6mm～2.0mm的泡沫镍置于石英管式炉中央，在流速为480sccm～500sccm的氩气和流速为180sccm～200sccm的氢气的保护下从室温以20℃/min～40℃/min的升温速率加热至温度为1000℃～1100℃，并在温度为1000℃～1100℃的条件下保温30min～60min，在温度为1000℃～1100℃的条件下向管式炉中以5sccm～10sccm的速率通入甲烷气体5min～20min，然后将石英管式炉以80℃/min～100℃/min的冷却速率从温度为1000℃～1100℃冷却至室温，得到被石墨烯包裹的泡沫镍；
2)将质量分数为4%～5%的聚甲基丙烯酸甲酯溶于乳酸乙酯中，并且在温度为80℃～120℃的条件下加热搅拌1h～2h得到混合溶液，按每平方厘米有100μL～200μL的使用量利用加样枪将混合溶液滴加到步骤一1）得到的被石墨烯包裹的泡沫镍上，在室温下自然干燥，然后在温度为150℃～200℃的条件下保温0.5h～1h得到表面包覆聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯；
3)将步骤一2）得到的表面包覆聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯切割成表面积为0.5cm2～2cm2的立方体，并完全浸泡于温度为80℃～90℃、浓度为3mol/L～4mol/L的盐酸溶液中4h～6h得到去除镍的三维泡沫石墨烯；
4）将步骤一3）得到的三维泡沫石墨烯按每平方厘米有50μL～100μL的使用量利用加样枪将硫化铟种子层液滴加到泡沫石墨烯上，再置于温度为150℃～200℃的条件下保温40min～60min，得到预制有硫化铟种子层的三维泡沫石墨烯/ITO玻璃；步骤一4）中所述的干净的ITO玻璃是ITO玻璃先后依次在丙酮中超声清洗15min～20min，乙醇中超声清洗15min～20min和去离子水中超声清洗15min～20min，在室温下自然干燥得到的；步骤一4）中所述的硫化铟种子层溶液是按以下步骤制备的：将四水合氯化铟和硫代乙酰胺溶于乙醇中，然后以450r/min～550r/min的转速磁力搅拌3min～5min，得到硫化铟种子层溶液，其中所述的硫化铟种子层溶液中四水合氯化铟的浓度为0.01mol/L～0.03mol/L，硫代乙酰胺浓度为0.05mol/L～0.07mol/L；
二、水热合成法制备硫化铟纳米片阵列
（1）首先配制硫化铟种子层溶液：将0.01～0.03 mol/L的四水合氯化铟和0.05～0.07mol/L的硫代乙酰胺溶于5～10 mL乙醇溶液中，并搅拌均匀，然后将硫化铟种子层溶液均匀滴到步骤一中得到的三维石墨烯上，在180～200℃下干燥1～2 h；
（2）配制水热溶液：将0.01～0.03 mol/L的四水合氯化铟和0.05～0.07 mol/L的硫代乙酰胺溶于60～70 mL乙二醇溶液中，搅拌均匀并倒入反应釜中，随后在反应釜中继续放入步骤二（1）中滴有硫化铟种子层的三维泡沫石墨烯，在180～200℃下水热12～24 h后用去离子水充分洗净后冷冻干燥得到硫化铟纳米片阵列/三维泡沫石墨烯。
2.一种硫化铟纳米片阵列/三维泡沫石墨烯的应用，其特征在于硫化铟纳米片阵列/三维泡沫石墨烯作为超级电容器的工作电极使用。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115125560A (zh) * 2022-06-14 2022-09-30 杭州电子科技大学 一种β相硫化铟微米片阵列的制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012112120A1 (en) * 2011-02-17 2012-08-23 Nanyang Technological University Inorganic nanorods and a method of forming the same, and a photoelectrode and a photovoltaic device comprising the inorganic nanorods
CN103077833A (zh) * 2013-01-15 2013-05-01 江苏苏美仑智能科技有限公司 一种超级电容器复合电极及其制备方法
CN103558273A (zh) * 2013-10-15 2014-02-05 哈尔滨理工大学 一种氧化锌纳米线阵列/泡沫石墨烯复合材料的制备方法及其应用
CN109830549A (zh) * 2018-12-13 2019-05-31 广东工业大学 一种硫化铟/石墨烯复合薄膜及其制备方法和应用

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012112120A1 (en) * 2011-02-17 2012-08-23 Nanyang Technological University Inorganic nanorods and a method of forming the same, and a photoelectrode and a photovoltaic device comprising the inorganic nanorods
CN103077833A (zh) * 2013-01-15 2013-05-01 江苏苏美仑智能科技有限公司 一种超级电容器复合电极及其制备方法
CN103558273A (zh) * 2013-10-15 2014-02-05 哈尔滨理工大学 一种氧化锌纳米线阵列/泡沫石墨烯复合材料的制备方法及其应用
CN109830549A (zh) * 2018-12-13 2019-05-31 广东工业大学 一种硫化铟/石墨烯复合薄膜及其制备方法和应用

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115125560A (zh) * 2022-06-14 2022-09-30 杭州电子科技大学 一种β相硫化铟微米片阵列的制备方法
CN115125560B (zh) * 2022-06-14 2023-10-17 杭州电子科技大学 一种β相硫化铟微米片阵列的制备方法

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