CN112466678A - 激光诱导MnO2和石墨烯微型超级电容器及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光诱导MnO2和石墨烯微型超级电容器及制造方法；该方法包括：在氯化锰溶液中浸泡制备微型超级电容器所需的聚酰亚胺薄膜；将浸泡完成的所述聚酰亚胺薄膜粘合于硬质衬底上，对粘合衬底进行干燥处理，并从干燥好的所述粘合衬底上分离得到干燥好的聚酰亚胺薄膜；使用激光在干燥好的聚酰亚胺薄膜上诱导出微型超级电容的电极图案，得到电容电极；所述电容电极的材质包括MnO2和石墨烯；基于所述电容电极制备固态的电解质，得到制备完成的微型超级电容器。本发明可以提高微型超级电容器的电极材料的储能性能，且工艺简单、图形化效率高、衬底选择性强，具有大规模集成化批量生产的前景。
Description
技术领域
本发明属于微纳器件制造领域，具体涉及一种激光诱导MnO2和石墨烯微型超级电容器及制造方法。
背景技术
随着可穿戴便携式电子器件的蓬勃发展，微型的储能器件的应用需求与日俱增。超级电容器由于具有功率密度高、充放电速度快、可集成化、功能化等优点引起了广泛的关注。传统的柔性全固态超级电容器，由于其三明治结构具有一定的厚度、柔性较差等诸多问题，限制了其在更多领域的应用。平面微型超级电容器的发现，很好的解决了传统超级电容器的不足。其平面化、图案化等优点，极大的减小了器件的厚度，同时还具备良好的柔性与稳定性，拓宽了其应用领域。
现有技术中，微型超级电容器的制备方式有很多，如静电纺丝、光刻、3D打印等。但这些制造方法过于复杂、制备周期长、转移过程会引入不必要的杂质，对于大批量生产等要求无法实现。目前，激光诱导石墨烯在微型超级电容器的制备上表现十分亮眼，充分利用了石墨烯与平面结构的优势。然而，目前的激光诱导石墨烯基微型超级电容器的电极材料的储能性能较低。
发明内容
为了提高微型超级电容器的电极材料的储能性能，本发明提供了一种激光诱导MnO2和石墨烯微型超级电容器及制造方法。
本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
第一方面，本发明提供了一种激光诱导MnO2和石墨烯微型超级电容器的制造方法，包括：
在氯化锰溶液中浸泡制备微型超级电容器所需的聚酰亚胺薄膜；
将浸泡完成的所述聚酰亚胺薄膜粘合于硬质衬底上，对粘合衬底进行干燥处理，并从干燥好的所述粘合衬底上分离得到干燥好的聚酰亚胺薄膜；
使用激光在干燥好的聚酰亚胺薄膜上诱导出微型超级电容的电极图案，得到电容电极；所述电容电极的材质包括MnO2和石墨烯；
基于所述电容电极制备固态的电解质，得到制备完成的微型超级电容器。
可选地，所述氯化锰溶液为氯化锰酒精溶液；所述氯化锰酒精溶液中，每毫升酒精包含有0.2g～0.67g的氯化锰。
可选地，所述对粘合衬底进行干燥处理，包括：将所述粘合衬底在50℃～70℃的温度下干燥不少于3分钟；
所述从干燥好的所述粘合衬底上分离得到干燥好的聚酰亚胺薄膜，包括：从干燥好的所述粘合衬底上分离出所述聚酰亚胺薄膜，并在室温下干燥不少于5分钟，得到干燥好的聚酰亚胺薄膜。
可选地，所述硬质衬底包括：二氧化硅衬底、蓝宝石衬底或玻璃衬底。
可选地，所述微型超级电容器，包括：叉指型超级电容器；
所述基于所述电容电极制备固态的电解质，得到制备完成的微型超级电容器，包括：
将凝胶状的电解质材料覆盖于所述聚酰亚胺薄膜上的电容电极之上，待所述电解质材料凝固后，得到制备完成的微型超级电容器。
可选地，所述微型超级电容器，包括：三明治结构的超级电容器；
所述基于所述电容电极制备固态电解质，得到制备完成的微型超级电容器，包括：
使用带有粘性的柔性材料，从所述聚酰亚胺薄膜上剥离出所述电容电极；
使用凝胶状的电解质材料，配合剥离出的电容电极制备固态电解质，得到制备完成的微型超级电容器。
可选地，所述带有粘性的柔性材料，包括：所述凝胶状的电解质材料。
第二方面，本发明提供了一种激光诱导MnO2和石墨烯微型超级电容器，所述微型超级电容器采用上述任一种激光诱导MnO2和石墨烯微型超级电容器的制造方法所制备得到；
其中，所述微型超级电容器的电容电极的材质包括：MnO2和石墨烯。
可选地，所述微型超级电容器，能够作为压力传感器使用。
本发明提供的激光诱导MnO2和石墨烯微型超级电容器的制造方法中，通过一步激光诱导的方式，一次性合成了包含有二氧化锰和石墨烯的异质结，相较于现有的纯石墨烯材质的电容电极，本发明提高了微型超级电容器的电极材料的储能性能，提升了微型超级电容器的储能性能。并且，本发明中，将聚酰亚胺薄膜与硬质衬底进行粘合的合成方式，使得后续在聚酰亚胺薄膜上诱导出电容电极后，可以使用胶带、凝胶等粘性物质轻松地将电容电极剥离下来，使得材质为MnO2和石墨烯的电容电极具有更广的应用范围。
另外，本发明提供的激光诱导MnO2和石墨烯微型超级电容器的制造方法，工艺简单、图形化效率高、衬底选择性强，具有大规模集成化批量生产的前景。
以下将结合附图及对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种激光诱导MnO2和石墨烯微型超级电容器的制造方法的流程示意图；
图2(a)和图2(b)是MnO2和石墨烯材质的电容电极的扫描电子显微镜图；
图3是叉指型电容器超级的结构示意图；
图4是三明治结构的超级电容的结构示意图；
图5是利用本发明所提供方法制备的一种叉指型超级电容器用作压力传感器时的阻值变化示意图；
图6是利用本发明所提供方法制备的另一种三明治结构的超级电容器用作压力传感器时的阻值变化示意图；
图7是利用本发明所提供方法制备的又一种三明治结构的超级电容器用作压力传感器时的阻值变化示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
为了提高微型超级电容器的电极材料的储能性能，本发明实施例提供了一种激光诱导MnO2和石墨烯微型超级电容器及制造方法。如图1所示，该制造方法可以包括以下步骤：
S10：在氯化锰溶液中浸泡制备微型超级电容器所需的聚酰亚胺薄膜(polyimidefilm，PI)。
其中，氯化锰溶液具体为氯化锰酒精溶液。
S20：将浸泡完成的聚酰亚胺薄膜粘合于硬质衬底上，对粘合衬底进行干燥处理，并从干燥好的粘合衬底上分离得到干燥好的聚酰亚胺薄膜。
其中，硬质衬底可以包括二氧化硅衬底、蓝宝石衬底或玻璃衬底等等，并不局限于此。
可以理解的是，将浸泡完成的聚酰亚胺薄膜粘合在硬质衬底上后再一并进行干燥处理，可以避免聚酰亚胺薄膜在干燥过程中产生异常的形变。
S30：使用激光在干燥好的聚酰亚胺薄膜上诱导出微型超级电容的电极图案，得到电容电极；该电容电极的材质包括MnO2和石墨烯。
可以理解的是，MnO2和石墨烯均是通过激光诱导的方式所诱导出的电极材料。图2(a)和图2(b)示例性的示出了诱导出的MnO2和石墨烯材质的电容电极的扫描电子显微镜图。相较于现有的仅包含石墨烯的电容电极，本发明实施例提供的增加了MnO2的电极材料具有更高的储能性能。
S40：基于得到的电容电极制备固态的电解质，得到制备完成的微型超级电容器。
需要说明的是，步骤S30中通过激光诱导方式得到的电容电极可以包括叉指型电容电极或其他各种图案的电容电极，如长方形、正方形、波浪形等等。相应的，配合不同形状的电容电极制备固态的电解质的方式存在不同。为了方案布局清晰，后续将通过举例的方式对基于得到的电容电极制备固态的电解质的具体实现方式进行说明。
本发明提供的激光诱导MnO2和石墨烯微型超级电容器的制造方法中，通过一步激光诱导的方式，一次性合成了包含有二氧化锰和石墨烯的异质结，相较于现有的纯石墨烯材质的电容电极，本发明提高了微型超级电容器的电极材料的储能性能，提升了微型超级电容器的储能性能。并且，本发明中，将聚酰亚胺薄膜与硬质衬底进行粘合的合成方式，使得后续在聚酰亚胺薄膜上诱导出电容电极后，可以使用胶带、凝胶等粘性物质轻松地将电容电极剥离下来，使得材质为MnO2和石墨烯的电容电极具有更广的应用范围。
另外，本发明提供的激光诱导MnO2和石墨烯微型超级电容器的制造方法，工艺简单、图形化效率高、衬底选择性强，具有大规模集成化批量生产的前景。
优选地，步骤S10中使用的氯化锰酒精溶液中，每毫升酒精中可以包含有0.2g～0.67g的氯化锰。
优选地，在步骤S20中，对粘合衬底进行干燥处理，可以包括：将粘合衬底在50℃～70℃的温度下干燥不少于3分钟；从干燥好的粘合衬底上分离得到干燥好的聚酰亚胺薄膜，可以包括：从干燥好的粘合衬底上分离出聚酰亚胺薄膜，并在室温下干燥不少于5分钟，得到干燥好的聚酰亚胺薄膜。
可选地，对于叉指型超级电容器来说，步骤S40中基于电容电极制备固态的电解质，得到制备完成的微型超级电容器，可以包括：
将凝胶状的电解质材料覆盖于聚酰亚胺薄膜上的电容电极之上，待电解质材料凝固后，得到制备完成的微型超级电容器。
可以理解的是，叉指型电容电极的结构较为精密，从聚酰亚胺薄膜上进行分离容易导致电容电极损坏。因此，可以直接将凝胶状的电解质材料覆盖于聚酰亚胺薄膜上的电容电极之上，待电解质材料凝固后，便得到制备完成的微型超级电容器。
在实际应用中，如果聚酰亚胺薄膜的尺寸大小仅能够制备一个叉指型电容电极，则电解质材料凝固后，便直接得到一个制备完成的超级电容器。如果聚酰亚胺薄膜的大小足够同时制备多个叉指型电容电极，则待各个叉指型电容电极上的电解质材料凝固后，可以通过切割的方式将多个超级电容器分离开来，由此便可以同时得到多个制备完成的微型超级电容器。
可选地，对于三明治结构的超级电容器来说，步骤S40中基于电容电极制备固态的电解质，得到制备完成的微型超级电容器，可以包括：
使用带有粘性的柔性材料，从聚酰亚胺薄膜上剥离出电容电极；
使用凝胶状的电解质材料，配合剥离出的电容电极制备固态电解质，得到制备完成的微型超级电容器。
其中，带有粘性的柔性材料可以包括胶带。使用胶带将电容电极从聚酰亚胺薄膜上剥离出电容电极后，进一步在电容电极上涂抹凝胶状的电解质材料，并在涂抹好的电解质材料上面覆盖一个相同形状和材质的电容电极；待电解质材料凝固后，便得到制备完成的微型超级电容器。
另外，凝胶状的电解质材料也可以作为柔性材料来从聚酰亚胺薄膜上剥离出电容电极。具体的，在聚酰亚胺薄膜上的电容电极上涂抹凝胶状的电解质材料，并在该电解质材料之上覆盖一个相同形状和材质的电容电极；待电解质材料凝固后，利用凝固了的电解质材料，即可从聚酰亚胺薄膜上取下制备完成的微型超级电容器。
可以理解的是，三明治结构的超级电容器中，形状和材质均相同的两个电容电极可以从同一张聚酰亚胺薄膜上取出，也可以是分批次制备得到的，本发明实施例不做限定。
优选地，步骤S30中，进行激光诱导所使用的激光器的功率为4.95W，激光波长为450纳米，加工深度为30％。另外，还可以通过风扇不断地向激光器通入空气，从而确保氧气的含量。需要说明的是，这里示出的激光器参数仅仅作为示例，并不构成对本发明实施例的限定。
下面，通过3个具体的示例对本发明实施例提供的激光诱导MnO2和石墨烯微型超级电容器制造方法进行详细说明。
示例1：
(1)将5g无水氯化锰充分研磨后，放入20ml酒精中充分搅拌直至氯化锰粉末充分溶解。
(2)将清洁后的3厘米*2厘米的PI完全浸泡在配置好的氯化锰酒精溶液中30秒。
(3)将浸泡好的PI取出，放置在二氧化硅衬底上，并将PI与二氧化硅衬底接触面之间多余的空气挤出，使PI完全粘合在二氧化硅衬底上，得到粘合衬底。
(4)将粘合衬底放入干燥箱中，在60℃温度下进行烘干，烘干3分钟后取出；取出后，将PI从二氧化硅衬底上取下，并在室温下干燥5分钟。
(5)将干燥好的PI放置在波长λ＝450纳米，功率为4.95瓦，加工深度为30％的激光器下诱导出如图3所示的MnO2和石墨烯材质的叉指型电容电极，在诱导的过程中向激光器中通入空气。
(6)配制固态电解质：称取6mg聚乙烯醇(PVA)加入到30ml去离子水中，90℃水浴加热10分钟；称取5mg氢氧化钾加入到20ml去离子水中，搅拌均匀；将PVA水浴加热十分钟后，在保持加热的情况下搅拌至PVA完全溶解，然后将其冷却降温至60℃；向冷却后的PVA溶液缓慢滴加氢氧化钾溶液，边滴加边搅拌，直至20ml氢氧化钾溶液混合完全，然后将混合溶液冷却至室温，得到凝胶状的电解质材料。
(7)将凝胶状的电解质材料均匀的涂抹在叉指型电容电极上，室温下烘干12小时，使电解质材料凝固后，完成叉指型电容器的制备。
示例2：
(1)配制氯化锰溶液：将5g无水氯化锰充分研磨后，放入20ml酒精中充分搅拌直至氯化锰粉末充分溶解。
(2)将清洁后的3厘米*2厘米的PI完全浸泡在配置好的氯化锰酒精溶液中30秒。
(3)将浸泡后的PI迅速取出，放置在二氧化硅衬底上，将PI与二氧化硅衬底接触面之间多余的空气挤出，使PI完全粘合在二氧化硅衬底上，得到粘合衬底。
(4)将粘合衬底放入干燥箱中，在60℃条件下进行烘干，烘干3分钟后取出；取出后，将PI从二氧化硅衬底上取下，并在室温下干燥5分钟。
(5)将干燥好的PI放置在波长λ＝450纳米，功率为4.95瓦，加工深度为30％的激光器下进行诱导出MnO2和石墨烯材质的长方形电容电极，该长方形电容电极的尺寸为2厘米*1厘米，诱导的过程中向激光器中通入空气。
(6)使用压敏胶带将长方形电容电极从PI上取下。
(7)配制固态电解质：称取6mg聚乙烯醇(PVA)加入到30ml去离子水中，90℃水浴加热10分钟；称取5mg氢氧化钾加入到20ml去离子水中，搅拌均匀；将PVA水浴加热十分钟后，在保持加热的情况下搅拌至PVA完全溶解，然后将其冷却降温至60℃；向冷却后的PVA溶液缓慢滴加氢氧化钾溶液，边滴加边搅拌，直至20ml氢氧化钾溶液混合完全，然后将混合溶液冷却至室温，得到凝胶状的电解质材料。
(8)将凝胶状的电解质材料均匀的涂抹在取下的一个长方形电容电极上；在涂好的电解质材料上叠加一个相同的长方形电容电极，形成如图4所示的三明治结构的超级电容器，并在室温下烘干12小时，使电解质材料呈固态后，完成三明治结构的电容器的制备。
示例3：
(1)配制氯化锰溶液，将5g无水氯化锰充分研磨后，放入20ml酒精中充分搅拌直至氯化锰粉末充分溶解。
(2)将清洁后的5厘米*5厘米的PI完全浸泡在配置好的氯化锰酒精溶液中30秒。
(3)将浸泡后的PI迅速取出，放置在二氧化硅衬底上，将PI与二氧化硅衬底接触面之间多余的空气挤出，使PI完全粘合在二氧化硅衬底上，得到粘合衬底。
(4)将粘合衬底放入干燥箱中，在60℃条件下进行烘干，烘干3分钟后取出；取出后，将PI从二氧化硅衬底上取下，并在室温下干燥5分钟。
(5)将干燥好的PI放置在波长λ＝450纳米，功率为4.95瓦，加工深度为30％的激光器下进行诱导出MnO2和石墨烯材质的正方形电容电极，该正方形电容电极的尺寸为4厘米*4厘米，诱导的过程中向激光器中通入空气。
(6)配制固态电解质：称取6mg聚乙烯醇(PVA)加入到30ml去离子水中，90℃水浴加热10分钟；称取5mg氢氧化钾加入到20ml去离子水中，搅拌均匀；将PVA水浴加热十分钟后，在保持加热的情况下搅拌至PVA完全溶解，然后将其冷却降温至60℃；向冷却后的PVA溶液缓慢滴加氢氧化钾溶液，边滴加边搅拌，直至20ml氢氧化钾溶液混合完全，然后将混合溶液冷却至室温，得到凝胶状的电解质材料。
7)将凝胶状的电解质材料均匀的涂抹在取下的一个正方形电容电极上；在涂好的电解质材料上叠加一个相同的正方形电容电极，形成三明治结构的超级电容器，并室温下烘干12小时；待电解质材料凝固后，利用固态的电解质将整个三明治结构的电容器从PI上取下，完成三明治结构的电容器的制备。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种激光诱导MnO2和石墨烯微型超级电容器，该微型超级电容器采用上述的任一种激光诱导MnO2和石墨烯微型超级电容器的制造方法所制备得到，其电容电极的材质包括：MnO2和石墨烯。
本发明实施例提供的激光诱导MnO2和石墨烯微型超级电容器可以包括：叉指型超级电容器以及三明治结构的超级电容器等等，并不局限于此。
优选地，本发明实施例提供的激光诱导MnO2和石墨烯微型超级电容器，能够作为压力传感器使用。
例如，将上述示例1中制备好的叉指型超级电容器电极两端粘合上导电铜胶带，使用数字万用表测量电极两端的电阻；用手指按照摩斯密码敲击叉指形超级电容器的表面，从万用表上可以观察到如图5所示的用电阻变化表征的摩斯密码的波形图。
再例如，将上述示例2中制备好的三明治结构的超级电容器电极两端粘合上导电铜胶带，使用数字万用表测量电极两端的电阻；将超级电容器粘贴固定在颈动脉附近的皮肤上，可以从万用表上观察到如图6所示的用电阻变化表征的脉搏的波形图。
再例如，将上述示例3中制备好的三明治结构的超级电容器电极两端粘合上导电铜胶带，连接上数字万用表，使用数字万用表测量电极两端的电阻；用手指在超级电容器的电极表面进行数字书写，可以从万用表上观察到如图6所示的用电阻变化表征的数字书写路径压力变化的波形图。
图5、图6和图7中，横轴Time均代表时间，纵轴△R/R0代表超级电容器在作为压力传感器时的灵敏度。基于图5、图6和图7可见，本发明实施例提供的激光诱导MnO2和石墨烯微型超级电容器，在作为压力传感器使用时，对微小的压力变化也可有效检测，具有较高的检测精度；这是因为电容电极的材质中增加了MnO2的缘故。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种激光诱导MnO2和石墨烯微型超级电容器的制造方法，其特征在于，包括：
在氯化锰溶液中浸泡聚酰亚胺薄膜；
将浸泡完成的所述聚酰亚胺薄膜粘合于硬质衬底上，对粘合衬底进行干燥处理，并从干燥好的所述粘合衬底上分离得到干燥好的聚酰亚胺薄膜；
使用激光在干燥好的聚酰亚胺薄膜上诱导出微型超级电容的电极图案，得到电容电极；所述电容电极的材质包括MnO2和石墨烯；
基于所述电容电极制备固态的电解质，得到制备完成的微型超级电容器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氯化锰溶液为氯化锰酒精溶液；所述氯化锰酒精溶液中，每毫升酒精包含有0.2g～0.67g的氯化锰。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述对粘合衬底进行干燥处理，包括：将所述粘合衬底在50℃～70℃的温度下干燥不少于3分钟；
所述从干燥好的所述粘合衬底上分离得到干燥好的聚酰亚胺薄膜，包括：从干燥好的所述粘合衬底上分离出所述聚酰亚胺薄膜，并在室温下干燥不少于5分钟，得到干燥好的聚酰亚胺薄膜。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硬质衬底包括：二氧化硅衬底、蓝宝石衬底或玻璃衬底。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微型超级电容器，包括：叉指型超级电容器；
所述基于所述电容电极制备固态的电解质，得到制备完成的微型超级电容器，包括：
将凝胶状的电解质材料覆盖于所述聚酰亚胺薄膜上的电容电极之上，待所述电解质材料凝固后，得到制备完成的微型超级电容器。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微型超级电容器，包括：三明治结构的超级电容器；
所述基于所述电容电极制备固态电解质，得到制备完成的微型超级电容器，包括：
使用带有粘性的柔性材料，从所述聚酰亚胺薄膜上剥离出所述电容电极；
使用凝胶状的电解质材料，配合剥离出的电容电极制备固态电解质，得到制备完成的微型超级电容器。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述带有粘性的柔性材料，包括：所述凝胶状的电解质材料。
8.一种激光诱导MnO2和石墨烯微型超级电容器，其特征在于，所述微型超级电容器采用如权利要求1-7任一项所述的方法制备得到；
其中，所述微型超级电容器的电容电极的材质包括：MnO2和石墨烯。
9.根据权利要求8所述的微型超级电容器，其特征在于，所述微型超级电容器，能够作为压力传感器使用。
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Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113205965A (zh) * | 2021-04-22 | 2021-08-03 | 清华大学深圳国际研究生院 | 一种平面非对称微型超级电容器及其制备方法 |
| CN113758975A (zh) * | 2021-09-10 | 2021-12-07 | 华东师范大学 | 一种激光诱导的石墨烯/金属氧化物敏感材料及其制备方法 |
| CN114093681A (zh) * | 2021-11-12 | 2022-02-25 | 西安交通大学 | 硫掺杂石墨烯/MnO-Mn3O4复合电极材料的激光制备方法及应用 |
| CN114323360A (zh) * | 2021-12-28 | 2022-04-12 | 大连理工大学 | 基于双面雕刻激光诱导石墨烯的柔性压力传感器 |
| CN114974936A (zh) * | 2022-06-24 | 2022-08-30 | 安徽格兰科新材料技术有限公司 | 高赝电容负载量的石墨烯超级电容器复合电极的制备方法 |
| CN114988716A (zh) * | 2022-06-15 | 2022-09-02 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种碳化钨/石墨烯复合材料及其制备方法 |
| CN115200754A (zh) * | 2022-07-01 | 2022-10-18 | 大连理工大学 | 基于激光诱导石墨烯的电阻式柔性压力传感器及制备方法 |
| CN115763823A (zh) * | 2022-11-10 | 2023-03-07 | 广东工业大学 | 一种激光诱导锰氧化物/石墨烯阵列的制备方法及其应用 |
| CN116168958A (zh) * | 2023-01-09 | 2023-05-26 | 中国地质大学（武汉） | 一种微型超级电容器制备方法 |
| CN116230869A (zh) * | 2023-05-06 | 2023-06-06 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 负极极片及制备方法、电池单体、电池和用电装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109298050A (zh) * | 2018-06-25 | 2019-02-01 | 大连理工大学 | 基于激光诱导性石墨烯-贵金属纳米复合物的过氧化氢无酶传感器的制备方法 |
| US20190088420A1 (en) * | 2014-11-26 | 2019-03-21 | William Marsh Rice University | Laser induced graphene hybrid materials for electronic devices |
| CN109686593A (zh) * | 2019-01-17 | 2019-04-26 | 西安交通大学 | 一种基于二次激光辐照制备MnO2/石墨烯复合电极的方法 |
-
2020
- 2020-10-27 CN CN202011166947.1A patent/CN112466678B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20190088420A1 (en) * | 2014-11-26 | 2019-03-21 | William Marsh Rice University | Laser induced graphene hybrid materials for electronic devices |
| CN109298050A (zh) * | 2018-06-25 | 2019-02-01 | 大连理工大学 | 基于激光诱导性石墨烯-贵金属纳米复合物的过氧化氢无酶传感器的制备方法 |
| CN109686593A (zh) * | 2019-01-17 | 2019-04-26 | 西安交通大学 | 一种基于二次激光辐照制备MnO2/石墨烯复合电极的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| CHENGUANG ZHU等: "Direct laser writing of MnO2 decorated grapheme as flexible supercapacitor electrodes", 《JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE》 * |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113205965B (zh) * | 2021-04-22 | 2022-02-25 | 清华大学深圳国际研究生院 | 一种平面非对称微型超级电容器及其制备方法 |
| CN113205965A (zh) * | 2021-04-22 | 2021-08-03 | 清华大学深圳国际研究生院 | 一种平面非对称微型超级电容器及其制备方法 |
| CN113758975A (zh) * | 2021-09-10 | 2021-12-07 | 华东师范大学 | 一种激光诱导的石墨烯/金属氧化物敏感材料及其制备方法 |
| CN114093681B (zh) * | 2021-11-12 | 2022-10-25 | 西安交通大学 | 硫掺杂石墨烯/MnO-Mn3O4复合电极材料的激光制备方法及应用 |
| CN114093681A (zh) * | 2021-11-12 | 2022-02-25 | 西安交通大学 | 硫掺杂石墨烯/MnO-Mn3O4复合电极材料的激光制备方法及应用 |
| CN114323360A (zh) * | 2021-12-28 | 2022-04-12 | 大连理工大学 | 基于双面雕刻激光诱导石墨烯的柔性压力传感器 |
| CN114988716A (zh) * | 2022-06-15 | 2022-09-02 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种碳化钨/石墨烯复合材料及其制备方法 |
| CN114988716B (zh) * | 2022-06-15 | 2023-11-07 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种碳化钨/石墨烯复合材料及其制备方法 |
| CN114974936A (zh) * | 2022-06-24 | 2022-08-30 | 安徽格兰科新材料技术有限公司 | 高赝电容负载量的石墨烯超级电容器复合电极的制备方法 |
| CN114974936B (zh) * | 2022-06-24 | 2023-09-08 | 安徽格兰科新材料技术有限公司 | 高赝电容负载量的石墨烯超级电容器复合电极的制备方法 |
| CN115200754A (zh) * | 2022-07-01 | 2022-10-18 | 大连理工大学 | 基于激光诱导石墨烯的电阻式柔性压力传感器及制备方法 |
| CN115763823A (zh) * | 2022-11-10 | 2023-03-07 | 广东工业大学 | 一种激光诱导锰氧化物/石墨烯阵列的制备方法及其应用 |
| CN115763823B (zh) * | 2022-11-10 | 2023-08-04 | 广东工业大学 | 一种激光诱导锰氧化物/石墨烯阵列的制备方法及其应用 |
| CN116168958A (zh) * | 2023-01-09 | 2023-05-26 | 中国地质大学（武汉） | 一种微型超级电容器制备方法 |
| CN116230869A (zh) * | 2023-05-06 | 2023-06-06 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 负极极片及制备方法、电池单体、电池和用电装置 |
| CN116230869B (zh) * | 2023-05-06 | 2023-09-29 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 负极极片及制备方法、电池单体、电池和用电装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| CN112466678B (zh) | 2022-04-19 |
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