類(lèi)分形結(jié)構(gòu)微納復(fù)合電極制備及其應(yīng)用研究.pdf

1、當(dāng)前傳統(tǒng)資源日益短缺，環(huán)境污染等問(wèn)題突出，發(fā)展新能源技術(shù)是解決能源問(wèn)題的有效手段。以染料敏化太陽(yáng)能電池（DSSC）、納米發(fā)電機(jī)為代表的新能源器件技術(shù)，因制作工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)而備受人們的關(guān)注。以摩擦納米發(fā)電機(jī)（TENG）為例，作為一種新型的機(jī)械能采集技術(shù)，通過(guò)兩個(gè)相對(duì)極性材料的接觸帶電獲得能量來(lái)驅(qū)動(dòng)不同負(fù)載工作。傳統(tǒng)平板結(jié)構(gòu)的能源器件轉(zhuǎn)化效率雖高，但受困于電極結(jié)構(gòu)低效的瓶頸，導(dǎo)致空間利用率低、結(jié)構(gòu)由度低以及電池外觀形態(tài)設(shè)計(jì)受局限等

2、系列問(wèn)題，阻礙了新能源器件技術(shù)的推廣使用。近年來(lái)，纖維及網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的DSSC電池、超級(jí)電容器、納米發(fā)電機(jī)等新型器件的提出，徹底突破了固有平板電極結(jié)構(gòu)的限制，也為高效電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了新空間。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)更加高效的電極結(jié)構(gòu)，是進(jìn)一步提高器件效率、拓寬應(yīng)用范圍的重要思路。分形結(jié)構(gòu)在自然界中廣泛存在。植物通過(guò)具有顯著分形結(jié)構(gòu)特征的根葉系統(tǒng)從自然界中高效的獲取能量，以維持生命活動(dòng)。論文研究首先模仿分形結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)制備了具有高比面積的類(lèi)分形結(jié)構(gòu)基

3、底；然后在其上生長(zhǎng)納米陣列，并進(jìn)一步鍍覆金屬，成功制備出具有類(lèi)分形結(jié)構(gòu)的微納復(fù)合電極；在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探索了該電極在TENG和DSSC等方面的應(yīng)用。
　　本研究主要內(nèi)容包括：①成功制備出具有類(lèi)分形結(jié)構(gòu)的新型微納復(fù)合電極。研究首先通過(guò)改進(jìn)化學(xué)鍍以及電鍍技術(shù)，成功地在分枝結(jié)構(gòu)的高分子薄膜、動(dòng)植物纖維、顆粒粉體等復(fù)雜表面上沉積金屬層，得到了高比表面積的電極基底；然后，在其上生長(zhǎng)納米陣列，并鍍覆金屬，進(jìn)一步增大比表面積，制備出新型類(lèi)分形

4、結(jié)構(gòu)微納復(fù)合金屬電極。研究發(fā)現(xiàn)：所得到的新型微納復(fù)合電極具有良好的柔性與透氣性，可望在可穿戴新能源器件中得到廣泛應(yīng)用。②考察了類(lèi)分形結(jié)構(gòu)微納復(fù)合電極在納米發(fā)電技術(shù)中的應(yīng)用。研究首先通過(guò)激光刻蝕加工出了類(lèi)似分形結(jié)構(gòu)的高分子薄膜基底，然后在其上生長(zhǎng)納米陣列，并鍍覆金屬得到了表面納米陣列化的類(lèi)分形微納復(fù)合電極。該電極可以成功地應(yīng)用于摩擦納米發(fā)電機(jī)。研究發(fā)現(xiàn)：摩擦納米發(fā)電機(jī)的輸出信號(hào)隨電極分形維數(shù)增大而增大，隨著電極開(kāi)孔率增大而減??；通過(guò)優(yōu)化，

5、摩擦納米發(fā)電機(jī)的功率密度可達(dá)28.6 mW/cm2，并且具有良好的透氣性與透光性，可以與光伏電池等集成，構(gòu)筑混合動(dòng)力系統(tǒng)。③考察了類(lèi)分形結(jié)構(gòu)微納復(fù)合電極在DSSC中的應(yīng)用。研究首先在高分子纖維基底上生長(zhǎng)納米陣列，并鍍覆金屬，得到了表面納米陣列化的纖維微納復(fù)合金屬電極；然后，在纖維微納復(fù)合金屬電極上沉積半導(dǎo)體氧化物薄膜，并進(jìn)一步組裝了DSSC光陽(yáng)極。與現(xiàn)有的纖維DSSC光陽(yáng)極相比，其具有相近的比表面積，但更短的載流子傳輸程。然而，由于金屬