【摘 要】
：
由于现代工业产业的飞速发展带来了能源消耗量巨大、环境污染相当严重等问题,使得开发和推广可再生能源刻不容缓。超级电容器凭借其极高的功率密度、能够进行快速充放电等优点在能源存储方面备受关注。基于材料结构多功能化的理念,通过结构和功能的综合集成化,构造具有结构-储能一体化功能的材料/结构,为航天飞船、汽车等运载工具,以及装备的轻量化、小型化指明了新的路径。本文从结构-功能一体化复合材料的思想出发,设计、
论文部分内容阅读
由于现代工业产业的飞速发展带来了能源消耗量巨大、环境污染相当严重等问题,使得开发和推广可再生能源刻不容缓。超级电容器凭借其极高的功率密度、能够进行快速充放电等优点在能源存储方面备受关注。基于材料结构多功能化的理念,通过结构和功能的综合集成化,构造具有结构-储能一体化功能的材料/结构,为航天飞船、汽车等运载工具,以及装备的轻量化、小型化指明了新的路径。本文从结构-功能一体化复合材料的思想出发,设计、制备了以碳纤维作为结构电极,环氧树脂作为结构聚合物电解质的结构-储能一体化超级电容器。针对影响固态超级电容器综合性能的两个主要原因:电极和电解质,进行了研究,并考察了表面进行改性处理碳纤维以及新型环氧树脂聚合物电解质的电化学性能及力学性能,探索了该结构-储能一体化功能材料的应用潜力。本文的主要工作如下:采用了化学界面方法成功制备了聚苯胺/碳纤维复合电极材料,探索反应温度对于复合电极材料的形貌及其电化学性能的影响。最佳反应温度下合成的复合电极材料,在0.5A/g的恒流充放电下,比电容可达819.2F/g。采用自组装的方法制备了PANI/r GO/cc复合电极材料,P-70与石墨烯复合后的电极材料的比电容量得到有效的提升,在0.5A/g电流密度下的比电容为953.4F/g。此外,对PANI/r GO/cc和P-70样品进行循环性能测试,PANI/r GO/cc复合材料经过1000次循环充放电后电容量保持率为92.28%较P-70样品的保持率提升了2.97%,这是因为石墨烯有着超高导电性和柔韧性,将其包覆在电极材料表面,既能增强电子转移速率,提高导电性,又能约束聚苯胺分子链由于掺杂去掺杂引起的体积变化。采用一种操作简单、安全的共混法制备了以邻苯二甲酸二缩水甘油酯（HADE）为基体的聚合物电解质,探究了与HADE共混的分子链为线型结构的环氧树脂聚乙二醇二缩水甘油醚（PEGDGE）的含量对合成聚合物电解质电化学性能、以及力学性能的影响。当PEGDGE树脂的含量在10wt%左右时,聚合物电解质的力学性能和电化学性能达到平衡点,能够较好的展现其多功能性。采用真空封装固化成型的简易方法制备固态了超级电容器,测得以PANI/r GO/cc复合材料作为结构电极的超级电容器在0.2m A/cm~2的电流密度下其面积电容为27.5m F/cm~2,这比未经过处理的碳纤维布组装成的超级电容器的面积电容提升了近两个数量级,而且测得剪切强度由13.69MPa增加到15.39MPa,提高了近10%。这一超级电容器兼具储能性能和力学承载性能,有望应用在航天航空、武器装备等领域。
其他文献
非芳香性有机发光化合物因其对于揭示生物体自发光具有重要作用,且由于具有良好的生物相容性和成本低等优势在生物影像、防伪及化学与生物传感器领域具有重要的潜在应用价值,因而得到了越来越多研究者的关注。非芳香性化合物的发光可以用簇聚诱导发光的性质进行合理的解释,但由于聚合物的结构不明确,无法清晰地阐明这类化合物本征发光与具体结构存在的联系。此外,纯有机芳香性化合物在获得室温磷光性质方面由于系间窜越（ISC
近年来,超材料吸波器由于在隐身、电磁防护、电磁干扰抑制、能量收集、热发射器、超透镜、辐射冷却以及微型天线等诸多方面的大量应用得到了广泛研究。然而,传统的超材料吸波结构大多为基于金属或全介质材料的硬质基体,一方面,金属和全介质材料使得吸波器成本较高。另一方面,硬质结构使得它们一般缺少柔性,从而难以实现期望形状的吸波器。此外,它们的电磁特性固定,难以满足复杂变化应用的需求。因此,对基于廉价柔性介质并具
单壁碳纳米管因其独特的一维分子结构和优异的力学、热学、电学以及光学性质而成为近些年的研究热点。因手性指数的差异,单壁碳纳米管包含多达200种不同结构。由于结构依附的能带结构,不同结构的碳纳米管将展现出不同的电学性质。这些不同的结构体给碳纳米管带来了丰富的电学性质,同时对区分某一手性指数的碳纳米管并将其付诸实际应用带来难题。因此,对碳纳米管手性的探测具有很大的应用价值和科学研究意义。本论文发展了一种
界面系统中的热输运问题一直以来都是最具挑战性的问题之一。一方面,人们长久以来对界面系统中声子输运特性的研究是不充分的。另一方面,界面热阻的存在也确实为设计具有较低热导率的材料提供了更多的自由度。本文首先基于平衡分子动力学,利用非简谐声子理论对声子在非简谐界面系统中的输运问题进行了分析并提出了一种可以计算出非线性晶格中基于频率的界面透射系数的方法。此法可以有效地处理有限温度下的声子重构正态化问题。与
人类对石油资源的需求与日俱增,海洋已逐渐取代陆地成为石油资源的主要勘探开发区。隔水管作为海洋油气开发工程的关键设备,可能在洋流作用下因产生涡激振动而受到破坏,影响正常的钻井工作甚至带来生命财产损失。因此本文以正服役于南海油气开发工程的某实尺寸钻井隔水管系统为研究对象,对包含多尺寸、不规则排布附属管的多圆柱系统进行数值模拟,分析讨论了在不同来流攻角、约化速度和圆心间距下附属管对其绕流和涡激振动特征的
氧化锌（ZnO）纳米线是重要的纳米功能材料,应用前景十分广泛。低温水热方法合成ZnO纳米线,具有工艺条件简单、成本低廉、易于实现大面积沉积和批量化生产的特点,一直受到广泛的重视。为了在更多种类型的基底上沉积ZnO纳米线,拓宽其应用范围,学术界引入“两步法”,其中,种子层的制备是两步水热法的关键步骤。优质的种子层能减小纳米线和基底之间的晶格失配,提高后序水热法工艺的沉积效果,增强对基底的适应性,进而
21世纪以来,陆地自然资源的过度开发和枯竭已经成为人类面临的巨大挑战,而海洋蕴涵着丰富的油气资源,正成为人类开发利用的重点。而开发海洋的工程装备在海洋环境下的稳定性和安全性是工程人员关注的话题。半潜式超大浮体和海洋平台的水下部分与波浪的相互作用可以简化成波浪与浸没板的相互作用,同时为保护海岸线和近海工程结构物免遭波浪侵蚀而设置的消波堤和人造岛礁与波浪的相互作用也可以简化成波浪与浸没板的相互作用。本
当前工业界对于结构散热性能有极高的需求,点阵结构、翅片结构等包含大量细密尺寸特征的构型形式,具有轻质、比刚度高、表面积大等特点,常应用于散热、承载结构的轻量化设计。结构拓扑优化是设计此类构型的有效手段,经优化获得的构型因其复杂的拓扑构造采用传统机械加工方式难以制造。近年来增材制造技术的快速发展为加工此类结构提供了有效途径。本文提出一种基于子结构凝聚理论的多层级拓扑优化方法,用于设计面向增材制造、包
新疆塔河油田的缝洞型油藏具有“埋藏深、温度高、易漏失、裸眼段长”等特点,需采用分层酸压完井技术开采石油。分层酸压完井技术需要将钢管柱深下至裸眼井段,但由于封隔器解封失败、井壁坍塌等因素容易造成生产阶段钢管柱卡埋,修井难度大、费用高、成功率低,因此,希望将裸眼段完井管柱及封隔器设计为可溶材料,以实现完井期间工具有效封隔,后期生产时在高温地层水环境下溶解。本文尝试选用可在高温地层水环境下溶解的铝合金制
钛合金具备高比强度和优良的耐腐蚀性而广泛应用于航空航天、兵器、民航和工业等领域,而钛基复合材料（TMCs）兼具基体材料的高比强度、良好的高温抗蠕变性能以及陶瓷增强相的高硬度、高比刚度、高比弹性模量和耐磨性,发展潜力巨大。将Ti6Al4V（TC4）合金和钛基复合材料制备成复合构件不但能够节省成本提高效率,而且可以充分发挥各合金的优异效能。因此,本文通过扩散连接技术将TC4和TMC结合起来,主要分析了