纳米纤维素/聚吡咯/碳基纳米材料宏观组装复合纤维的研究开题报告

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1. 研究目的与意义

柔性及可拉伸是当前领域的研究热点，并且在柔性显示器、电子皮肤、柔性传感器以及可植入医疗器件等应用方面取得了进展。美国得克萨斯大学的科学家们找到了打造纳米纤维素的最新方法。纳米纤维素由分解成小块的植物纤维构成，是能够用于制造盔甲和智能手机屏幕等任何物品的物质。

平常我们所使用的电池，都是平面结构的固状物，而"纤维状"电池却可折叠、弯曲，材质轻柔，它的外表看起来就像一块可以做衣服的纤维布料。纤维状能源器件具有质量更轻、柔性更好、可集成等优点，并可通过纺织技术实现规模化生产，在航空、航天、军事、医学、电子等广泛领域都将有重要的应用。混合型柔性固态超级电容器具有能量密度大、功率密度大、体积小、柔韧性好、电位窗口宽、无电解液漏泄(安全)和易于加工等优点，在便携式、可穿着的柔性电子产品上具有重要的应用前景。

超级电容器具备较高的功率密度、循环稳定性，并且可实现快速充放电，但其较低的能量密度一直限制着其实际应用。因此，进一步提高超级电容器的能量密度并使其柔性化，是目前超级电容器研究领域的热点。储能器件不但要有较大的能量密度和功率密度，而且还要具备优良的柔韧性和可加工性来满足与电子器件集成的要求。各种柔性及可拉伸电子器件的构筑过程中，必须依赖于不同形变条件下仍保持良好导电能力的弹性导电体的连接，因此超高弹性导线的制备成为发展柔性电子器件的关键。

2. 国内外研究现状分析

汤廉等人对柔性导电复合膜材料的制备进行了初步探讨。研究了吡咯单体初始反应浓度、反应时间、氧化剂与单体摩尔比、掺杂剂等对复合膜导电性能的影响。结果表明，当吡咯初始反应浓度为0.07mol/l反应时间为2h，氧化剂与吡咯摩尔比为时2/3/1，复合膜电导率可以达到0.16s/cm，在冰水浴0℃条件下可以达到0.27s/cm。加入掺杂剂十二烷基苯磺酸钠未能提高复合膜电导率。分别用碱处理及四甲基哌啶氧自由基。结果表明，碱处理细菌纤维素有效提高了复合膜的电导率，在冰水浴条件下，复合膜的电导率可达，较未处理细菌纤维素其导电复合膜提高了一个数量级。而体系氧化细菌纤维素基导电复合膜的电导率没有明显变化。

wang 等利用电化学催化氧化法将氯化钌沉积在活性炭纤维上。制备的超级电容器的比容量可达 180 f/g。

laforgue将碳布作为集流体和通过静电纺得到的 pedot 纳米纤维制得了一种全织物形态的超级电容器。

3. 研究的基本内容与计划

目标：高功率高能量线状纤维超级电容器制备

内容：制备纳米纤维素、制备宏观导电纤维、线状超级电容器的制备

（1）将竹粉通过酸碱以及机械处理相结合的方法制备纳米纤维素，通过傅里叶红外分析仪分析再化学物理处理过程纤维素的成分的变化和形态变化。

4. 研究创新点

（1）研究思路的创新，针对所提出的超级电容器的基础研究科学问题，提出了建立可穿戴柔性纤维状高性能超级电容器的思路。

（2）研究方法的创新：结合已有的研究基础从纳米尺度揭示高性能纤维状能源器的柔性结构特征。

（3）研究目标的创新：通过研究提出关于高性能纤维超级电容器新材料的技术路线，为进一步开展高性能超级电容器柔性纳米纤维复合材料的共性问题提供理论基础。