热解碳微电极的表面修饰及电化学性能研究.pdf

（申请全日制专业硕士学位论文）


热解碳微电极的表面修饰
及电化学性能研究


培 养 单 位 ： 材料科学与工程学院
学科专业：材料科学与工程
研 究 生：熊彪
指导教师：何亮 副研究员



2017 年 3 月
分类号 密 级
UDC 学校代码 10497



学 位 论 文


题 目 热解碳微电极的表面修饰及电化学性能研究
英 文 Carbon based microelectrodes’ surface engineering
题 目 and electrochemical performance
研究生姓名 熊彪
姓名 何亮 职称 副研究员 学位 博士
指导
单位名称 武汉理工大学 邮编 430070
姓名 无 职称 学位
副指导
单位名称 邮编
申请学位级别 硕士 学科专业名称 材料工程
论文提交日期 2017 年 3 月 论文答辩日期 2017 年 5 月
学位授予单位 武汉理工大学 学位授予日期
答辩委员会主席 木士春 评阅人 陈伟
安琴友

2017 年 3 月
中文摘要
为了将器件有效地集成并更高效地输出能量，微型超级电容器应运而生，
并引起了许多人的注意。其中微型超级电容器由于其较高的比表面积和较短的
离子传输通道，有望成为下一代的微型能量存储器件。碳材料由于其较高的比
表面积和良好的导电性，常被用于超级电容器的制作。在碳基微型超级电容器
的制作中，常用的有喷墨打印、气相沉积和电镀等工艺。这些工艺存在着制作
成本高、制作流程复杂、不能方便有效地对所制作的碳基微电极进行修饰改性
等问题。与之相比，光刻工艺由于其便于得到精细的电极构型，且与当今的微
加工技术可完全兼容，因而被广泛使用。此外，光刻中用到的光刻胶还能直接
碳化成多孔的碳材料，作为微型超级电容器的电极材料，从而可简化微型超级
电容器的制作过程，降低制作成本。
本文通过对 SU-8 1060 光刻胶曝光后在混入了活性物质（多壁碳纳米管、酸
化多壁碳纳米管和还原氧化石墨烯等）的丙二醇甲醚醋酸酯（PGMEA）中显影，
得到了表面负载了活性物质的光刻胶图案。随后在 900 ºC 氮气气氛下对光刻胶
进行热解碳化，得到了表面修饰后的碳基微电极，并与 1 M PVA/H2SO4 电解液
一同组装成全固态微型超级电容器。实验的主要结果如下：
1. 向 PGMEA 中分别加入多壁碳纳米管、***酸化多壁碳纳米管和还原氧
化石墨烯，经超声后均得到了分散良好的溶液，且 24 小时后亦分散良好。随后
将曝光后的光刻胶在这些溶液中显影，均能得到表面被活性物质修饰的图案化
光刻胶。经