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激光诱导石墨烯制备超级的电子产品


来源:新材料在线(http://www.xincailiao.com 


摘要 莱斯大学的科学家发布了通过生产和检测对便携式、柔性电子重要的堆叠、三维超级电容器、能量存储设备的激光诱导石墨烯(LIG)的最近发展。


 

电子显微镜图像显示激光诱导石墨烯烧成的聚酰亚胺基板两侧的横截面。莱斯大学创建的柔性材料在电子或储能具有使用的潜力。(图片来源:Tour Group/莱斯大学)


莱斯大学的科学家发布了通过生产和检测对便携式、柔性电子重要的堆叠、三维超级电容器、能量存储设备的激光诱导石墨烯(LIG)的最近发展。

莱斯实验室的化学家James Tour去年发现,以廉价的聚合物发射激光烧掉了其他元素,而留下多孔石墨烯薄膜,这就是研究较多的单原子厚的碳格。研究人员观察到多孔、导电材料是作为超级电容器或电子电路的理想电极。

为了证明这一点,Tour组的成员扩大了他们的工作,使用激光诱导的石墨烯,在聚合物片的两面制备垂直排列的超级电容器。

柔性叠层显示出极好的能量存储容量和电源电势,并且可以为商业应用而按比例增加。LIG可以在环境温度下空气中进行,Tour 说。

该研究在本周的Applied Materials and Interfaces 报道。

例如,对于照相机的闪光灯,使用静电电荷存储能量的电容器可以很快释放。与化工的可再充电电池不同,电容器快速充电,且一旦触发一次释放所有能量,但化学电池容纳更多的能量。超级电容器融合两者有用的品质-电容器的快速充电/放电和电池的高能量容量-于一个包装。

LIG超级电容器由于其灵活性和可扩展性似乎能够做到一切。灵活性确保他们可以容易地符合多样的包装-如它们可以轧制成圆筒-而不需要放弃设备的性能。



示意图显示莱斯大学的科学家使用激光诱导的石墨烯制备垂直微超级电容器的过程。灵活的设备显示可穿戴和下一代电子产品的潜能。(图片来源:Tour Group /莱斯大学)


我们已经取得了媲美现在商业化的微超级电容器,但我们能使我们的设备在3D结构上堆叠成非常小的区域,”Tour说。“我们只是堆叠起来。

“另一个关键是我们可以非常简单的做到,这个过程不需要一个干净的空间。它在商用激光系统中完成,在常规的机加工车间、露天都可以进行。”

涟漪、皱纹和10nm的孔隙表面和原子级的缺陷使LIG具有存储大量能量的能力。但石墨烯保持其电子快速移动的能力,并赋予超级电容器快速充电和释放的特性。在测试中,研究人员数千次的充电和放电,而设备几乎没有损失电容。

为了展示超级电容器如何扩大应用,研究人员对连接入串行和并行的多个品种设备。不出所料,他们发现串行设备提供双倍的工作电压,而在相同电流密度下并行设备需要两倍放电时间。

垂直超级电容器显示,电气性能几乎不受弯曲的影响,即使经过8000次弯曲。

Tour说虽然薄膜锂离子电池能够存储更多的能量,同样大小的LIG超级电容器提供三倍的电能(能量流的速度)。LIG设备可以很容易地因增加容量而扩展。

“我们已经证明,这些都将成为植入服装和消费品的柔性电子的优异组件,”他说。

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