類分形結構微納復合電極制備及其應用研究.pdf

1、當前傳統(tǒng)資源日益短缺，環(huán)境污染等問題突出，發(fā)展新能源技術是解決能源問題的有效手段。以染料敏化太陽能電池（DSSC）、納米發(fā)電機為代表的新能源器件技術，因制作工藝簡單，價格低廉等優(yōu)點而備受人們的關注。以摩擦納米發(fā)電機（TENG）為例，作為一種新型的機械能采集技術，通過兩個相對極性材料的接觸帶電獲得能量來驅動不同負載工作。傳統(tǒng)平板結構的能源器件轉化效率雖高，但受困于電極結構低效的瓶頸，導致空間利用率低、結構由度低以及電池外觀形態(tài)設計受局限等

2、系列問題，阻礙了新能源器件技術的推廣使用。近年來，纖維及網(wǎng)狀結構的DSSC電池、超級電容器、納米發(fā)電機等新型器件的提出，徹底突破了固有平板電極結構的限制，也為高效電極結構設計提供了新空間。在此基礎上，設計更加高效的電極結構，是進一步提高器件效率、拓寬應用范圍的重要思路。分形結構在自然界中廣泛存在。植物通過具有顯著分形結構特征的根葉系統(tǒng)從自然界中高效的獲取能量，以維持生命活動。論文研究首先模仿分形結構，設計制備了具有高比面積的類分形結構基

3、底；然后在其上生長納米陣列，并進一步鍍覆金屬，成功制備出具有類分形結構的微納復合電極；在此基礎上，進一步探索了該電極在TENG和DSSC等方面的應用。
　　本研究主要內容包括：①成功制備出具有類分形結構的新型微納復合電極。研究首先通過改進化學鍍以及電鍍技術，成功地在分枝結構的高分子薄膜、動植物纖維、顆粒粉體等復雜表面上沉積金屬層，得到了高比表面積的電極基底；然后，在其上生長納米陣列，并鍍覆金屬，進一步增大比表面積，制備出新型類分形

4、結構微納復合金屬電極。研究發(fā)現(xiàn)：所得到的新型微納復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用。②考察了類分形結構微納復合電極在納米發(fā)電技術中的應用。研究首先通過激光刻蝕加工出了類似分形結構的高分子薄膜基底，然后在其上生長納米陣列，并鍍覆金屬得到了表面納米陣列化的類分形微納復合電極。該電極可以成功地應用于摩擦納米發(fā)電機。研究發(fā)現(xiàn)：摩擦納米發(fā)電機的輸出信號隨電極分形維數(shù)增大而增大，隨著電極開孔率增大而減??；通過優(yōu)化，

5、摩擦納米發(fā)電機的功率密度可達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，構筑混合動力系統(tǒng)。③考察了類分形結構微納復合電極在DSSC中的應用。研究首先在高分子纖維基底上生長納米陣列，并鍍覆金屬，得到了表面納米陣列化的纖維微納復合金屬電極；然后，在纖維微納復合金屬電極上沉積半導體氧化物薄膜，并進一步組裝了DSSC光陽極。與現(xiàn)有的纖維DSSC光陽極相比，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