为此,研究人员采用快速高效、过程简单、环境友好、可同步图案化的高能激光诱导法,在聚酰亚胺基底上进行三维多孔石墨烯晶体膜的原位制备。为了调控激光与聚酰亚胺前驱体的相互作用,研究人员通过控制原料化学计量比和酰亚胺化反应温度来调控产物聚酰亚胺的酰亚胺化程度和分子构型,从而改变其热敏感性。最终,在聚酰亚胺膜上原位生长出厚度高达320 μm的分级多孔结构石墨烯晶体膜,其面积和体积比电容高达172.2 mF/cm2和4.13 mF/cm3,展现出巨大应用潜能。进一步原位电沉积赝电容材料聚吡咯,可以制得石墨烯/聚吡咯复合电极,其面积比电容高达2412.2 mF/cm2。研究发现,以该复合电极材料作为电极制造的平面叉指形柔性全固微型态超级电容器,可获得高达134.4 μWh/cm2和325.2 μW/cm2的能量密度和功率密度,且同时兼具优异的倍率性能、循环稳定性和机械柔韧性。
上述工作得到了国家自然科学基金委大科学装置联合基金项目和青年基金项目等多个项目资助。
图1. 聚酰亚胺的热敏性调控及宏观厚度石墨烯晶体膜的激光诱导生长
图2. 宏观厚度石墨烯晶体膜的结构表征
图3. 石墨烯/聚吡咯复合材料的超级电容性能
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