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金刚石膜电极双电层电容研究

作　者: 高成耀
导　师: 常明
学　校: 天津理工大学
专　业: 光学工程
关键词: 双电层电容超级电容极化电极 CVD 金刚石薄膜电极电化学
分类号: TM53
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

双电层电容是一种新型的储能元件,具有良好的应用前景。在双电层电容器中,电极是一个相当重要的部分,电极的性能直接影响到电容器的工作电压和容量,因此要求电极具有高的比面积,高的稳定性,高的工作电压和低的等效串联内阻。由于掺杂金刚石膜电极在水和非水介质中有很宽的势窗和很好的电化学稳定性,虽未经处理的多晶金刚石膜电极具有较低的电容,但经过氧化刻蚀处理后却可以大大地提高它的电容量,因此金刚石膜电极成为双电层电容电极的理想选择。本论文利用金刚石CVD装置,通过选择合适的工艺,沉积出符合条件的掺杂金刚石膜电极,并对沉积过程中的一些影响因素作了相关的研究;对金刚石膜电极的电化学性质进行了测试,证明了金刚石作为双电层电容的电极具有比其他电极高的工作电压和高稳定性的特点;采用了电化学方法对电极进行了腐蚀,发现腐蚀对双电层电容能够进行明显的提高;采用合适的电解质溶液,成功组装了电容器,并对电容器的一些性能进行了测试。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章绪论  9-27
  1.1 引言  9-10
  1.2 双电层电容原理  10-12
  1.3 双电层电容器的基本结构  12-14
    1.3.1 电极  13
    1.3.2 集电极  13-14
    1.3.3 隔膜  14
  1.4 电解质溶液  14-15
  1.5 双电层电容器的等效电路和基本参数  15-16
    1.5.1 双电层电容器的等效电路  15-16
    1.5.2 双电层电容器基本参数  16
  1.6 双电层电容器的分类  16-18
    1.6.1 按照电极材料分类  16-17
    1.6.2 按照电解质溶液分类  17-18
  1.7 双电层电容器的特点  18-20
  1.8 超级电容器的用途  20-21
  1.9 国外超级电容器的研究现状  21-22
    1.9.1 国外研究现状  21
    1.9.2 国内研究现状  21-22
  1.10 双电层电容电极材料研究现状  22-24
    1.10.1 碳素材料  23
    1.10.2 活性炭粉  23
    1.10.3 活性炭纤维  23
    1.10.4 碳纳米管  23-24
    1.10.5 金属氧化物及水合物材料  24
    1.10.6 导电聚合物电极材料  24
  1.11 本论文的选题思想和研究内容  24-27
    1.11.1 选题思想  24-26
    1.11.2 研究内容  26-27
第二章 P型掺杂金刚石膜电极的沉积  27-53
  2.1 金刚石结构和特性  27-29
  2.2 人造金刚石发展历史  29-31
    2.2.1 高温高压法制备金刚石历史  29-30
    2.2.2 CVD 金刚石薄膜制备的历史  30-31
  2.3 CVD沉积金刚石的主要方法  31-35
    2.3.1 热丝（HFCVD)法  31-32
    2.3.2 微波等离子体CVD (MWPCVD) 法  32-33
    2.3.3 等离子体射流(Flastna Jet)法  33-34
    2.3.4 燃烧火焰(Combustion Flame)法  34-35
  2.4 化学气相沉积金刚石原理概述  35
  2.5 化学气相沉积金刚石膜的一般条件  35-36
  2.6 CVD金刚石膜的反应过程  36-38
  2.7 生长模型  38-40
    2.7.1 CVD法的非平衡热力学耦合模型  38-39
    2.7.2 CVD法生长金刚石膜的动力学模型  39-40
  2.8 金刚石形貌的改变  40-42
  2.9 双电层金刚石膜电极的沉积制备  42-47
    2.9.1 实验装置  42-44
    2.9.2 金刚石膜的制备  44-47
  2.10 不同工艺参数对金刚石生长的影响  47-49
    2.10.1 衬底研磨对金刚石膜电极生长的影响  47
    2.10.2 生长气压对金刚石膜电极生长的影响  47-48
    2.10.3 不同碳源浓度对金刚石膜电极的影响  48-49
  2.11 金刚石膜电极的掺硼研究  49-51
  2.12 金刚石膜电极的最终沉积参数  51-53
第三章金刚石膜电极的电化学性质  53-59
  3.1 概论  53-54
  3.2 金刚石膜电极的电势窗口  54-57
  3.3 金刚石膜电极的电化学反应的可逆性和动力学特征  57
  3.4 金刚石膜电极的重现性和稳定性  57-59
第四章金刚石膜电极双电层电容的制备和测量  59-69
  4.1 金刚石膜电极的电化学腐蚀  59-60
  4.2 电解液的选择  60-61
  4.3 金刚石膜电极双电层电容器的组装  61-62
  4.4 电容测试方法介绍和实际测量结果  62-66
    4.4.1 静电容的测量  62-65
    4.4.2 等效串联电阻测试  65-66
  4.5 电容其他性能测试  66-68
    4.5.1 频率—电容量测试  66
    4.5.2 电极距离——电容量测试  66-67
    4.5.3 双电层电容器充放电曲线测试  67
    4.5.4 比电容的测试  67-68
  本章小结  68-69
第五章结论  69-70
  5.1 工作总结  69
  5.2 工作展望  69-70
参考文献  70-74
攻读硕士期间发表的论文  74
攻读硕士期间参与的科研项目和获得的奖励  74-75
致谢  75-76

金刚石膜电极双电层电容研究

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