石墨烯复合材料在超级电容器中的进展
基于氧化石墨烯的超级电容器的制备和应用研究
基于氧化石墨烯的超级电容器的制备和应用研究随着科技的进步,电子产品的需求在不断增长。
为了应对这一需求,电池和超级电容器的研究变得越来越重要。
超级电容器是一种新型的存储能量设备,与传统的电池相比,超级电容器拥有极高的能量密度、长寿命、快速充放电等优势。
因此,其在电子、交通、航空航天等领域有着广泛的应用前景。
而基于氧化石墨烯的超级电容器具有极大的发展潜力,以下将介绍其制备和应用研究的最新进展。
一、氧化石墨烯的制备氧化石墨烯是一种由单层碳原子构成的材料,化学式为C(O)OH。
氧化石墨烯的制备方法有多种,其中常用的方法包括化学氧化法、热氧化法、电化学氧化法等。
化学氧化法是目前较为常用的制备方法。
通常将石墨粉末与混合酸(硝酸和硫酸)混合,经过氧化反应后,用水洗涤和干燥即可。
热氧化法则通过将石墨粉末加热至高温下,通过氧化反应制备氧化石墨烯材料。
这种方法制备出的氧化石墨烯具有较高的热稳定性和晶体品质,但是制备难度较大,成本较高。
电化学氧化法则是通过电化学反应制备氧化石墨烯材料。
这种方法可以使石墨表面的氧化程度更加均匀,制备出的氧化石墨烯具有良好的电化学性能。
二、基于氧化石墨烯的超级电容器的研究进展基于氧化石墨烯的超级电容器研究起步较晚,但是得到了长足的发展。
氧化石墨烯的独特结构和性质使得基于其材料制备的超级电容器具有优异的性能,例如:高能量密度、高功率密度、长寿命等特点。
1. 氧化石墨烯/聚对苯二甲酸丁二醇酯复合材料氧化石墨烯/聚对苯二甲酸丁二醇酯(PVB)复合材料是目前研究较为成熟的氧化石墨烯超级电容器材料。
这种材料的优点在于氧化石墨烯的导电性和PVB的柔软性、韧性结合在了一起,既能够提高超级电容器的能量密度,又能有效延长电容器的使用寿命。
2. 氧化石墨烯/多孔碳材料复合材料氧化石墨烯/多孔碳材料复合材料也是一种目前研究较为活跃的氧化石墨烯超级电容器材料。
通过将氧化石墨烯与多孔碳材料结合,能够有效提高超级电容器的能量密度和功率密度,并且提高超级电容器的使用寿命。
石墨烯在储能领域的应用
石墨烯在储能领域的应用石墨烯是一种新型的二维材料,具有非常优异的电学、热学和机械性能,被誉为21世纪的材料之王。
近年来,石墨烯在储能领域的应用也逐渐得到了广泛的关注。
在本篇文章中,我们将探讨石墨烯在储能领域中的应用及其优势。
一、石墨烯储能的研究现状目前,石墨烯在储能领域中主要应用于锂离子电池、超级电容器和金属空气电池等方面。
其中最为引人注目的是石墨烯锂离子电池的应用。
石墨烯作为锂离子电池的电极材料,具有很高的比表面积、高达2700平方米每克,能够大大提高锂离子电池的储能密度和循环寿命。
二、石墨烯在锂离子电池中的应用1. 石墨烯负极材料石墨烯可以作为锂离子电池负极材料,提高电池的储能密度。
石墨烯的导电性和拥有大量的孔隙结构,能够有效地提高电极的比表面积,使得锂离子电池能够获得更多的存储空间。
此外,石墨烯的高载流量特性,也使得锂离子电池的充放电速度有了大幅度的提升,大大提高锂离子电池的使用效率。
2. 石墨烯正极材料石墨烯也可以作为锂离子电池的正极材料。
由于石墨烯具有优异的电导率和化学稳定性,能够保持正常的电压和电池的工作稳定性。
同时,石墨烯还可以有效提高锂离子电池正极的比表面积,从而增加电池的储能密度。
三、石墨烯在超级电容器中的应用超级电容器是指一种能够以毫秒级别完成充放电的储能设备,具有高功率密度和长循环寿命等特点。
石墨烯在超级电容器中的应用也是十分重要的。
1. 石墨烯超级电容器负极材料由于石墨烯具有极高的比表面积和导电性,能够提高超级电容器负极材料的电容量和功率密度。
目前,石墨烯已被成功地应用于超级电容器的负极材料中,使得超级电容器的储能密度和功率密度都得到了大幅度的提升。
2. 石墨烯超级电容器正极材料石墨烯也可以作为超级电容器正极材料,用于提高电容器的储能密度。
石墨烯具有很高的电导率和化学稳定性,能够保持正常的电压和电池的工作稳定性。
同时,其高比表面积和孔隙结构也能有效提高超级电容器正极材料的电容量,提高电容器的储能密度。
石墨烯复合材料的制备及应用研究进展
石墨烯复合材料的制备及应用研究进展一、本文概述石墨烯,作为一种新兴的二维纳米材料,因其独特的电子结构、优异的物理和化学性能,在复合材料领域引起了广泛的关注。
石墨烯复合材料结合了石墨烯和其他材料的优点,使得这种新型复合材料在力学、电学、热学等方面表现出色,因此具有广阔的应用前景。
本文旨在综述石墨烯复合材料的制备方法、性能特点以及在不同领域的应用研究进展,以期为石墨烯复合材料的进一步研究和实际应用提供理论支持和参考。
本文将首先介绍石墨烯及其复合材料的基本概念和特性,然后重点综述石墨烯复合材料的制备方法,包括溶液混合法、原位合成法、熔融共混法等。
接着,文章将探讨石墨烯复合材料在能源、电子、生物医学、航空航天等领域的应用研究进展,分析其在提高材料性能、降低成本、推动相关产业发展等方面的重要作用。
本文还将对石墨烯复合材料未来的研究方向和应用前景进行展望,以期推动这一领域的持续发展和创新。
二、石墨烯复合材料的制备方法石墨烯复合材料的制备方法多种多样,每一种方法都有其独特的优点和适用范围。
以下是几种主要的制备方法:溶液混合法:这是最简单且最常用的方法之一。
首先将石墨烯分散在适当的溶剂中,然后通过搅拌或超声处理使其均匀分散。
接着,将所需的基体材料(如金属氧化物、聚合物等)加入溶液中,通过搅拌或热处理使石墨烯与基体材料充分混合。
通过过滤、干燥等步骤得到石墨烯复合材料。
这种方法操作简便,但石墨烯在溶剂中的分散性和稳定性是关键因素。
原位生长法:这种方法通常在高温或特定气氛下进行,利用石墨烯与基体材料之间的化学反应,使石墨烯在基体材料表面或内部原位生长。
例如,通过化学气相沉积(CVD)或热解等方法,在金属氧化物或聚合物表面生长石墨烯。
这种方法可以得到石墨烯与基体材料结合紧密、性能优异的复合材料,但操作过程较复杂,且需要特殊的设备。
熔融共混法:对于高温稳定的基体材料,如金属或某些聚合物,可以采用熔融共混法制备石墨烯复合材料。
石墨烯导电复合材料应用进展
中图分类号 :T Q 3 3 0 . 3 8
文献标识码 :A
文章编号 :1 0 0 5— 5 7 7 0( 2 0 1 3 )S 1 — 0 0 6 8— 0 6
Pr o g r e s s i n t he App l i c a t i o n o f Gr a ph e ne Co nd uc t i v e Co mpo s i t e s
GUO J i n ui r n g , W ANG Me n g me i ,C HE N L i n a , W ANG De — x i
( Q i n g d a o Z h o n g k e Ha o t a i I n n o v a t i o n a n d T e c h n o l o g y I n s t i t u t e L t d ,Q i n g d a o 2 6 6 3 0 0 ,C h i n J ,从 此 石 墨 烯 以其 超 强 的优 异 性 能
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摘要 :介绍 了石墨烯的主要特性和石墨烯分类 ;综 述了石墨烯制备超级 电容器 电极材料 ,制备柔性透明石墨烯 电 极 、导 电油墨 、导电添加剂以及 导电纤维 ,超轻气凝胶 的应用进展 ,同时对石墨烯作为导热材料 的应用进行 了展望 。
石墨烯复合材料在能源领域中的应用
石墨烯复合材料在能源领域中的应用石墨烯是一种非常有前途的新材料。
它具有极高的导电性和导热性,是一种非常强硬和耐高温的材料,而且非常轻便。
在能源领域中,石墨烯复合材料的应用前景非常广阔。
首先,石墨烯复合材料可以应用在锂离子电池中。
锂离子电池是目前最常见的电池类型,其电化学性能非常优异,但是锂离子电极材料有较小的离子扩散性和容量失效问题。
石墨烯的高导电性和导热性以及与锂离子电池正极材料的良好相容性,被认为可作为一种非常有效的材料来改进能量密度,提高循环性能并延长电池寿命。
其次,石墨烯复合材料可以应用在太阳能电池中。
目前,太阳能电池是一种非常强大的可再生能源。
通过降低电池成本,提高电池效率和耐久性,太阳能电池的应用将得到更广泛的推广。
石墨烯被认为是一种有前途的材料,可以作为太阳能电池的电极材料来提高效率。
石墨烯与太阳能电极材料的良好相容性,可以显著提高电池输出功率和电池效率。
第三,石墨烯复合材料可以应用在超级电容器中。
超级电容器作为一种新型能量储存器,其具有高功率密度、长循环寿命、低内电阻、快速充放电等特点。
石墨烯高导电性和导热性以及其大表面积可以显著提高超级电容器的储能密度和电化学性能。
此外,石墨烯与活性材料的复合还可以减少薄膜的内阻和提高储存容量。
第四,石墨烯复合材料可以广泛应用于电动车、电动机、风力发电和太阳能收集器等能源领域。
石墨烯复合材料的好处在于其强度、导电性和导热性。
电动车、电动机、风力发电和太阳能收集器需要坚固耐用并且具有高效性能。
石墨烯复合材料可以满足这些要求,并且更加耐用并且可以更加高效地产生能源。
总之,石墨烯复合材料具有极其广泛的应用前景,在未来的能源领域中将有着重要的角色。
石墨烯复合材料的研究和开发仍需继续推进,以便能够利用其在锂离子电池、太阳能电池、超级电容器和新能源领域中。
通过利用石墨烯复合材料,我们有着实现更加环保且能源使用效率更高的未来的梦想。
《2024年石墨烯的制备及在超级电容器中的应用》范文
《石墨烯的制备及在超级电容器中的应用》篇一一、引言随着科技的进步,纳米材料的应用已经引起了科学界的广泛关注。
在众多纳米材料中,石墨烯因其独特的物理、化学性质,特别是其超高的电导率和极大的比表面积,已成为近年来材料科学领域的研究热点。
本篇论文旨在深入探讨石墨烯的制备方法以及其在超级电容器中的应用。
二、石墨烯的制备石墨烯的制备方法多种多样,常见的包括机械剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法等。
1. 机械剥离法:此方法主要是通过机械力将石墨薄片剥离成单层或多层石墨烯。
此法虽然可以制备出高质量的石墨烯,但生产效率较低,不适合大规模生产。
2. 化学气相沉积法:此法通过在高温条件下使气体中的碳原子在基底上沉积形成石墨烯。
此法可以制备大面积的石墨烯,但制备过程需要高温和特定的气体环境。
3. 氧化还原法:此法首先通过强酸等化学试剂将天然石墨氧化,形成氧化石墨(GO),然后通过还原GO得到石墨烯。
此法生产效率高,成本低,适合大规模生产。
三、石墨烯在超级电容器中的应用超级电容器是一种具有高能量密度和高功率密度的储能器件,而石墨烯因其独特的物理性质,使其成为超级电容器的理想材料。
1. 石墨烯的电化学性质:石墨烯具有超高的比表面积和良好的导电性,这使其在电化学反应中能够提供更多的活性位点,从而提高电容器的电容量。
2. 石墨烯在超级电容器中的应用:由于石墨烯的优异性能,其被广泛应用于超级电容器的电极材料。
在电极中,石墨烯不仅可以提供大量的电荷传输通道,还可以通过其大比表面积提供更多的电荷存储空间。
此外,石墨烯的优异导电性可以降低电极的内阻,从而提高电容器的充放电速率。
四、结论随着科技的发展,石墨烯的制备技术已经越来越成熟,其在超级电容器中的应用也越来越广泛。
未来,随着对石墨烯性能的深入研究以及制备技术的进一步优化,石墨烯在超级电容器以及其他领域的应用将更加广泛。
同时,我们也需要关注到石墨烯在实际应用中可能面临的问题和挑战,如成本、环境影响等,以期在未来的研究中找到更好的解决方案。
石墨烯在电池中的应用要求与电化学性能改善策略
石墨烯在电池中的应用要求与电化学性能改善策略石墨烯是一种二维的碳材料,具有极高的导电性、热导性和力学强度,因此被广泛研究用于电池领域。
石墨烯在电池中的应用主要集中在锂离子电池和超级电容器等领域。
本文将探讨石墨烯在电池中的应用要求,以及一些提高其电化学性能的策略。
石墨烯在电池中的应用要求主要包括高能量密度、高功率密度、长循环寿命和低成本等方面。
首先,高能量密度是电池的核心性能之一。
石墨烯具有高比表面积和优异的电导率,可以提供更多的储存空间和导电路径,从而提高电极的能量密度。
其次,高功率密度是实现快速充放电的关键。
石墨烯的高导电性和热导性可以提供更快的离子和电子传输速率,从而实现高功率密度的要求。
此外,长循环寿命是电池的可持续发展的关键因素。
石墨烯的高力学强度可以提高电极的结构稳定性,延长电池的寿命。
最后,低成本是实际应用的一个重要要求。
石墨烯的可制备性、稳定性和可扩展性都需要进一步改进,以降低成本并实现工业化生产。
为了改善石墨烯在电池中的电化学性能,可以采取以下策略。
首先,优化石墨烯的制备方法。
目前,石墨烯的制备方法主要包括机械剥离法、化学气相沉积法和化学还原法等。
通过改进制备方法,可以提高石墨烯的质量和制备效率。
其次,改变石墨烯的结构和形貌。
石墨烯可以通过氧化、还原、掺杂或功能化等方法进行修饰,以改变其表面性质和化学活性。
这些改变可以提高石墨烯在电池中的电化学性能。
第三,构建石墨烯复合材料。
将石墨烯与其他材料(如金属氧化物、碳纳米管等)进行复合,可以充分利用各材料的优点,实现协同效应,提高电池的性能。
第四,设计石墨烯基电极结构。
石墨烯的二维结构可以为电极提供更大的比表面积和更好的离子传输通道。
通过调控电极结构,可以实现更高的能量密度和功率密度。
最后,开发新型电解质和界面材料。
石墨烯和电解质、电极之间的界面是电池性能的关键因素。
开发更好的电解质和界面材料,可以改善电池的循环寿命和安全性能。
综上所述,石墨烯在电池中的应用要求高能量密度、高功率密度、长循环寿命和低成本。
基于石墨烯材料的柔性超级电容器研究_石吉磊
基于石墨烯材料的柔性超级电容器研究石吉磊,杜文城,殷雅侠,郭玉国*,万立骏*中国科学院化学研究所,北京,100190,*Email: ygguo@, wanlijun@随着电子科技的迅速发展,柔性电子器件正逐渐进入人们的生活。
柔性电子器件的实现需要柔性电源的驱动。
因此发展可弯曲,高性能的柔性储能器件变得尤为必要。
超级电容器作为新型的高性能电化学储能器件已经得到广泛研究和应用。
可弯曲甚至可折叠的柔性超级电容器正逐渐成为一个趋势。
石墨烯作为最新形态的碳单质,具有一系列优越的物理化学性能,以及易于制备柔性材料。
因此,石墨烯基材料成为制备柔性储能器件的理想材料。
我们通过简单的水热技术制备了一种3D有序的石墨烯基材料并用于构建柔性超级电容器器件[1]。
所制备的柔性超级电容器器件表现出高的比电容(220F g-1),优良的柔性以及循环稳定性。
弯曲状态下循环10000圈比电容保持率大于80%。
这一优良的电化学性能主要归因于其有序的3D结构有利于离子的快速传输。
此外,该材料的合成过程及柔性电极片的制备均简单、环境友好、具备普适性,不仅可以用于制备超级电容器电极材料也可应用于柔性锂离子电池等领域。
Fig. 1 (a) Nyquist plots of rGO and H-rGO, (b)H-rGO both normal and bending state Cyclic voltammograms at a scan rate of 200 mV s-1 (c), (d) Two H-rGO devices connected in series can power the digital temperature and humidity meter at both normal and bending state. (e) H-rGO 10,000 cycles at a scan rate of 200 mV s-1under bending state.关键词:石墨烯;柔性;超级电容器参考文献[1] Shi J. L.; Du W. C.; Yin Y. X.; Guo Y. G.; Wan L. J., J. Mater. Chem. A, 2014, DOI: 10.1039/C4TA01547A, in press.Graphene-based materials for flexible supercapacitor devices Ji-Lei Shi, Wen-Cheng Du , Ya-Xia Yin, Yu-Guo Guo* and Li-Jun Wan *Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190In our work, a facile hydrothermal reduction of self-assembled 3D graphene oxide (GO) is reported. Binder-free flexible supercapacitor is fabricated using the as-obtained 3D graphene, which exhibits high gravimetric capacitance (up to 220 F g–1) and excellent cycle stability with >80% capacitance retention over 10,000 cycles under bending state.。
石墨烯基超级电容器电极材料制备与性能测试
石墨烯基超级电容器电极材料制备与性能测试石墨烯是由碳原子通过共价键形成的有序六角网状结构,具有优异的导电性、热导性和机械性能,因此成为超级电容器电极材料的理想选择。
本文将介绍石墨烯基超级电容器电极材料的制备方法以及相关的性能测试。
一、石墨烯制备方法1. 氧化石墨烯还原法氧化石墨烯是将天然石墨通过氧化与剥离过程制备得到的材料。
还原方法可以使用热还原法或化学还原法。
在热还原法中,将氧化石墨烯放置于高温下,如800摄氏度的氢气气氛中,氧化石墨烯中的氧原子会被还原成CO和二氧化碳等气体,从而得到石墨烯。
化学还原法是将氧化石墨烯与还原剂反应,如还原铝粉等,通过电子转移实现还原。
2. 大规模机械剥离法大规模机械剥离法是利用机械剥离技术将天然石墨烯层分离得到石墨烯。
这种方法不需要经过氧化过程,能够制备出高质量的石墨烯。
常用的机械剥离方法包括胶黏带剥离法和液体剥离法。
3. 化学气相沉积法化学气相沉积法是将碳源气体,如甲烷,通过热解等反应生成石墨烯。
这种方法可以在金属催化层上制备出石墨烯,具有良好的可控性和大规模生产的优势。
二、石墨烯超级电容器电极材料性能测试1. 电化学性能测试电化学性能测试是评价超级电容器电极材料性能的关键指标之一。
常用的测试方法包括循环伏安法、恒流充放电法和交流阻抗法。
循环伏安法可以用来研究材料的电容性能和电极材料表面的氧化还原反应。
恒流充放电法则可以用来测定材料的比电容以及能量密度和功率密度等参数。
交流阻抗法可以揭示超级电容器电极材料与电解质之间的界面性质和电荷传输行为。
2. 导电性测试石墨烯具有高导电性,因此导电性测试是对其性能进行评估的重要方法之一。
常用的测试方法包括四探针测试和霍尔效应测试。
四探针测试可以测量石墨烯样品的电阻率和导电性能。
霍尔效应测试可以用来测定材料的载流子浓度和载流子迁移率等参数。
3. 结构和形貌表征石墨烯的结构和形貌对其电化学性能有着重要影响,因此需要进行结构和形貌表征。
石墨烯材料在各个领域应用的进展
石墨烯材料在各个领域应用的进展1复合材料石墨烯由于具有极高的力学性能和电学性能,在作为聚合物基体的加强功能化添加剂方面被认为据有广泛的讨论前景。
2023年美国西北大学的Stankovich和RuofjF等人在Nature上报道了薄层石墨烯.聚苯乙烯纳米复合材料。
该讨论小组首先使用苯基异氰酸酯对完全氧化的石墨烯进行化学亲油改性,使之剥离和分散在有机溶剂中。
剥离的石墨烯均匀分散在聚苯乙烯溶液中,加入少量还原剂即可恢复石墨片层的导电性。
在还原过程中,聚苯乙烯的存在有效地阻拦了石墨纳米片层的聚集,这是该方法成功的关键。
该复合材料具有较低的渗阀值,在0.1%的体积分数下即可以导电,1%体积分数下导电率可达0.1Sm—1,可广泛应用于电子材料。
氧化态石墨烯只有在还原情况下才能发挥其优异的电学和力学行能,为了解决氧化石墨烯原位还原制备复合材料过程团聚现象的发生,加添石墨烯在各种聚合物单体中的浸润性,Stankovich利用苯乙烯磺酸钠包覆氧化态石墨烯,降低了石墨烯之间的接触面积,从而阻拦其在还原过程中不可逆自聚。
Haddon所领导的小组制备了石墨烯.环氧树脂纳米材料。
首先制备石墨烯的丙酮分散液,与环氧树脂均匀混合固化后得到复合材料。
热导率测试表明厚度小于2nm的石墨烯片特别适合作为环氧树脂的填料,在添加量达到25%时,热导率可以提升3000%,达6.44WmoKl。
复合材料杰出的热导性能重要由石墨烯的二维单原子层结构,高的纵横比,硬度和低的热界面阻力。
但该方法使用了溶剂,使得在所得复合材料中有显现微纳孔洞的可能。
石墨烯的添加不仅有利于聚合物基体电性能,热传导性能的改善,对于提高玻璃化变化温度,复合材料力学性能也具有重点意义。
Ruoff和Aksay等人在聚丙烯腈及聚甲基丙烯酸甲酯中加入仅1%及0.05%的石墨烯纳米片后,发觉他们的玻璃化变化温度提升30℃,此外包括杨氏模量,拉伸强度,热稳定性等一系列力学及热学性质得到提高。
新型材料MXene在电能储存中的应用
新型材料MXene在电能储存中的应用随着科技的发展,电能储存技术已经成为了人们关注的热点。
因其具有高效、安全、环保等优点,电能储存逐渐取代了传统的化石燃料。
新型材料MXene在电能储存方面的应用备受瞩目,下面我们就来看看这种材料的特点和应用。
一、MXene简介MXene是一种新型的二维材料,它是一种由金属、碳和氟共价键构成的复合材料。
MXene既具有金属的导电性,又具有石墨烯的二维特性,同时还具有出色的机械性能和化学稳定性。
由于其独特的结构和性质,MXene在电能储存领域的应用十分广泛。
二、MXene在超级电容器中的应用超级电容器是一种高效、快速充放电的电能储存设备。
MXene 材料由于其高导电性和高比表面积的特点,能够在超级电容器中发挥出色的储能性能。
此外,MXene材料还具有高的功率密度和长的循环寿命,是一种理想的超级电容器电极材料。
三、MXene在锂离子电池中的应用锂离子电池是目前商业化应用最广泛的电力储存设备,其主要原理是通过负极和正极之间的化学反应来储存电能。
MXene作为一种新型材料,具有优异的电导率、离子传输能力和机械强度,可作为锂离子电池的电极材料。
与传统的锂离子电池相比,MXene材料可以显著提高锂离子电池的性能表现,并具有更长的使用寿命。
四、MXene在太阳能电池中的应用太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的设备。
MXene材料可以作为太阳能电池的电极材料,通过改变其结构和组成,可以控制其光电学性能,从而实现更高效率的太阳能电池。
五、MXene在其他领域的应用除了以上几个领域,MXene材料还可以应用于储氢、储能电容、光电导等多个方面。
由于其独特的结构和性能,MXene材料可以应用于各种领域,并有着广阔的发展前景。
总之,MXene是一种具有优异性能的新型材料,其应用领域广泛,具有十分重要的意义。
未来,MXene材料将会在电能储存、光电材料、催化剂等一系列领域得到更深入的研究和应用,为各类电子设备的性能提升创造更加广阔的可能性。
石墨烯基复合材料在新能源转换与存储领域的应用现状,关键问题及展望
石墨烯基复合材料在新能源转换与存储领域的应用现状,关键问题及展望应用一《石墨烯基复合材料在锂离子电池中的“神奇表现”》咱就说这锂离子电池啊,现在那可是到处都在用,从手机到电动汽车,简直就是能量小能手。
而石墨烯基复合材料在这当中啊,就像是给锂离子电池加了个超级助力包。
我以前有个老款手机,那电池用不了多久就撑不住了,玩会儿游戏、拍几张照片,电量就刷刷往下掉。
后来啊,听说一些新手机电池用了什么石墨烯基复合材料,耐造得很。
我就好奇啊,专门去打听打听。
原来啊,这石墨烯基复合材料加入到锂离子电池里,那作用可不小。
石墨烯本身导电性就超强,就好比给电池里的电流修了条宽敞的高速公路,让锂离子在里面跑得那叫一个畅快。
这样一来,电池充放电的速度就明显变快了。
想象一下,以前给手机充电得等老半天,现在啊,没一会儿就充满了,这多爽啊!而且啊,这复合材料还能提高电池的循环稳定性。
就好比给电池穿上了一层坚固的防护衣,让它就算反复使用,也不容易“受伤”。
不像我那老手机电池,用了一段时间后,容量就越来越小了。
不过呢,这石墨烯基复合材料在锂离子电池里也不是一帆风顺的。
比如说,制备工艺还得再优化优化,成本也有点小贵,要是能把成本降下来,那不是能让更多的老百姓受益嘛。
应用二《石墨烯基复合材料在超级电容器里的“奇妙旅程”》超级电容器这玩意儿,可能很多人不太熟悉,但它可是新能源领域的一颗新星。
而石墨烯基复合材料在超级电容器里的故事啊,也是相当精彩。
我有次去参观一个新能源实验室,就看到他们在研究超级电容器。
那里面啊,各种仪器设备摆得满满的。
负责的科研人员给我们介绍说,石墨烯基复合材料在超级电容器里可是大显身手。
这复合材料呢,具有超大的比表面积,就像是给超级电容器打造了一个超级大的“仓库”,能够储存更多的电荷。
而且啊,它的充放电速度那更是没得说,简直就是闪电般的存在。
比如说,在一些电动汽车的启动瞬间,需要快速释放大量的能量,这时候超级电容器里的石墨烯基复合材料就能立刻响应,让车一下子就启动起来,那反应速度,就跟打了鸡血似的。
石墨烯制成的超级电容器将取代电池
俄亥俄州代顿市Nanotek Instruments公司新研制的石墨烯超级电容器,单位质量可储存的能量相当于镍氢电池,打破了世界纪录,而且充电或放电只需要短短几分钟、甚至几秒钟,有望取代电池。
相关研究论文发表在Nano Letter上。
该超级电容器电极的制备采用了石墨烯,混合5%的超级P(一种乙炔黑,作用相当于导电添加剂)和10%的聚四氟乙烯(PTFE)结合剂。
研究人员把产生的悬浮液涂在集电器表面,把硬币大小的电容器安装在隔离箱里。
电解质-电极界面的制备,采用了“Celguard隔膜-3501”,而电解液是一种化学品,叫做EMIMBF4。
该公司对硬币大小超级电容器的测试表明,石墨烯电极的超级电容器的能量密度为85.6 Wh/kg,而镍氢电池和锂离子电池分别为40-100 Wh/kg和120 Wh/kg,这是有史以来基于碳纳米材料的双电层超级电容器所达到的最高值。
研究小组成员还包括来自Angstron材料研究所的科学家,他们正在努力工作以进一步提高超级电容器的能量密度。
电容器电极材料研制方面取得系列进展。
超级电容器是介于传统物理电容器和电池之间的一种新型储能器件,具有绿色环保、充电时间短、使用寿命长和工作温度范围宽等优点,其核心部件是性能优异的电极材料。
石墨烯片(GS),作为一种新型的碳材料,具有良好的导电性和大的比表面积,预计将其作为超级电容器的电极材料具有广阔的应用前景。
但是纯石墨烯表面缺少功能基团导致其很难与其它材料复合或在器件上进行组装,从而限制了其深入应用。
因此,对石墨烯表面进行化学修饰以便于获得各种功能复合材料是当前研究的一个热点。
图1:不同PANi含量的PSS-GS/PANi“纸”电极(左)和PSS-GS与PANi纳米纤维之间的静电吸附示意图(右)图2 :PSS-GS与二氧化锰在基底上的层层自组装示意图固体润滑国家重点实验室研究人员利用化学修饰后的石墨烯(PSS-GS)与聚苯胺(PANi)纳米纤维之间的静电吸附作用,制备了PSS-GS/PANi 复合材料胶体溶液,然后抽虑成膜得到了柔性的PSS-GS/PANi复合“纸”电极材料。
基于石墨烯基复合材料的超级电容器研究现状
基于石墨烯基复合材料的超级电容器研究现状超级电容器是一种发展成本低、环境友好、能量密度高的新型绿色能源装置,具有充电时间短、放电速度快、使用寿命长、节约能源和绿色环保等优点,得到了科学界的一致追捧,而影响超级电容器最关键的因素就是电极材料的性能。
过渡金属氧化物如Mn02,ZnO,C0304和NiO等虽是较好的电极材料,但导电性能较差,会产生较大的内阻,使得在充放电过程中,容易导致电极材料结构的破坏而影响其充放电容量和循环性能。
将过渡金属负载到碳材料例如石墨烯上可以较好的解决这一难题,这方面研究国内外已有很多相关报道。
作为碳材料中重要的一员,石墨烯由于导电性能强、导热性好、质量轻、比表面积大而备受关注,在储能装置、电化学器件、功能性复合材料等方面都具有重要的应用。
将石墨烯应用到超级电容器上,改善了超级电容器的电容量和循环稳定性。
但石墨烯层与层之间的分子问作用力导致石墨烯容易团聚,从而降低了石墨烯的比表面积和比容量。
将过渡金属氧化物和石墨烯组装成复合材料,既能提高电极材料的导电性和充放电容量,又能增强其循环稳定性。
1过渡金属氧化物与石墨烯复合材料在超级电容器中的应用1.1二氧化锰/石墨烯在超级电容器的研究中,锰作为过渡元素较先受到关注。
虽然它资源比较丰富,且易获取,但电化学性能较弱,尤其是导电性能差阻碍了人们进一步研究的步伐。
通过与石墨烯的复合,能在一定程度上改善二氧化锰存在的问题,大幅度提高其比电容和循环性能。
Li等制备的石墨烯/Mn02复合纸电极具有无黏结剂、柔韧性好的特性,并发现其具有良好的循环稳定性,且在浓度为0.1 mol/L 的Na2SO4水溶液中,当电极的Mn02含量为24%,电流密度为O.5 A /g时,该复合纸电极的比容量为256 F/g。
Wei等通过高锰酸钾还原成二氧化锰沉积在石墨烯表面制备出了二氧化锰/石墨烯复合材料,该复合材料在超级电容器性能测试中显示了较好的循环寿命,其电容为114 F/g。
超级电容器的电极材料的研究进展
超级电容器的电极材料的研究进展一、本文概述随着科技的不断进步和新能源领域的飞速发展,超级电容器作为一种高效、快速储能器件,已逐渐引起科研工作者和工业界的广泛关注。
作为超级电容器的核心组件,电极材料的性能直接影响着超级电容器的电化学性能和实际应用效果。
研究和开发高性能的电极材料对于提升超级电容器的整体性能、推动其在新能源领域的应用具有十分重要的意义。
本文旨在对超级电容器的电极材料的研究进展进行全面的梳理和综述。
文章首先介绍了超级电容器的基本原理和电极材料在其中的作用,然后重点阐述了当前常用的电极材料类型,包括碳材料、金属氧化物、导电聚合物等,并分析了它们各自的优势和存在的问题。
接着,文章综述了近年来在电极材料研究方面取得的重要突破和进展,包括材料结构设计、复合材料的开发、表面改性等方面的研究。
文章对超级电容器电极材料的研究趋势和未来发展方向进行了展望,以期为相关领域的研究者提供参考和借鉴。
二、超级电容器概述超级电容器(Supercapacitor),亦称为电化学电容器(Electrochemical Capacitor),是一种介于传统电容器和电池之间的储能器件。
其具有高功率密度、快速充放电、长循环寿命以及良好的环境适应性等特点,因此在能源储存和转换领域引起了广泛关注。
超级电容器的储能原理主要基于电极材料表面和近表面的快速、可逆的法拉第氧化还原反应或非法拉第的静电吸附过程。
相比于传统电容器,超级电容器能够提供更高的能量密度而相较于电池,它又具备更高的功率密度和更快的充放电速度。
这些独特的性能使得超级电容器在电动汽车、可再生能源系统、移动通讯、航空航天等领域具有广泛的应用前景。
超级电容器的电极材料是其性能的决定性因素。
理想的电极材料应具备高比表面积、高电导率、良好的化学稳定性和环境友好性等特点。
目前,研究者们已经开发出多种类型的电极材料,包括碳材料、金属氧化物、导电聚合物等。
这些材料各有优势,但也存在一些问题,如比能量低、循环稳定性差等。
石墨烯在能源和储能领域的应用
石墨烯在能源和储能领域的应用石墨烯是一种由碳原子构成、呈现六边形晶格结构的二维材料,在物理、化学、电子学、光学、生物等领域都受到广泛的研究和应用。
由于其独特的物理化学性质,石墨烯已经在能源和储能领域掀起了革命性的变化。
一、石墨烯太阳能电池石墨烯作为一种优秀的光伏材料,可以作为太阳能电池的电极材料。
相对于其他光伏材料,石墨烯更具有高导电性、高透明度、高光吸收度和强抗氧化性等优点,能够显著提高太阳能电池的转换效率。
例如,将石墨烯与氧化锌等材料复合,可以有效提高太阳能电池的电流密度和填充因子。
二、石墨烯储能技术石墨烯在超级电容器和锂离子电池中作为电极材料,已经得到广泛关注。
与传统电池相比,它具有更高的储能密度、更长的使用寿命和更快的充电速度。
石墨烯导电性强,与其他金属或非金属元素形成氧化物或磷酸盐复合物,可以大幅提高固体电解质的离子传输率,进一步提高电池的性能。
例如,将石墨烯与硫化锂复合,可以提高锂离子电池的可逆容量和循环性能。
三、石墨烯燃料电池石墨烯在燃料电池领域也有广泛的应用,可以提高其稳定性、催化效率和导电性能。
石墨烯与白金、钯、铂等金属形成复合材料,能够显著提高其催化活性和稳定性,并可减少成本。
此外,石墨烯还具有良好的导电性能和高表面积,能够显著提高电池的电子传输速度。
四、石墨烯可再生能源除了直接应用在太阳能电池和燃料电池中,石墨烯还可以用于改进其他形式的可再生能源,如风力、水力、地热等。
例如,石墨烯纳米带可用于制备颗粒捕获器,通过捕获物质颗粒从而提高风力涡轮机和液流涡轮机的效率。
石墨烯还可以用于制备高效的太阳能热发电系统,将太阳能转化为热能,最终转化为电能。
总之,石墨烯在能源和储能领域的应用仍然充满巨大的潜力,未来将为我们的能源革命带来更多的可能。
活性石墨烯_活性炭干法复合电极片制备及其在超级电容器中的应用_郑超
第5卷第4期2016年7月 储 能 科 学 与 技 术 Energy Storage Science and Technology V ol.5 No.4Jul. 2016研究开发活性石墨烯/活性炭干法复合电极片制备及其在超级电容器中的应用郑 超1,周旭峰2,刘兆平2,杨 斌1,焦旺春1,傅冠生1,阮殿波1(1宁波中车新能源科技有限公司超级电容研究所,浙江 宁波 315112;2中国科学院宁波材料技术与工程研究所,浙江 宁波 315201)摘 要:采用干法电极制备工艺成功制备了活性石墨烯/活性炭复合电极片,分别用扣式电容器和软包电容器考察活性石墨烯/活性炭复合电极的电化学性能。
综合结果表明,复合电极中活性石墨烯的含量为10%(质量分数)较为合适,相较于纯活性炭电极,比容量提高了10.8%。
本工作验证了活性石墨烯材料在商用超级电容器中的适用性,证实了活性石墨烯是一种非常具有实际应用价值的电极材料。
但目前,活性石墨烯并未真正产业化,其成本远高于商用活性炭。
在未来,如何解决活性石墨烯工程制备技术难题和降低成本是材料产业界亟待解决的难题。
关键词:活性石墨烯;活性炭;干法电极制备工艺;超级电容器 doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.04.012中图分类号:TK 53 文献标志码:A 文章编号:2095-4239(2016)04-486-06Preparation of activated graphene/activated carbon dry compositeelectrode and its application in supercapacitorsZHENG Chao 1, ZHOU Xufeng 2, LIU Zhaoping 2, YANG Bin 1, JIAO Wangchun 1, FU Guansheng 1, RUAN Dianbo 1(1Ningbo CRRC New Energy Technology Co., Ltd, Institute of Supercapacitors, Ningbo 315112, Zhejiang, China; 2Ningbo Instituteof Industrial Technology, CAS, Ningbo 315201, Zhejiang, China)Abstract: Activated graphene/activated carbon composite electrodes were successfully prepared by a dry method. The electrochemical performance of activated graphene/activated carbon electrodes was investigated using coin cell supercapacitor and soft package supercapacitor, respectively. Comprehensive results show that the approprite content of activated graphene in the composite is 10% (weight ratio). Compared to the activated carbon electrode, the specific capacitance of 10% activated graphene/90% activated carbon composite electrode increases by 10.8%. This work verified the applicability of activated graphene material in the commercial supercapacitor, and confirmed that the activated graphene is a kind of electrode material with practical application value. But by now, the activated graphene has not really industrialization, its cost is much higher than that of commercial activated carbon. In the future, how to solve the engineering technical problem of activated graphene and reduce its cost are critical.Key words: activated graphene; activated carbon; dry method of electrode preparation; supercapacitors超级电容器是一种纯物理储能器件,具有极高的安全性、百万次循环寿命、环境友好、能量转换效率极高的优点,是替代蓄电池的有力选择[1-4]。
用于超级电容器的高性能石墨烯CoMoO_(4)复合电极
05025樊泽文等:用于超级电容器的高性能石墨烯/CoMo()复合电极文章编号:1001-9731(2021)05-05025-08用于超级电容器的高性能石墨烯/C0M0O4复合电极*樊泽文,任晶,任瑞鹏,吕永康(太原理工大学煤科学与技术教育部和山西省重点实验室,太原030024)摘要:高性能超级电容器电极材料的开发对于缓解当前的能源危机势在必行,设计和优化混合过渡金属氧化物并研究电化学性能和循环寿命对于超级电容器的实际应用至关重要。
在已开发的混合过渡金属氧化物中,由于电活性材料的导电率差并且与电解质的接触受限制,大大限制了所制备电极的电化学性能。
我们在本文中提出了一种合成石墨烯/CoMoO,纳米片的有利设计,使活性材料均匀生长在三维石墨烯泡沫的网状骨架上,充分提高了活性材料的利用率,其独特的结构也增加了电活性材料与电解质界面之间的接触,使赝电容反应充分发生。
由于石墨烯的高电子传输速率和CoMoO,纳米片的高活性,三维复合电极具有出色的电化学性能,具有相对较高的面积比电容(在1mA cm2下为2737mF cm2)和出色的循环稳定性(在10mA cm2下进行4000次循环后,保留原始比电容的81.76%)这些出色的结果表明,石墨烯/CoMo(O纳米片复合材料具有巨大的潜力,可作为高性能超级电容器的电极材料。
关键词:石墨烯;C o M o()4;纳米片;超级电容器中图分类号:TB332文献标识码:A0引言全球不可再生能源正在迅速消耗,并带来了各种例如极端气候变化等不利情况。
地球上现有的可再生资源,例如太阳能和风能,在使用中存在一个关键缺陷:不能连续使用。
可持续可再生能源的研究和开发已经迫在眉睫,电池和电化学电容器作为现当今的两大能量存储系统已被广泛研究[3]。
与电化学电池和燃料电池相比,基于电化学电容器的储能设备具有更高的功率密度,更快的充放电能力,更长的循环寿命,以及更高的使用寿命[47]。
其中,基于碳基活性材料的双电层电容器的能量密度非常低,因此当前大多数研究集中在贋电容器上。
复合材料在超级电容器电极材料中的应用
Xu Bo1, Jin Linghua2
(1.Zhuzhou Times New Material Co., Ltd., Zhuzhou 412007; 2.School of Chemistry and Chemical Engineering, University of South China, Hengyang 421001)
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Value Engineering碳元素广泛存在于自然界,除了最为人们所熟知的石墨和金刚石外,1985年发现的富勒烯和1991年发现的碳纳米管扩大了碳材料的家族。
也使人们对碳元素的多样性有了更深刻的认识。
同时,富勒烯和碳纳米管所引发的纳米科技对人类社的发展在未来有着极其重大的意义。
作为碳材料中最新的一员—石墨烯是拥有sp2杂化轨道的二维碳原子晶体,由英国曼彻斯特大学的Geim等[1]于2004年发现,并能稳定存在,这是目前世界上最薄的材料—单原子厚度的材料。
石墨烯不仅有优异的电学性能(室温下电子迁移率可达200000cm2V-1s-1)[2],质量轻,导热性好(5000Wm-1K-1)[3],比表面积大(2630m2g-1)[4],它的杨氏模量(1100GPa)和断裂强度(125GPa)[5]也可与碳纳米管相媲美,而且还具有一些独特的性能,如量子霍尔效应、量子隧穿效应[6]等。
由于以上独特的纳米结构和优异的性能,石墨烯可应用于许多的先进材料与器件中,如薄膜材料[7]、储能材料[4]、液晶材料[8]、机械谐振器[9]等。
石墨烯是单层石墨,原料易得,所以价格便宜,不像碳纳米管那样价格昂贵,因此石墨烯有望代替碳纳米管成为聚合物基碳纳米复合材料的优质填料。
在石墨烯诸多性质中,其中比表面积高和导电性好,最重要的是石墨烯本身的电容为21μF/cm2,达到了所有碳基双电层电容器的上限,这比其他碳材料都要高,是制造超级电容器的理想材料。
超级电容器(Supercapacitors),也叫电化学电容器(Electrochemical capacitors)是一种能量密度和功率密度介于传统电容器和电池之间的新型储能器件,超级电容器兼具蓄电池和传统电容器的优点,如能量密度高、功率密度高、可快速充放电、循环寿命长、具有瞬时大电流放电及对环境无污染等特性,是近十年来发展起来的新型储能、节能设备。
由于石墨烯是理想的超级电容器填充材料,所以将其与其他材料复合来制备超级电容器材料备受大家关注。
复合材料主要有两类,第一种是石墨烯与高分子导电材料复合,其中研究最多的是石墨烯与聚苯胺复合材料。
第二种是石墨烯与金属氧化物复合,其中研究最多的是石墨烯与二氧化锰复合材料。
本文主要就这两种复合材料的研究做一简单综述。
石墨烯与聚苯胺复合材料在超级电容器材料方面应用,除了前面提到的石墨烯的特殊性能外,还有就是聚苯胺具有高电导率、易于合成、单体成本低等优点。
Zhao等[10]在酸性条件下利用原位聚合法制备了聚苯胺/石墨烯复合材料,发现聚苯胺均匀吸附在石墨烯的表面,或者均匀分散于石墨烯片层之间,在电流密度为0.1A/g时,比电容高达480F/g,并且具有良好的循环性。
Li等[11]在石墨烯片上进行原位阳极电聚合生成聚苯胺,得到的复合材料抗张强度达到12.6MPa,有高而稳定的电化学电容(重量比容为233F/g,体积比容为135F/cm3),超过其他许多现在可用的碳基柔性电极,因此在柔性超级电容器方面有很大前景。
Shi等[12]首先将化学改性的石墨烯与聚苯胺纤维配成稳定混合液,然后通过真空过滤得到石墨烯/聚苯胺纤维薄膜复合材料,在这些薄膜中聚苯胺纤维均匀分散在石墨烯夹层之间,复合材料有稳定的机械性能和高的柔韧性,能够弯曲很大的角度得到想要的形状,当改性石墨烯的含量为44%时电容最大,为210F/g。
Yan等[13]报道了通过一种简单快速的溶液混合,原位聚合的方法获得了聚苯胺与石墨烯的复合纸,这种复合材料有很好的电学性质,值得一提的是这个复合纸在生物领域有着潜在的应用价值。
Wei等[14]将官能化的石墨烯和聚苯胺纳米颗粒复合得到1046F/g的电容,这几乎是纯聚苯胺材料的2倍。
第二种是石墨烯与金属氧化物复合,其中研究最多的是石墨烯与二氧化锰的复合材料。
Wei等[15]将高锰酸钾与石墨烯混合,利用微波辐射的方法将高锰酸钾还原成二氧化锰,还原成的二氧化锰沉积在石墨烯表面,这样的复合材料做阳极,活性炭做阴极得到电容为114F/g,循环次数可达到1000次得超级电容器。
Yang等[16]通过自组装的方石墨烯复合材料在超级电容器中的研究进展Research Progress of Graphene Composites for Supercapacitor邢瑞光XING Rui-guang;李亚男LI Ya-nan(内蒙古科技大学稀土学院,包头014010)(College of Rare Earth,Inner Mongolia University of Science&Technology,Baotou014010,China)摘要:至2004年石墨烯被发现以来,关于石墨烯复合材料的研究一直炙手可热。
本文从聚苯胺/石墨烯和二氧化锰/石墨烯复合材料两方面,综述了这两种材料在超级电容器电极材料的研究进展,展望了以后在超级电容器电极材料上的良好应用前景。
Abstract:From graphene has been found in2004year,it has been focused on many researchers.In this paper,the research progressof polyaniline/graphene and manganese dioxide/graphene composites is reviewed for supercapacitor.The application and development ofgraphene composites as supercapacitor.关键词:石墨烯;聚苯胺;二氧化锰;超级电容器Key words:graphene;polyaniline;manganese dioxide;supercapacitor中图分类号:TM53文献标识码:A文章编号:1006-4311(2013)01-0027-02———————————————————————作者简介:邢瑞光(1982-),男,内蒙古呼和浩特人,内蒙古科技大学稀土学院讲师,研究方向为复合材料,有机化学;李亚男(1984-),女,河南焦作人,助教,研究方向为材料化学,有机化学。
·27·价值工程1概述机舱罩作为风力发电机组的重要部件,是风力发电机组的防护结构,使风力发电机组能在恶劣的气象环境中正常工作,保护内部设备和人员不受风、雨、雪、盐雾、紫外辐射等外部环境因素的侵害。
在这种环境条件下,要保证风电机组正常工作20年,就要求机舱罩具有高质量、高可靠性。
2玻璃钢材料玻璃钢具有质量轻、强度高、耐化学腐蚀、电绝缘、透微波等许多优良性能,而且成型方法简单,可以一次成型各种大型或具有复杂构型的制品[1]。
聚酯玻璃钢和其他材料的拉伸强度与弹性模量等性能对比见表1[1]。
从表1中数据可以看出,聚酯玻璃钢的比强度高于型钢、硬铝和杉木,但比模量较低。
经过合理的结构设计,可以弥补其弹性模量的不足,而且充分发挥其比强度以及其他优良性能[1]。
故综合考虑到机舱罩的性能要求选择玻璃钢作为合适的材料,制造机舱罩的玻璃钢是由不饱和聚酯树脂和玻璃纤维增强材料构成的。
———————————————————————收稿日期:2012年10月16日。
作者简介:王凯(1985-),男,陕西榆林人,现供职许昌许继风电科技有限公司,中级工程师,毕业于西安理工大学,本科学历,从事风电机组机舱罩开发工作。
风力发电机组机舱罩制造简述The Manufacture Outline on Nacelle Housing of Wind Turbine Generator王凯WANG Kai ;史航SHI Hang ;程林志CHENG Lin-zhi ;刘二恩LIU Er-en(许昌许继风电科技有限公司,许昌461000)(Xuchang Xuji Wind Power Technology Co.,Ltd.,Xuchang 461000,China )摘要:机舱罩作为风力发电机组保护壳体,其可靠性决定了风电机组运行的稳定性和使用寿命。
本文结合玻璃钢材料、成型工艺、模具要求、尺寸控制、质量缺陷等多方面内容对风力发电机组机舱罩的制造过程进行简述。
Abstract:As protective shell of wind turbine generator system(WTGS),the reliability of nacelle housing determinates the reliability and service life of WTGS.The paper outlines the manufacturing process of the WTGS nacelle housing,including material of GRP,forming technique,requirements of mold,dimensional control and quality defects.关键词:风力发电;玻璃钢;机舱罩Key words:wind power ;GRP ;nacelle housing 中图分类号:TM315文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2013)01-0028-02法得到多层聚二烯丙基二甲基氯化铵改性的墨烯石和二氧化锰的复合材料具有较高的电容和较高的循环次数。
综上所述,随着社会不断地进步,资源不断地消耗,经济不断地发展,石墨烯复合材料必将在未来的电子领域发挥极其重要的作用。
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