【摘 要】
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瞬态电子技术为生物医疗、环境保护、信息安全等领域提供了新的研究思路,在瞬态电子器件中储能装置作为重要的组成部分,一直以来是研究的重点,其可降解和生物相容的特性成为研究中最大的挑战。超级电容器因其具有功率密度高、充电时间短,温度区间大等优点被广泛关注,但是传统超级电容器具有较大毒性和不可降解的特性,一些常用的材料无法用于瞬态超级电容器中,因此,开发具有良好的生物相容性和生物可降解性的材料用于超级电容
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瞬态电子技术为生物医疗、环境保护、信息安全等领域提供了新的研究思路,在瞬态电子器件中储能装置作为重要的组成部分,一直以来是研究的重点,其可降解和生物相容的特性成为研究中最大的挑战。超级电容器因其具有功率密度高、充电时间短,温度区间大等优点被广泛关注,但是传统超级电容器具有较大毒性和不可降解的特性,一些常用的材料无法用于瞬态超级电容器中,因此,开发具有良好的生物相容性和生物可降解性的材料用于超级电容器作为瞬态储能装置具有重要的研究价值。瞬态超级电容器的主要组成部分与传统超级电容器相同,包含封装材料、基底材料、电极材料、电解质等四部分,为此,我们的研究围绕对可降解材料的可控制备、结构优化、降解过程研究,以及通过多种方法制备导电聚合物电极将其应用到瞬态超级电容器中,具体研究工作如下:(1)丝网印刷锌油墨和改性蚕丝蛋白膜的性能与降解研究。在设计的叉指图案上进行丝网印刷锌油墨,采用多种酸碱溶液处理锌膜以提高锌膜的电导率作为超级电容器的集流体,通过电阻测试和研究锌微粒烧结的微观形貌确定了稀醋酸处理为最佳方案,处理后电阻可下降到3Ω左右。通过改性设计了两种蚕丝蛋白膜,使具有良好的延展性的塑化蚕丝蛋白膜作为封装材料,普通蚕丝蛋白膜作为基底材料,对丝网印刷锌油墨和蚕丝蛋白膜进行降解研究,证明其优异的可降解性能。(2)基于三维网状锌球@聚吡咯复合电极材料的瞬态超级电容器。采用电化学沉积的方法在丝网印刷的锌油墨上沉积聚吡咯,形成三维网状的Zn@PPy复合电极材料,并将Zn和Zn@PPy分别组装对称型超级电容器进行对比,聚吡咯的存在显著提升超级电容器的电化学性能,由Zn@PPy复合材料构建的瞬态超级电容器的最大能量密度和功率密度分别达到0.39μWh cm-2和0.38 m W cm-2,明显高于由纯锌膜组成的瞬态超级电容器并且对所制备的对称型瞬态超级电容器进行体内-体外降解研究,证明了其具有优异的生物相容性和生物可降解性。(3)基于丝网印刷的叉指型非对称瞬态超级电容器。采用化学氧化法制备了聚吡咯和掺杂态聚苯胺,将聚苯胺的电活性窗口扩展到了中性,利用电极材料电压窗口不同的特点,采用丝网印刷的方法将聚吡咯、聚苯胺分别印刷在叉指电极上,构建了非对称瞬态超级电容器,研究了其电化学性能,在循环2500圈后其容量保持率在89.4%,具有良好的循环稳定性,并进行了体外降解实验测试,证明了其具有优异的生物可降解性。
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