СИНТЕЗ МОДИФИЦИРОВАННЫХ И КОМПОЗИТНЫХ ЭЛЕКТРОДОВ ИОНИСТОРОВ НА ОСНОВЕ НАНОТУБУЛЯРНЫХ МАССИВОВ АНОДНОГО ДИОКСИДА ТИТАНА

1 Основные характеристики, материалы, способы модификации и
электрохимические методы анализа электродов ионисторов (литературный обзор) 10
1.1 Определение, виды и основные характеристики ионисторов 10
1.2 Материалы электродов ионисторов 13
1.3 Способы модификации электродов на основе нанотрубок ТЮ2 15
1.3.1 Термическая модификация 16
1.3.2 Легирование 16
1.3.3 Создание композитных электродов 17
1.3.4 Сравнение емкостей при различных методах модификации 18
1.4 Методы исследования электродов 19
1.4.1 Циклическая вольтамперометрия 20
1.4.2 Гальваностатический заряд-разряд 24
1.4.3 Импедансная спектроскопия 28
1.5 Выводы по главе 30
2 Синтез, модификация и методы исследования электродов 32
2.1 Синтез нанотубулярных массивов ТЮ2 32
2.2 Функционализация нанотубулярных массивов ТЮ2 35
2.2.1 Термическая обработка и конденсаторная сборка ионистора 35
2.2.2 Создание композита с углеродными нанотрубками 37
2.2.3 Модификация частицами никеля 38
2.3 Электронная микроскопия электродов 39
2.4 Регистрация кривых ГЗР с использованием модульных приборов N1... 41
2.5 Методики электрохимического анализа на Аи1о1аЬ 43
2.6 Выводы по главе 46
3 Разработка виртуального прибора VI ОСП 47
3.1 Алгоритм работы программы 47
3.2 Реализация виртуального прибора в ЬаЬУЕЕ^ 49
3.3 Тестовые измерения 53
3.4 Выводы по главе 54
4 Результаты и обсуждение 56
4.1 Электронная микроскопия исследуемых электродов 56
4.2 Исследования методом гальваностатического заряда-разряда 60
4.3 Исследования методом циклической вольтамперометрии 71
4.4 Исследования методом импедансной спектроскопии 74
4.5 Выводы по главе 80
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 82
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 84

Купить

РЕФЕРАТ
Пояснительная записка 88 с., 42 рис., 6 табл., 44 источника.
ИОНИСТОРЫ, СУПЕРКОНДЕНСАТОРЫ, НАНОТРУБКИ ДИОКСИДА ТИТАНА, УГЛЕРОДНЫЕ НАНОТРУБКИ,
МОДИФИЦИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОДОВ, РАСТРОВАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ МИКРОСКОПИЯ, ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА
Объектом исследования являются электроды на основе нанотубулярного диоксида титана, модифицированные различными способами (термическая обработка, создание композитов с углеродными нанотрубками и частицами металлического никеля).
Цель работы - синтез и исследование модифицированных и композитных электродов на основе нанотубулярного диоксида титана.
Синтезированные образцы исследовались методом растровой электронной микроскопии и различными электрохимическими методами анализа (гальваностатический заряд-разряд, циклическая вольтамперометрия, импедансная спектроскопия).
В результате исследования получены электроды 1) Т/Т1О2-НТ; 2) УНТ/ТЮ2-НТ; 3) М/ТЮ2-НТ представляющие собой: 1) массивы Т1О2-НТ толщиной 3,5 мкм, с внутренним диаметром 70-80 нм и толщиной стенок 30¬40 нм; 2) массивы Т1О2-НТ с углеродными нанотрубками диаметром 10-30 нм и длиной от десятков нм до десятков мкм на поверхности оксидного слоя; 3) массивы Т1О2-НТ, декорированные сферическими наночастицами Ni диаметром 70-100 нм с образованием локальных конгломератов частиц до 500 нм.
Результаты работы позволили получить информацию об электрохимических характеристиках синтезированных электродов и преимуществах модификации структур Т1О2-НТ для использования их в качестве электродов ионистров.
Ионисторы - это электрохимические конденсаторы, которые существенно отличаются от обычных практически неограниченной долговечностью, более низкими потерями тока и большими значениями удельной мощности. При этом они имеют на порядок меньшие габариты. То есть это батарея нового поколения, которая сможет открыть многочисленные перспективы в энергетике. В первую очередь большой интерес к ионисторам вызван возможностью замены ими батарей, а также создания гибких источников питания большой мощности.
В качестве электродов ионисторов используются наноматериалы с высокоразвитой поверхностью. Одним из таких наноматериалов может быть нанотубулярный диоксид титана, в связи с его высокой площадью поверхности, механической прочностью, превосходными транспортными свойствами, а также многообразием способов модифицирования нанотубулярной матрицы, что способствует ее применению в различных областях микро- и наноэлектроники, например, в фото- и бетавольтаике, мемристорных устройствах памяти, литиевых аккумулятора, а также сенсибилизированных красителем солнечных элементах . В научно-образовательном центре «Наноматериалы и нанотехнологии» Уральского федерального университета ведутся работы по изучению таких нанотубулярных матриц и в настоящей работе были использованы наработанные методики получения нанотрубок диоксида титана в целях синтеза на их основе модифицированных и композитных структур.
Таким образом, целью данной выпускной квалификационной работы является разработка методики получения таких структур на основе нанотубулярного диоксида титана, которые в дальнейшем могут использоваться в качестве электродов ионисторов, а также исследование их емкостных характеристик.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- ознакомиться с литературными данными по ионисторам, материалам электродов ионисторов, способам модификации и методам исследования таких электродов;
- синтезировать образцы с нанотубулярным слоем TiO2;
- модифицировать синтезированные образцы для получения электродов на основе TiO2-HT;
- исследовать методом растровой электронной микроскопии;
- исследовать полученные электроды электрохимическими методами анализа из научной литературы;
- проанализировать результаты исследования.

Купить