基于聚苯胺/石墨烯复合材料的3D打印成型研究

来源 :厦门大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhuhai2009
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2015年,我国政府在关于打造未来先进制造强国的纲领性文件《中国制造2025》中,明确提出了实施“三步走”的制造业强国建设计划,其中重要的着力点包括新材料、智能制造以及增材制造等领域,因为这些领域的创新开发和协同发展,对整个建设制造业强国计划的实现至关重要。基于此,本文着眼于利用近年来制造行业中蓬勃发展的先进智造技术,与材料领域涌现的新型功能材料相结合,对其整合应用进行一些尝试。在材料学领域,导电高分子自从十九世纪六十年代被正式发现和提出以来,一直受到研究人员的关注。尽管早在上世纪八十年代,导电高分子的电学特性就已被科学家发现,然而其较差的可加工性极大地制约了导电高分子在很多领域的应用。本论文工作选取了导电高分子中在稳定性、可调控性、制造成本上都具有优势的聚苯胺作为研究材料,主要的研究工作着眼于探索其新的成型方式以改善其有限的可加工性。通过引入近年来的明星新材料—石墨烯,使聚苯胺与氧化石墨烯复合形成凝胶墨水,并调节两者的质量比,以控制所制得的新型复合材料的流变性质。同时,利用新型先进制造手段—3D打印(又名增材制造),探索应用此复合材料进行各种可控3D形状的构筑,以及通过3D打印制备聚苯胺/石墨烯基超级电容器的可能性。本论文所采用的3D打印机是基于商业型RepRap打印机,通过自行改造后得到的。主要的改造包括,局部机械框架结构的硬件改造与程序固件Marlin的改写。利用自行编写的G-code指令,改造后的打印机实现了聚苯胺/氧化石墨烯复合材料的不同3D形状打印。利用此技术打印的复合材料电容器电极,成功制备了对称超级电容器、指形平面超级电容器,并且该指形平面超级电容器取得了高达1329mF cm-2的面积比电容,这是至今利用直写成型3D打印所取得的最高值。本研究工作所提出的新型制备方法,对于多种材料具有很好的通用性,并且对今后能源和电子设备领域,新材料和新制造技术的结合,也能有一定借鉴意义。
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