石墨纳米笼用于超级电容器电极材料的研究(2)
纳米材料按其结构可以分为3类。具有原子团簇和纳米微粒的称之为零文纳米材料；晶粒大小在两个方向在纳米范围内的称之为一文纳米材料；具有纳米尺寸的称之为二文纳米材料以及各种形式的复合材料。按化学组成，可分为纳米金属、纳米陶瓷、纳米玻璃、纳米高分子和纳米复合材料，按照材料物性可分为纳米半导体、纳米磁性材料、纳米非线性光学材料、纳米铁电体、纳米超导材料、纳米热电材料等。按应用可分为纳米电子材料、纳米光电子材料、纳米生物医用材料、纳米敏感材料、纳米储氢磁性材料等。
起初，碳纳米笼是作为碳纳米管制备过程中的副产物而得到的[1]，因为这种独特的空心纳米结构可能具有独特的物理化学性质，许多研究者开展了关于空心碳纳米笼制备与应用的研究。本文主要还是先制备碳包覆金属纳米材料，然后去除金属来得到碳纳米笼。
碳纳米材料作为一种新兴的材料在人们日常生活中的作用日趋重要。碳纳米笼作为碳纳米管的副产物自被人发现之后显示出了很大的潜力。以碳纳米管为例，由于其独特的结构和奇特的物理，化学和力学特性以及其潜在的应用前景而倍受人们的关注,使其在科学研究领域的地位不断提高。
碳纳米管(Carbon nanotubes，CNTs)是20世纪90年代初发现的一种纳米尺寸管状结构炭材料，它是由单层或多层石墨烯片卷曲而成的无缝中空管，具有奇异的物理化学性能，在复合材料增强、纳米器件、场发射、催化剂等领域具有潜在的应用价值[2]。碳纳米管不仅可以用作制备超强光导纤文，复合材料的增强剂，扫描隧道显微镜和原子力显微镜的针尖等，更重要的是它还可以用于制造纳米电子学器件和用来连接这些极微小电子器件的连线，这对纳米电子学的发展和未来超大规模集成电路的制造有着非常重大的意义[3]。
1.2石墨纳米笼在超级电容器电极材料中的应用
1.2.1超级电容器的介绍
超级电容器又叫双电层电容器、电化学电容器, 黄金电容、法拉电容，通过极化电解质来储能。它是一种电化学元件，但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多孔电极板，在极板上加电，正极板吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，实际上形成两个容性存储层，被分离开的正离子在负极板附近，负离子在正极板附近。
超级电容器是建立在德国物理学家亥姆霍兹提出的界面双电层理论基础上的一种全新的电容器。众所周知，插入电解质溶液中的金属电极表面与液面两侧会出现符号相反的过剩电荷，从而使相间产生电位差。那么，如果在电解液中同时插入两个电极，并在其间施加一个小于电解质溶液分解电压的电压，这时电解液中的正、负离子在电场的作用下会迅速向两极运动，并分别在两上电极的表面形成紧密的电荷层，即双电层。
它所形成的双电层和传统电容器中的电介质在电场作用下产生的极化电荷相似，从而产生电容效应，紧密的双电层近似于平板电容器，但是，由于紧密的电荷层间距比普通电容器电荷层间的距离更小得多，因而具有比普通电容器更大的容量。
双电层电容器与铝电解电容器相比内阻较大，因此，可在无负载电阻情况下直接充电，如果出现过电压充电的情况，双电层电容器将会开路而不致损坏器件，这一特点与铝电解电容器的过电压击穿不同。同时，双电层电容器与可充电电池相比，可进行不限流充电，且充电次数可达10^6次以上，因此双电层电容不但具有电容的特性，同时也具有电池特性，是一种介于电池和电容之间的新型特殊元器件。
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