氧化石墨烯水凝胶的结构控制及其电化学性能研究(3)
1.1.2超级电容器特点
超级电容器具有以下特点：
（1）充电速度快，省时，充电数分钟基本可达其额定容量的90%；
（2）循环使用寿命长，充放电循环使用次数可高达50万次，且过充、过放不会对其产
生破坏性影响；
（3）安全，可长期使用，文护成本低廉；
（4）功率密度高，可高达5000W/KG ，相当于普通电池的8-10倍
（5）绿色环保，无污染，产品原材料构成、使用、储存以过程均不会对环境产生污染
（6）检测十分方便，因为其剩余电量可直接读出，不必通过其他间接方法求得。
（7）放电时间不够长。超级电容器充电快，但是相应地放电也较快，这是科研领域目前
需要大力突破的瓶颈。
（8）由于超级电容器内阻较大，故不可以在交流电路中使用。
1.1.3超级电容器的应用
超级电容器的主要应用领域：（1）可再生能源发电系统；(2)电动车的驱动装置；(3)瞬时功率脉冲应用；(4)变频驱动系统的能量吸收器；(5)军事、国防领域；（5）轨道车辆能量回收系统；（6）航空航天领域中提供爆发式动力；(7)智能表、真空开关等小功率供电设备的电源。
1.2 石墨烯
1.2.1 石墨烯概述
2004年，英国曼彻斯特大学物理学家康斯坦丁•诺沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）和安德烈•海姆（Andre Geim），成功地在实验中分离出石墨单片层，并且证实它可以单独存在，从而否定了“石墨不可能一单片层存在”的假说。两人也因在石墨烯研究方面的卓越贡献共同获得2010年诺贝尔物理学奖。从那时起石墨烯便成了科学界研究的一大热门对象。石墨烯是一种新型的二文单原子层材料，其结构图如图1.1所示。碳原子采取sp2的杂化方式形成稳定的吹冰元环，填补了一般碳材料如富勒烯、碳纳米管中的二文空隙[10]。石墨烯具有非常稳定的结构，其厚度仅为一个碳原子的厚度0.335nm。碳原子之间通过很强的σ键（键长仅为0.142 nm）相连接，这种极强的作用力使其具有稳定的晶格结构，宏观表现为石墨烯具有超高的柔韧性和机械强度。石墨烯面内有一个P轨道形成电子离域π键，π电子可以在平面内自由移动，故石墨烯具有优异的导电性。石墨烯超大的比表面积、优异的力学和电学性能、良好的透光率等，使其在电子传感器、超级电容器、药物输送和导电复合材料等领域具有良好的应用前景。但是目前石墨烯并没有在实际生产中大规模应用，这是因为在石墨烯的分散过程中，由于其化学稳定性高，惰性强，与其他物质相互作用较弱，导致其很难与其他无机或有机材料均匀地复合[11]。
1.1 石墨烯的结构示意图
1.2.2 石墨烯的制备方法
石墨烯的制备方法分为两大类，即物理方法和化学方法，下面进行具体阐述：
1、物理方法
（1）机械剥离法[12]
这是获得石墨烯最原始、最简单的方式。首先要去除石墨表面污染物及杂质，然后采用特殊胶带反复互粘，直到胶带纸上剩下仅有几个原子层厚度的石墨片，最后将硅单晶在高压下紧压在胶带表面，这样就获得了单层或数层的石墨烯片。该种方法操作简单，但是无法精确地制备出理想的石墨薄片层，不易于大规模制备 且费时费力。
（2） 取向附生法—晶膜生长[13]
该种方法是让晶膜生长在基质表面。采用取向附生法制备的石墨烯，只有最底层与钌有强烈的作用力，第二层后石墨烯薄片就几乎与钌分离完全，这样就得到了较为理想的单层石墨烯薄片。采用这种方法生产的石墨烯薄片和基质之间会有少许黏结，影响其性能。