為此，研究人員采用快速高效、過程簡單、環境友好、可同步圖案化的高能激光誘導法，在聚酰亞胺基底上進行三維多孔石墨烯晶體膜的原位制備。為了調控激光與聚酰亞胺前驅體的相互作用，研究人員通過控制原料化學計量比和酰亞胺化反應溫度來調控產物聚酰亞胺的酰亞胺化程度和分子構型，從而改變其熱敏感性。最終，在聚酰亞胺膜上原位生長出厚度高達320 μm的分級多孔結構石墨烯晶體膜，其面積和體積比電容高達172.2 mF/cm2和4.13 mF/cm3，展現出巨大應用潛能。進一步原位電沉積贗電容材料聚吡咯，可以制得石墨烯/聚吡咯復合電極，其面積比電容高達2412.2 mF/cm2。研究發現，以該復合電極材料作為電極制造的平面叉指形柔性全固微型態超級電容器，可獲得高達134.4 μWh/cm2和325.2 μW/cm2的能量密度和功率密度，且同時兼具優異的倍率性能、循環穩定性和機械柔韌性。
上述工作得到了國家自然科學基金委大科學裝置聯合基金項目和青年基金項目等多個項目資助。
圖1. 聚酰亞胺的熱敏性調控及宏觀厚度石墨烯晶體膜的激光誘導生長
圖2. 宏觀厚度石墨烯晶體膜的結構表征
圖3. 石墨烯/聚吡咯復合材料的超級電容性能
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