[发明专利]硫掺杂石墨烯/MnO-Mn3

说明书

硫掺杂石墨烯/MnO‑Mn₃O₄复合电极材料的激光制备方法及应用，先制备氧化石墨烯/硫酸锰分散液，将其滴涂在PET或者PI基底上，在室温下晾干后得到氧化石墨烯/硫酸锰薄膜；然后在扫描振镜配套的控制软件中设置要加工的图案以及相应的扫描速度和扫描间距，通过与皮秒激光器相连接的计算机设置激光参数；最后在空气中利用皮秒激光器和扫描振镜在氧化石墨烯/硫酸锰薄膜上进行激光直写，得到图案化硫掺杂石墨烯/MnO‑Mn₃O₄复合电极材料薄膜；使用叉指形状复合电极材料薄膜、导电银浆、铜箔、RTV硅橡胶和聚乙烯醇/磷酸凝胶电解质制备微型超级电容器；本发明实现了激光制备石墨烯/多元氧化锰复合电极材料，制备的微型超级电容器表现出了优异的电化学性能和机械柔韧性。

技术领域

本发明属于纳米复合材料和超级电容器技术领域，具体涉及一种硫掺杂石墨烯/MnO-Mn₃O₄复合电极材料的激光制备方法及应用。

背景技术

微型超级电容器因其具有高循环寿命、快充/放电速度、高功率/能量密度和便携性等优点被用作可穿戴和便携式电子产品的储能器件。对于微型超级电容器而言，电极材料是决定其电化学性能的关键因素。石墨烯具有优异的机械/电化学稳定性、高导电性和大比表面积，广泛用作微型超级电容器的电极材料，但其比电容较低。氧化锰（包括MnO、MnO₂和Mn₃O₄）作为微型超级电容器的电极材料具有高比电容、环境友好、成本低和含量丰富等优点，但其较低的电导率限制了功率密度，而且在氧化-还原的过程中的体积变化使得其循环寿命较低。石墨烯与氧化锰相结合可以同时发挥两者各自的优点，制备的石墨烯/氧化锰复合电极材料具有高比电容、高能量/功率密度和长循环寿命。

相比于化学合成法、水热法、微波合成法和电沉积法等传统方法，激光加工法是一种制备石墨烯/氧化锰复合电极材料的新方法，具有可扩展性强、操作简单、精度高、效率高、无需掩模等优点，显示出良好的应用前景。目前通过激光加工法制备的石墨烯/氧化锰复合电极材料都是石墨烯和单一锰氧化物构成的复合材料。由于共存的多元锰氧化物可以实现多电荷存储和更高的电压窗口，与石墨烯和单一锰氧化物构成的复合电极材料相比，石墨烯和多元锰氧化物构成的复合电极材料具有更优异的电化学性能。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种硫掺杂石墨烯/MnO-Mn₃O₄复合电极材料的激光制备方法及应用，能够制备图案化硫掺杂石墨烯/MnO-Mn₃O₄复合电极材料薄膜，并基于加工的叉指形状硫掺杂石墨烯/MnO-Mn₃O₄复合电极材料薄膜制备电化学性能优异的微型超级电容器。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种硫掺杂石墨烯/MnO-Mn₃O₄复合电极材料的激光制备方法，包括以下步骤：

（a）将氧化石墨烯和一水合硫酸锰超声混合得到氧化石墨烯/硫酸锰分散液；

（b）将氧化石墨烯/硫酸锰分散液滴涂在PET或者PI基底上，在室温下晾干后得到氧化石墨烯/硫酸锰薄膜；

（c）在扫描振镜配套的控制软件中设置要加工的图案以及相应的扫描速度和扫描间距，通过与皮秒激光器相连接的计算机设置激光参数；

（d）在空气中利用皮秒激光器和扫描振镜在氧化石墨烯/硫酸锰薄膜上进行激光直写从而得到图案化硫掺杂石墨烯/MnO-Mn₃O₄复合电极材料薄膜，直写的图案包括矩形和叉指形状。