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異質元素摻雜還原氧化石墨烯電極於儲能裝置之應用研究

為了解決commercial laser eng的問題，作者古安銘 這樣論述：

儲能技術超級電容器的出現為儲能行業的發展提供了巨大的潛力和顯著的優勢。碳基材料，尤其是石墨烯，由於具有蜂窩狀晶格，在儲能應用中備受關注，因其非凡的導電導熱性、彈性、透明性和高比表面積而備受關注，使其成為最重要的儲能材料之一。石墨烯基超級電容器的高能量密度和優異的電/電化學性能的製造是開發大功率能源最緊迫的挑戰之一。在此，我們描述了生產石墨烯基儲能材料的兩種方法，並研究了所製備材料作為超級電容器裝置的電極材料的儲能性能。第一，我們開發了一種新穎、經濟且直接的方法來合成柔性和導電的 還原氧化石墨烯和還原氧化石墨烯/多壁奈米碳管複合薄膜。通過三電極系統，在一些強鹼水性電解質，如 氫氧化鉀、清氧化鋰

和氫氧化鈉中，研究加入多壁奈米碳管對還原氧化石墨烯/多壁奈米碳管複合薄膜電化學性能的影響。通過循環伏安法 (CV)、恆電流充放電 (GCD) 和電化學阻抗譜 (EIS) 探測薄膜的超級電容器行為。通過 X 射線衍射儀 (XRD)、拉曼光譜儀、表面積分析儀 (BET)、熱重分析 (TGA)、場發射掃描電子顯微鏡 (FESEM) 和穿透電子顯微鏡 (TEM) 對薄膜的結構和形態進行研究. 用 10 wt% 多壁奈米碳管(GP10C) 合成的還原氧化石墨烯/多壁奈米碳管薄膜表現出 200 Fg-1 的高比電容，15000 次循環測試後保持92%的比電容，小弛豫時間常數（~194 ms）和在2M氫氧化

鉀電解液中的高擴散係數 (7.8457×10−9 cm2s-1)。此外，以 GP10C 作為陽極和陰極，使用 2M氫氧化鉀作為電解質的對稱超級電容器鈕扣電容在電流密度為 0.1 Ag-1 時表現出 19.4 Whkg-1 的高能量密度和 439Wkg-1 的功率密度，以及良好的循環穩定性:在，0.3 Ag-1 下，10000 次循環後，保持85%的比電容。第二，我們合成了一種簡單、環保、具有成本效益的異質元素（氮、磷和氟）共摻雜氧化石墨烯（NPFG）。通過水熱功能化和冷凍乾燥方法將氧化石墨烯進行還原。此材料具有高比表面積和層次多孔結構。我們廣泛研究了不同元素摻雜對合成的還原氧化石墨烯的儲能性能

的影響。在相同條件下測量比電容，顯示出比第一種方法生產的材料更好的超級電容。以最佳量的五氟吡啶和植酸 (PA) 合成的氮、磷和氟共摻雜石墨烯 (NPFG-0.3) 表現出更佳的比電容（0.5 Ag-1 時為 319 Fg-1），具有良好的倍率性能、較短的弛豫時間常數 (τ = 28.4 ms) 和在 6M氫氧化鉀水性電解質中較高的電解陽離子擴散係數 (Dk+ = 8.8261×10-9 cm2 s–1)。在還原氧化石墨烯模型中提供氮、氟和磷原子替換的密度泛函理論 (DFT) 計算結果可以將能量值 (GT) 從 -673.79 eV 增加到 -643.26 eV，展示了原子級能量如何提高與電解質

的電化學反應。NPFG-0.3 相對於 NFG、PG 和純 還原氧化石墨烯的較佳性能主要歸因於電子/離子傳輸現象的平衡良好的快速動力學過程。我們設計的對稱鈕扣超級電容器裝置使用 NPFG-0.3 作為陽極和陰極，在 1M 硫酸鈉水性電解質中的功率密度為 716 Wkg-1 的功率密度時表現出 38 Whkg-1 的高能量密度和在 6M氫氧化鉀水性電解質中，24 Whkg-1 的能量密度下有499 Wkg-1的功率密度。簡便的合成方法和理想的電化學結果表明，合成的 NPFG-0.3 材料在未來超級電容器應用中具有很高的潛力。

Borophene、MoS2 和InSe 單層膜的機械性能和熱傳導率

為了解決commercial laser eng的問題，作者範文忠 這樣論述：

本研究使用分子動力學模擬對硼烯、MoS2 及 InSe 等二維(2D)材料進行機械性質與熱傳導性質研究。對於單層硼烯材料，本研究探討孔隙率對單層硼烯於單軸/雙軸拉伸下其拉伸性質之影響。此外探討溫度對機械性能的影響，發現硼烯具有各向異性，在溫度1 K 時，鋸齒型硼烯奈米薄膜的楊氏模數為 165.03 Nm-1，扶手椅型則為390.02 Nm-1。硼烯的機械強度與極限應變隨著溫度的升高而降低。空位缺陷周圍的應力集中導致在空位形成的初始裂紋和斷裂強度的降低。此外，本研究使用非平衡分子動力學(NEMD)方法計算硼烯薄膜的熱導率(κ)。本研究探討溫度和孔隙率對單層 MoS2 薄膜在單軸和雙軸拉伸下其機

械性能的影響。結果顯示，楊氏模數、極限強度及斷裂應變隨著溫度升高而降低。孔隙效應結果顯示，孔隙率會降低 MoS2 薄膜的極限強度、斷裂應變及楊氏模數。本研究還研究溫度、孔隙率及長度尺寸對 MoS2 薄膜導熱性質的影響。結果顯示，MoS2 薄膜的導熱性質與溫度、孔隙率和長度尺寸有很大關係。當溫度升高，由於 Umklapp聲子散射變得更加嚴重，而導致熱導率降低。熱導率隨著孔隙率密度增加而降低。而奈米多孔MoS2 薄膜的導熱性質與機械性質幾乎是各向同性。本研究透過拉伸強度、斷裂應變及楊氏模數來探討溫度及內部缺陷對單層InSe 材料拉伸性質之影響。結果顯示，拉伸強度、斷裂應變及楊氏模數也隨著溫度升高而

降低。機械性質受到內部缺陷影響而大幅降低。與硼烯材料相比，單層 InSe材料的楊氏模數在鋸齒型和扶手椅型都是各向同性。點狀缺陷對楊氏模數幾乎沒有影響，但對極限強度及斷裂應變有很大影響。此外，本研究也使用 NEMD 模擬探討溫度、長度尺寸、空位缺陷對單層 InSe 薄膜κ值的影響。κ值隨著 InSe 薄膜長度增加而明顯增加。單層 InSe 薄膜在溫度 300 K 時，扶手椅型的κ值為 44.05 W/m-K，而鋸齒型的κ值為 45.04 W/m-K。兩個方向上的κ值差異非常小，說明這種材料在熱傳導方面具有各向同性的特性。κ值隨著溫度的升高而降低。