纤维状电化学电容器（FSEC）已引起人们对新兴便携式、柔性和可穿戴电子设备的广泛关注。然而，在保持大比表面积的同时实现纤维电极的高电子和离子电导率仍然是提高 FSEC 电容和快速响应的挑战。
北京大学张锦院士团队提出了一种电场辅助冷壁等离子体增强化学气相（EFCW-PECVD）的方法，用于在纤维电极上直接生长垂直石墨烯（VG），并将其纳入FSEC。定制的反应器主要由两个射频线圈组成：一个用于产生等离子体，另一个用于加热基底。可以通过调节导电板和施加的功率来实现精确的温度控制。通过感应加热，仅需5分钟即可将基底加热到500°C以上，保持气相的低温以实现高质量VG的生长。使用这种方法，VG 很容易在金属纤维上生长。用于FSEC的VG涂层钛纤维具有超高的速率性能和快速的离子传输，能够将交流信号转换为直流信号，并表现出出色的滤波能力。
相关研究成果以“Direct Growth of Vertical Graphene on Fiber Electrodes and Its Application in Alternating Current Line-Filtering Capacitors”为题，8月20日发表于《ACS Nano》。
图1. 自制VG生长冷壁PECVD系统。
图2. 用冷壁PECVD系统在不同基质上生长VG及其形成过程。
图3. 含和不含VG的Ti纤维FSECs的电化学性能
图4. 基于VG包覆Ti光纤的FSECs速率性能和滤波性能。
综上所述，本研究设计了一个冷壁PECVD系统，该系统不仅可以通过耦合电场使VG垂直于底物生长，而且可以在低温下生长。此外，VG涂层Ti纤维作为FSEC电极表现出超快的速率性能和良好的电容性能。FSECs在120 Hz下具有良好的CV值和相角，具有任意的交流滤波性能，优于大多数已报道的光纤基电化学电容器。这项工作证明了VG在可穿戴电子设备中用于光纤电极的巨大潜力。
原文：https://doi.org/10.1021/acsnano.4c05493
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