MXene合成、油墨配制及柔性微型超电容丝网印刷制备——推荐一个综合化学实验
程涛, 李祥春, 赖文勇

MXene Synthesis, Ink Formulation and Flexible Micro-Supercapacitor Fabrication via Screen Printing: Recommending a Comprehensive Chemistry Experiment
Tao Cheng, Xiangchun Li, Wenyong Lai
表1 实验内容与安排
实验部分学时具体内容
研究背景与实验整体安排讲述 2 介绍背景:新型储能技术是“十四五”重点布局发展的关键技术之一,2021年底我国新型储能累计装机400万千瓦,目前储能装机规模位居世界第一。通过数据分析让学生树立科技自信,增强民族自豪感。尽管我国在储能领域取得了瞩目的成就,但是由于材料及工艺的短板,柔性储能技术发展仍相对滞后,制约了可穿戴电子产品的发展,鼓励学生增强科技创新意识,树立科技报国之心及家国情怀。同时,讲解几类典型的国内外主流学术期刊及文献检索方法,帮助学生进行文献调研。进一步介绍实验总体安排并强调操作规范
MXene设计合成 4 讲解MXene的合成方法及注意事项,学生在教师指导下完成相关实验操作。由于实验涉及盐酸及HF,着重强调实验操作规范,增强学生的安全意识及自我保护意识。提醒并指导学生将实验过程中产生的废液收集到实验室固定容器内,严禁随意丢弃,树立其环保意识及责任意识。由于MXene合成需要搅拌36 h及冻干48 h,学生无需在场,教师提前发放仪器相关参考资料,学生可利用该时间段预习了解SEM、TEM、XPS等仪器原理、用途及操作步骤
MXene形貌表征 4 教师向学生提问SEM及TEM原理及用途,检查学生预习情况,进一步详细讲解相关知识并演示操作步骤。学生观摩学习仪器的操作流程,熟悉并掌握材料形貌的相关表征方法
MXene结构与物相分析 4 教师提问检查学生预习情况,进一步介绍XRD及XPS原理、用途并演示操作步骤。学生观摩学习仪器的操作流程,熟悉材料结构与物相的表征方法
功能电子油墨配制 3 介绍墨水配制及流变性能调控方法。组织学生探讨改变MXene浓度可以调控油墨流变性能的内在原因,培养学生的科学思维与探究意识。学生进一步调配适于印刷的功能电子油墨
油墨流变性能测试 4 讲解流变仪用途与原理,带领学生观摩学习油墨黏度、模量等流变性能测试过程
超电容丝网印刷制备 3 讲解丝网印刷原理与操作流程,对比分析丝网印刷与光刻工艺的不同。光刻工艺是减材制造过程,浪费原料,成本高,易产生废液、废渣,污染环境,提醒学生科技有时是把双刃剑,要学会辩证地看待问题。相比之下,丝网印刷属于增材制造工艺,节约原料及成本,而且绿色环保,强调科技创新也要遵循绿色发展理念,帮助学生树立生态文明观及科学发展观。随后,学生按照教师讲解的操作完成柔性微型超电容印刷制备
器件电化学性能表征 4 讲解电化学工作站用途、超电容循环伏安曲线及恒流充放电曲线测试方法,让学生进行超电容的电化学性能测试,并探究不同扫描速度、不同电流密度对放电电流、放电时间及器件比电容的影响规律,寻求器件性能最优的条件及内在可能的原因,培养学生的实践能力与探索精神
数据处理与作图 2 讲解Origin作图及数据处理方法,学生完成实验数据的处理和分析,包括材料结构,油墨流变性,超电容比电容、能量密度及功率密度等
实验报告撰写 2 讲解实验报告撰写要求与规范,要求学生结合思政内容完成实验报告