Объемные цифры из гофрированной бумаги: Цифра из гофрированной бумаги — советы по выбору материалов и идей для оформления цифр

Цифра из гофрированной бумаги - советы по выбору материалов и идей для оформления цифр

Цифра, выполненная из гофрированной бумаги, безусловно, станет интересным украшением любого торжественного вечера. Благодаря объемным цифрам можно украсить комнату не только на день рождения ребёнка, но также на годовщину свадьбы или новый год.

Самостоятельно сделать запоминающееся оформление достаточно легко. Понадобится гофробумага разного цвета, продающаяся сегодня почти в любом магазине.

Содержимое обзора:

Содержание

Красивые цифры — залог интересного оформления

Плоская цифра 1 из гофрированной бумаги, которую часто делают на годовасие — праздник для малыша в честь его первого дня рождения, используя популярную технику торцевания, может получиться достаточно пушистой.

При этом есть различные способы её украшения. В любом случае для начала необходимо будет вырезать шаблон из картона.

Можно сразу использовать несколько слоёв картона. Это позволит сделать шаблон плотным, и он не будет сгибаться.

Например, в некоторых странах почти на любом празднике у ребенка есть пиньята — своеобразная игрушка, которая выполнена из основного материала, вроде картона и дополнительно украшенная различными полосками из бумаги яркого цвета.

В аналогичной технике очень часто сегодня украшается объемная цифра из гофрированной бумаги для детей.

Если сравнивать с техникой торцевания, то украшения полосками из простой бумаги можно сделать гораздо легче. После того как будет готов шаблон, он обклеивается полосками гофры. Лучше если будет использоваться бумага самых ярких цветов. Это позволит сделать поделку, привлекающую внимание.

Листы бумаги нарезаются на несколько полос. Ширина каждой из них примерно 5 см. После этого, каждая из полосок дополнительно нарезается ещё перпендикулярно, таким образом, чтобы получилось нечто похожее на «травку».

Во время декорирования шаблона лучше всего начинать с той его части, что находится ниже. Клеем смазывается только та часть полоски из бумаги, которая не была надрезана так называемой «травкой».

Каждая из следующих полос приклеивается таким образом, чтобы бахрома обязательно скрывала большую часть предыдущей полоски, которая была до этого

приклеена.

Именно таким способом необходимо обклеить полностью весь шаблон. После того, как высохнет клей можно переходить к дальнейшему оформлению помещения для праздника. Преимущество такой поделки заключается в том, что ее можно без проблем использовать многократно.

Если вам необходимо сделать обычную цифру из гофрированной бумаги в форме единички на день рождения девочке, то отличным декором выступит ткань, в которой будет цифра одинакового цвета с её платьем или любым нарядом.

Для этого необходимо приготовить заранее лишь толстый картон, ткань заранее выбранного цвета, клей, любые ножницы, и линейку с карандашом.

Пошаговая инструкция создания декора своими руками

Во-первых, из приготовленного картона выполните шаблон для будущей цифры. Для того, чтобы ткань аккуратно легла на картон, проследите за тем чтобы ширина цифры была меньше в три раза, чем ширина отреза.

Во-вторых, основу фигуры необходимо смазать тщательно клеем и сформировать произвольные складки прямо на ткани, после чего приклеить их к цифре.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ!

Таким образом, необходимо осуществить декор всей передней части цифры из гофрированной бумаги своими руками, которую вы решили сделать.

В-третьих, переднюю часть ткани, после того, как она будет готова, необходимо аккуратно завернуть и приклеить ее по краям на задней части фигуры, чтобы украсить цифру гофрированной бумагой и тканью тоже.

Создание бахромы для декора

Еще одним оригинальным украшением любой цифры станет использование бахромы. По сути бахрома, выполненная из гофрированной бумаги — это самый лёгкий и при этом быстрый способ для декорации любого элемента декора для рождества или любого другого праздника.

Необходимо лишь нарезать бумагу на широкие и достаточно длинные полосы. После этого каждая полоска складывается в форме прямоугольника и нарезается бахромой.

Остается лишь расправить и приклеить такой элемент декора к фигуре, как на фото цифры из гофрированной бумаги любого цвета. Для этого можно использовать клей или двусторонний скотч.

Фото цифр из гофрированной бумаги

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ!

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ!

Также рекомендуем просмотреть:


Просмотров: 8 178

Цифра из гофрированной бумаги - мастер класс по созданию декоративных знаков

Чтобы день рождения ребенка стал настоящим праздником, заботливые родители стараются создать в комнате ребенка или в зале, где будет проходить торжество, соответствующую атмосферу, подчеркнуть значимость события. Наряду с оформлением шарами и гирляндами оригинально и эффектно смотрятся объемные цифры.

Оглавление статьи

Как сделать объемную цифру

Насмотревшись на форумах мам на фото цифр из гофрированной бумаги, многие родители, готовясь ко дню рождения ребенка, пытаются сделать такие же.

Большие или маленькие, плоские или объемные цифры напомнят виновнику торжества о знаменательном событии. Ими можно украсить стены, «сладкий» стол для чаепития, фотозону. Входя в зал, именинник и его гости получат заряд положительных эмоций.

Создав эффектный антураж праздника, можно быть уверенным – он запомнится надолго. Эффектно смотрятся в интерьере большие фигуры: высотой 80-90 см.

Проще всего сделать оригинальные цифры из гофрированной бумаги либо обычных бумажных салфеток. Для этого понадобится плотный картон (можно взять гофрокартон от больших коробок). Нарисуйте на нем нужную цифру и вырежьте две одинаковые заготовки для основы. Они должны быть зеркальными.

Приготовьте картонную полосу (ее ширина должна быть равна желаемой ширине объемной фигуры). С помощью скотча или бумажных листов и клея соедините заготовку, чтобы получилась объемная цифра.

Не стоит приводить подробную инструкцию, как правильно сделать цифру. Работа не представляется сложной: нужно только аккуратно сгибать боковую полосу, склеивать фигуру на поворотах, чтобы она получилась ровной.

Теперь заготовку нужно задекорировать. В интернете на форумах мам можно найти много советов, как сделать цифру из бумаги своими руками. Мы предлагаем несколько способов оформления, выполненных из гофрированной бумаги.

Готовую заготовку проще всего украсить цветной бахромой. Возьмите гофрированную бумагу ярких цветов. Эффектно смотрятся «радужные» фигуры, для которых используются семь традиционных цветов радуги.

Нарежьте бумагу на неширокие полосы (для цифры высотой 60 см потребуется по 2 полосы каждого цвета, равных 5-6 см шириной). С одной стороны сделайте «бахрому», надрезав бумагу примерно до середины.

Приготовив таким образом бумагу, начинайте приклеивать ее на заготовку бахромой вниз, начиная с нижнего края: две фиолетовых полосы, две синих и т.д. Приклеивая полоски бумаги, слегка растяните ее в нижней части, чтобы бахрома была объемной.

Такие объемные цифры из бумаги можно рекомендовать для начинающих: они несложные в исполнении и требуют только аккуратности при склеивании фигуры.


Оригинальные способы оформления цифр

Свойства гофрированной бумаги позволяют делать из нее объемные красивые цветы. Если вы умеете составлять розы или гвоздики из гофрированных лепестков, можно сделать оформление плоской или объемной цифры из них. Эффект будет потрясающим, однако времени на каждый цветочек потребуется немало.

Несложно сделать розы: для них понадобятся узкие полоски бумаги, один край которой нужно подвернуть примерно на 1 см и подкрутить виде восьмерки. Когда сделана вся полоска, осталось скрутить ее в спираль и закрепить резинкой. Затем готовые розочки останется приклеить к картонной заготовке.

Если вы хотите сделать цифру плоской и украсить ей стену в комнате ребенка, можно вырезать ее из бумаги, обмотать яркой пряжей, на которой закрепить букет цветов из гофрированной бумаги.

Для тех, кто не овладел искусством бумажной флористики, предлагаем несложный мастер-класс: как сделать цифру из гофрированной бумаги в технике торцевания.

Нам понадобятся квадратики, нарезанные из гофрированной бумаги, размером 5 х 5 см. Берем один квадрат и накручиваем его на кончик карандаша, затем обмакиваем в клей и аккуратно приклеиваем к картонной заготовке. Подождем, пока клей схватится, затем точно так же делаем второй элемент.

Старайтесь приклеивать детали близко друг к другу, но не совсем плотно, чтобы получился эффект пушистого «коврика». Когда вся цифра заполнена, можно дополнительно декорировать ее объемными бабочками.

Вариантов оформления объемных или плоских цифр или букв можно придумать множество. Включите фантазию и создайте ребенку праздничное настроение в такой важный для него день.

Фото цифр из гофрированной бумаги


Цифра из гофрированной бумаги своими руками на 1 день рождения

Здравствуйте, дорогие рукодельницы. Недавно у дочери моей подруги был маленький юбилей. В дополнение к подарку я сделала большую объемную фигуру единицы из картона. Именинница и гости были в восторге.

Несколько мам попросили меня сделать такую поделку и их детям. Сегодня я хочу рассказать вам, как сделать цифру из гофрированной бумаги своими руками.

Содержание статьи


Делаем заготовку

Я расскажу на примере единички высотой 60 см., но по этой пошаговой инструкции можно сделать любые буквы и цифры.

Для изготовления  понадобится:

  • плотный картон, лучше использовать большую коробку
  • гофробумага тонкая, лучше несколько цветов, у меня ушло около двух рулонов.
  • клей, ножницы, карандаш, степлер.


Для заготовки на картоне рисуем и вырезаем 1 нужной высоты.  Понадобятся два таких шаблона. Обратите внимание, они должны быть зеркальными. Ещё нужно вырезать из картона полосу шириной 10 сантиметров. Это будет боковая часть цифры.
Аккуратно сгибаем край полосы и приклеиваем к нашей единичке. То же самое делаем со второй половиной. Дополнительно можно скрепить края скотчем. Должно получиться как на фото выше.

Это была самая сложная часть работы, теперь нужно украсить получившуюся фигуру.

Декорируем бахромой

Из гофрированной бумаги вырезаем полоски шириной 5-6 сантиметров. Нарезаем бахрому не доходя сантиметра до края. Приклеиваем на поверхность нашей поделки слегка растягивая.

Клеить начинаем снизу заготовки. Сначала приклеиваем одну полоску, потом вторую на сантиметр выше, и так до самого верха. Лучше всего смотрится, когда используется несколько цветов.

Техника торцевания

С помощью этого способа получается пушистая единичка. Из гофробумаги вырезаем квадратики 10 на 10 сантиметров. Оборачиваем вокруг кончика карандаша, капаем каплю клея и приклеиваем к фигуре. Ничего сложного, немного усидчивости и терпения.

Декор цветами

Можно собрать из бумаги цветочки и украсить объемную единицу ими. Этот вариант хорошо подойдет на украшение праздника для девочки.

Самые простые цветки можно изготовить из бумажных салфеток.
Складываем их несколько раз. Скрепляем середину степлером. И расправляем цветок. Украшаем нашу заготовку.

Если подобрать оттенки бумаги синие или зеленые, то получится цифра для мальчика.

Л

Л

Л

Теперь, благодаря мастер классу, вы умеете делать объемную цифру из бумаги.

Видео

А вот и еще один вариант изготовления единички, где можно в качестве основы использовать пенопласт (или пеноплекс).

Смотрите скорее небольшое видео на эту тему и изучайте.

Как использовать

Получившиеся единички можно смело использовать в праздничном декоре помещения, где будет отмечаться первый день рождения малыша.

И создав такую красивую зону для фотосессии, у вас навсегда останутся только самые яркие и неповторимые фотографии и суперские впечатления от праздника.

Л

Л

Л

Смело фотографируйте своих маленьких принцесс и принцев. Им это обязательно понравится.

Л

Л

Л

Я уверена ваше произведение не останется незамеченным. Не забудьте поделиться новыми умениями с друзьями.

И до новых встреч на моем блоге, вас ждет ещё много интересного.

Пока, пока! С любовью, ваша Наталья.

 

Как сделать цифру из гофрированной бумаги на день рожденья своими руками

На первое годовасие дочки захотелось сделать цифру  «1», чтобы украсить комнату и сделать памятную фотосессию. Для меня это был первый опыт работы с гофрированной бумагой, поэтому не судите строго. Smile

Как сделать цветы из гофрированной бумаги

Покупаем в канцтоварах гофрированную бумагу нужных цветов. Для своей цифры я выбрала 3 цвета: розовый, малиновый и белый. Нарезаем полоски, у меня размеры 50 см на 3,5 см. Кстати, прожилки по цветку должны располагаться вдоль, а не поперек. Я свою первую полоску отрезала неправильно, потом поняла, что что-то не то сделала. ))))

Как сделать цифру из гофрированной бумаги фото

Растягиваем ленту по одному краю. Растяжка идет за счет прожилок.

Как сделать цифру из гофрированной бумаги

Теперь собираем цветок, скручивая ленту по кругу, снизу пальцами прихватывая складочки. Перевязываем ниткой. Нитку лучше взять в цвет бумаги, т.к. местами они, возможно, будут видны. Должны получиться такие цветы.

Как сделать цифру на день рожденья самому

Это самый простой и быстрый способ создания цветочков.  Гофра у меня была жесткая, скручивать было тяжело. Есть еще мягкая гофрированная бумага, с  нее можно сделать более объемные воздушные розочки.

Жесткая гофра  

цифра из гофрированной бумаги      

Мягкая гофра

цифра из гофрированной бумаги

Как видите, скрутка одинаковая, а эффект разный.

Делаем много-много цветочков. Мне потом пришлось докручивать розочки, когда клеила, немного не хватило. Коты пытались внести свою лепту в создание прекрасного и украсть розочки со стола.

Как сделать цифру из гофрированной бумаги

Делаем каркас для цифры своими руками

Теперь делаем каркас цифры. Если нужна плоская цифра, которая будет прислоняться к стене или вешаться на нее, просто вырезайте ее из картона.

Я хотела объемную, стоячую цифру на день рожденья и использовала коробку из-под детского мобиля, которая валялась у меня на шкафу.

цифры для вырезания из бумаги

На задней и передней стенке коробки нарисовала цифру, вырезала, обрезками картона обклеила края.

цифры для вырезания из бумаги

Еще цифру я обклеила на клей ПВА  гофрированной бумагой, чтобы облагородить заднюю стенку и возможные просветы между розочками.

Цветы клеила на клеевой термопистолет. Очень быстро и удобно. Каждый цветочек приклеивается за 10-15 секунд. Термопистолет – полезная вещь в хозяйстве, стоит совсем недорого 10-15 долларов, продается на строительном рынке.  Но цветочки можно спокойно и на обычный ПВА приклеить.

Как сделать цифру из бумаги своими руками

Бока цифры задекорировала лентами из гофрированной бумаги. Нарезала полоски с запасом, чтобы скрыть место стыка каркаса и розочек и нитку-перевязку на бутонах.  Края ленты предварительно растянула с обоих сторон, чтобы получить «волнушки».

Цифра из гофрированной бумаги

Вид сзади

цифра из гофрированной бумаги

На цифру ушло 2 дня, суббота и воскресенье. Если есть возможность, лучше цветочки начать делать за неделю, а то у меня потом болели подушечки пальцев и кисти.

Гости от цифры были в восторге. И на фото она смотрится потрясающе.

Попробуйте тоже сделать цифру на день рожденья своими руками. Если есть вопросы, пишите – с удовольствием отвечу, подскажу, если непонятно написала. Smile

Это моя доча со своей крестной мамой. Кусочек нашего праздника ))))

Цифры из гофрированной бумаги

 

 

Идеи оформления цифр из бумаги

Читайте также: Kiss 2

делаем вместе. Лучшие идеи с подробным описанием

Цифра из гофрированной бумаги станет прекрасным и оригинальным украшением, если вы готовитесь к празднику или хотите устроить сюрприз для близкого человека. Объемный яркие циферки вам пригодятся не только на День рождения, но на юбилей свадьбы и даже на Новый год. Своими руками вы можете оформить самую запоминающуюся вечеринку для ваших друзей, а все, что для этого надо – разноцветные листы гофробумаги, купить которую можно в любом магазине с товарами для творчества или канцтоварах.

 


Цифра на годик из гофрированной бумаги

 


Цифра 1 из гофрированной бумаги станет украшением вашего праздника, а еще станет отличным фоном для семейных фотографий, которые сохранят память об этом дне надолго. Кусочки гофры подойдут, чтобы украсить картонную заготовку, а готовую поделку можно прикрепить к стене.

В данном случае мы будем делать плоскую поделку, поэтому понадобится плотный картон, к примеру, можно взять старую коробку от бытовой техники, нарисовать на листе контур единицы и аккуратно вырезать его.

 


Единицу нарисовать очень просто, используя карандаш и линейку, но если вы сомневаетесь, то можно использовать шаблон, который надо распечатать и приклеить на картон, а после – вырезать острыми ножницами.

Для поделки можно использовать гофру одного цвета или нескольких, тогда и фигура получится яркой. Обычно выбирают такой цвет, чтобы он сочетался с декором праздника, а может даже с нарядом именинника.

В данном случае для выполнения цифры из гофрированной бумаги своими руками мы будем использовать технику торцевания, поэтому нам необходимо гофру нарезать на небольшие квадраты. Размер квадрата будет зависеть от того, насколько «пушистым» вы хотите сделать главное украшение праздника. Например, у нас будет квадрат со стороной 5 см. Для начала лучше нарезать листы на полосы, затем сложить их вместе и нарезать квадратами.

 


Для удобства клей ПВА необходимо налить в блюдце, и взять карандаш для работы, мы будем использовать тупой конец карандаша. Предварительно саму картонную основу можно также обклеить полосками гофры.

Теперь можно приступать к декорированию, в данном случае приклеивать бумажные квадратики мы будем только с одной стороны, но в случае с объемной цифрой декорировать также следует и боковые планки. Торцевание предполагает приклеивание к основе только середины каждого квадрата. Элементы приклеиваются близко друг к другу, поэтому и получается пушистое декорирование.

Тупой конец карандаша мы прикладываем к середине бумажного квадрата, а концы обкручиваем вокруг карандаша, так приклеивать центр к основе будет удобнее. После следует обмакнуть центр листика в клей и приставить его к основе. Придерживать надо несколько секунд, чтобы клей зафиксировался, после карандаш можно аккуратно убрать, и таким же образом приклеить следующий квадратик, как можно ближе к предыдущему, чтобы кончики квадратов торчали вверх.

Постепенно надо задекорировать всю поверхность картонного шаблона. Если вы хотите подвесить готовое украшение к стене, то сверху надо приделать петельку. А чтобы поставить ее на пол, сзади необходимо сделать подставку, чтобы поделка была устойчивой.

 


Цифра 1 из гофрированной бумаги

 


Плоская цифра на годик из гофрированной бумаги в технике торцевание получается пушистой, но есть и другой способ украсить ее. Опять же вначале нам необходимо вырезать картонный шаблон. Использовать можно несколько слоев картона, чтобы шаблон получился достаточно плотным и не сгибался.

В Мексике практически на всех детских праздниках присутствует пиньята, это объемная игрушка, выполненная с картона и украшенная бумажными полосочками. В такой же технике будет украшена и наша цифра 1 из гофрированной бумаги своими руками.

По сравнению с торцеванием, украшение бумажными полосочками выполняется быстрее. Когда мы вырежем шаблон, его надо обклеить полосами гофры. Желательно использовать бумагу разных цветов, чтобы поделка получилась яркой.

 


Сначала листы гофры необходимо нарезать на полосы шириною около 5 см, а затем каждую полоску надрезать перпендикулярно, чтобы получилась «травка». Когда вы будете декорировать шаблон, начинать необходимо с нижней части. Клеем надо смазать только ту часть бумажной полоски, которая не надрезана «травкой». Каждую следующую полосу надо приклеивать так, чтобы бахрома скрывала приклеенную часть предыдущей полосочки.

Таким образом, обклеивается вся поверхность шаблона, а когда клей высохнет, можно оформлять праздник для вашего малыша. А если вы отправляетесь на первый День рождения к крестнице, то подготовьте такой подарок своими руками из бумаги.

 


Объемная цифра из гофрированной бумаги

 


А если вы знаете, как делать розы своими руками, то для вас будет не проблемой украсить своими руками и неповторимый детский праздник. Объемная цифра из гофрированная бумаги требует предварительной подготовки шаблона, ведь нам надо сделать объемную заготовку, которая, к тому же, должна быть и достаточно прочной.

Самый простой вариант – выполнить заготовку, используя картон, в данном случае пригодиться большая картонная коробка от бытовой техники. Если же под рукой у вас нет такой коробку, обратитесь за помощью в ближайший магазин продуктов или супермаркет, продавцы наверняка не откажут вам в помощи и отдадут со склада одну коробку. Ее надо будет разобрать на плоские листы: боковые широкие стороны пойдут на шаблоны цифр, а боковые планки можно вырезать с оставшегося картона.

 


Чтобы сформировать основу вам также понадобится бумажный скотч, ведь только на бумажный скотч затем вы сможете приклеивать гофрированные цветочки.

Вам необходимо вырезать две одинаковые заготовки-цифры и широкие полосы, которыми мы оформим боковые планки объемной фигуры. Бумажный скотч вам поможет сформировать объемную заготовку, им следует аккуратно склеить швы, а для большей прочности можно обклеить скотчем по кругу.

Таким способом можно сделать любую цифру, а для ее украшения использовать пушистые бумажные помпоны или цветы из гофрированной бумаги своими руками.

Кроме того, заготовку можно выполнить из пенопласта, особенно, если вы недавно покупали крупную бытовую технику, и у вас остался пенопласт от упаковки. Такая основа получится достаточно прочной. Когда готова основа, можно приступать к творческому процессу, как сделать цифру из гофрированной бумаги.

 


Цифра из гофрированной бумаги

 


Цифра на День рождения из гофрированной бумаги или салфеток получится пушистой, яркой, объемной. Такое украшение станет центром всего праздника, а еще помещение можно украсить объемными помпонами, воздушными шарами. Кроме цифр можно сделать украшения в виде большого шара, который также оформляется маленькими гофрированными цветочками. Как видите, такой простой материал как гофра дает огромный простор для творчества, в частности, поможет вам украсить дом к празднику, ведь День рождения вашего ребенка должно пройти незабываемо. А если вы отправляетесь на праздник к подруге, подготовьте для нее конфетный букет из тюльпанов.

 


Цифры из цветов гофрированной бумаги иногда используются и для оформления праздников для взрослых, конечно, не стоит напоминать имениннице о ее возрасте, но в годовщину свадьбы ваших родителей вы можете устроить им настоящий сюрприз. В этом случае надо будет сделать отдельно две цифры, используя нежные оттенки бумаги. Для украшения стола можно использовать букеты из бумаги, а отдельные цветочки – для оформления подарочной упаковки подарков.

Маленькие цветочки помогут вам задекорировать объемную заготовку. Есть несколько возможных вариантов, как сделать просто такие цветочки, не беспокойтесь, даже новичок справиться с этой работой.

 


Объемная основа должна быть плотно заполнена миниатюрными цветочками, чтобы через них не просматривалась картонная заготовка, поэтому существует два правила декорирования. Во-первых, цветочки должны быть пушистыми и объемными, а, во-вторых, приклеивать их следует близко друг к другу. Чтобы быть уверенной, что поделка получиться красивой, можно предварительно обклеить саму картонную заготовку бумагой в тон цветочкам.

Первым делом мы рассмотрим самый простой вариант, как сделать пушистый цветочек для украшения картонной заготовки. Для этого нам понадобиться, конечно, главный материал – гофра, а также дополнительные инструменты – ножницы и степлер. Нам необходимо будет нарезать множество кружочков одинакового диаметра, поэтому на картоне можно сделать шаблон, к примеру, обвести стакан и вырезать его.

 


Гофру легко разрезать, даже если она сложена в несколько слоев, поэтому сначала мы нарежем лист на полосы. Их ширина должна быть на 0,5-1 см больше, чем диаметр круга-шаблона. Затем каждую полоску следует сложить несколько раз, чтобы в результате у нас получился многослойный квадрат. Каждый такой бумажный квадратик по середине (пересечение диагоналей) надо сколоть степлером. Далее на этом квадрате надо обвести нашу заготовку-круг и вырезать его по контуру, при этом скоба степлера должна располагаться по середине получившегося круга. Когда кружок будет готов, надо поднимать слой за слоем с самого верхнего, и аккуратно приминать их по направлению в центр. У нас получиться пушистый цветочек, который можно приклеить на основу.

 


Как сделать цифру из гофрированной бумаги

 


Объемная цифра 1 на годик из гофрированной бумаги может быть украшена пушистыми «хризантемами». Для их выполнения гофру следует также нарезать на полосы, затем сложить в несколько слоев и нарезать травкой, не дорезая до конца полосы с одного края. «Травка» должна быть по всей длине полосы, но получившеюся бахрому следует немного подкрутить пальцами, чтобы получились лепестки-иголочки. Осталось только скрутить полосу в плотный рулон и обвязать несколько раз ниткой. У вас получиться цветочек, у которого одна сторона будет пушистой, а вторая – плотный рулончик, который можно смазать клеем и приклеить к поверхности заготовки.

 


Используя гофрированную полосу, у которой полосы будут идти перпендикулярно длине, можно скрутить миниатюрную розочку. Для этого бумагу вновь необходимо нарезать на полоски, а у каждой полосы один край сделать волнистым, растягивая его пальчиками. Готовую полосу надо скрутить в плотный рулон и зафиксировать край нитками, обвязав рулончик несколько раз.


схемы, шаблоны объемных цифр из картона и гофрированной бумаги

Особенности объема в цифрах

Изготовить объемную цифру без особых проблем можно своими руками. Достаточно подготовить нужный материал и уделить работе всего несколько часов личного времени. Благодаря усердию и настойчивости можно создать центральное украшение праздника, на котором отмечается какая-то значимая дата.

Объемные цифры из бумагиОбъемные цифры из бумаги

Необходимые материалы

Без подходящих приспособлений и материала создать красивую поделку точно не получится, поэтому любая подготовка начинается именно с этих пунктов. Сделать из бумаги объемные цифры можно посредством использования таких инструментов и материалов:

  • картон, который будет основой любой модели;
  • ножницы, линейка и простой карандаш пригодятся в самом начале работы для создания основной формы заготовки;
  • малярный скотч используется для фиксации частей именно объемного корпуса;
  • клеевой пистолет предназначен для приклеивания декоративных элементов к уже готовой основе.

Важно! Иногда для укрепления конструкции, особенно объемного каркаса, используется ткань. Текстиль просто наклеивается на швы или на всю поверхность заготовки.

Для изготовления украшений базы могут использоваться бумажные салфетки, гофрированная бумага, двухсторонняя цветная бумага.

Как сделать объемные цифры из бумаги

Чтобы понять, как сделать объемные цифры из бумаги, а именно произвести правильную сборку, нужно сначала подготовить подробный план действий и схему. На обычном листе бумаги нужно создать приблизительный макет заготовки с указанными на ней параметрами. Желательно соблюдать масштаб, чтобы хотя бы частично понимать, как будет выглядеть готовый макет.

После этого подготавливаются детали из картона, производится сборка и только в конце осуществляется декорирование готовой основы. В целом, изготовление такого рода декораций для праздника займет немного времени. Что касается стоимости, то она напрямую зависит от того, какие материалы будут использоваться в процессе декорирования, и какой величины будет заготовка.

Поэтапная сборка

В качестве основы могут использоваться разноплановые схемы и шаблоны. Важно, правильно произвести сборку такой основы в любой из ситуаций. Чтобы не возникло проблем на любом этапе работы желательно постоянно проводить промежуточные измерения. Так можно уберечь себя от ошибок.

Цифра один из бумагиЦифра один из бумаги

Швы нужно тщательно обрабатывать и закреплять. В противном случае вся конструкция развалится. Подрезку на этих участках лучше производить канцелярским ножом. После сборки стоит проверить все соединения на предмет отслаивания малярного клея. Иногда появляются щели, которые лучше заделать посредством клеевого пистолета.

Цифры по возрастанию

Чтобы сделать аккуратную заготовку из бумаги или картона, стоит использовать готовые шаблоны. «Бумажные выкройки» состоят из нескольких деталей, каждая из которых уже оснащена специальными выступами для склеивания частей на углах.

Самые простые шаблоны объемных цифр:

Модели «6» и «9» могут изготавливаться по одному шаблону, поэтому специальный вариант эскиза здесь не нужен. Если увеличить масштаб любого шаблона и создать предложенный макет уже на картонной основе, то благодаря поэтапному склеиванию деталей можно получить заготовку с любым объемом внутри.

Варианты

Есть несколько вариантов изготовления основ и декора объемных моделей математических знаков. Самым популярным способом формирования прочного и весьма большого каркаса, является его изготовление из картона. Такой материал можно получить от обычных транспортировочных коробок.

Не менее интересным способом станет изготовление основы все из того же картона, но без сборки каркаса. А вот поверхность может украшаться помпонами и гофрированной бумаги. Благодаря использованию таких объемных деталей декора можно получить внушительный объем изделия.

Во втором и первом случае гофробумага и обычная бумага, могут заменяться салфетками. Результат получится не менее эффектным, а затрат на материал будет меньше.

Наиболее простым вариантом считается такой способ формирования поделки. Подготовить плоскую основу из картона, которую потом можно обклеить цветочками из бумаги.

Из картона

Проще всего делать объемные цифры из картона. Базовый материал жесткий, плотный, хорошо держит форму. Такую основу хорошо декорировать любыми материалами. Принцип изготовления картонного макета 3D на примере модели «4»:

  1. Подготовить шаблон на картонной основе. Для начала вырезается 2 плоские заготовки нужного размера.
  2. Следующим этапом станет формирование «скелета» всех сторон. Именно эти детали помогут сделать поделку объемной.
  3. Измеряя каждую часть каркаса из картона вырезать полоску соответствующей длины и крепить ее к основе с помощью малярного скотча.
  4. Когда все внутренние части и внешние стороны будут обустроены, можно сверху прикрепить вторую часть плоского шаблона. В качестве крепителя стоит использовать все тот же малярный скотч.

Объемная цифра 4Объемная цифра 4

Благодаря такому принципу изготовления можно получить макет любой цифры. Важно, следовать всем рекомендациям относительно создания макета и его сборки.

Из гофрированной бумаги

Данный вариант изготовления упрощается тем, что объем приобретается посредством использования пышного декора. Формировать полый каркас не нужно. Сделать объемную цифру из гофрированной бумаги можно в соответствии с такой схемой:

1. Из жесткого картона вырезать шаблон любой цифры. При желании основу можно оклеить декоративной мешковиной или другой плотной тканью.

2. Из гофрированной бумаги нарезать много квадратиков разного цвета. Оптимальная величина элемента 7×7 см².

3. Сложить в стопку 10-15 квадратов и скрепить их посередине скобкой из степлера. Чтобы получить более пышную деталь, нужно после сборки стопки распределить все составляющие так, чтобы углы были смещены относительно друг друга.

Объемная цифра 3Объемная цифра 3

4. От скобы поднять края квадратов к центру. Каждый ярус нужно расправить так, чтобы скрыть место соединения всех квадратов.

5. С помощью клеевого пистолета приклеить готовые цветочки из гофрированной бумаги к основанию цифры, повторяя контур.

Объемная цифра 3Объемная цифра 3

Такой вариант объемной цифры можно подвесить на веревку или установить ее на подставке. Пышное и яркое украшение может стать центром праздничной композиции.

Обычная бумага

Есть масса вариантов относительно того, как сделать объемные цифры из бумаги. Самым простым и доступным всем вариантом станет изготовление каркаса из прочного картона, который потом украсится декоративными элементами из бумаги.

Если рассматривать такой вариант бумажной цифры на примере четверки, то можно получить такой результат:

Объемная цифра из обычной бумагиОбъемная цифра из обычной бумаги

Используя такую технику изготовления цифры, можно получить фигуру с небольшим поперечным объемом.

Благодаря созданию цветов из обычной цветной бумаги методом спирали, можно получить много декоративных элементов. Можно изготавливать цветы разной величины и цвета, а потом приклеивать по всему периметру готового шаблона.

Такую цифру можно подвесить к стене в фотозоне, с изделием можно фотографироваться, держа его в руках. Функциональность украшения не хуже, чем у самой обычной цифры из картона.

Правила создания больших цифр

Чтобы получить красивые, аккуратные цифры больших размеров из бумаги и картона, стоит знать несколько особенностей, касающихся их изготовления:

  • Если каркас цифры состоит из нескольких деталей, и тем более симметричных, то внимательно нужно следить за параметрами. Каждый уголок и сторона должны быть точно одинаковыми. В противном случае фигура получится перекошенной.
  • Для изготовления стоит подбирать «пластичные» бумажные материалы. Бумага или картон должны легко принимать любую допустимую форму. При этом не должно возникать разрывов и сгибов.
  • В процессе склеивания частей шаблона лучше использовать малярный скотч. Такой материал легко и прочно соединяет бумажные основы, не рвется, к нему легко приклеить любые детали. Если же использовать обычный клей, то шансов на успех становится меньше – заготовка может просто развалиться.
  • Чтобы еще больше увеличить объем цифры, стоит изготавливать декоративные элементы из легких и воздушным материалов. Вот почему для украшения используют бумажные салфетки или фольгированную бумагу.

Объемная цифра 5Объемная цифра 5

Чтобы получить качественные объемные цифры из бумаги, стоит следовать указанным выше правилам. Каждый этап в изготовлении фигуры сопровождается массой рисков, которые касаются деформации, расслоения или порывов. Нужно умело и правильно избегать таких неприятностей.

Идея оформления салфетками

Самым простым в плане подготовки декора являются бумажные салфетки. Обычно изготавливаются небольшие гвоздики, которые потом крепятся к основанию готового каркаса.

Рекомендации относительно того, как сделать объемную цифру из салфеток:

  1. Нужно разложить 6 салфеток. Потом уложить их стопкой и разрезать по линиям сгибов.
  2. Все полученные квадраты сложить друг на друга. Должно получится 24 яруса. Потом собрать их в гармошку.
  3. Связать посредине ниткой гармошку и срезать края, формируя полукруг.
  4. Потом расправить каждый слой салфеток, подымая их к центру. Данную процедуру нужно повторить с другой стороны от нитки.

Салфетки в виде цветовСалфетки в виде цветов

Такое украшение хорошо крепится к бумажной основе с помощью клеевого пистолета. Можно делать разноцветные помпоны, из которых потом будет формироваться интересный узор. Не обязательно заполнять всё пространство основы такими декоративными элементами. Можно делать в какой-то определенной последовательности.

Дополнительно можно сделать свисающие помпоны, которые на веревочках крепятся к нижним частям конструкции. Такой вариант декорирования придаст некоторой особенности дизайну, и визуально увеличит и так большой объем фигуры.

Объемные цифры используются для оформления детских и взрослых праздников. Декорация подойдет для празднования дня рождения, юбилея, годовщины. Сделать такой вариант украшения достаточно просто, если использовать в качестве основы картонную основа, а декором может стать гофрированная бумага, салфетки, нитки и многое другое.

Объёмные цифры из бумаги своими руками схемы и шаблоны

В последнее время популярностью пользуются большие и маленькие цифры из картона, созданные специально для малышей: их используют для проведения дней рождений и прочих тематических праздников. Мы собрали для вас лучшие варианты объёмных цифр из бумаги своими руками: схемы и шаблоны помогут быстро смастерить нужную комбинацию числового ряда и использовать ее в задуманной идее.

Для чего нужны цифры

Как правило, цифры изготавливаются для праздников. Они необычно смотрятся и вызывают восторг у всех гостей дома: особенно умиляются бабушки и дедушки малыша, ведь цифра не только украшает комнату, но и красноречиво говорит о том, что кроха стал старше. Цифры служат отличным фоном для тематических фотографий: малыш может позировать вместе с многочисленной родней или самостоятельно.

Числовые фигуры делают в любом ивент-агентстве, однако, родители существенно сэкономят, смастерив такие поделки своими руками. Их изготовление необычайно легкое и не занимает много времени: хорошая фантазия и творческие навыки помогут создать цифры из бумаги, которые будут выглядеть не хуже, чем покупные. О том, как это сделать и что для этого нужно подробно расскажем в статье.

Материалы для изготовления

Если в доме совсем маленький малыш, и вы еще не разжились канцелярскими принадлежностями, советуем немедленно отправиться в магазин для рукодельниц. Создайте заметку в телефоне, чтобы не забыть инструменты, которые необходимо приобрести для будущей поделки:

  • Картон
    Размер картона зависит от размера цифры, которую вы собираетесь смастерить. Для большого количества циферок, планируемых использоваться как реквизит для фотосессии, лучше предпочесть толстый картон А4. если в планах огромные поделки, придется проявить изобретательность и отыскать большие коробки от крупной бытовой техники. Проще всего это сделать, спросив в магазине: обычно продавцы с радостью отдают ненужные упаковки от товара.
  • Ножницы
    Берите удобные ножницы: при резке картона они не должны тереть места соприкосновения с кожей.
  • Гофрированная бумага
    Если в голове еще нет четкого представления, как должна выглядеть ваша цифра, возьмите цвета, которые наиболее приглянутся в магазине. В противном случае подберите материал согласно задумке.
  • Бечёвка
    Приобретите пару мотков бечёвки, если планируемое мероприятие будет проходить в стиле рустик.
  • Строительный степлер
    Степлер понадобится при работе с плотным картоном. Без него создание объемных фигур станет практически невозможным.
  • Клеевой пистолет
    Нужен для скрепления деталей
  • Линейки, карандаши, ластики
    Материалы нужны для конструирования и разметки цифр на листах картона.
  • Дополнительные материалы
    Приобретайте дополнительные материалы при необходимости. К ним относятся: текстиль, бусины (бисер), салфетки и цветная бумага, нитки для вязания, мишура.

Делаем каркас объемных цифр

В объемных цифрах есть большое преимущество: ребенок может играть с ними и переставлять в любое место в квартире. При этом качественно сделанная фигура прослужит не один год.

Следуйте инструкции, если хотите смастерить объемную цифру:

  1. Определитесь с размерами. В зависимости от этого выберите материал: обычный картон размера А4 или большая коробка от холодильника.
  2. На выбранном куске картона нарисуйте цифру от руки или при помощи шаблона. Шаблоны даны ниже.
  3. Вырежьте цифру. Используйте для этого ножницы или канцелярский нож. Если вы вырежете только одну фигуру, то поделка получится плоской: ее можно повесить на стену или сделать праздничные шпажки с возрастом ребенка.
  4. Для объемной фигуры подготовьте две одинаковых цифры. Помимо этого, вырежьте полоски из картона, которые послужат прослойкой между шаблонами. Ширину полос определяйте в зависимости от размера цифры.
  5. Скрепите два шаблона и внутренние полоски при помощи строительного степлера, бумажного скотча или клеевого пистолета.
  6. Украсьте полученный каркас в зависимости от идеи и материалов, имеющихся в вашем распоряжении.

Варианты объемных цифр из подручных материалов

Мы сделали обширную подборку объемных цифр, созданных мастерицами специально для своих малышей. Некоторые варианты даны с описанием, поэтому у вас не возникнет трудностей с исполнением особенно сложных фигур.

Цифры из бумаги

Великолепные цифры из цветной бумаги делаются очень легко, однако, на их создание нередко уходит несколько дней кропотливой работы. Если вы хотите сделать аккуратную поделку, возьмите создание декоративных элементов в свои руки. Ребенок может оказывать минимальную помощь: подавать листы, выбирать цвета или клеить элементы декора в указанное место. Подробная инструкция для декорирования букв бумажными цветами указана в фотоуроке.

Цифры из пуговиц

Такая цифра выйдет в кругленькую сумму, если вы не являетесь мастерицей, имеющей коллекцию пуговиц. Приклеивайте пуговицы на картон или бумагу, капнув в середину немного суперклея. Если используется тонкий картон и фигура не превышает размера листа А4, пуговицы можно пришить контрастными нитками. Это придаст поделке особенный шарм.

Цифра из фотографий

Цифра с изображениями малыша или семейства исполняется в объемном и плоском варианте. Для закрепления фотографий на бумажной основе нужен клей ПВА или маленькие обрезки скотча.

Пушистая циферка

Глядя на такие творения трудно сдержать улыбку: они мягкие, пушистые, их хочется трогать. Представьте, как приятно малышу прижиматься к объемной фигурке?

Делать ее легче легкого: подберите нитки для вязания нужных цветов. Дальше следуйте инструкции:

  1. Намотайте нити на предмет нужно размера. Это может быть обычная кружка или кашпо.
  2. Аккуратно снимите намотку, сложите ее пополам. Перевяжите сердцевину.
  3. Разрежьте нитки по краям, распушите. Мягкий помпон готов.

Нитяная поделка

Еще один вариант поделки с использованием нитей для вязания. Просто обмотайте каркас как показано на рисунке. Вы можете оформить композицию единым цветом или смешать несколько контрастов. Для вечеринки в деревенском стиле используйте бечевку.

Цифры из гофрированной бумаги

В этом исполнении фантазии есть где разгуляться. Множество цветов и техник украшения помогут создать фигуру на ваш вкус и под ваши потребности. Здесь и простейшие оборки, и цветы, и обычное оклеивание: смотрите внимательно на фото и черпайте идеи из готовых работ молодых мамочек.

Из салфеток

Не стоит думать, что цифры, сделанные из подручных материалов, будут выглядеть некрасиво, ведь дело мастера боится. Изучите фотографии ниже: все объемные цифры сделаны обычными женщинами. В процессе работы они использовали только шаблоны цифр и салфетки, оказавшиеся дома. Попробуйте и вы: результат превзойдет ожидания!

Из оберточной бумаги

Самый простой вариант, требующий минимум сил и затрат. Приобретите оберточную бумагу, подходящую по стилю к мероприятию, и оберните каркас цифры. Несмотря на простоту, результат получается очень милым. Примеры на фото.

Покупные элементы

Если нет времени вырезать цветы и продумывать детали, приобретите в магазине готовые элементы декора. Это могут быть цветы, бусины или оберточная бумага для цветов.

Ткань

Такой вариант подойдет для любительниц рукоделия. С помощью современных тканей можно создать удивительные рисунки и композиции на цифрах из обычного картона и бумаги.

Делать поделки своими руками несложно. Нужно лишь немного времени, терпения и пара свежих мыслей. Их вы можете почерпнуть из интернета, в том числе и из статьи «Объёмные цифры из бумаги своими руками: схемы и шаблоны».

Бумага и картон: данные о материалах | Факты и цифры о материалах, отходах и переработке

В 2017 году бумага и картон (картон) составляли самый большой компонент твердых бытовых отходов (ТБО). Для этого анализа EPA классифицировало изделия из бумаги и картона как товары недлительного пользования или как тару и упаковку. К товарам краткосрочного пользования относятся такие товары, как офисная бумага, газеты, папиросная бумага, бумажные тарелки и чашки. Контейнеры и упаковка включают в себя такие продукты, как гофроящики, картонные коробки для молока, пакеты и мешки (дополнительную информацию см. В определениях товаров, контейнеров и упаковки недлительного пользования).

Эта веб-страница представляет собой краткое изложение данных по бумаге и картону.

На этой странице:


Обзор

EPA измеряет производство, переработку, компостирование, сжигание с рекуперацией энергии и захоронение бумажных и картонных изделий.

Агентство

EPA использовало статистические данные Американской лесной и бумажной ассоциации (AF&PA) для оценки производства бумаги и картона после потребителя в 2017 году. Общее производство бумаги и картона в ТБО составило 67 миллионов тонн в 2017 году, что составляет 25 процентов от общего количества ТБО. этот год.

Приблизительно 44,2 миллиона тонн бумаги и картона было переработано в 2017 году, что составляет 65,9 процента, что является одним из самых высоких показателей по сравнению с другими материалами в ТБО.

Бумажные товары разового пользования, за исключением газет, рециркулируют 48,3 процента, а газеты - 76,8 процента. В 2017 году уровень вторичной переработки бумажных контейнеров и упаковки, за исключением гофрокоробов, составил 15,3%, а у гофроящиков - более 88%.

Общее количество сожженных бумаги и картона в 2017 году составило 4,5 млн тонн. Это 13,2 процента всех сожженных ТБО в том году.

В 2017 году на свалки поступило 18,4 млн тонн бумаги и картона ТБО. Это 13,1 процента ТБО, захороненных на полигонах в 2017 году.

Дополнительную информацию об оценке производства бумаги и картона и управления ими см. В Методологическом документе EPA.

Начало страницы


Сводная таблица и график

Приведенные ниже данные относятся к периоду с 1960 по 2017 год и относятся к общему количеству тонн бумаги и картона, произведенных, переработанных, компостированных, сожженных с рекуперацией энергии и захороненных.

1960-2017 Данные о бумаге и картоне в ТБО по весу (в тысячах тонн США)
Путь управления 1960 1970 1980 1990 2000 2005 2010 2015 2016 2017
Сгенерировано 29 990 44 310 55,160 72 730 87 740 84 840 71 310 68 050 67 480 67 010
Вторичная переработка 5 080 6 770 11 740 20 230 37 560 41960 44 570 45 320 45 520 44 170
Составлено
Сжигание с рекуперацией энергии 150 860 8 930 9 730 7 800 4 740 4 450 4 300 4 490
На свалке 24 910 37 390 42 560 43 570 40 450 35 080 22 000 18 280 17 660 18 350

Источник: American Forest & Paper Association

Прочерк в таблице означает, что данные недоступны.

Начало страницы

,
Суперконденсаторы с высокими объемными характеристиками и контролируемой наноморфологией

1. Введение

Чтобы соответствовать различным требованиям приложений, а также для фундаментальных исследований переноса и хранения ионов в нанопористых средах, мы выбрали углеродные электроды с уникальной и контролируемой наноморфологией: высоко выровненные углеродные нанотрубки (A-CNT) леса. В синтезированном виде А-УНТ имеют низкую объемную долю УНТ (~ 1%). Традиционный метод достижения высоких объемных характеристик A-CNT заключался в использовании уплотнения поверхностного натяжения жидкости, которое не влияло на наноморфологию A-CNT после уплотнения.В этой работе, используя и улучшая метод механического уплотнения, мы достигли 40% объемной плотности A-CNT. Разработана и охарактеризована серия электродов суперконденсатора. Как можно увидеть в разделе, высокая объемная доля А-УНТ и высоко ориентированные ионные каналы в нанопористых электродах приводят к превосходным характеристикам суперконденсаторов по сравнению с любыми ранее изученными электродами суперконденсаторов на основе УНТ. Суперконденсаторы имеют объемную плотность мощности 25 кВт / л (и гравиметрическую плотность мощности 50 кВт / кг) для конденсаторной ячейки с 0.A-CNT толщиной 8 мм по сравнению с аналогичными конденсаторами с использованием A-CNT, уплотненных методом схлопывания жидкости, составляет 13,4 кВт / л (24 кВт / кг) для ячеек с A-CNT толщиной 0,5 мм. Исследование также показывает важность ионной проводимости электролитов в управлении мощностью и плотностью энергии суперконденсаторов.

Поскольку плотность энергии и мощности суперконденсаторов прямо пропорциональна квадрату рабочего напряжения элемента V (~ V 2 ), повышение рабочего напряжения элемента будет иметь большой потенциал для увеличения плотности энергии и мощности.Асимметричные суперконденсаторы, которые позволяют одновременно оптимизировать катод и анод, помимо других свойств, обеспечивают привлекательный подход для повышения рабочего напряжения элемента. В этой главе мы исследовали асимметричные конфигурации суперконденсаторов для углеродных электродов для одного электрода и A-CNT с покрытием из проводящего полимера (CP) для другого, основываясь на их электрохимических окнах. Здесь мы исследуем асимметричные суперконденсаторы, в которых оба электрода адаптированы, соответственно, для улучшения электрохимических характеристик устройства, таких как удельная емкость и электрохимическое окно.Следовательно, рабочее напряжение увеличивается. Конформный пар используется для осаждения CP на A-CNT, повышая способность электрода накапливать заряд, в то время как морфология выровненных нанопроволок композитного электрода демонстрирует прямые пути быстрого переноса ионов для увеличения мощности. Электрод из а-графена, изготовленный методом самосборки, демонстрирует высокую плотность активного материала. В сочетании с высокой удельной площадью поверхности 3000 м 2 / г, электрод дает очень высокую удельную объемную емкость, энергию и удельную мощность.В результате асимметричные суперконденсаторы показывают плотность энергии 113 Втч / л (176 Втч / кг), что является самым высоким показателем среди всех суперконденсаторов на основе углерода, и удельную мощность 149 кВт / л (233 кВт / кг).

2. Симметричные суперконденсаторы с контролируемой уникальной наноморфологией

Рис. 1.

(a) Изображение извилистых путей переноса ионов в электродах из активированного угля, а также параллельных путей ионов в A-CNT. (b) Оптические изображения, процесс механического уплотнения и СЭМ-изображения A-CNT 1% Vf и 40% Vf.

В настоящее время большинство суперконденсаторов изготавливают из активированного угля (АУ), который обладает очень большой удельной поверхностью (1000–2000 м 2 / г). Недавние достижения продемонстрировали многие привлекательные особенности использования А-УНТ для суперконденсаторов с нанопористыми электродами, особенно параллельные ионные каналы, образованные А-УНТ, которые улучшают перенос ионов, как схематически показано на рисунке 1 (а), по сравнению со случайно расположенными нанопористыми электроды от переменного тока, образующие извилистые пути переноса ионов [1, 2].Следовательно, суперконденсаторные элементы с A-CNT демонстрируют более высокую мощность и плотность энергии, чем от переменного тока. Поскольку выращенные леса A-CNT имеют объемную плотность CNT <5 об.%, A-CNT должны быть уплотнены для достижения более высокой объемной плотности A-CNT для практических применений в суперконденсаторах. В последнее десятилетие было проведено множество работ по производству ориентированных A-CNT с высокой плотностью CNT для достижения высокой объемной емкости, плотности энергии и удельной мощности, которые имеют решающее значение для современных электрических и электронных систем для реализации компактных размеров устройства и расширенных функций. в пределах заданных объемов устройства.Например, Futaba et al. [3] использовали метод схлопывания жидкости для уплотнения А-УНТ с высокой плотностью (~ 50 об.%). Здесь метод механического уплотнения имеет несколько преимуществ по сравнению с методом сжатия жидкости. Этот метод обеспечивает точный контроль плотности конечных А-УНТ в диапазоне от исходных 1 об.% А-УНТ до> 50 об.%. Кроме того, образцы A-CNT различных размеров могут быть уплотнены с точно контролируемой наноморфологией (выравниванием), и, следовательно, этот метод обеспечивает реальный путь для увеличения масштаба A-CNT высокой плотности для крупномасштабного производства суперконденсаторов из A-CNT сверхвысокого давления. объемная плотность [4].Кроме того, наличие A-CNT с разной плотностью и, следовательно, с разными размерами ионных каналов также создает прекрасную возможность изучить, как размер ионных каналов, сформированных A-CNT, влияет на перенос и хранение ионов, что имеет большое значение при разработке суперконденсаторов. с высокой энергией, удельной мощностью и индивидуальной производительностью. Мы также изучили влияние ионной проводимости электролита на электрохимические характеристики суперконденсаторов. Для исследования была выбрана ионная жидкость на основе имидазолия (1-этил-3-метилимидазолий-тетрафторборат, EMI-BF 4 ).Имидазолиевые ионные жидкости (ИЖ) из-за их высокой ионной проводимости и широкого электрохимического окна были очень широко исследованы в качестве электролитов для суперконденсаторов. Смесь ИЖ, например EMI-BF 4 , и молекулярной жидкости, такой как пропиленкарбонат (ПК), может привести к заметному увеличению (более чем в два раза) ионной проводимости по сравнению с чистым EMI-BF 4 . Результаты экспериментов показывают, что повышенная ионная проводимость электролита может привести к значительному увеличению плотности мощности (более чем в два раза превышающей удельную мощность при использовании EMI-BF 4 / PC по сравнению с чистым EMI-BF 4 ) суперконденсаторов. ,

A-УНТ в этой работе были изготовлены с помощью модифицированного метода химического осаждения из газовой фазы (CVD) на кремниевые пластины, а железо (Fe) на оксиде алюминия использовалось в качестве катализатора. Выращенные леса углеродных нанотрубок имеют объемную долю 1% (Vf) с плотностью 10 9 –10 10 УНТ см –2 . Средний диаметр нанотрубок составляет 8 нм с 3–5 многостенками. Расстояние между нанотрубками в лесу составляет примерно 80 нм. Для синтеза A-CNT с высоким Vf отдельно стоящие леса CNT были освобождены от кремниевой пластины с помощью лезвия бритвы.А затем, как показано на рисунке 1 (b), леса подверглись механическому двухосному процессу уплотнения в двух ортогональных направлениях. В этом методе лес A-CNT уплотняли в одном направлении сначала до фиксированного расстояния с помощью механического стержня, а затем использовали другой механический стержень в ортогональном направлении для сжатия леса A-CNT до конечной объемной доли. Изменяя расстояние между УНТ в процессе уплотнения, можно получить леса А-УНТ с различными Vfs.

Рисунок 2.

Электрохимические характеристики суперконденсаторов с электродами из A-CNT и электролитом EMI-BF4 / PC при 4 В: (а) гравиметрические циклические вольтамперограммы и (б) объемные циклические вольтамперограммы электродов из A-CNT с 1% и 40 % Vf при 100 мВ с-1.

В качестве электродов суперконденсаторов использовались леса A-CNT. 3 M EMI-BF 4 (тетрафторборат 1-этил-3-метилимидазолия) в пропиленкарбонате (ПК) использовали в качестве электролита для улучшения ионной проводимости.По сравнению с чистой ионной жидкостью, смесь ионных жидкостей / молекулярных жидкостей (IL / ML) будет иметь более высокую проводимость. В качестве разделителя использовали пористую полипропиленовую мембрану (Celgard 3501, Celgrad LLC) толщиной 25 мкм. Сэндвич-конструкцию (электрод / сепаратор / электрод) помещали между двумя частями стальных пластин, покрытых золотом, которые служили токосъемниками. Затем всю ячейку помещали в тефлоновый держатель. Для сравнения, электроды суперконденсатора, которые изготовлены из порошков активированного угля, смешанного с 10 мас.% ПТФЭ и 10 мас.% Углеродной сажи, также были изготовлены с использованием стандартного метода.

На рисунке 2 (a) представлены кривые циклической вольтамперометрии (CV) при скорости сканирования 100 мВ с -1 суперконденсаторов с 1% Vf и 40% Vf A-CNT в качестве электродов в 3 M EMI-BF 4 / ПК электролит. Как показано на рисунке, разница в падении гравиметрической емкости очень мала, когда Vf A-CNT увеличивается с 1% до 40%, показывая, что процесс уплотнения все еще может поддерживать выровненную наноморфологию с параллельными ионными путями. С другой стороны, увеличение Vf A-CNT с 1% до 40% приводит к значительному увеличению, учитывая характеристики объемной емкости, как показано на рисунке 2 (b).

Рисунок 3.

(a) Кривые гальваностатического заряда и разряда при 1 А · г-1 для суперконденсаторов с электродами с 1% и 40% Vf лесов и EMI-BF4 / PC в качестве электролита. (b) гравиметрическая и (c) объемная удельная емкость для суперконденсаторов с электродами 1% и 40% Vf лесов с различными скоростями разряда. (d) гравиметрический и (e) объемный графики Рагона для суперконденсаторов с электродами из 1% и 40% Vf A-CNT. (f) Характеристики удержания цикла для суперконденсатора A-CNT с напряжением 40% Vf при напряжении 4 В при плотности тока заряда и разряда 5 А / г.

Гальваностатические циклы между 0 и 4 В для суперконденсаторов с 1% Vf и 40% VfA-CNT электродов при плотности тока 1 A g -1 представлены на рисунке 3 (a). Емкость ячейки может быть определена:

, где I - постоянная плотность тока, В, - потенциал, а t - время разряда. На рис. 3 (б) и 3 (в) показаны удельные весовые и объемные емкости при разных токах разряда соответственно.Хотя ячейки с электродами 1% Vf показывают немного более высокую удельную гравиметрическую емкость, которая превышает 270 Ф · г -1 , их объемная емкость очень мала (около 3 Ф · см -3 ).

Следует отметить, что электрод 1% Vf A-CNT имеет очень низкую плотность активного материала - 0,013 г / см 3 . Для этого типа электродов большая часть объема электрода заполнена электролитами, масса которых не учитывается при оценке гравиметрических электрохимических характеристик.Вместо этого следует использовать объемные значения для исследования при сравнении электродов с большой разницей в плотности активного материала. Было обнаружено, что удельная объемная емкость электродов с 40% Vf A-CNT примерно в 40 раз выше, чем у электродов с 1% Vf A-CNT, демонстрируя, что наноморфология A-CNT сохраняется за счет использования метода механического уплотнения. разработан здесь.

Максимальную плотность мощности и плотность энергии ячеек суперконденсатора можно рассчитать на основе эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) и удельной емкости.Гравиметрические и объемные графики Рагона для суперконденсаторных ячеек показаны на рис. 3 (d) и 3 (e), соответственно. Энергия ячейки суперконденсатора при каждом токе разряда может быть рассчитана путем интегрирования кривых разряда во времени.

ESR можно рассчитать на основе следующего уравнения:

где ∆ В - падение напряжения при переключении тока с положительного значения на отрицательное, например, с 1 Ag −1 на −1 Ag −1 I = 2 Ag −1 ).Таким образом, максимальная плотность мощности может быть рассчитана из:

Плотность активного материала электродов во многих недавно разработанных нанопористых электродах, таких как электроды из A-CNT, описанные здесь, может варьироваться в широком диапазоне. Традиционный метод оценки характеристик ячейки суперконденсатора, такой как гравиметрическая энергия и плотности мощности, не будет точно отражать характеристики устройства, поскольку учитывается только масса проводящего электродного материала, а плотность активного материала обычно очень мала.Например, из-за очень большого «пустого пространства» (80 нм между нанотрубками) на пути иона, в ячейке суперконденсатора с 1% лесов Vf A-CNT была получена очень высокая плотность мощности 100 кВт · кг -1 . как электроды ячейки. Для сравнения, 50 кВт кг -1 было получено в ячейке суперконденсатора на основе 40% Vf A-CNT лесов в качестве электродов из-за меньшего размера пор. Однако суперконденсаторная ячейка с 1% лесов Vf A-УНТ показывает очень низкую гравиметрическую максимальную мощность и плотность энергии по сравнению с суперконденсаторной ячейкой на основе 40% Vf A-CNT лесов, если общая масса электрода, включая все элементы, такие как как активные материалы и электролиты.

Для ячеек суперконденсатора с 1% Vf лесов A-CNT в качестве электродов удельная гравиметрическая емкость уменьшится до 4,3 Fg −1 , когда общая масса электрода, включая оба активных материала с 1% Vf (A-CNT) и 99% электролита Vf, используется для расчета. Это намного меньше, чем 270 F g -1 , вычисленное с учетом только массы A-CNT. Напротив, для УНТ с Vf A 40% гравиметрическая емкость 270 Ф · г -1 для одного активного материала эквивалентна 139.8 F g -1 , когда учтена вся масса электрода.

Суперконденсаторы на основе А-УНТ с Vf 40% также демонстрируют отличную долговечность при циклической работе, как показано на Рисунке 3 (f). Данные были получены в течение 5000 циклов путем повторения процесса гальваностатического заряда и разряда между 0 и 4 В при плотности переменного тока от 5 до -5 A g -1 , что демонстрирует превосходную электрохимическую стабильность. Сохранение емкости 98% после 5000 циклов было получено на основе суперконденсаторной ячейки с А-УНТ сверхвысокой плотности в качестве 40% Vf.

Рис. 4.

(a) Графики Найквиста суперконденсаторов на основе A-CNT с двумя объемными долями в диапазоне от 100 кГц до 10 мГц. (b) гравиметрические и (c) объемные графики Рагона суперконденсаторных ячеек с электродами на основе 40% Vf A-CNT лесов и с электродами с использованием активированного угля. (d) При различных плотностях тока разряда зависимость удельной емкости ячеек на основе 40% Vf A-CNT лесов.

Анализ электрохимической импедансной спектроскопии (EIS) был проведен с целью изучения возможного влияния лесов A-CNT сверхвысокой плотности на электрохимические характеристики электродов суперконденсатора.На рисунке 4 (а) показан рисунок EIS в диапазоне частот от 100 кГц до 10 мГц. На графиках Найквиста суперконденсаторных ячеек с электродами на основе 1% и 40% Vf A-CNT леса видны как полукруги в области высоких / средних частот, так и резкие подъемы в диапазоне низких частот. Поведение в виде полукруга обусловлено сопротивлением переносу заряда электродов, а резкое увеличение в низкочастотном диапазоне является результатом идеальных емкостных характеристик электрода. Было обнаружено, что ячейка с электродами на основе лесов A-CNT 40% Vf также показывает гораздо меньшее сопротивление (Z ') при нормировании на площадь конденсаторов (Ом · см -2 ) по сравнению с электродами на основе 1% Vf A-CNT леса.

Для сравнения изготовлен активированный уголь толщиной 800 мкм. Максимальная плотность мощности, плотность энергии и электрохимические характеристики ячеек на основе активированного угля показаны на рисунках 4 (b) и 4 (c). Значительно меньшие объемная плотность энергии и удельная мощность (20 и 1,1 кВт · л −1 , менее 4 В) были получены на основе электродов из активированного угля по сравнению с характеристиками с 40% Vf лесов A-CNT (75 и> 25 кВт л −1 при 4 В).Эти результаты указывают на превосходные электрохимические характеристики электродов сверхвысокой плотности из A-CNT, изготовленных с помощью разработанного здесь метода механического уплотнения. Наноморфология выровненных ионных путей приводит к высокой скорости заряда / разряда и высокой плотности мощности / энергии.

На рисунках 4 (b) и 4 (c) показано, что наблюдается очень небольшое увеличение плотности мощности, в то время как увеличение напряжения с 3 до 4 В приводит к значительному увеличению плотности энергии, с 15 до 75 Втч L - 1 (гравиметрический 30–150 Вт · ч, кг –1 ).Большое увеличение плотности энергии является результатом увеличения удельной емкости электродов с увеличением напряжения, как показано на Рисунке 4 (d). Удельная емкость получается как 260 Ф · г -1 (135 Ф · см -3 ) при 4 В. Эти значения намного выше, чем сообщалось ранее для суперконденсаторов, использующих уплотненные А-УНТ методом сжатия жидкости. С другой стороны, следует отметить, что максимальная плотность мощности зависит от ESR (см. Уравнение (4)), а также от приложенного напряжения.Результаты показывают, что при увеличении рабочего напряжения с 3 до 4 В происходит значительное увеличение ESR, что согласуется с результатами более раннего исследования в нашей группе [5]. Процессы диффузии и дрейфа преобладали в переносе подвижных ионов в ионных устройствах, таких как суперконденсаторы. Диффузия происходит относительно медленнее и, следовательно, представляет собой гораздо более высокое ESR по сравнению с дрейфующим процессом.

3. Асимметричный суперконденсатор с высокими электрохимическими характеристиками

В этой работе асимметричный суперконденсатор, использующий конформное покрытие в нанометровом масштабе из проводящего полимера, поли (этилендиокситиофена) (PEDOT) на ориентированных углеродных нанотрубках (A-CNT) в качестве одного электрода. и были разработаны выровненные листы графена сверхвысокой плотности (а-графен) в качестве другого электрода.Асимметричная конфигурация суперконденсатора позволяет настраивать оба электрода по отдельности, увеличивая емкость устройства и электрохимическое окно, а значит, и рабочее напряжение. В результате дополнительных трехмерных нанотехнологий асимметричных электродов устройство демонстрирует широкое электрохимическое окно 4 В и высокие электрохимические характеристики [6].

Для суперконденсаторов хорошо известно, что плотность энергии ( E ) связана с гравиметрической или объемной емкостью ячейки ( C ) и рабочим напряжением ( В, ), т.е.е.

И максимальная плотность мощности P определяется уравнением (4). Уравнения (4) и (5) показали, что одним из наиболее эффективных способов увеличения как мощности, так и плотности энергии является повышение рабочего напряжения элемента. В общем, рабочее напряжение ячейки суперконденсатора связано с электрохимическим окном, которое определяется границей раздела между электродом и электролитом. В качестве многообещающего способа можно собрать асимметричный суперконденсатор, чтобы полностью использовать электрохимические окна обоих электродов для увеличения максимального рабочего напряжения ячейки в ячейке суперконденсатора.Показано, что контроль морфологии электродов с помощью индивидуальной настройки в наномасштабе является эффективным способом увеличения производительности суперконденсатора (гравиметрической и объемной мощности и энергии) за счет увеличения ECW и емкости и снижения ESR.

Рис. 5.

Наноструктурированные электроды в асимметричных суперконденсаторах. Слева, ПЭМ-микрофотографии с малым и большим увеличением электрода, состоящего из конформного oCVD PEDOT на A-CNT, и справа, СЭМ-изображения активированного графенового электрода.

Последние достижения в конформном покрытии проводящего полимера PEDOT путем окислительного химического осаждения из паровой фазы (oCVD) на массивы нанопроволок и разработка графена с относительно большой гравиметрической площадью поверхности создают уникальные возможности для разработки высокоэффективных асимметричных суперконденсаторов.Как схематически показано на рисунке 5, комбинация выровненных путей переноса ионов, образованных выровненными массивами нанопроволок, которые обеспечивают быстрый перенос ионов в электроде, что снижает ESR электрода, и конформное покрытие проводящего полимера PEDOT на A-CNT, которое усиливает способность аккумулировать заряд (большой C) способствует высокой плотности энергии и мощности ячеек. ПЕДОТ был выбран в качестве проводящего полимера из-за его устойчивости к воздействию окружающей среды, высокой электропроводности и широкого электрического тока.Как показано на рисунке 6 (a), oCVD PEDOT с конформным покрытием на A-CNT дает стабильную ECW от -1,0 до 1,8 В при использовании смеси ионная жидкость / молекулярная жидкость, 2 M тетрафторборат 1-бутил-3-метилимидазолия ( BMI BF 4 ) / пропиленкарбонат (ПК) в качестве электролита. Высокая ECW 1,8 В делает его отличным материалом для положительного электрода в асимметричных суперконденсаторах.

Рис. 6.

Характеристики двух электродов: (a) CV-кривые композита PEDOT / A-CNT при 5 мВ с-1 в 2 M BMIBF4 / PC.(б) Кривые гальваностатического заряда / разряда композита PEDOT / A-CNT при плотностях тока 2 А / г. (c) Удельная емкость при различных плотностях разряда электрода PEDOT / A-CNT. (d) ЦВА-кривые a-графена при 5 мВ / с в 2 M BMIBF4 / PC. (д) Кривые гальваностатического заряда / разряда a-графена при плотностях тока 2 А / г. (е) Удельная емкость при различных плотностях разряда a-графенового электрода.

Из-за их благоприятных ECW электроды на основе углерода, такие как активированный уголь, использовались в качестве отрицательных в асимметричных суперконденсаторах.В этом исследовании был выбран новый класс углеродных материалов, а-графен, из-за его превосходной гравиметрической площади поверхности по сравнению с активированным углем. A-графен, о котором впервые сообщил Zhu et al., Имел очень большую удельную поверхность (до 3100 м 2 / г) с наноразмерными порами и продемонстрировал гравиметрическую емкость до 200 Ф / г при сборке суперконденсаторов. [7]. Однако простая механическая упаковка чешуек а-графена привела к относительно низкой плотности (~ 0.3 г / см 3 ) по сравнению с плотностью графита 2,2 г / см 3 . Такая конфигурация обеспечивает низкий объемный КПД суперконденсаторов (удельная объемная емкость 60 Ф / см 3 ). При беспорядочной упаковке этих хлопьев а-графена, которые имеют поперечный размер несколько микрон и толщину несколько нанометров, неизбежно появление пор микронного размера в электродах, что снижает плотность. Процессы самосборки достаточно эффективны для увеличения плотности материалов на основе графена.Здесь, используя процесс самосборки с помощью вакуума, который позволил хлопьям а-графена выровнять параллельно и последовательно наложить друг на друга, как показано на СЭМ-изображении на Рисунке 5, мы изготовили электроды из а-графена с высоким плотность при сохранении нанопористой морфологии каждой чешуйки а-графена. ECW a-графена также была охарактеризована, и, как показано на рисунке 6 (d), a-графен имеет стабильную ECW от -2,2 В до 1 В с электролитом 2M BMIBF 4 / PC.Сочетание высокой удельной гравиметрической площади поверхности и высокой плотности a-графенов в качестве отрицательного электрода увеличивает ECW и приводит к высокой объемной мощности и плотности энергии, помимо длительного срока службы и высокого емкостного удержания.

Высокая плотность (сквозная упаковка) лесов выровненных углеродных нанотрубок (A-CNT) явно выгодна в качестве проводящих сетей для поддержки слоя покрытия CP в суперконденсаторах, если сравнивать с морфологиями случайной упаковки.Помимо прямого (и, следовательно, быстрого) переноса ионов в выровненном канале для уменьшения ESR, показанного на рисунке 5, композит PEDOT / A-CNT также обеспечивает лучшую механическую стабильность и, следовательно, более высокую удерживающую способность после многих циклов зарядки и разрядки по сравнению с электродами из сети PEDOT / случайно упакованные CNT. В существующей литературе большинство электродов CP / CNT было изготовлено электрохимическими методами, что приведет к неоднородному покрытию слоев CP на УНТ. Как показано на рисунке 6, тонкие (~ 5-10 нм) окислительные химические осаждения из паровой фазы (oCVD) слои PEDOT образуют конформное покрытие на A-CNT с очень высоким соотношением сторон (0.Длиной 2 мм).

Электрохимические характеристики композитного электрода PEDOT / A-CNT были исследованы с помощью циклической вольтамперометрии (CV) и гальваностатических зарядно-разрядных испытаний с использованием системы электродов с трафаретной печатью (Dropsens) с композитом PEDOT / A-CNT в качестве рабочего электрода. в то время как Ag и Pt использовались в качестве электрода сравнения и противоэлектрода соответственно. На рисунке 6 (a) показана CV-кривая композитного электрода PEDOT / A-CNT в 2 M электролите BMIBF 4 / PC при скорости сканирования 5 мВ с -1 , которая показывает ECW от -1 В. до +1.8 В. Гальваностатические циклы для электрода PEDOT / A-CNT при переменных токах 2 и -2 А g -1 показаны на Рисунке 6 (b). Симметричные и линейные характеристики заряда и разряда во времени демонстрируют быстрый отклик I-V и обратимую электрохимическую реакцию, что приводит к превосходным емкостным характеристикам. Удельную емкость электрода можно определить из уравнения (1). Высокая удельная гравиметрическая емкость 230 Ф / г была получена при 2 А / г. На рисунке 6 (c) представлена ​​удельная емкость при различной плотности тока разряда, начиная с 0.От 5 до 10 А / г. Сохранение емкости 74,2% было получено при 10 А / г (от 260,8 Ф / г при 0,5 А / г до 193,5 Ф / г при 10 А / г), что указывает на то, что электрод PEDOT / A-CNT обеспечивает надежные емкостные характеристики для высоких силовые приложения. Эта относительно высокая степень удерживания механически обусловлена ​​конформным покрытием oCVD PEDOT на A-CNT. Параллельные пути переноса ионов, образованные PEDOT / A-CNT, и высокая электронная проводимость A-CNT улучшают перенос ионов и приводят к низкому ESR и, следовательно, высокой плотности мощности.Циклическая стабильность электродов из ПЭДОТ / А-УНТ была охарактеризована и сравнена со стабильностью электродов из ПЭДОТ, нанесенных на беспорядочно упакованные сети УНТ. Симметричные суперконденсаторы, изготовленные из PEDOT / A-CNT, имели удерживающую способность 89% после 1000 циклов цикла напряжения 2 В по сравнению с сохранением 73% после 1000 циклов PEDOT на случайных морфологиях CNT. В сетях УНТ с произвольной упаковкой в ​​промежутках между нанотрубками находятся CP-слои. Механическое разрушение слоев CP в этих зазорах вызовет нарушение путей электропроводности между нанотрубками и снизит проводимость сетей УНТ после длительных циклов заряда / разряда.В результате это повлияет на емкость и другие электрохимические характеристики. Напротив, путь электропроводности непрерывно ориентированных лесов УНТ не будет нарушен из-за механического разрушения слоев покрытия CP из-за этой наноморфологии. Следовательно, электроды A-PEDOT / A-CNT демонстрируют более надежную механическую стабильность и высокую сохраняющуюся емкость по сравнению с электродами из CP, нанесенными на беспорядочно упакованные сети CNT.

Электрохимические характеристики электрода из a-графена были охарактеризованы, как указано выше, в том числе с использованием 2 M BMIBF 4 / PC в качестве электролита.На рисунке 6 (d) представлена ​​CV-кривая a-графенового электрода при скорости сканирования 5 мВ / с, показывающая ECW от -2,2 В до +1 В. Наклон кривой разряда на рисунке 6 (e) дает удельная емкость 165 Ф / г при 2 А / г. Удельные емкости a-графенового электрода при различных токах разряда представлены на рисунке 6 (f). Электрод из a-графена демонстрирует высокую удельную емкость от 186,4 до 148,2 Ф / г при увеличении разрядного тока с 0,5 А / г до 10 А / г. Более того, высокая плотность электродов из а-графена приводит к тому, что удельная объемная емкость составляет 175 Ф / см 3 по разрядной кривой постоянного тока 1 А / г, что является самым высоким среди всех электродов на основе углерода. ,

Оба электрода независимо сконструированы в асимметричных суперконденсаторах для работы в более оптимальных условиях. Здесь были собраны электрод PEDOT / A-CNTs и электрод из a-графена, разделенные пористой бумагой толщиной 40 мкм. 2 M BMIBF4 / PC был использован в качестве электролита из-за его высокой ионной проводимости. При правильной настройке соотношения масс двух электродов асимметричный конденсатор может работать при полном рабочем напряжении ячейки 4 В, достигая максимальных напряжений от обоих электродов (= 1.8 В (композит A-CNT / PEDOT, V + ) + 2,2 В (чешуйки a-графена, V - )). Исходя из того, что заряд, накопленный на двух электродах, должен быть одинаковым по величине с противоположным знаком (| q + | = | q− |), соотношение масс между двумя электродами может быть определено следующим уравнением, если мы рассмотрим накопленный заряд q на электроде q = C Vm , где C - удельная гравиметрическая емкость, ∆ V - максимальный диапазон потенциалов, разрешенный ECW, а m - масса электрода ,

m + m− = C − ΔV − C + ΔV + E6
Рисунок 7.

Характеристики ячейки: (a) CV-кривые асимметричной ячейки при различных скоростях сканирования от 5 до 100 мВ / с между 0 и 4 В с использованием 2 M BMIBF4 / PC в качестве электролита. (б) Кривые гальваностатического заряда / разряда асимметричного элемента при плотности тока 2 А / г. (c) Емкости асимметричной ячейки при различных плотностях разрядного тока. (d) Сохранение циклической емкости асимметричного суперконденсатора при напряжении 4 В при плотности тока 5 А / г в 2 М электролите BMIBF4 / PC.

Из удельных емкостей двух электродов 230 и 165 Ф / г соответственно при постоянном токе разряда 2 А / г и ΔV + = 1,8 В и ΔV - = −2,2 В. Уравнение (6) может привести к соотношению масс (m + / m−), равному 0,88, для полного рабочего напряжения элемента 4 В, обеспечивая конструктивные характеристики асимметричного суперконденсатора, собранного здесь.

На рис. 7 (а) представлены кривые ВАХ изготовленных асимметричных суперконденсаторов при скоростях сканирования от 5 до 100 мВ с -1 с использованием 2 M BMIBF 4 / PC в качестве электролита.Конденсаторы отображают почти прямоугольные кривые CV, особенно для более низких скоростей сканирования. Чтобы дополнительно оценить емкостные характеристики элемента, были охарактеризованы кривые гальваностатического заряда / разряда при различных плотностях тока. Гальваностатические циклы при переменных плотностях тока заряда / разряда 2 и –2 А / г представлены на Рисунке 7 (b), на основании которого была определена емкость элемента (уравнение (1)). На рис. 7 (c) представлены гравиметрическая и объемная емкости ячейки при различных токах разряда.Следует отметить, что расчетная емкость ячейки основывалась на общей массе активных материалов (как положительных, так и отрицательных электродов), потому что не имеет смысла выводить удельную емкость одного электрода для асимметричного суперконденсатора. Емкость элемента составляет 81,6 Ф / г при 0,2 А / г и становится 55,4 Ф / г, когда плотность тока разряда увеличивается до 10 А / г, что указывает на относительно хорошее сохранение емкости. Полученная здесь емкость ячейки выше, чем у симметричных суперконденсаторов на основе α-графена и других асимметричных суперконденсаторов на основе проводящих полимеров.Циклические характеристики удержания асимметричных суперконденсаторов были исследованы путем непрерывного выполнения процесса гальваностатического заряда / разряда между 0 и 4 В при переменных плотностях тока 5 и -5 А / г в течение более 1000 циклов. Асимметричный суперконденсатор сохраняет электрохимическое удерживание на 94% после 1000 циклов, как показано на рисунке 7 (d). Небольшие потери емкости, вероятно, связаны с уменьшением емкости электрода PEDOT / A-CNT.

Рис. 8.

Абсолютные и относительные характеристики асимметричной ячейки: (a) График Найквиста для асимметричной ячейки.(б) Падение внутреннего сопротивления при разных плотностях тока. (c) График Рагона для асимметричного суперконденсатора PEDOT / A-CNT // a-графен в гравиметрических единицах. (d) График Рагона для асимметричного суперконденсатора PEDOT / A-CNT // a-графен в объемных единицах.

Электрохимические характеристики асимметричной ячейки суперконденсатора были дополнительно охарактеризованы с помощью спектроскопии электрохимического импеданса (EIS). График Найквиста, как показано на рисунке 8 (а), достигается в диапазоне частот от 100 кГц до 10 мГц при приложенном напряжении 5 мВ.Было обнаружено, что полукруг в высокочастотной области и резкий рост мнимой части электрического импеданса, показанные на рисунке, отражают преобладание емкости ячейки в области низких частот. Как показано на графике Найквиста, полукруг на средней / высокой частоте возникает из-за сопротивления переносу заряда в пористых электродах. Пересечение высоких частот на действительной оси графика Найквиста, показанное на рисунке, представляет внутренние сопротивления. Внутреннее сопротивление 0.1 Ом · см 2 ячейки получается при нормировке с площадью токоприемника конденсаторов, указывающей на высокую электропроводность и низкое ESR элементов.

Максимальная плотность мощности ячейки асимметричного суперконденсатора определяется из уравнения (4). На рис. 8 (c) представлен график Рагона (гравиметрическая плотность мощности в зависимости от плотности энергии) асимметричного суперконденсатора, полученный на основе кривых гальваностатического разряда, измеренных при различных плотностях тока заряда / разряда в соответствии со стандартной практикой.В дополнение к гравиметрическим характеристикам максимальная плотность мощности определяется из уравнения (3), где В, - рабочее напряжение, которое здесь составляет 4 В.

Объемная энергия и удельная мощность более важны в практических приложениях. Ячейки обладают высокой объемной и гравиметрической мощностью и плотностью энергии - 149 кВт / л (233 кВт / кг) и 113,2 Втч / л (176,6 Втч / кг) соответственно. Эти значения значительно выше, чем у других симметричных суперконденсаторов на основе углерода, суперконденсаторов на основе проводящих полимеров и других устройств, о которых сообщалось ранее [8–10].Псевдоконденсаторная природа PEDOT имеет более низкую скорость заряда / разряда по сравнению с чистыми суперконденсаторами EDLC и, следовательно, плотность мощности ниже, чем у суперконденсаторов A-aMEGO, которые были представлены в следующем разделе.

Таким образом, в данной статье был разработан асимметричный суперконденсатор, использующий конформное покрытие из композита PEDOT / A-CNT в качестве одного электрода и хлопьев a-графена высокой плотности в качестве другого электрода. Композит PEDOT / A-CNT сочетает в себе пути быстрого переноса ионов, увеличивает способность накопления заряда и снижает ESR, в то время как электрод из a-графена, изготовленный методом самосборки, обладает чрезвычайно высокой удельной гравиметрической и объемной емкостью.Два электрода индивидуально настроены для управления наноморфологией и работают синергетически вместе в асимметричной конфигурации ячейки. ECW был увеличен до 4 В. Настройка материалов двух электродов в масштабе, приближающемся к ионному, может позволить еще больше расширить характеристики асимметричного суперконденсатора для удовлетворения требований широкого диапазона приложений для накопления энергии.

Благодарности

Эта работа была поддержана AFOSR в рамках гранта No.FA9550-11-1-0192. Воспроизводится с Ref. [4] с разрешения ELSEVIER. Воспроизводится с Ref. [6] с разрешения Королевского химического общества.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *