高儲能聚合物納米管電容器陣列的製備方法

2023-06-22 21:10:21

專利名稱：高儲能聚合物納米管電容器陣列的製備方法
技術領域：
本發明屬於新材料技術與器件設計領域，特別涉及高儲能聚合物納米管電容器陣列的製備方法。
背景技術：
隨著微電子器件以及納米電子器件日新月異的發展，對能源存儲供應提出了更多的要求。開發性能穩定、可靠，而且可再生、更輕便的儲能材料逐步引起人們的重視。在高度集成化及微電子浪潮的推動下，人們對納米尺度儲能器件的需求越來越迫切。聚合物介電材料具有優異的加工性能，良好的柔韌性，在很多應用場合有取代傳統介電材料的趨勢，引起廣泛的關注和研究，尤其在微電子領域有望成為儲能材料的後起之秀。

發明內容
本發明的目的在於提出了以聚合物介電材料為介質的納米管電容器陣列的概念，該納米電容陣列可以看成數以億計的微電容並聯而成，可實現極高的儲能密度。具體為用模板合成法製備聚合物介電材料納米管，管的長度和壁厚可控。管的內外壁分別通過特定エ藝製作出電極，充當電容器的兩極板。以長度50 μ m,管外壁直徑DQ=200nm，內壁直徑Di=IOOnm為例說明(如附圖
I所示)。電容的計算方法為
權利要求
1.高儲能聚合物納米管電容器陣列的製備方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟步驟I)將孔徑為40-300 nm、孔深10-100 nm、膜直徑為10-25 mm多孔氧化鋁薄膜作為模板，先後在去離子水和無水こ醇中超聲清洗10分鐘後真空乾燥，備用； 步驟2)製備納米管電容器的外極板 將丙烯腈單體在負壓作用下充入步驟I處理過多孔氧化鋁薄膜模板，然後浸入丙烯腈單體的飽和水溶液中，再加入濃度為2. 0%的過硫酸銨溶液和濃度為I. 0%的亞硫酸氫鈉溶液，在50で下反應2-3個小時 後加入適量的碳酸鈉溶液使反應終止，產物聚丙烯腈沉積在管壁上，在氮氣保護下600-750°C熱解30-40分鐘，降到室溫即可得到內孔壁附著納米碳管的多孔氧化鋁薄膜，其中，所述丙烯腈單體的飽和水溶液、過硫酸銨溶液和亞硫酸氫鈉溶液三者用量的體積比為40:4:5 ； 步驟3)納米管電容器電介質的製備配製介電聚合物的溶液，在負壓下將所述溶液滴於步驟2)製備得到的內孔壁附著納米碳管的多孔氧化鋁薄膜模板上，保持負壓30分鐘使溶液充分浸潤模板，去掉負壓，使介電聚合物的溶液中的溶劑在空氣中自然揮發，用三氧化ニ鋁粉末或網格砂紙打磨所述內孔壁附著納米碳管的多孔氧化鋁薄膜模板的兩面去掉表面的聚合物，得到內孔壁附著聚合物納米碳管的多孔氧化鋁薄膜模板，備用；其中，所述介電聚合物溶液為質量分數為1-10%聚苯こ烯的ニ甲苯溶液或質量分數為1-5%聚偏氟こ烯的N，N』-ニ甲基甲醯胺溶液； 步驟4)納米管電容器內極板的製備將步驟3)製備得到內孔壁附著聚合物納米碳管的多孔氧化鋁薄膜模板用純銀導電膠固定在ITO導電玻璃上，作為工作電極；以鉬片作為對電極；以甘汞電極作為參比電極；用電化學沉積的方法在所述模板內沉積鉬電極；其中，電化學沉積的エ藝為電化學沉積液中含有0.2 mmol/L的H4PtCl6.0.2 mo I/L的NaH2POjP0. 2 mo I/L的Na2HPO4，沉積電壓為-0. 5 V，沉積時間為5-8個小時； 步驟5)將步驟4製備得到的模板置於3 mol/L的NaOH溶液中，將多孔氧化鋁薄膜模板溶解後得到高儲能聚合物納米管電容器陣列。
全文摘要
本發明屬於新材料技術與器件設計領域，特別涉及高儲能聚合物納米管電容器陣列的製備方法，該方法的模板選用的是多孔氧化鋁(AAO)薄膜，可以根據需要通過選擇不同規格模板來製備不同尺寸的聚合物納米管陣列，從而調整並聯微電容的數量；電介質可以是聚偏氟乙烯、聚苯乙烯等不同介電常數的聚合物；聚合物管的不同形成工藝可以製備不同的納米儲能電容。本發明的有益效果是本發明通過模板法製備本管狀納米結構，可以實現納米級電容儲能、納米管陣列形狀可調且製備工藝簡單。
文檔編號H01G4/14GK102651279SQ20121015362
公開日2012年8月29日 申請日期2012年5月17日 優先權日2012年5月17日
發明者黨智敏, 周濤, 孟興, 查俊偉 申請人:北京科技大學