平面微型超级电容器的石墨烯电极材料制备

发布时间：2017-09-22 03:11

  本文关键词：平面微型超级电容器的石墨烯电极材料制备

  更多相关文章： 平面微型超级电容器 石墨烯 化学气相沉积法 光刻技术 电导性

【摘要】：平面微型超级电容器是一种具有体积小、储能密度高、充放电速度快、循环寿命长、使用安全等特点的新型储能器件,通常被用于微型电子器件的能源提供。平面微型超级电容器的性能主要取决于电极材料的性能。石墨烯作为一种新型的纳米材料,由于其具备独特的物理性能和化学性能,使其成为最重要的超级电容器电极材料。通过分析平面微型超级电容器离子传输机制,设计了小尺寸指宽和空隙的平面微型超级电容器构型,并以此为单体设计了串并联复合构型的平面微型超级电容器掩膜版。将制备好的石墨烯电极经过光刻、磁控溅射、超声波清洗剥离及等离子体刻蚀一系列工艺流程处理后,在其表面滴涂凝胶,完成了平面微型超级电容器的制备。为了探究铜箔预处理对于石墨烯生长的影响,我们对铜箔预处理前后的光学照片进行了分析。然后,通过拉曼光谱及原子力显微镜等表征结果分析得出了低压条件下,石墨烯在不同生长时间和甲烷浓度条件下的生长规律。结果发现:当生长时间为30min时,甲烷浓度为35sccm时,石墨烯电极是单层石墨烯;但当甲烷浓度高于35sccm时,石墨烯电极生长为多层石墨烯;在生长时间达到60min时,生成多层石墨烯,电导性较好,但是表面存在缺陷。综合以上结论,我们得出了石墨烯电极的最佳工艺参数:生长温度1000℃,甲烷流量35sccm,氢气流量10sccm,生长时间60min。通过测试,所得石墨烯具有较高的透光率(92.7%-95.2%)和较高的电导性(60.28-155.72Ω/sq)。
【关键词】：平面微型超级电容器 石墨烯 化学气相沉积法 光刻技术 电导性
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O613.71;TM53
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 研究背景及研究意义10-11
• 1.2 超级电容器的发展历史及研究现状11-14
• 1.2.1 超级电容器的发展历史11-12
• 1.2.2 平面超级电容器的发展现状12-13
• 1.2.3 基于石墨烯电极的平面微型超级电容器的研究进展13-14
• 1.3 石墨烯的制备方法14-18
• 1.4 本论文主要研究内容18-19
• 第2章 平面微型超级电容器实验基础19-30
• 2.1 实验材料及仪器19-22
• 2.1.1 实验材料19
• 2.1.2 实验仪器19-22
• 2.2 CVD生长石墨烯过程22-23
• 2.3 实验原理23-25
• 2.3.1 CVD生长石墨烯原理23-24
• 2.3.2 平面微型超级电容器离子传输机制24-25
• 2.4 石墨烯的表征25-29
• 2.4.1 光学显微镜表征26
• 2.4.2 拉曼光谱表征26-28
• 2.4.3 原子力显微镜表征28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第3章 平面微型超级电容器的设计与加工30-42
• 3.1 引言30
• 3.2 掩膜版的设计及加工30-36
• 3.3 平面微型超级电容器制备工艺36-41
• 3.3.1 光刻36-37
• 3.3.2 磁控溅射集电极37-38
• 3.3.3 凝胶的制备及滴涂38-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 石墨烯电极的制备42-57
• 4.1 引言42-43
• 4.2 铜基底预处理43-44
• 4.2.1 退火前预处理43-44
• 4.2.2 退火处理44
• 4.3 石墨烯的制备44-45
• 4.4 石墨烯的转移45-46
• 4.5 石墨烯的表征46-55
• 4.5.1 拉曼光谱表征46-50
• 4.5.2 原子力显微镜表征50-51
• 4.5.3 导电性表征51-54
• 4.5.4 石墨烯膜透光性表征54-55
• 4.6 本章小结55-57
• 结论57-58
• 参考文献58-62
• 攻读学位期间发表的学术论文62-63
• 致谢63

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本文编号：898439