一種碳納米管-石墨烯超級(jí)電容器復(fù)合電極材料的制備方法
【專(zhuān)利摘要】一種碳納米管-石墨烯超級(jí)電容器復(fù)合電極材料的制備方法，它涉及復(fù)合電極材料的制備方法。本發(fā)明要解決現(xiàn)有CVD方法制備的石墨烯存在制備溫度較高，厘米量級(jí)的石墨烯不能作為電極材料應(yīng)用于超級(jí)電容器中的問(wèn)題。方法：將基底材料置于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中，通入氬氣，升溫至溫度為700℃～900℃，再通入碳源氣體調(diào)節(jié)壓強(qiáng)進(jìn)行沉積，沉積結(jié)束后，停止通入碳源氣體，最后冷卻至100℃以下，即得到碳納米管-石墨烯超級(jí)電容器復(fù)合電極材料。本發(fā)明用于一種碳納米管-石墨烯超級(jí)電容器復(fù)合電極材料的制備方法。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種碳納米管-石墨烯超級(jí)電容器復(fù)合電極材料的制備方
法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及復(fù)合電極材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超級(jí)電容器由于具有目前應(yīng)用廣泛的鋰電池?zé)o法比擬的優(yōu)勢(shì)，因此在信息化到來(lái)的今天，更加滿足人們對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備的更高層次的需求，超級(jí)電容器具有功率密度高，充放電速率快，循環(huán)壽命達(dá)萬(wàn)次以上，工作溫度范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。因此，超級(jí)電容器目前在汽車(chē)、消費(fèi)性電子產(chǎn)品等行業(yè)已得到了廣泛的應(yīng)用。在超級(jí)電容器蓬勃發(fā)展的道路上，如何提高超級(jí)電容器的能量密度，高性能電極材料的開(kāi)發(fā)是關(guān)鍵技術(shù)之一。目前，碳材料由于具有良好的電學(xué)和機(jī)械性能、抗腐蝕性、化學(xué)及高溫穩(wěn)定性等諸多優(yōu)勢(shì)，是超級(jí)電容器理想的電極材料之一。使用碳納米材料制造超級(jí)電容器，可以很好的解決其他碳材料導(dǎo)電性差、比表面小、比容量小等問(wèn)題，比目前所有的超級(jí)電容器的能量存儲(chǔ)密度都高。
[0003]目前，碳納米材料的制備方法有很多，如石墨電弧法、激光蒸發(fā)法、浮動(dòng)催化裂解法和化學(xué)氣相沉積方法等。其中，石墨電弧法獲得的石墨烯雖然品質(zhì)高，但是產(chǎn)量極低、效率低、隨機(jī)性大。激光蒸發(fā)法制備得到產(chǎn)物純度高，但成本較高。浮動(dòng)催化裂解法過(guò)程復(fù)雜，制備出的碳納米材料可控性底。化學(xué)氣相沉積方法具有容易操作、簡(jiǎn)單、制備出的石墨烯質(zhì)量高、尺寸大(厘米量級(jí))等優(yōu)點(diǎn)而備受矚目，常用于制備大尺寸石墨烯晶體管以及透明導(dǎo)電薄膜等。
[0004]然而，目前利用CVD方法制備石墨烯，其制備溫度較高在1000°C左右，厘米量級(jí)的石墨烯不能作為電極材料應(yīng)用于超級(jí)電容器中，極大的限制了石墨烯材料在微電子器件的實(shí)際應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決現(xiàn)有CVD方法制備的石墨烯存在制備溫度較高，厘米量級(jí)的石墨烯不能作為電極材料應(yīng)用于超級(jí)電容器中的問(wèn)題，而提供一種碳納米管-石墨烯超級(jí)電容器復(fù)合電極材料的制備方法。
[0006]一種碳納米管-石墨烯超級(jí)電容器復(fù)合電極材料的制備方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0007]—、將基底材料置于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中，抽真空至壓強(qiáng)為5Pa以下，以氣體流量為IOsccm?50sCCm通入氬氣，調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為IOOPa?300Pa，并在壓強(qiáng)為IOOPa?300Pa和氬氣氣氛下30min內(nèi)將溫度升溫至工作溫度700°C?900°C ；
[0008]二、通入碳源氣體，調(diào)節(jié)碳源氣體和氬氣的氣體流量比為(5?35):80，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為2000Pa?3000Pa，然后在沉積系統(tǒng)射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為150W?250W、壓強(qiáng)為2000Pa?3000Pa和溫度為700°C?900°C條件下進(jìn)行沉積，沉積時(shí)間為20min?60min，得到沉積碳納米管的基底材料；
[0009]三、保持碳源氣體和氬氣的氣體流量比為(5?35):80,并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為200Pa?lOOOPa，然后在沉積系統(tǒng)射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為150W?250W、壓強(qiáng)為200Pa?IOOOPa和溫度為700°C?900°C條件下進(jìn)行沉積，沉積時(shí)間為20min?60min，得到沉積石墨烯的基底材料；
[0010]四、沉積結(jié)束后，關(guān)閉射頻電源和加熱電源，停止通入碳源氣體，繼續(xù)以氣體流量為20SCCm?60SCCm通入氬氣，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為50Pa?200Pa，在壓強(qiáng)為50Pa?200Pa和氬氣氣氛下，從溫度為700°C?900°C冷卻至100°C以下，即得到碳納米管-石墨烯超級(jí)電容器復(fù)合電極材料。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:1、本發(fā)明利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法，在硅基底上通過(guò)改變工作壓強(qiáng)一步法實(shí)現(xiàn)沉積碳納米管和少層石墨烯復(fù)合材料，其不僅具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能，而且在沉積形成的碳納米管和石墨烯三維結(jié)構(gòu)有效地增加了比表面積。
[0012]2、本發(fā)明引入了等離子體的增強(qiáng)作用，反應(yīng)過(guò)程中碳源氣體和氬氣的相應(yīng)流量比為20:80。生長(zhǎng)溫度為700?900°C，不僅避免了利用高溫來(lái)熱解碳源氣體，而且極大地提高了碳源氣體的分解效率。用等離子體氣相沉積法制備的碳納米管和石墨烯直接垂直生長(zhǎng)在基底表面，不僅不會(huì)發(fā)生堆疊現(xiàn)象，而且與表面結(jié)合很好。如此得到的碳納米復(fù)合材料參與電荷儲(chǔ)存的邊緣平面可以直接接觸，減少電荷存儲(chǔ)的再分配，從而增加儲(chǔ)存能力和減小電荷湮滅幾率；開(kāi)放性的結(jié)構(gòu)使材料的多孔效應(yīng)大為降低，減小離子阻力；導(dǎo)電性能好，而且可以在導(dǎo)電性能優(yōu)異的材料表面生長(zhǎng)，減小了電子阻力。
[0013]3、本發(fā)明一步完成對(duì)碳納米管-石墨烯復(fù)合電極材料的制備，方法簡(jiǎn)單、高效、低成本，便于工業(yè)化生產(chǎn)，制備得到的石墨烯質(zhì)量高，厘米量級(jí)的石墨烯可作為電極材料應(yīng)用于超級(jí)電容器中，在微納米電子器件、太陽(yáng)能電池電極、光電轉(zhuǎn)換器、透明導(dǎo)電薄膜等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
[0014]本發(fā)明用于一種碳納米管-石墨烯超級(jí)電容器復(fù)合電極材料的制備方法。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為實(shí)施例一中硅基底上沉積得到的碳納米管-石墨烯的掃描電鏡圖片；
[0016]圖2為實(shí)施例一中硅基底上沉積得到的碳納米管-石墨烯的拉曼光譜；1為D峰；2為G峰；
[0017]圖3為實(shí)施例一中硅基底上沉積得到的碳納米管-石墨烯的透射電鏡圖片；
[0018]圖4為實(shí)施例一中硅基底上沉積碳納米管-石墨烯后直接作為電極材料的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果，圖中為不同掃速下的循環(huán)伏安圖；1為掃速2mV/s ；2為掃速5mV/s ；3為掃速10mV/s ；4 為掃速 20mV/s ；5 為掃速 50mV/s。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉的【具體實(shí)施方式】，還包括各【具體實(shí)施方式】之間的任意組合。
[0020]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式所述的一種碳納米管-石墨烯超級(jí)電容器復(fù)合電極材料的制備方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0021]一、將基底材料置于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中，抽真空至壓強(qiáng)為5Pa以下，以氣體流量為IOsccm?50sCCm通入氬氣，調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為IOOPa?300Pa，并在壓強(qiáng)為IOOPa?300Pa和氬氣氣氛下30min內(nèi)將溫度升溫至工作溫度700°C?900°C ；
[0022]二、通入碳源氣體，調(diào)節(jié)碳源氣體和氬氣的氣體流量比為(5?35):80，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為2000Pa?3000Pa，然后在沉積系統(tǒng)射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為150W?250W、壓強(qiáng)為2000Pa?3000Pa和溫度為700°C?900°C條件下進(jìn)行沉積，沉積時(shí)間為20min?60min，得到沉積碳納米管的基底材料；
[0023]三、保持碳源氣體和氬氣的氣體流量比為(5?35):80,并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為200Pa?lOOOPa，然后在沉積系統(tǒng)射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為150W?250W、壓強(qiáng)為200Pa?IOOOPa和溫度為700°C?900°C條件下進(jìn)行沉積，沉積時(shí)間為20min?60min，得到沉積石墨烯的基底材料；
[0024]四、沉積結(jié)束后，關(guān)閉射頻電源和加熱電源，停止通入碳源氣體，繼續(xù)以氣體流量為20sCCm?60sCCm通入氬氣，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為50Pa?200Pa，在壓強(qiáng)為50Pa?200Pa和氬氣氣氛下，從溫度為700°C?900°C冷卻至100°C以下，即得到碳納米管-石墨烯超級(jí)電容器復(fù)合電極材料。
[0025]本實(shí)施方式步驟二在有催化劑的基底上沉積碳納米管，使碳源氣體、氬氣在射頻電源的作用下離化，分解成為等離子體，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)，在基底上沉積碳納米管；
[0026]本實(shí)施方式步驟三在基底上沉積石墨烯，使碳源氣體、氬氣在射頻電源的作用下離化，分解成為等離子體，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)，最終在基底上沉積石墨烯。
[0027]本實(shí)施方式利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法，通過(guò)等離子體作用可高效分解碳源氣體(如CH4等)形成大量具有高活性的碳基團(tuán)，這些高活性碳基團(tuán)通過(guò)化學(xué)反應(yīng)在基底材料上先通過(guò)催化劑在適合的壓強(qiáng)條件下沉積出碳納米管，再改變壓強(qiáng)到適合石墨烯沉積的條件，在無(wú)催化劑的條件下，在碳納米管表面沉積石墨烯。
[0028]本實(shí)施方式克服以往的物理、化學(xué)方法都無(wú)法攻克應(yīng)用于超級(jí)電容器石墨烯層數(shù)量化，化學(xué)方法制作碳納米管-石墨烯超級(jí)電容器復(fù)合材料制備方法困難、制備過(guò)程不可控、得到碳納米復(fù)合材料質(zhì)量低、低成本、高質(zhì)量生產(chǎn)的難題，開(kāi)發(fā)出一種原位在硅基底上利用催化劑沉積碳納米管，再通過(guò)改變反應(yīng)壓強(qiáng)，在無(wú)催化劑的條件下直接在碳納米管上沉積石墨烯，來(lái)制作碳納米管-石墨烯復(fù)合電極材料的新方法。
[0029]本實(shí)施方式的有益效果是:1、本實(shí)施方式利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法，在硅基底上通過(guò)改變工作壓強(qiáng)一步法實(shí)現(xiàn)沉積碳納米管和少層石墨烯復(fù)合材料，其不僅具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能，而且在沉積形成的碳納米管和石墨烯三維結(jié)構(gòu)有效地增加了比表面積。
[0030]2、本實(shí)施方式引入了等離子體的增強(qiáng)作用，反應(yīng)過(guò)程中碳源氣體和氬氣的相應(yīng)流量比為20:80。生長(zhǎng)溫度為700?900°C，不僅避免了利用高溫來(lái)熱解碳源氣體，而且極大地提高了碳源氣體的分解效率。用等離子體氣相沉積法制備的碳納米管和石墨烯直接垂直生長(zhǎng)在基底表面，不僅不會(huì)發(fā)生堆疊現(xiàn)象，而且與表面結(jié)合很好。如此得到的碳納米復(fù)合材料參與電荷儲(chǔ)存的邊緣平面可以直接接觸，減少電荷存儲(chǔ)的再分配，從而增加儲(chǔ)存能力和減小電荷湮滅幾率；開(kāi)放性的結(jié)構(gòu)使材料的多孔效應(yīng)大為降低，減小離子阻力；導(dǎo)電性能好，而且可以在導(dǎo)電性能優(yōu)異的材料表面生長(zhǎng)，減小了電子阻力。
[0031]3、本實(shí)施方式一步完成對(duì)碳納米管-石墨烯復(fù)合電極材料的制備，方法簡(jiǎn)單、高效、低成本，便于工業(yè)化生產(chǎn)，制備得到的石墨烯質(zhì)量高，厘米量級(jí)的石墨烯可作為電極材料應(yīng)用于超級(jí)電容器中，在微納米電子器件、太陽(yáng)能電池電極、光電轉(zhuǎn)換器、透明導(dǎo)電薄膜等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
[0032]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:步驟一中所述的基體材料為表面覆有催化劑薄膜的硅片襯底材料，其中所述的表面覆有催化劑薄膜的硅片襯底材料中催化劑薄膜為厚度5nm?50nm的鐵薄膜、厚度5nm?50nm的鈷薄膜或厚度5nm?50nm的鎳薄膜。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0033]本【具體實(shí)施方式】所述的基底材料可直接作為超級(jí)電容器的集電體使用。
[0034]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二之一不同的是:步驟一中所述的基體材料為表面覆有催化劑薄膜的硅片襯底材料，其中所述的表面覆有催化劑薄膜的硅片襯底材料中催化劑薄膜為厚度20nm的鐵薄膜、厚度20nm的鈷薄膜或厚度20nm的鎳薄膜。其它與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0035]本【具體實(shí)施方式】所述的基底材料可直接作為超級(jí)電容器的集電體使用。
[0036]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三之一不同的是:步驟一中在壓強(qiáng)為IOOPa?300Pa和氬氣氣氛下30min內(nèi)將溫度升溫至工作溫度800°C。其它與【具體實(shí)施方式】一至三相同。
[0037]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至四之一不同的是:步驟二中所述的碳源氣體為甲烷。其它與【具體實(shí)施方式】一至四相同。
[0038]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至五之一不同的是:步驟二中調(diào)節(jié)碳源氣體和氬氣的氣體流量比為20:80，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為2500Pa，然后在沉積系統(tǒng)射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為200W、壓強(qiáng)為2500Pa和溫度為800°C條件下進(jìn)行沉積，沉積時(shí)間為30min，得到沉積碳納米管的基底材料。其它與【具體實(shí)施方式】一至五相同。
[0039]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至六之一不同的是:步驟三中保持碳源氣體和氬氣的氣體流量比為20:80，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為500Pa，然后在沉積系統(tǒng)射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為200W、壓強(qiáng)為500Pa和溫度為800°C條件下進(jìn)行沉積，沉積時(shí)間為30min，得到沉積石墨烯的基底材料。其它與【具體實(shí)施方式】一至六相同。
[0040]采用以下實(shí)施例驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果:
[0041]實(shí)施例一:
[0042]本實(shí)施例所述的一種碳納米管-石墨烯超級(jí)電容器復(fù)合電極材料的制備方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0043]一、將基底材料置于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中，抽真空至壓強(qiáng)為5Pa以下，以氣體流量為20sCCm通入氬氣，調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為200Pa，并在壓強(qiáng)為200Pa和氬氣氣氛下30min內(nèi)將溫度升溫至工作溫度800 °C ；
[0044]所述的基體材料為表面覆有催化劑薄膜的硅片襯底材料，其中所述的表面覆有催化劑薄膜的硅片襯底材料中催化劑薄膜為厚度20nm的鈷薄膜。
[0045]二、通入CH4，調(diào)節(jié)CH4的氣體流量為20sccm、氬氣的氣體流量為80sccm，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為2500Pa，然后在沉積系統(tǒng)射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為200W、壓強(qiáng)為2500Pa和溫度為800°C條件下進(jìn)行沉積，沉積時(shí)間為30min，得到沉積碳納米管的基底材料；
[0046]三、保持CH4的氣體流量為20sccm、氬氣的氣體流量為80sccm，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為500Pa，然后在沉積系統(tǒng)射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為200W、壓強(qiáng)為500Pa和溫度為800°C條件下進(jìn)行沉積，沉積時(shí)間為30min,得到沉積石墨稀的基底材料；
[0047]四、沉積結(jié)束后，關(guān)閉射頻電源和加熱電源，停止通入CH4，繼續(xù)以氣體流量為40sCCm通入氬氣，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為lOOPa，在壓強(qiáng)為IOOPa和氬氣氣氛下，從溫度為800°C冷卻至100°C以下，即得到碳納米管-石墨烯超級(jí)電容器復(fù)合電極材料。
[0048]實(shí)施例一中硅基底上沉積得到的碳納米管-石墨烯的掃描電鏡圖片如圖1所示，由圖1可知沉積得到了質(zhì)量很好的碳納米管-石墨烯復(fù)合材料。
[0049]實(shí)施例一中硅基底上沉積得到的碳納米管-石墨烯的拉曼光譜如圖2所示，I為D峰，2為G峰，由圖2可知通過(guò)拉曼光譜中D和G峰的位置以及相對(duì)的峰強(qiáng)比值，可以說(shuō)明獲得的碳納米材料質(zhì)量好。
[0050]實(shí)施例一中硅基底上沉積得到的碳納米管-石墨烯的透射電鏡圖片如圖3所示，由圖3可知沉積得到的碳納米管和石墨烯復(fù)合質(zhì)量好。
[0051]實(shí)施例一中硅基底上沉積碳納米管-石墨烯后直接作為電極材料的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果如圖4所示，圖中為不同掃速下的循環(huán)伏安圖；1為掃速2mV/s ；2為掃速5mV/s ；3為掃速10mV/s ；4為掃速20mV/s ；5為掃速50mV/s。由圖4可知在掃描速率為50mV/s、20mV/s、10mV/s、5mV/s 和 2mV/s 時(shí)比電容分別為 305 μ F/cm2、320.83 μ F/cm2、341.33 μ F/cm2、385 μ F/cm2 和 427.5 μ F/cm2。
[0052]實(shí)施例二:
[0053]本實(shí)施例所述的一種碳納米管-石墨烯超級(jí)電容器復(fù)合電極材料的制備方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0054]一、將基底材料置于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中，抽真空至壓強(qiáng)為5Pa以下，以氣體流量為20sCCm通入氬氣，調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為200Pa，并在壓強(qiáng)為200Pa和氬氣氣氛下30min內(nèi)將溫度升溫至工作溫度 800。。；
[0055]所述的基體材料為表面覆有催化劑薄膜的硅片襯底材料，其中所述的表面覆有催化劑薄膜的硅片襯底材料中催化劑薄膜為厚度20nm的鈷薄膜。
[0056]二、通入CH4，調(diào)節(jié)CH4的氣體流量為20sccm、氬氣的氣體流量為80sccm，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為2000Pa，然后在沉積系統(tǒng)射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為200W、壓強(qiáng)為2000Pa和溫度為800°C條件下進(jìn)行沉積，沉積時(shí)間為30min，得到沉積碳納米管的基底材料；
[0057]三、保持CH4的氣體流量為20sccm、氬氣的氣體流量為80sccm，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為lOOOPa，然后在沉積系統(tǒng)射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為200W、壓強(qiáng)為IOOOPa和溫度為800°C條件下進(jìn)行沉積，沉積時(shí)間為30min,得到沉積石墨稀的基底材料；
[0058]四、沉積結(jié)束后，關(guān)閉射頻電源和加熱電源，停止通入CH4，繼續(xù)以氣體流量為40sCCm通入氬氣，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為lOOPa，在壓強(qiáng)為IOOPa和氬氣氣氛下，從溫度為800°C冷卻至100°C以下，即得到碳納米管-石墨烯超級(jí)電容器復(fù)合電極材料。
[0059]實(shí)施例二中制備的垂直生長(zhǎng)石墨烯的鉬/硅片直接作為電極材料利用電化學(xué)工作站測(cè)試，得出電化學(xué)測(cè)試結(jié)果在掃描速率為50mV/s、20mV/s、10mV/s、5mV/s和2mV/s時(shí)比電容分別為 153.67 μ F/cm2,177 μ F/cm2,208.33 μ F/cm2、221.67 μ F/cm2和 268.33 μ F/cm2。
[0060]實(shí)施例三:
[0061]本實(shí)施例所述的一種碳納米管-石墨烯超級(jí)電容器復(fù)合電極材料的制備方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0062]一、將基底材料置于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中，抽真空至壓強(qiáng)為5Pa以下，以氣體流量為20sCCm通入氬氣，調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為200Pa，并在壓強(qiáng)為200Pa和氬氣氣氛下30min內(nèi)將溫度升溫至工作溫度800 0C ；
[0063]所述的基體材料為表面覆有催化劑薄膜的硅片襯底材料，其中所述的表面覆有催化劑薄膜的硅片襯底材料中催化劑薄膜為厚度20nm的鈷薄膜。
[0064]二、通入CH4，調(diào)節(jié)CH4的氣體流量為20sccm、氬氣的氣體流量為80sccm，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為2000Pa，然后在沉積系統(tǒng)射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為200W、壓強(qiáng)為2000Pa和溫度為800°C條件下進(jìn)行沉積，沉積時(shí)間為30min，得到沉積碳納米管的基底材料；
[0065]三、保持CH4的氣體流量為20SCCm、氬氣的氣體流量為80sCCm，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為200Pa，然后在沉積系統(tǒng)射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為200W、壓強(qiáng)為200Pa和溫度為800°C條件下進(jìn)行沉積，沉積時(shí)間為30min,得到沉積石墨稀的基底材料；
[0066]四、沉積結(jié)束后，關(guān)閉射頻電源和加熱電源，停止通入CH4，繼續(xù)以氣體流量為40sCCm通入氬氣，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為lOOPa，在壓強(qiáng)為IOOPa和氬氣氣氛下，從溫度為800°C冷卻至100°C以下，即得到碳納米管-石墨烯超級(jí)電容器復(fù)合電極材料。
[0067]實(shí)施例三中制備的垂直生長(zhǎng)石墨烯的鉬/硅片直接作為電極材料利用電化學(xué)工作站測(cè)試，得出電化學(xué)測(cè)試結(jié)果在掃描速率為50mV/s、20mV/s、10mV/s、5mV/s和2mV/s時(shí)比電容分別為 130 μ F/cm2、170.33 μ F/cm2、194.67 μ F/cm2、225 μ F/cm2 和 287.5 μ F/cm2。
[0068]實(shí)施例四:
[0069]本實(shí)施例所述的一種碳納米管-石墨烯超級(jí)電容器復(fù)合電極材料的制備方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的:[0070]—、將基底材料置于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中，抽真空至壓強(qiáng)為5Pa以下，以氣體流量為20sCCm通入氬氣，調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為200Pa，并在壓強(qiáng)為200Pa和氬氣氣氛下30min內(nèi)將溫度升溫至工作溫度800 0C ；
[0071]所述的基體材料為表面覆有催化劑薄膜的硅片襯底材料，其中所述的表面覆有催化劑薄膜的硅片襯底材料中催化劑薄膜為厚度20nm的鈷薄膜。
[0072]二、通入CH4，調(diào)節(jié)CH4的氣體流量為20sccm、氬氣的氣體流量為80sccm，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為3000Pa，然后在沉積系統(tǒng)射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為200W、壓強(qiáng)為3000Pa和溫度為800°C條件下進(jìn)行沉積，沉積時(shí)間為30min，得到沉積碳納米管的基底材料；
[0073]三、保持CH4的氣體流量為20SCCm、氬氣的氣體流量為80sCCm，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為lOOOPa，然后在沉積系統(tǒng)射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為200W、壓強(qiáng)為IOOOPa和溫度為800°C條件下進(jìn)行沉積，沉積時(shí)間為30min,得到沉積石墨稀的基底材料；
[0074]四、沉積結(jié)束后，關(guān)閉射頻電源和加熱電源，停止通入CH4，繼續(xù)以氣體流量為40sCCm通入氬氣，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為lOOPa，在壓強(qiáng)為IOOPa和氬氣氣氛下，從溫度為800°C冷卻至100°C以下，即得到碳納米管-石墨烯超級(jí)電容器復(fù)合電極材料。
[0075]實(shí)施例四中制備的垂直生長(zhǎng)石墨烯的鉬/硅片直接作為電極材料利用電化學(xué)工作站測(cè)試，得出電化學(xué)測(cè)試結(jié)果在掃描速率為50mV/s、20mV/s、10mV/s、5mV/s和2mV/s時(shí)比電容分別為 133.17μ F/cm2、147.08 μ F/cm2、171.66 μ F/cm2、225 μ F/cm2和 280.23 μ F/cm2。
[0076]實(shí)施例五:
[0077]本實(shí)施例所述的一種碳納米管-石墨烯超級(jí)電容器復(fù)合電極材料的制備方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0078]—、將基底材料置于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中，抽真空至壓強(qiáng)為5Pa以下，以氣體流量為20sCCm通入氬氣，調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為200Pa，并在壓強(qiáng)為200Pa和氬氣氣氛下30min內(nèi)將溫度升溫至工作溫度800 0C ；
[0079]所述的基體材料為表面覆有催化劑薄膜的硅片襯底材料，其中所述的表面覆有催化劑薄膜的硅片襯底材料中催化劑薄膜為厚度20nm的鈷薄膜。
[0080]二、通入CH4，調(diào)節(jié)CH4的氣體流量為20sccm、氬氣的氣體流量為80sccm，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為3000Pa，然后在沉積系統(tǒng)射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為200W、壓強(qiáng)為3000Pa和溫度為800°C條件下進(jìn)行沉積，沉積時(shí)間為30min，得到沉積碳納米管的基底材料；
[0081]三、保持CH4的氣體流量為20sccm、氬氣的氣體流量為80sccm，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為200Pa，然后在沉積系統(tǒng)射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為200W、壓強(qiáng)為200Pa和溫度為800°C條件下進(jìn)行沉積，沉積時(shí)間為30min,得到沉積石墨稀的基底材料；
[0082]四、沉積結(jié)束后，關(guān)閉射頻電源和加熱電源，停止通入CH4，繼續(xù)以氣體流量為40sCCm通入氬氣，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為lOOPa，在壓強(qiáng)為IOOPa和氬氣氣氛下，從溫度為800°C冷卻至100°C以下，即得到碳納米管-石墨烯超級(jí)電容器復(fù)合電極材料。
[0083]實(shí)施例五中制備的垂直生長(zhǎng)石墨烯的鉬/硅片直接作為電極材料利用電化學(xué)工作站測(cè)試，得出電化學(xué)測(cè)試結(jié)果在掃描速率為50mV/s、20mV/s、10mV/s、5mV/s和2mV/s時(shí)
比電容分別為 191.33 μ F/cm2,242.08 μ F/cm2,275 μ F/cm2,303.33 μ F/cm2 和 347.92 μ F/
2
cm ο
【權(quán)利要求】
1.一種碳納米管-石墨烯超級(jí)電容器復(fù)合電極材料的制備方法，其特征在于一種碳納米管-石墨烯超級(jí)電容器復(fù)合電極材料的制備方法是按照以下步驟進(jìn)行的: 一、將基底材料置于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中，抽真空至壓強(qiáng)為5Pa以下，以氣體流量為IOsccm~50sccm通入氬氣，調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為IOOPa~300Pa，并在壓強(qiáng)為IOOPa~300Pa和氬氣氣氛下30min內(nèi)將溫度升溫至工作溫度700°C~900°C ； 二、通入碳源氣體，調(diào)節(jié)碳源氣體和氬氣的氣體流量比為(5~35):80，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為2000Pa~3000Pa，然后在沉積系統(tǒng)射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為150W~250W、壓強(qiáng)為2000Pa~3000Pa和溫度為700°C~900°C條件下進(jìn)行沉積，沉積時(shí)間為20min~60min，得到沉積碳納米管的基底材料； 三、保持碳源氣體和氬氣的氣體流量比為(5~35):80，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為200Pa~lOOOPa，然后在沉積系統(tǒng)射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為150W~250W、壓強(qiáng)為200Pa~1000Pa和溫度為700°C~900°C條件下進(jìn)行沉積，沉積時(shí)間為20min~60min，得到沉積石墨烯的基底材料； 四、沉積結(jié)束后，關(guān)閉射頻電源和加熱電源，停止通入碳源氣體，繼續(xù)以氣體流量為20sccm~eOsccm通入氬氣，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為50Pa~200Pa，在壓強(qiáng)為50Pa~200Pa和氬氣氣氛下，從溫度為700°C~900°C冷卻至100°C以下，即得到碳納米管-石墨烯超級(jí)電容器復(fù)合電極材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳納米管-石墨烯超級(jí)電容器復(fù)合電極材料的制備方法，其特征在于步驟一·中所述的基體材料為表面覆有催化劑薄膜的硅片襯底材料，其中所述的表面覆有催化劑薄膜的硅片襯底材料中催化劑薄膜為厚度5nm~50nm的鐵薄膜、厚度5nm~50nm的鈷薄膜或厚度5nm~50nm的鎳薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種碳納米管-石墨烯超級(jí)電容器復(fù)合電極材料的制備方法，其特征在于步驟一中所述的基體材料為表面覆有催化劑薄膜的硅片襯底材料，其中所述的表面覆有催化劑薄膜的硅片襯底材料中催化劑薄膜為厚度20nm的鐵薄膜、厚度20nm的鈷薄膜或厚度20nm的鎳薄膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳納米管-石墨烯超級(jí)電容器復(fù)合電極材料的制備方法，其特征在于步驟一中在壓強(qiáng)為IOOPa~300Pa和氬氣氣氛下30min內(nèi)將溫度升溫至工作溫度800°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳納米管-石墨烯超級(jí)電容器復(fù)合電極材料的制備方法，其特征在于步驟二中所述的碳源氣體為甲烷。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳納米管-石墨烯超級(jí)電容器復(fù)合電極材料的制備方法，其特征在于步驟二中調(diào)節(jié)碳源氣體和氬氣的氣體流量比為20:80，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為2500Pa，然后在沉積系統(tǒng)射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為200W、壓強(qiáng)為2500Pa和溫度為800°C條件下進(jìn)行沉積，沉積時(shí)間為30min,得到沉積碳納米管的基底材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳納米管-石墨烯超級(jí)電容器復(fù)合電極材料的制備方法，其特征在于步驟三中保持碳源氣體和氬氣的氣體流量比為20:80，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為500Pa，然后在沉積系統(tǒng)射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為200W、壓強(qiáng)為500Pa和溫度為800°C條件下進(jìn)行沉積，沉積時(shí)間為30min，得到沉積石墨稀的基底材料`。
【文檔編號(hào)】H01G11/86GK103824704SQ201410061924
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年2月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月24日
【發(fā)明者】亓鈞雷, 張夫, 費(fèi)維棟, 馮吉才 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)