本發(fā)明涉及電子元器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種碳納米管陣列電容器的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著電子信息技術(shù)的日新月異，數(shù)碼電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度越來越快，以平板電視、筆記本電腦、數(shù)碼相機等產(chǎn)品為主的消費類電子產(chǎn)品產(chǎn)銷量持續(xù)增長，帶動了碳納米管陣列電容器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
現(xiàn)有的碳納米管陣列電容器一般包括電極、隔膜和電解液溶液，該電極和隔膜都設置在該電解液溶液中。該電極包括一集電體以及設置在該集電體上的電極材料?，F(xiàn)有碳納米管陣列電容器的制備方法通常是將電極材料充分研磨后，在其中加入一定量的粘結(jié)劑攪拌均勻，再通過模壓法、冷等靜壓法、熱等靜壓法等壓制方法壓制在泡沫鎳、石墨片、鎳片、鋁片或銅片等集電體上，即可制成一定形狀的電極，然后將電極設置在含隔膜的電解液溶液中即可制成超級碳納米管陣列電容器，該制備方法較復雜。因此，有必要提供一種具有高電容量和大功率密度的碳納米管陣列電容器。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種碳納米管陣列電容器的制備方法，利用碳納米管良好的導電性能和比表面積，方法簡單易行，制得的碳納米管陣列電容器具有較高的比電容量和電導率。
本發(fā)明解決技術(shù)問題利用如下技術(shù)方案：
本發(fā)明提供了一種碳納米管陣列電容器的制備方法，包括如下步驟：
（1）超順排碳納米管陣列的制備：選取平整基底，在基底表面均勻涂布一催化劑層，放置在650～750℃的空氣中預熱20～30分鐘，然后將預熱的基底置于反應爐中，在氮氣或氬氣的保護環(huán)境下加熱至900～1000℃，通入碳源氣體反應10～20分鐘，生長得到高度100～500μm的碳納米管陣列，堆疊至少兩個平行且垂直于基底生長的碳納米管陣列得到超順排碳納米管陣列；
（2）碳納米管薄膜的制備：在步驟（1）制備的超順排碳納米管陣列中選取寬度150～180μm的碳納米管束片段，沿基本垂直于碳納米管陣列生長方向進行拉伸，獲得連續(xù)的碳納米管薄膜；
（3）碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)的形成：選取兩片相同的銅片作為第一基層與第二基層，將至少一層碳納米管薄膜鋪設在基底的表面，形成自支撐的碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)；
（4）碳納米管陣列電容器的制備：選取防靜電無紡布作為隔膜層，在隔膜層的兩側(cè)分別放置鋪設有碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)的第一基層與第二基層，一起放入外殼中，注入電解液后封裝得到該碳納米管陣列電容器。
優(yōu)選地，所述步驟（1）平整基底選自磷型、氮型或含有氧化層的硅基底。
優(yōu)選地，所述步驟（1）催化劑層材料選自鐵、鈷、鎳中的一種或多種的組合。
優(yōu)選地，所述步驟（1）碳源氣體為乙炔、乙烯、甲烷或乙烷。
優(yōu)選地，所述步驟（1）碳納米管陣列的高度為150～180μm。
優(yōu)選地，所述步驟（3）碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)可以使用有機溶劑浸潤處理6～12分鐘。
優(yōu)選地，所述有機溶劑為甲醇、乙醇、丙酮、二氯甲烷或乙腈。
優(yōu)選地，所述步驟（4）電解液選自氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液、硫酸水溶液、鹽酸水溶液、四氟硼酸四乙基銨、高氯酸鋰或三氟甲基磺酸鋰。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
（1）本發(fā)明的碳納米管陣列電容器制備方法，簡單易行，碳納米管具有良好的導電性能且本身的比表面積大，制得的超級碳納米管陣列電容器具有較高的比電容量和電導率；碳納米管陣列中碳納米管生長均勻，因而碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)中的碳納米管分散均勻，且制備方法簡單，易于實際應用；碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)包括多個首尾相連且定向排列的碳納米管，相鄰的碳納米管之間存在多個微孔結(jié)構(gòu)，使得碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)中形成大量的均勻且規(guī)則分布的微孔結(jié)構(gòu)，這有利于形成導電性良好的電荷通路。
（2）本發(fā)明的碳納米管陣列電容器制備方法，碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)可以使用有機溶劑浸潤處理，在揮發(fā)性有機溶劑的表面張力的作用下，碳納米管薄膜中平行的碳納米管片段會更容易聚集成碳納米管束。
具體實施方式
以下結(jié)合具體實施例對發(fā)明作進一步詳細的描述。
實施例1.
一種碳納米管陣列電容器的制備方法，包括如下步驟：
（1）超順排碳納米管陣列的制備：選取平整磷型硅基底，在基底表面均勻涂布鐵材料的催化劑層，放置在650～750℃的空氣中預熱20～30分鐘，然后將預熱的基底置于反應爐中，在氮氣的保護環(huán)境下加熱至900～1000℃，通入乙烯反應10～20分鐘，生長得到高度100～500μm的碳納米管陣列，堆疊至少兩個平行且垂直于基底生長的碳納米管陣列得到超順排碳納米管陣列；
（2）碳納米管薄膜的制備：在步驟（1）制備的超順排碳納米管陣列中選取寬度150～180μm的碳納米管束片段，沿基本垂直于碳納米管陣列生長方向進行拉伸，獲得連續(xù)的碳納米管薄膜；
（3）碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)的形成：選取兩片相同的銅片作為第一基層與第二基層，將至少一層碳納米管薄膜鋪設在基底的表面，形成自支撐的碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)，使用乙醇浸潤處理6～12分鐘；
（4）碳納米管陣列電容器的制備：選取防靜電無紡布作為隔膜層，在隔膜層的兩側(cè)分別放置鋪設有碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)的第一基層與第二基層，一起放入外殼中，注入硫酸水溶液后封裝得到該碳納米管陣列電容器。
實施例2.
一種碳納米管陣列電容器的制備方法，包括如下步驟：
（1）超順排碳納米管陣列的制備：選取平整氮型硅基底，在基底表面均勻涂布鈷材料的催化劑層，放置在650～750℃的空氣中預熱20～30分鐘，然后將預熱的基底置于反應爐中，在氮氣的保護環(huán)境下加熱至900～1000℃，通入乙炔反應10～20分鐘，生長得到高度150～180μm的碳納米管陣列，堆疊至少兩個平行且垂直于基底生長的碳納米管陣列得到超順排碳納米管陣列；
（2）碳納米管薄膜的制備：在步驟（1）制備的超順排碳納米管陣列中選取寬度150～180μm的碳納米管束片段，沿基本垂直于碳納米管陣列生長方向進行拉伸，獲得連續(xù)的碳納米管薄膜；
（3）碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)的形成：選取兩片相同的銅片作為第一基層與第二基層，將至少一層碳納米管薄膜鋪設在基底的表面，形成自支撐的碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)，使用丙酮浸潤處理6～12分鐘；
（4）碳納米管陣列電容器的制備：選取防靜電無紡布作為隔膜層，在隔膜層的兩側(cè)分別放置鋪設有碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)的第一基層與第二基層，一起放入外殼中，注入四氟硼酸四乙基銨后封裝得到該碳納米管陣列電容器。
實施例3.
一種碳納米管陣列電容器的制備方法，包括如下步驟：
（1）超順排碳納米管陣列的制備：選取平整的含有氧化層的硅基底，在基底表面均勻涂布鎳材料的催化劑層，放置在650～750℃的空氣中預熱20～30分鐘，然后將預熱的基底置于反應爐中，在氮氣的保護環(huán)境下加熱至900～1000℃，通入甲烷反應10～20分鐘，生長得到高度150～180μm的碳納米管陣列，堆疊至少兩個平行且垂直于基底生長的碳納米管陣列得到超順排碳納米管陣列；
（2）碳納米管薄膜的制備：在步驟（1）制備的超順排碳納米管陣列中選取寬度150～180μm的碳納米管束片段，沿基本垂直于碳納米管陣列生長方向進行拉伸，獲得連續(xù)的碳納米管薄膜；
（3）碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)的形成：選取兩片相同的銅片作為第一基層與第二基層，將至少一層碳納米管薄膜鋪設在基底的表面，形成自支撐的碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)，使用二氯甲烷浸潤處理6～12分鐘；
（4）碳納米管陣列電容器的制備：選取防靜電無紡布作為隔膜層，在隔膜層的兩側(cè)分別放置鋪設有碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)的第一基層與第二基層，一起放入外殼中，注入氫氧化鈉溶液后封裝得到該碳納米管陣列電容器。
實施例4.
一種碳納米管陣列電容器的制備方法，包括如下步驟：
（1）超順排碳納米管陣列的制備：選取平整的含有氧化層的硅基底，在基底表面均勻涂布鐵材料的催化劑層，放置在650～750℃的空氣中預熱20～30分鐘，然后將預熱的基底置于反應爐中，在氮氣的保護環(huán)境下加熱至900～1000℃，通入乙炔反應10～20分鐘，生長得到高度150～180μm的碳納米管陣列，堆疊至少兩個平行且垂直于基底生長的碳納米管陣列得到超順排碳納米管陣列；
（2）碳納米管薄膜的制備：在步驟（1）制備的超順排碳納米管陣列中選取寬度150～180μm的碳納米管束片段，沿基本垂直于碳納米管陣列生長方向進行拉伸，獲得連續(xù)的碳納米管薄膜；
（3）碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)的形成：選取兩片相同的銅片作為第一基層與第二基層，將至少一層碳納米管薄膜鋪設在基底的表面，形成自支撐的碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)，使用乙腈浸潤處理6～12分鐘；
（4）碳納米管陣列電容器的制備：選取防靜電無紡布作為隔膜層，在隔膜層的兩側(cè)分別放置鋪設有碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)的第一基層與第二基層，一起放入外殼中，注入氫氧化鉀溶液后封裝得到該碳納米管陣列電容器。
實施例5.
一種碳納米管陣列電容器的制備方法，包括如下步驟：
（1）超順排碳納米管陣列的制備：選取平整的磷型硅基底，在基底表面均勻涂布鐵材料的催化劑層，放置在650～750℃的空氣中預熱20～30分鐘，然后將預熱的基底置于反應爐中，在氮氣的保護環(huán)境下加熱至900～1000℃，通入乙炔反應10～20分鐘，生長得到高度150～180μm的碳納米管陣列，堆疊至少兩個平行且垂直于基底生長的碳納米管陣列得到超順排碳納米管陣列；
（2）碳納米管薄膜的制備：在步驟（1）制備的超順排碳納米管陣列中選取寬度150～180μm的碳納米管束片段，沿基本垂直于碳納米管陣列生長方向進行拉伸，獲得連續(xù)的碳納米管薄膜；
（3）碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)的形成：選取兩片相同的銅片作為第一基層與第二基層，將至少一層碳納米管薄膜鋪設在基底的表面，形成自支撐的碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)，使用甲醇浸潤處理6～12分鐘；
（4）碳納米管陣列電容器的制備：選取防靜電無紡布作為隔膜層，在隔膜層的兩側(cè)分別放置鋪設有碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)的第一基層與第二基層，一起放入外殼中，注入高氯酸鋰后封裝得到該碳納米管陣列電容器。
實施例6.
一種碳納米管陣列電容器的制備方法，包括如下步驟：
（1）超順排碳納米管陣列的制備：選取平整的磷型硅基底，在基底表面均勻涂布鎳材料的催化劑層，放置在650～750℃的空氣中預熱20～30分鐘，然后將預熱的基底置于反應爐中，在氮氣的保護環(huán)境下加熱至900～1000℃，通入乙炔反應10～20分鐘，生長得到高度150～180μm的碳納米管陣列，堆疊至少兩個平行且垂直于基底生長的碳納米管陣列得到超順排碳納米管陣列；
（2）碳納米管薄膜的制備：在步驟（1）制備的超順排碳納米管陣列中選取寬度150～180μm的碳納米管束片段，沿基本垂直于碳納米管陣列生長方向進行拉伸，獲得連續(xù)的碳納米管薄膜；
（3）碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)的形成：選取兩片相同的銅片作為第一基層與第二基層，將至少一層碳納米管薄膜鋪設在基底的表面，形成自支撐的碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)，使用乙醇浸潤處理6～12分鐘；
（4）碳納米管陣列電容器的制備：選取防靜電無紡布作為隔膜層，在隔膜層的兩側(cè)分別放置鋪設有碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)的第一基層與第二基層，一起放入外殼中，注入鹽酸水溶液后封裝得到該碳納米管陣列電容器。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。應當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進和潤飾，也應視為本發(fā)明的保護范圍。