一种低阻抗电极的制备方法及低阻抗电极技术

本发明专利技术实施例提供一种低阻抗电极的制备方法及低阻抗电极，所述制备方法包括：敷有金属层的绝缘材料浸入到氧化石墨烯溶液，形成石墨烯层；所述石墨烯层上喷涂氧化石墨烯和碳纳米管的混合溶液，在所述混合溶液上再喷涂碳纳米管溶液；喷涂后的绝缘材料在退火炉中退火，以使所述石墨烯层的氧化石墨烯变成还原氧化石墨烯，得到低阻抗的电极。利用本发明专利技术实施例可减小集流层和活性层之间的接触势垒，从而减小电极的接触阻抗。

【技术实现步骤摘要】
一种低阻抗电极的制备方法及低阻抗电极
本专利技术实施例涉及微加工和电化学
，尤其涉及一种低阻抗电极的制备方法及低阻抗电极。
技术介绍
碳纳米管由于其一维结构、高导电性、高机械强度以及其组网后的天然多孔性，成为了一种十分有潜力的超级电容电极，常应用于柔性储能以及高速充放电的需求。然而，虽然碳纳米管本身具有较好的导电性能，其与通常在超级电容器中作为集流层的金属(如Au，Pt，Cr等)皆具有较大的接触电阻。碳纳米管分为半导体型与导体型，其中半导体型碳纳米管与金属间会形成肖特基势垒，等效而来一个巨大的接触阻抗；导体型虽然理论上与金属之间是欧姆接触，然而一方面由于其表面化学基团的影响，另一方面由于其与衬底之间是线接触，导致导体型碳纳米管与金属之间同样具有较大的接触电阻。根据目前的报道，基于碳纳米管的超级电容器，特别是微型超级电容器，其等效串联内阻几乎都大于10欧姆，这极大地限制了微型超级电容器的高速充放电能力。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术实施例提供一种低阻抗电极的制备方法及低阻抗电极。第一方面，本专利技术实施例提供一种低阻抗电极的制备方法，包括：敷有金属层的绝缘材料浸入到氧化石墨烯溶液，形成石墨烯层；所述石墨烯层上喷涂氧化石墨烯和碳纳米管的混合溶液，在所述混合溶液上再喷涂碳纳米管溶液；喷涂后的绝缘材料在退火炉中退火，以使所述石墨烯层的氧化石墨烯变成还原氧化石墨烯，得到低阻抗的电极。第二方面，本专利技术实施例提供一种低阻抗电极，包括：包括利用上述所述低阻抗电极的制备方法制得的电极。本专利技术实施例提供的低阻抗电极的制备方法及低阻抗电极，利用在集流层和活性层之间增加了一层石墨烯层，由此形成所述低阻抗电极，减小了集流层和活性层之间的接触势垒，减小了接触阻抗。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的低阻抗电极的制备方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例提供的利用石墨烯中间层以降低碳纳米管电极接触电阻的原理示意图；图3为本专利技术实施例提供的电极制备方法及原理示意图；图4a为本专利技术一实施例提供的低阻抗器件的照片；图4b为本专利技术一实施例提供的叉指电极正面SEM图；图4c为本专利技术又一实施例提供的碳纳米管层正面SEM图；图4d-4e为本专利技术实施例提供的自组装上的单层石墨烯SEM图；图4f为本专利技术实施例提供的整个电极的截面SEM图；图5为本专利技术一实施例提供的低阻抗电极的阻抗谱测试对比曲线图；图6为本专利技术一实施例提供的低阻抗电极的循环伏安测试对比图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1为本专利技术实施例提供的低阻抗电极的制备方法的流程示意图，如图1所示，所述方法包括：S101、敷有金属层的绝缘材料浸入到氧化石墨烯溶液，形成石墨烯层；S102、所述石墨烯层上喷涂氧化石墨烯和碳纳米管的混合溶液，在所述混合溶液上再喷涂碳纳米管溶液；S103、喷涂后的绝缘材料在退火炉中退火，以使所述石墨烯层的氧化石墨烯变成还原氧化石墨烯，得到低阻抗的电极。本专利技术实施例提供一种低阻抗电极的制备方法，本专利技术实施例主要是针对碳纳米管与金属衬底之间的阻抗，本专利技术实施例利用原本的碳纳米管与金属衬底之间存在较大的接触势垒，引入了石墨烯中间层后，原大势垒转化为了碳纳米管与石墨烯之间近乎为零的势垒，加之以石墨烯与金属之间较小的接触势垒。具体为：由于金属衬底浸入准备好的PDDA(聚二烯丙基二甲基氯化铵)溶液中，使得PDDA分子均匀组装在Au衬底表面，让Au表面能够均匀带正电，随后将Au叉指电极浸入去离子水中5分钟用以去除未附着上的PDDA分子，将表面已带正电的Au叉指电极浸入浸入到氧化石墨烯溶液，由于GO片层均匀带负电，而Au表面带正电，故而GO片层会由于静电吸附而自组装一层在Au衬底上。形成石墨烯层。用喷枪将氧化石墨烯和碳纳米管的混合溶液喷涂所述石墨烯层上，此步骤目的是增加表面的接触面积，进一步在所述混合溶液上再喷涂碳纳米管溶液，喷涂浓度以及喷涂量依据所需要的CNT厚度而定；在室温干燥后，喷涂后的绝缘材料在退火炉中退火，以使所述石墨烯层的氧化石墨烯变成还原氧化石墨烯，得到低阻抗的电极。本专利技术实施例提供的低阻抗电极的制备方法，利用在集流层和活性层之间增加了一层石墨烯层，由此形成所述低阻抗电极，减小了集流层和活性层之间的接触势垒，减小了接触阻抗。可选地，所述在敷有金属层的绝缘材料浸入到氧化石墨烯溶液，并取出清洗之前，还包括：在绝缘材料上敷一层光刻胶，连同带有图案的掩模板一起曝光，去除未固化的光刻胶；在所述掩模板上溅射金属层。可选地，所述在所述掩模板上溅射金属层，具体为：在所述掩模板上先溅射第一预设厚度的铬层，然后溅射第二预设厚度的金层。具体地，在上述实施例基础上，下面以一具体的例子进行说明：1)在洁净的硅片上均匀热氧化一层厚度为50-100nm的氧化硅层；2)在氧化硅层上甩一层厚度不低于1微米厚的光刻胶，连同掩模板一起曝光，曝光剂量依据光刻胶型号和厚度而定。随后使用对应显影液去除未固化部分的光刻胶，其中，光刻胶的型号及正负性依据所需厚度及掩模板而定；3)溅射5nm厚度的Cr层，然后溅射50nm厚度的Au层，使用氧等离子体处理五分钟，使得金层具有更好的亲水性；可选地，所述氧化石墨烯溶液的浓度为1g/L。可选地，所述氧化石墨烯和碳纳米管的混合溶液是将氧化石墨烯溶液和碳纳米管溶液按照1:1的比例进行混合的。在上述实施例的基础上，4)将溅射好Cr/Au层的硅片浸入0.01mol/L的PDDA(聚二烯丙基二甲基氯化铵)溶液中5分钟，随后将硅片取出浸入去离子水中5分钟，用以清洗掉未附着在Au表面的PDDA分子；5)将附着以PDDA的硅片浸入1g/L的GO(氧化石墨烯)溶液中5分钟，随后将硅片取出浸入去离子水中5分钟，用以清洗掉未附着在Au表面的GO；6)将1mLGO与CNT(碳纳米管)的混合溶液(1:1wt/wt)用喷枪喷涂在硅片，随后喷涂0.1g/L的均匀分散的CNT溶液，喷涂量依据所需碳纳米管电极的厚度而定；可选地，在所述喷涂后的绝缘材料在退火炉中退火之前还包括：将所述喷涂后的绝缘材料置于丙酮溶液中，去除残余光刻胶以及沉积在所述喷涂后的绝缘材料上的金属和碳纳米管，形成掩模板上图案的结构。可选地，所述掩模板上图案为叉指图案或圆环图案。7)将硅片置于丙酮溶液中，轻轻摇晃以去除残余光刻胶以及沉积在其上的金属和碳纳米管，以成掩模板上图案的结构；其中，掩模板上的图案可自行设定，在本专利技术实施例中优选为叉指图案或圆环图案。可选地，所述喷涂后的绝缘材料在退火炉中退火，采用的温度为900度。8)在室温下将硅片干燥，随后在退火炉中900度退火1分钟，用以将GO还原成r本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低阻抗电极的制备方法，其特征在于，包括：敷有金属层的绝缘材料浸入到氧化石墨烯溶液，形成石墨烯层；所述石墨烯层上喷涂氧化石墨烯和碳纳米管的混合溶液，在所述混合溶液上再喷涂碳纳米管溶液；喷涂后的绝缘材料在退火炉中退火，以使所述石墨烯层的氧化石墨烯变成还原氧化石墨烯，得到低阻抗的电极。

【技术特征摘要】
1.一种低阻抗电极的制备方法，其特征在于，包括：敷有金属层的绝缘材料浸入到氧化石墨烯溶液，形成石墨烯层；所述石墨烯层上喷涂氧化石墨烯和碳纳米管的混合溶液，在所述混合溶液上再喷涂碳纳米管溶液；喷涂后的绝缘材料在退火炉中退火，以使所述石墨烯层的氧化石墨烯变成还原氧化石墨烯，得到低阻抗的电极。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在敷有金属层的绝缘材料浸入到氧化石墨烯溶液，并取出清洗之前，还包括：在绝缘材料上敷一层光刻胶，连同带有图案的掩模板一起曝光，去除未固化的光刻胶；在所述掩模板上溅射金属层。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在所述掩模板上溅射金属层，具体为：在所述掩模板上先溅射第一预设厚度的铬层，然后溅射第二预设厚度的金层。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化石墨烯溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓红，徐思行，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11