多孔互连波纹状碳基网络(ICCN)复合材料制造技术

公开了一种多孔互连波纹状碳基网络(ICCN)复合材料及其制造方法。所述多孔ICCN复合材料由多个碳层构成，所述碳层彼此互连并且扩展分开以形成多个孔。金属纳米颗粒设置在所述多个孔内。在一个实施方案中，公开了一种用于产生所述多孔ICCN复合材料的仅基于曝光的方法。在另一个实施方案中，公开了一种用于产生所述多孔ICCN复合材料的曝光加电沉积方法。在另一个示例性实施方案中，公开了一种具有第一电极和第二电极的电容器，所述第二电极通过电介质与所述第一电极分离，其中所述第一电极和所述第二电极中的至少一个由所述多孔ICCN复合材料形成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多孔互连波纹状碳基网络(ICCN)复合材料相关申请本申请要求2014年11月18日提交的美国临时专利申请No.62/081,237的权益，其公开内容通过引用整体并入本文。
本公开涉及具有增加的能量密度和增加的功率密度的多孔互连波纹状碳基网络(ICCN)复合材料。
技术介绍
与常规存储介质(诸如，蓄电池和电容器)相比，电化学电容器提供显著的优点，提供比常规电容器显著更高的能量密度，并且表现出比蓄电池更高的功率和更长的循环寿命。电化学电容器可以分为两大类：双电层电容器(EDLC)和伪电容器。EDLC在电极与电解质之间的界面处存储静电电荷，其中电荷积聚在电极表面上。EDLC电极的最重要的属性是高表面积和高孔隙率，因为电荷积累量与暴露的表面积有关。碳材料(诸如，碳纳米管、二维一原子厚碳片和活性炭(AC))的最新进展已使得其用作EDLC中的活性材料。由于其非常高的表面积、优异的电导率和热导率、电化学稳定性以及机械性质，二维一原子厚碳片成为对于这样的应用而言最有吸引力的材料之一。虽然碳基EDLC可以提供高达550法拉/克的理论电容，但是对于许多实际应用而言达不到要求，在与电化学蓄电池相比时尤其如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔互连波纹状碳基网络(ICCN)复合材料，其包含：·多个碳层，其彼此互连并且扩展分开以形成多个孔；和·设置在所述多个孔内的金属纳米颗粒。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.18 US 62/081,2371.一种多孔互连波纹状碳基网络(ICCN)复合材料，其包含：·多个碳层，其彼此互连并且扩展分开以形成多个孔；和·设置在所述多个孔内的金属纳米颗粒。2.如权利要求1所述的多孔ICCN复合材料，其中所述多个孔的平均短轴直径的范围为约2纳米至约50纳米。3.如权利要求1所述的多孔ICCN复合材料，其中所述多个孔的平均短轴直径的范围为约50纳米至约500纳米。4.如权利要求1所述的多孔ICCN复合材料，其中所述金属纳米颗粒具有纳米花形状。5.如权利要求1所述的多孔ICCN复合材料，其中所述金属纳米颗粒是金属颗粒。6.如权利要求1所述的多孔ICCN复合材料，其中所述金属纳米颗粒是金属氧化物颗粒。7.如权利要求6所述的多孔ICCN复合材料，其中所述金属纳米颗粒是二氧化锰(MnO2)颗粒。8.如权利要求6所述的多孔ICCN复合材料，其中所述金属纳米颗粒是二氧化钌(RuO2)颗粒。9.如权利要求6所述的多孔ICCN复合材料，其中所述金属纳米颗粒是氧化钴(Co3O4)颗粒。10.如权利要求6所述的多孔ICCN复合材料，其中所述金属纳米颗粒是氧化镍(NiO)颗粒。11.如权利要求6所述的多孔ICCN复合材料，其中所述金属纳米颗粒是氧化铁(Fe2O3)颗粒。12.如权利要求6所述的多孔ICCN复合材料，其中所述金属纳米颗粒是氧化铜(CuO)颗粒。13.如权利要求6所述的多孔ICCN复合材料，其中所述金属纳米颗粒是三氧化钼(MoO3)颗粒。14.如权利要求6所述的多孔ICCN复合材料，其中所述金属纳米颗粒是五氧化二钒(V2O5)颗粒。15.如权利要求6所述的多孔ICCN复合材料，其中所述金属纳米颗粒是氢氧化镍(Ni(OH)2)颗粒。16.如权利要求1所述的多孔ICCN复合材料，其中所述多个碳层的电导率大于约0.1西门子/米。17.如权利要求1所述的多孔ICCN复合材料，其中所述多孔ICCN复合材料具有在约900西门子/米至约1750西门子/米的范围内的电导率。18.如权利要求1所述的多孔ICCN复合材料，其中所述多个碳层的每单位质量的总表面积为至少1500平方米/克。19.如权利要求1所述的多孔ICCN复合材料，其中所述金属纳米颗粒在所述多个碳层上的表面积覆盖百分比的范围为约10％至约95％。20.如权利要求1所述的多孔ICCN复合材料，其中所述多孔ICCN复合材料提供在约2瓦时/升至约41瓦时/升的范围内的能量密度。21.一种产生多孔ICCN复合材料的方法，其包括：·提供包含金属前体和碳基氧化物的混合物的膜；和·将至少一部分所述膜曝光以形成多孔互连波纹状碳基网络(ICCN)复合材料，所述复合材料包含：·多个碳层，其彼此互连并且扩展分开以形成多个孔；和·金属纳米颗粒，其设置在所述多个孔内，其中光将所述金属前体转化为所述金属纳米颗粒。22.如权利要求21所述的产生多孔ICCN复合材料的方法，其中提供由所述金属前体和所述碳基氧化物的混合物制成的所述膜包括：·提供包含液体、所述金属前体和所述碳基氧化物的溶液；·将具有所述液体、所述金属前体和所述碳基氧化物的所述溶液置于基底上；和·从所述溶液中蒸发所述液体以形成所述膜。23.如权利要求21所述的产生多孔ICCN复合材料的方法，其中所述碳基氧化物是氧化石墨。24.如权利要求21所述的产生多孔ICCN复合材料的方法，其中所述金属纳米颗粒是氧化钌(RuO2)颗粒。25.如权利要求21所述的产生多孔ICCN复合材料的方法，其中所述金属纳米颗粒是氧化钴(Co3O4)颗粒。26.如权利要求21所述的产生多孔ICCN复合材料的方法，其中所述金属纳米颗粒是氧化镍(NiO)颗粒。27.如权利要求21所述的产生多孔ICCN复合材料的方法，其中所述金属纳米颗粒是五氧化二钒(V2O5)颗粒。28.如权利要求21所述的产生多孔ICCN复合材料的方法，其中所述金属纳米颗粒是氧化铁(Fe2O3)颗粒。29.如权利要求21所述的产生多孔ICCN复合材料的方法，其中所述金属纳米颗粒是氧化铜(CuO)颗粒。30.如权利要求21所述的产生多孔ICCN复合材料的方法，其中所述金属纳米颗粒是三氧化钼(MoO3)颗粒。31.如权利要求21所述的多孔ICCN复合材料，其中所述多个碳层的电导率大于约0.1西门子/米。32.如权利要求21所述的多孔ICCN复合材料，其中所述多孔ICCN复合材料具有在约900西门子/米至约1750西门子/米的范围内的电导率。33.一种电容器，其包括：·第一电极；·电介质；·第二电极，其通过所述电介质与所述第一电极分离，其中所述第一电极和所述第二电极中的至少一个由多孔互连波纹状碳基网络(ICCN)复合材料形成，所述复合材料包含：·多个碳层，其彼此互连并且扩展分开以形成多个孔；和·设置在所述多个孔内的金属纳米颗粒。34.如权利要求33所述的多孔ICCN复合材料，其中所述多个孔的平均短轴直径的范围为约2纳米至约550纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：马希尔·F·埃尔卡迪，理查德·B·卡纳，黄智娟，
申请(专利权)人：加利福尼亚大学董事会，
类型：发明
国别省市：美国,US