硅基二氧化鈦納米管陣列的制備及其超電容性能研究.pdf

1、超級電容器具有功率密度大、循環(huán)壽命長、綠色環(huán)保等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。隨著信息技術(shù)的進(jìn)步，高端電子設(shè)備朝小型化方向發(fā)展，要求為其供能的設(shè)備體積小，功率密度大，因此微型MEMS超級電容器的研究越來越受到人們關(guān)注。能量密度低是微型電容器的一個缺陷，限制了其在實(shí)際中的應(yīng)用。所以提高微型電容器的能量密度成為該領(lǐng)域的重要研究方向。本文探索研究在硅片上制備可集成化的MEMS超級電容器電極復(fù)合材料，以具有高比表面積的二氧化鈦納米管陣列作為電極結(jié)構(gòu)

2、，然后搭載贗電容活性材料制備MEMS超級電容器。因此本文的研究思路為首先探索和尋找在硅基底上陽極氧化鈦薄膜制備TiO2納米管陣列的最佳條件，然后再通過化學(xué)沉積方法沉積氧化物材料（氧化鎳）測試其電容性能，主要研究內(nèi)容包括以下三部分：
　　（1）探索研究了陽極氧化鈦薄膜實(shí)驗(yàn)中氧化電壓、電解液濃度等關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)條件的參數(shù)，通過實(shí)驗(yàn)對比，得出低電壓0.5 V以及低濃度0.05 wt％HF溶液更適合鈦薄膜的陽極氧化，實(shí)現(xiàn)了在硅基底上制備結(jié)構(gòu)緊密

3、有序的TiO2納米管陣列。確定陽極氧化條件后，又對氧化電壓施加方式進(jìn)行了優(yōu)化，在施加10 V電壓20 s，然后施加0.5 V電壓25 min條件下，硅基底上制備得到管徑為100~270 nm結(jié)構(gòu)緊密有序的TiO2納米管陣列。同時對實(shí)驗(yàn)后二氧化硅與鈦薄膜間的粘附性進(jìn)行了測試，確保納米管陣列在硅基底上的成功制備。
　?。?）采用化學(xué)合成方法在TiO2納米管陣列上沉積NiO材料，制備NiO/TiO2微電極材料并研究其電容性能。首先利用化

4、學(xué)鍍鎳的方法在納米管上沉積金屬鎳，然后通過干燥及熱處理得到NiO/TiO2。通過SEM圖可看到沉積NiO材料后，納米管的管壁厚度增加，納米管表面覆蓋有大面積的NiO顆粒。在電容性能測試中，CV圖中出現(xiàn)明顯的氧化峰和還原峰，證實(shí)了NiO的贗電容特性，在電流密度為0.01 mA·cm-2的條件下，計(jì)算出復(fù)合材料的比電容量為370 uF·cm-2，測得1000次循環(huán)后樣品的比電容量為初始電容量的81%。
　?。?）為了能夠有效增大MEM