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(jí)電容器具有功率密度大、循環(huán)壽命長(zhǎng)、綠色環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于各個(gè)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(jí)電容器的研究越來(lái)越受到人們關(guān)注。能量密度低是微型電容器的一個(gè)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(jí)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(jí)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(yáng)極氧化鈦薄膜制備TiO2納米管陣列的最佳條件，然后再通過(guò)化學(xué)沉積方法沉積氧化物材料（氧化鎳）測(cè)試其電容性能，主要研究?jī)?nèi)容包括以下三部分：
　　（1）探索研究了陽(yáng)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(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)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(yáng)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(yáng)極氧化條件后，又對(duì)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(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)后二氧化硅與鈦薄膜間的粘附性進(jìn)行了測(cè)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N(xiāo)iO/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(guò)干燥及熱處理得到NiO/TiO2。通過(guò)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(cè)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(cè)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