一種高比電容石墨烯超級(jí)電容器電極材料的制備方法
【專利摘要】一種高比電容石墨烯超級(jí)電容器電極材料的制備方法，本發(fā)明涉及石墨烯超級(jí)電容器電極材料的制備方法。本發(fā)明要解決現(xiàn)有石墨烯制備方法中，溫度過(guò)高可能會(huì)引起石墨烯結(jié)構(gòu)性質(zhì)的變化和石墨烯褶皺的形成，阻礙了電荷的傳輸，使電荷湮滅幾率增大，且由于石墨烯的疏水性，使石墨烯與電解液之間不能很好地潤(rùn)濕，導(dǎo)致電荷傳導(dǎo)和存儲(chǔ)的有效面積大大降低的問(wèn)題。方法：將基底材料置于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中，通入氬氣，調(diào)節(jié)壓強(qiáng)并升溫，通入碳源氣體，進(jìn)行沉積，沉積結(jié)束后，停止通入碳源氣體，進(jìn)行射頻等離子體刻蝕，射頻等離子體刻蝕結(jié)束后，冷卻至室溫。本發(fā)明用于一種高比電容石墨烯超級(jí)電容器電極材料的制備。
【專利說(shuō)明】一種高比電容石墨烯超級(jí)電容器電極材料的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及石墨烯超級(jí)電容器電極材料的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著信息化時(shí)代的到來(lái)，人們對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備有了更高的要求。超級(jí)電容器具有目前應(yīng)用廣泛的鋰電池?zé)o法比擬的優(yōu)勢(shì):功率密度高，充放電速率快，循環(huán)壽命達(dá)萬(wàn)次以上，工作溫度范圍寬等。因此，超級(jí)電容器目前在汽車、消費(fèi)性電子產(chǎn)品等行業(yè)已得到了廣泛的應(yīng)用。如何提高超級(jí)電容器的能量密度，高性能電極材料的開(kāi)發(fā)是關(guān)鍵技術(shù)之一。目前，碳納米材料由于具有良好的電學(xué)和機(jī)械性能、抗腐蝕性、化學(xué)及高溫穩(wěn)定性等諸多優(yōu)勢(shì)，是超級(jí)電容器理想的電極材料之一。使用石墨烯制造超級(jí)電容器，可以很好的解決其他碳材料比表面小、導(dǎo)電性差、比容量小等問(wèn)題，比目前所有的超級(jí)電容器的能量存儲(chǔ)密度都高。
[0003]然而，在傳統(tǒng)石墨烯制備方法中，溫度過(guò)高可能會(huì)引起石墨烯結(jié)構(gòu)性質(zhì)的變化和石墨烯褶皺的形成，最主要的是無(wú)法控制石墨烯的層數(shù)，易發(fā)生堆疊。大量堆疊的石墨烯不僅阻礙了電荷的傳輸，使電荷湮滅幾率增大，也導(dǎo)致電荷傳導(dǎo)和存儲(chǔ)的有效面積大大降低。同時(shí)，由于石墨烯的疏水本質(zhì)，使石墨烯與電解液之間不能很好地潤(rùn)濕，進(jìn)一步降低電荷傳導(dǎo)和存儲(chǔ)的有效面積。因此，石墨烯超級(jí)電容器電極材料一般性能較低，無(wú)法滿足實(shí)際需求。然而，盡管采用一系列防止堆疊的方式來(lái)保證石墨烯的高表面，但通常效果不佳。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決現(xiàn)有石墨烯制備方法中，溫度過(guò)高可能會(huì)引起石墨烯結(jié)構(gòu)性質(zhì)的變化和石墨烯褶皺的形成，阻礙了電荷的傳輸，使電荷湮滅幾率增大，且由于石墨烯的疏水性，使石墨烯與電解液之間不能很好地潤(rùn)濕，導(dǎo)致電荷傳導(dǎo)和存儲(chǔ)的有效面積大大降低的問(wèn)題，而提供一種高比電容石墨烯超級(jí)電容器電極材料的制備方法。
[0005]一種高比電容石墨烯超級(jí)電容器電極材料的制備方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0006]一、將基底材料置于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中，抽真空至壓強(qiáng)為5Pa以下，以氣體流量為1sccm?50sccm通入氬氣，調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為10Pa?300Pa，并在壓強(qiáng)為10Pa?300Pa和氬氣氣氛下，以升溫速率為30°C /min將溫度升溫至為700°C?900°C ；
[0007]二、通入碳源氣體，調(diào)節(jié)碳源氣體的氣體流量為5sccm?35sccm、lS氣的氣體流量為SOsccm，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為200Pa?lOOOPa，然后在沉積系統(tǒng)射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為150W?250W、壓強(qiáng)為200Pa?100Pa和溫度為700°C?900°C的條件下進(jìn)行沉積，沉積時(shí)間為40min?80min ；
[0008]三、沉積結(jié)束后，停止通入碳源氣體，抽真空至壓強(qiáng)為5Pa以下，繼續(xù)通入氬氣，調(diào)節(jié)IS氣的氣體流量為1sccm?50sccm,并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為10Pa?300Pa，然后在沉積系統(tǒng)射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為50W?200W、壓強(qiáng)為10Pa?300Pa和溫度為700°C?900°C的條件下進(jìn)行射頻等離子體刻蝕，射頻時(shí)間為1s?300s ；
[0009]四、射頻等離子體刻蝕結(jié)束后，關(guān)閉射頻電源和加熱電源，繼續(xù)以氣體流量為1sccm?50sccm通入気氣,在気氣氣氛下從溫度為700°C?900°C冷卻至室溫，即得到高比電容石墨烯超級(jí)電容器電極材料。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:1、本發(fā)明利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法，在襯底材料上沉積出少層石墨烯，基底鉬薄膜不僅具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能，可直接用作集電體使用，而且在化學(xué)氣相沉積過(guò)程中所形成的獨(dú)特三維結(jié)構(gòu)有效地增加了比表面積。
[0011]2、本發(fā)明引入了等離子體的反應(yīng)增強(qiáng)和刻蝕作用，不僅避免了利用高溫來(lái)熱解碳源氣體，而且極大地提高了碳源氣體的分解效率?；撞牧显诔练e前預(yù)退火處理形成的獨(dú)特三維結(jié)構(gòu)有效地增加了比表面積。用等離子體氣相沉積法制備的石墨烯直接垂直生長(zhǎng)在基底表面，不僅不會(huì)發(fā)生堆疊現(xiàn)象，而且與表面結(jié)合很好。豎直生長(zhǎng)的石墨烯參與電荷儲(chǔ)存的邊緣平面可以直接接觸，減少電荷存儲(chǔ)的再分配，從而增加儲(chǔ)存能力和減小電荷湮滅幾率；開(kāi)放性的結(jié)構(gòu)使材料的多孔效應(yīng)大為降低，減小離子阻力；石墨烯不光本身導(dǎo)電性能好，而且可以在導(dǎo)電性能優(yōu)異的材料表面生長(zhǎng)，減小了電子阻力。通過(guò)利用氬離子刻蝕后的原位垂直生長(zhǎng)的石墨烯，在垂直生長(zhǎng)石墨烯表面引入大量缺陷，顯著地改善了石墨烯與電解液之間的潤(rùn)濕性，進(jìn)而提升超級(jí)電容器的電化學(xué)性能。
[0012]3、本發(fā)明方法簡(jiǎn)單，高效，低成本，便于工業(yè)化生產(chǎn)，制備得到的石墨烯質(zhì)量高，在微納米電子器件、太陽(yáng)能電池電極、光電轉(zhuǎn)換器、透明導(dǎo)電薄膜等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前旦
-5^ O
[0013]本發(fā)明用于一種高比電容石墨烯超級(jí)電容器電極材料的制備方法。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為實(shí)施例一制備氬等離子體刻蝕前石墨烯的掃描電鏡圖片；
[0015]圖2為實(shí)施例一制備氬等離子體刻蝕后高比電容石墨烯的掃描電鏡圖片；
[0016]圖3為實(shí)施例一制備高比電容石墨烯的拉曼光譜；1為D峰，2為G峰，3為2D峰；
[0017]圖4為實(shí)施例一制備高比電容石墨烯的透射電鏡圖片；
[0018]圖5為實(shí)施例一制備高比電容石墨烯材料作為電極材料的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果，I為掃速50mV/s ；2為掃速20mV/s ；3為掃速10mV/s ；4為掃速5mV/s ；5為掃速2mV/s。

【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉的【具體實(shí)施方式】，還包括各【具體實(shí)施方式】之間的任意組合。
[0020]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式所述的一種高比電容石墨烯超級(jí)電容器電極材料的制備方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0021]一、將基底材料置于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中，抽真空至壓強(qiáng)為5Pa以下，以氣體流量為1sccm?50sccm通入氬氣，調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為10Pa?300Pa，并在壓強(qiáng)為10Pa?300Pa和氬氣氣氛下，以升溫速率為30°C /min將溫度升溫至為700°C?900°C ；
[0022]二、通入碳源氣體,調(diào)節(jié)碳源氣體的氣體流量為5sccm?35sccm、lS氣的氣體流量為SOsccm，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為200Pa?lOOOPa，然后在沉積系統(tǒng)射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為150W?250W、壓強(qiáng)為200Pa?100Pa和溫度為700°C?900°C的條件下進(jìn)行沉積，沉積時(shí)間為40min?80min ；
[0023]三、沉積結(jié)束后，停止通入碳源氣體，抽真空至壓強(qiáng)為5Pa以下，繼續(xù)通入氬氣，調(diào)節(jié)IS氣的氣體流量為1sccm?50sccm,并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為10Pa?300Pa，然后在沉積系統(tǒng)射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為50W?200W、壓強(qiáng)為10Pa?300Pa和溫度為700°C?900°C的條件下進(jìn)行射頻等離子體刻蝕，射頻時(shí)間為1s?300s ；
[0024]四、射頻等離子體刻蝕結(jié)束后，關(guān)閉射頻電源和加熱電源，繼續(xù)以氣體流量為1sccm?50sccm通入気氣,在気氣氣氛下從溫度為700°C?900°C冷卻至室溫，即得到高比電容石墨烯超級(jí)電容器電極材料。
[0025]本實(shí)施方式的有益效果是:1、本實(shí)施方式利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法，在襯底材料上沉積出少層石墨烯，基底鉬薄膜不僅具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能，可直接用作集電體使用，而且在化學(xué)氣相沉積過(guò)程中所形成的獨(dú)特三維結(jié)構(gòu)有效地增加了比表面積。
[0026]2、本實(shí)施方式引入了等離子體的反應(yīng)增強(qiáng)和刻蝕作用，不僅避免了利用高溫來(lái)熱解碳源氣體，而且極大地提高了碳源氣體的分解效率?；撞牧显诔练e前預(yù)退火處理形成的獨(dú)特三維結(jié)構(gòu)有效地增加了比表面積。用等離子體氣相沉積法制備的石墨烯直接垂直生長(zhǎng)在基底表面，不僅不會(huì)發(fā)生堆疊現(xiàn)象，而且與表面結(jié)合很好。豎直生長(zhǎng)的石墨烯參與電荷儲(chǔ)存的邊緣平面可以直接接觸，減少電荷存儲(chǔ)的再分配，從而增加儲(chǔ)存能力和減小電荷湮滅幾率；開(kāi)放性的結(jié)構(gòu)使材料的多孔效應(yīng)大為降低，減小離子阻力；石墨烯不光本身導(dǎo)電性能好，而且可以在導(dǎo)電性能優(yōu)異的材料表面生長(zhǎng)，減小了電子阻力。通過(guò)利用氬離子刻蝕后的原位垂直生長(zhǎng)的石墨烯，在垂直生長(zhǎng)石墨烯表面引入大量缺陷，顯著地改善了石墨烯與電解液之間的潤(rùn)濕性，進(jìn)而提升超級(jí)電容器的電化學(xué)性能。
[0027]3、本實(shí)施方式方法簡(jiǎn)單，高效，低成本，便于工業(yè)化生產(chǎn)，制備得到的石墨烯質(zhì)量高，在微納米電子器件、太陽(yáng)能電池電極、光電轉(zhuǎn)換器、透明導(dǎo)電薄膜等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
[0028]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:步驟一中所述的基底材料為鉬硅襯底材料，鉬硅襯底材料中鉬厚度為10nm?500nm。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0029]本【具體實(shí)施方式】所述的基底材料可作為超級(jí)電容器的集電體使用。
[0030]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二之一不同的是:步驟二中所述的碳源氣體為甲烷。其它與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0031]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三之一不同的是:步驟一中在壓強(qiáng)為10Pa?300Pa和氬氣氣氛下，以升溫速率為30°C /min將溫度升溫至為800°C。其它與【具體實(shí)施方式】一至三相同。
[0032]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至四之一不同的是:步驟二中調(diào)節(jié)碳源氣體的氣體流量為20sccm、lS氣的氣體流量為80sccm。其它與【具體實(shí)施方式】一至四相同。
[0033]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至五之一不同的是:步驟二中調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為600Pa，然后在沉積系統(tǒng)射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為200W、壓強(qiáng)為600Pa和溫度為800°C的條件下進(jìn)行沉積，沉積時(shí)間為60min。其它與【具體實(shí)施方式】一至五相同。
[0034]采用以下實(shí)施例驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果:
[0035]實(shí)施例一:
[0036]本實(shí)施例所述的一種高比電容石墨烯超級(jí)電容器電極材料的制備方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0037]—、將基底材料置于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中，抽真空至壓強(qiáng)為5Pa以下，以氣體流量為40sCCm通入氬氣，調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為200Pa，并在壓強(qiáng)為200Pa和氬氣氣氛下，以升溫速率為30°C /min將溫度升溫至為800°C ；
[0038]二、通入碳源氣體，調(diào)節(jié)碳源氣體的氣體流量為20sccm、氬氣的氣體流量為SOsccm，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為600Pa，然后在沉積系統(tǒng)射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為200W、壓強(qiáng)為600Pa和溫度為800°C的條件下進(jìn)行沉積，沉積時(shí)間為60min ；
[0039]三、沉積結(jié)束后，停止通入碳源氣體，抽真空至壓強(qiáng)為5Pa以下，然后通入氬氣，調(diào)節(jié)氬氣的氣體流量為40sCCm，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為200Pa，然后在沉積系統(tǒng)射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為100W、壓強(qiáng)為200Pa和溫度為800°C的條件下進(jìn)行射頻等離子體刻蝕，射頻時(shí)間為30s ；
[0040]四、射頻等離子體刻蝕結(jié)束后，關(guān)閉射頻電源和加熱電源，繼續(xù)以氣體流量為40sCCm通入氬氣，在氬氣氣氛下從溫度為800°C冷卻至室溫，即得到高比電容石墨烯超級(jí)電容器電極材料。
[0041]步驟一中所述基底材料為鉬硅襯底材料，鉬硅襯底材料中鉬厚度為200nm。
[0042]步驟二中所述的碳源氣體為甲烷。
[0043]圖1為實(shí)施例一制備氬等離子體刻蝕前石墨烯的掃描電鏡圖片；圖2為實(shí)施例一制備氬等離子體刻蝕后高比電容石墨烯的掃描電鏡圖片；從掃描電鏡圖片可看出，在氬離子刻蝕前后，石墨烯的形貌無(wú)顯著變化，片層狀的石墨烯均勻垂直生長(zhǎng)在鉬基底上。
[0044]圖3為實(shí)施例一制備高比電容石墨烯的拉曼光譜；1為D峰，2為G峰，3為2D峰；通過(guò)拉曼光譜中D，G，2D峰的位置以及相對(duì)的峰強(qiáng)比值，可以說(shuō)明刻蝕前獲得的碳納米材料質(zhì)量好，缺陷較少，且為少層石墨烯，刻蝕后的石墨烯仍為少層石墨烯，但是表面缺陷卻大量增加。
[0045]圖4為實(shí)施例一制備高比電容石墨烯的透射電鏡圖片；由圖可知石墨烯的層數(shù)很少,且為垂直生長(zhǎng)。
[0046]圖5為實(shí)施例一制備高比電容石墨烯材料作為電極材料的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果，I為掃速50mV/s ；2為掃速20mV/s ；3為掃速10mV/s ；4為掃速5mV/s ；5為掃速2mV/s。利用電化學(xué)工作站測(cè)試，在掃描速率為50mV/s、20mV/s、10mV/s、5mV/s和2mV/s時(shí)比電容分別為614 μ F/cm、685 μ F/cm2、770 μ F/cm2、864 μ F/cm2 和 1093 μ F/cm2。
[0047]由以上可知，本實(shí)施例引入了等離子體的反應(yīng)增強(qiáng)和刻蝕作用，不僅避免了利用高溫來(lái)熱解碳源氣體，而且極大地提高了碳源氣體的分解效率?；撞牧显诔练e前預(yù)退火處理形成的獨(dú)特三維結(jié)構(gòu)有效地增加了比表面積。用等離子體氣相沉積法制備的石墨烯直接垂直生長(zhǎng)在基底表面，不僅不會(huì)發(fā)生堆疊現(xiàn)象，而且與表面結(jié)合很好。豎直生長(zhǎng)的石墨烯參與電荷儲(chǔ)存的邊緣平面可以直接接觸，減少電荷存儲(chǔ)的再分配，從而增加儲(chǔ)存能力和減小電荷湮滅幾率；開(kāi)放性的結(jié)構(gòu)使材料的多孔效應(yīng)大為降低，減小離子阻力；石墨烯不光本身導(dǎo)電性能好，而且可以在導(dǎo)電性能優(yōu)異的材料表面生長(zhǎng)，減小了電子阻力。通過(guò)利用氬離子刻蝕后的原位垂直生長(zhǎng)的石墨烯，在垂直生長(zhǎng)石墨烯表面引入大量缺陷，顯著地改善了石墨烯與電解液之間的潤(rùn)濕性，進(jìn)而提升超級(jí)電容器的電化學(xué)性能。
[0048]實(shí)施例二:
[0049]本實(shí)施例所述的一種高比電容石墨烯超級(jí)電容器電極材料的制備方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0050]一、將基底材料置于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中，抽真空至壓強(qiáng)為5Pa以下，以氣體流量為40sCCm通入氬氣，調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為200Pa，并在壓強(qiáng)為200Pa和氬氣氣氛下，以升溫速率為30°C /min將溫度升溫至為800°C ；
[0051]二、通入碳源氣體，調(diào)節(jié)碳源氣體的氣體流量為20sccm、氬氣的氣體流量為SOsccm，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為600Pa，然后在沉積系統(tǒng)射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為200W、壓強(qiáng)為600Pa和溫度為800°C的條件下進(jìn)行沉積，沉積時(shí)間為60min ；
[0052]三、沉積結(jié)束后，停止通入碳源氣體，抽真空至壓強(qiáng)為5Pa以下，然后通入氬氣，調(diào)節(jié)氬氣的氣體流量為40sCCm，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為200Pa，然后在沉積系統(tǒng)射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為100W、壓強(qiáng)為200Pa和溫度為800°C的條件下進(jìn)行射頻等離子體刻蝕，射頻時(shí)間為1s ；
[0053]四、射頻等離子體刻蝕結(jié)束后，關(guān)閉射頻電源和加熱電源，繼續(xù)以氣體流量為40sCCm通入氬氣，在氬氣氣氛下從溫度為800°C冷卻至室溫，即得到高比電容石墨烯超級(jí)電容器電極材料。
[0054]步驟一中所述的基底材料為鉬硅襯底材料，鉬硅襯底材料中鉬厚度為200nm。
[0055]步驟二中所述的碳源氣體為甲烷。
[0056]實(shí)施例二制備高比電容石墨烯材料作為電極材料的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果，利用電化學(xué)工作站測(cè)試在掃描速率為50mV/s、20mV/s、10mV/s、5mV/s和2mV/s時(shí)比電容分別為473 μ F/cm2>544 μ F/cm2>608 μ F/cm2>693 μ F/cm2 和 774 μ F/cm2。
[0057]實(shí)施例三:
[0058]本實(shí)施例所述的一種高比電容石墨烯超級(jí)電容器電極材料的制備方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0059]一、將基底材料置于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中，抽真空至壓強(qiáng)為5Pa以下，以氣體流量為40sCCm通入氬氣，調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為200Pa，并在壓強(qiáng)為200Pa和氬氣氣氛下，以升溫速率為30°C /min將溫度升溫至為800°C ；
[0060]二、通入碳源氣體，調(diào)節(jié)碳源氣體的氣體流量為20sCCm、氬氣的氣體流量為SOsccm，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為600Pa，然后在沉積系統(tǒng)射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為200W、壓強(qiáng)為600Pa和溫度為800°C的條件下進(jìn)行沉積，沉積時(shí)間為60min ；
[0061]三、沉積結(jié)束后，停止通入碳源氣體，抽真空至壓強(qiáng)為5Pa以下，然后通入氬氣，調(diào)節(jié)氬氣的氣體流量為40sCCm，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為200Pa，然后在沉積系統(tǒng)射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為100W、壓強(qiáng)為200Pa和溫度為800°C的條件下進(jìn)行射頻等離子體刻蝕，射頻時(shí)間為60s ；
[0062]四、射頻等離子體刻蝕結(jié)束后，關(guān)閉射頻電源和加熱電源，繼續(xù)以氣體流量為40sCCm通入氬氣，在氬氣氣氛下從溫度為800°C冷卻至室溫，即得到高比電容石墨烯超級(jí)電容器電極材料。
[0063]步驟一中所述基底材料為鉬硅襯底材料，鉬硅襯底材料中鉬厚度為200nm。
[0064]步驟二中所述的碳源氣體為甲烷。
[0065]實(shí)施例三制備高比電容石墨烯材料作為電極材料的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果，利用電化學(xué)工作站測(cè)試在掃描速率為50mV/s、20mV/s、10mV/s、5mV/s和2mV/s時(shí)比電容分別為574 μ F/cm2、622 μ F/cm2>695 μ F/cm2>814 μ F/cm2 和 934 μ F/cm2。
[0066]實(shí)施例四:
[0067]本實(shí)施例所述的一種高比電容石墨烯超級(jí)電容器電極材料的制備方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0068]一、將基底材料置于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中，抽真空至壓強(qiáng)為5Pa以下，以氣體流量為40sCCm通入氬氣，調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為200Pa，并在壓強(qiáng)為200Pa和氬氣氣氛下，以升溫速率為30°C /min將溫度升溫至為800°C ；
[0069]二、通入碳源氣體，調(diào)節(jié)碳源氣體的氣體流量為20sccm、氬氣的氣體流量為SOsccm，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為600Pa，然后在沉積系統(tǒng)射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為200W、壓強(qiáng)為600Pa和溫度為800°C的條件下進(jìn)行沉積，沉積時(shí)間為60min ；
[0070]三、沉積結(jié)束后，停止通入碳源氣體，抽真空至壓強(qiáng)為5Pa以下，然后通入氬氣，調(diào)節(jié)氬氣的氣體流量為40sCCm，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為200Pa，然后在沉積系統(tǒng)射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為100W、壓強(qiáng)為200Pa和溫度為800°C的條件下進(jìn)行射頻等離子體刻蝕，射頻時(shí)間為120s ；
[0071]四、射頻等離子體刻蝕結(jié)束后，關(guān)閉射頻電源和加熱電源，繼續(xù)以氣體流量為40sCCm通入氬氣，在氬氣氣氛下從溫度為800°C冷卻至室溫，即得到高比電容石墨烯超級(jí)電容器電極材料。
[0072]步驟一中所述基底材料為鉬硅襯底材料，鉬硅襯底材料中鉬厚度為200nm。
[0073]步驟二中所述的碳源氣體為甲烷。
[0074]實(shí)施例四制備高比電容石墨烯材料作為電極材料的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果，利用電化學(xué)工作站測(cè)試在掃描速率為50mV/s、20mV/s、10mV/s、5mV/s和2mV/s時(shí)比電容分別為455 μ F/cm2,561 μ F/cm2,630 μ F/cm2,720 μ F/cm2 和 819 μ F/cm2。
[0075]實(shí)施例五:
[0076]本實(shí)施例所述的一種高比電容石墨烯超級(jí)電容器電極材料的制備方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0077]一、將基底材料置于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中，抽真空至壓強(qiáng)為5Pa以下，以氣體流量為40sCCm通入氬氣，調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為200Pa，并在壓強(qiáng)為200Pa和氬氣氣氛下，以升溫速率為30°C /min將溫度升溫至為800°C ；
[0078]二、通入碳源氣體，調(diào)節(jié)碳源氣體的氣體流量為20sccm、氬氣的氣體流量為SOsccm，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為600Pa，然后在沉積系統(tǒng)射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為200W、壓強(qiáng)為600Pa和溫度為800°C的條件下進(jìn)行沉積，沉積時(shí)間為60min ；
[0079]三、沉積結(jié)束后，停止通入碳源氣體，抽真空至壓強(qiáng)為5Pa以下，然后通入氬氣，調(diào)節(jié)氬氣的氣體流量為40sCCm，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為200Pa，然后在沉積系統(tǒng)射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為100W、壓強(qiáng)為200Pa和溫度為800°C的條件下進(jìn)行射頻等離子體刻蝕，射頻時(shí)間為300s ；
[0080]四、射頻等離子體刻蝕結(jié)束后，關(guān)閉射頻電源和加熱電源，繼續(xù)以氣體流量為40sCCm通入氬氣，在氬氣氣氛下從溫度為800°C冷卻至室溫，即得到高比電容石墨烯超級(jí)電容器電極材料。
[0081]步驟一中所述基底材料為鉬硅襯底材料，鉬硅襯底材料中鉬厚度為200nm。
[0082]步驟二中所述的碳源氣體為甲烷。
[0083]實(shí)施例五制備高比電容石墨烯材料作為電極材料的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果，利用電化學(xué)工作站測(cè)試在掃描速率為50mV/s、20mV/s、10mV/s、5mV/s和2mV/s時(shí)比電容分別為289 μ F/cm2、401 μ F/cm2、496 μ F/cm2、587 μ F/cm2 和 663 μ F/cm2。
[0084]實(shí)施例六:
[0085]本實(shí)施例所述的一種高比電容石墨烯超級(jí)電容器電極材料的制備方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0086]一、將基底材料置于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中，抽真空至壓強(qiáng)為5Pa以下，以氣體流量為40sCCm通入氬氣，調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為200Pa，并在壓強(qiáng)為200Pa和氬氣氣氛下，以升溫速率為30°C /min將溫度升溫至為800°C ；
[0087]二、通入碳源氣體，調(diào)節(jié)碳源氣體的氣體流量為20sccm、氬氣的氣體流量為SOsccm，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為600Pa，然后在沉積系統(tǒng)射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為200W、壓強(qiáng)為600Pa和溫度為800°C的條件下進(jìn)行沉積，沉積時(shí)間為60min ；
[0088]三、沉積結(jié)束后，停止通入碳源氣體，抽真空至壓強(qiáng)為5Pa以下，然后通入氬氣，調(diào)節(jié)氬氣的氣體流量為40sCCm，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為200Pa，然后在沉積系統(tǒng)射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為50W、壓強(qiáng)為200Pa和溫度為800°C的條件下進(jìn)行射頻等離子體刻蝕，射頻時(shí)間為30s ；
[0089]四、射頻等離子體刻蝕結(jié)束后，關(guān)閉射頻電源和加熱電源，繼續(xù)以氣體流量為40sCCm通入氬氣，在氬氣氣氛下從溫度為800°C冷卻至室溫，即得到高比電容石墨烯超級(jí)電容器電極材料。
[0090]步驟一中所述基底材料為鉬硅襯底材料，鉬硅襯底材料中鉬厚度為200nm。
[0091]步驟二中所述的碳源氣體為甲烷。
[0092]實(shí)施例六制備高比電容石墨烯材料作為電極材料的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果，利用電化學(xué)工作站測(cè)試在掃描速率為50mV/s、20mV/s、10mV/s、5mV/s和2mV/s時(shí)比電容分別為543 μ F/cm2、608 μ F/cm2、669 μ F/cm2、745 μ F/cm2 和 820 μ F/cm2。
[0093]實(shí)施例七:
[0094]本實(shí)施例所述的一種高比電容石墨烯超級(jí)電容器電極材料的制備方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0095]一、將基底材料置于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中，抽真空至壓強(qiáng)為5Pa以下，以氣體流量為40sCCm通入氬氣，調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為200Pa，并在壓強(qiáng)為200Pa和氬氣氣氛下，以升溫速率為30°C /min將溫度升溫至為800°C ；
[0096]二、通入碳源氣體，調(diào)節(jié)碳源氣體的氣體流量為20sccm、氬氣的氣體流量為SOsccm，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為600Pa，然后在沉積系統(tǒng)射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為200W、壓強(qiáng)為600Pa和溫度為800°C的條件下進(jìn)行沉積，沉積時(shí)間為60min ；
[0097]三、沉積結(jié)束后，停止通入碳源氣體，抽真空至壓強(qiáng)為5Pa以下，然后通入氬氣，調(diào)節(jié)氬氣的氣體流量為40sCCm，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為200Pa，然后在沉積系統(tǒng)射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為150W、壓強(qiáng)為200Pa和溫度為800°C的條件下進(jìn)行射頻等離子體刻蝕，射頻時(shí)間為30s ；
[0098]四、射頻等離子體刻蝕結(jié)束后，關(guān)閉射頻電源和加熱電源，繼續(xù)以氣體流量為40sCCm通入氬氣，在氬氣氣氛下從溫度為800°C冷卻至室溫，即得到高比電容石墨烯超級(jí)電容器電極材料。
[0099]步驟一中所述基底材料為鉬硅襯底材料，鉬硅襯底材料中鉬厚度為200nm。
[0100]步驟二中所述的碳源氣體為甲烷。
[0101]實(shí)施例七制備高比電容石墨烯材料作為電極材料的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果，利用電化學(xué)工作站測(cè)試在掃描速率為50mV/s、20mV/s、10mV/s、5mV/s和2mV/s時(shí)比電容分別為609 μ F/cm2、677 μ F/cm2、768 μ F/cm2、823 μ F/cm2 和 951 μ F/cm2。
【權(quán)利要求】
1.一種高比電容石墨烯超級(jí)電容器電極材料的制備方法，其特征在于一種高比電容石墨烯超級(jí)電容器電極材料的制備方法是按照以下步驟進(jìn)行的: 一、將基底材料置于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中，抽真空至壓強(qiáng)為5Pa以下，以氣體流量為1sccm?50sccm通入氬氣，調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為10Pa?300Pa，并在壓強(qiáng)為10Pa?300Pa和氬氣氣氛下，以升溫速率為30°C /min將溫度升溫至為700°C?900°C ； 二、通入碳源氣體，調(diào)節(jié)碳源氣體的氣體流量為5sccm?35sccm、lS氣的氣體流量為SOsccm，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為200Pa?lOOOPa，然后在沉積系統(tǒng)射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為150W?250W、壓強(qiáng)為200Pa?100Pa和溫度為700°C?900°C的條件下進(jìn)行沉積，沉積時(shí)間為40min?80min ； 三、沉積結(jié)束后，停止通入碳源氣體，抽真空至壓強(qiáng)為5Pa以下，繼續(xù)通入氬氣，調(diào)節(jié)氬氣的氣體流量為1sccm?50sccm，并調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為10Pa?300Pa，然后在沉積系統(tǒng)射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為50W?200W、壓強(qiáng)為10Pa?300Pa和溫度為700°C?900°C的條件下進(jìn)行射頻等離子體刻蝕，射頻時(shí)間為1s?300s ； 四、射頻等離子體刻蝕結(jié)束后，關(guān)閉射頻電源和加熱電源，繼續(xù)以氣體流量為1sccm?50sccm通入気氣,在気氣氣氛下從溫度為700°C?900°C冷卻至室溫，即得到高比電容石墨烯超級(jí)電容器電極材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高比電容石墨烯超級(jí)電容器電極材料的制備方法，其特征在于步驟一中所述的基底材料為鉬硅襯底材料，鉬硅襯底材料中鉬厚度為10nm?500nmo
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高比電容石墨烯超級(jí)電容器電極材料的制備方法，其特征在于步驟二中所述的碳源氣體為甲烷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高比電容石墨烯超級(jí)電容器電極材料的制備方法，其特征在于步驟一中在壓強(qiáng)為10Pa?300Pa和氬氣氣氛下，以升溫速率為30°C /min將溫度升溫至為800°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高比電容石墨烯超級(jí)電容器電極材料的制備方法，其特征在于步驟二中調(diào)節(jié)碳源氣體的氣體流量為20sccm、lS氣的氣體流量為80sccm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高比電容石墨烯超級(jí)電容器電極材料的制備方法，其特征在于步驟二中調(diào)節(jié)抽真空速度將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積真空裝置中壓強(qiáng)控制為600Pa，然后在沉積系統(tǒng)射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為200W、壓強(qiáng)為600Pa和溫度為800°C的條件下進(jìn)行沉積，沉積時(shí)間為60min。
【文檔編號(hào)】H01G11/86GK104269283SQ201410583583
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月27日
【發(fā)明者】亓鈞雷, 王旭, 張夫, 費(fèi)維棟, 馮吉才 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)