[发明专利]基于纳米电极的静电电容器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种静电电容器及制备方法，尤其是一种基于纳米电极的静电电容器及其制备方法。

背景技术

静电电容器是通过静电作用将电荷存储于电极表面的一种储能器件。一般静电电容器因仅有电极表面能够存储电荷，故其只具有较低的能量存储密度。随着纳米材料与技术的出现，人们利用多孔材料实现了电极的高比表面积，使静电电容器的电容及能量存储密度得到了大幅度的提高，如Nanotubular metal insulator metal capacitor arrays for energy storage，Nature Nanotechnology，2009，4，292.（用于能量存储的纳米管状金属-绝缘材料-金属电容器阵列，自然·纳米技术，2009年，第4卷，第292页）一文所介绍的。该文中提及的电容器阵列为在阳极氧化铝模板的组成孔阵列的纳米孔中，置有管状氮化钛、氧化铝和氮化钛三层套接而成的一对同轴电极；制备方法为于阳极氧化铝模板的孔中通过原子层沉积技术依次沉积氮化钛、氧化铝和氮化钛来得到产物。但是，无论是产物，还是其制备方法，均存在着不足之处，首先，产物虽有着极高的电极比表面积，却因其是以中间氧化铝为介电层的、介电层内外的氮化钛为一对电极的、位于阳极氧化铝模板的纳米孔中的电容器阵列构成的，故其对外的电连接就是一个难题，这大大地增加了实际应用的难度；其次，原子层沉积技术难以在纳米尺度的孔中合成管壁厚度均一的管状材料，尤为在纳米尺度的孔中合成多层套接的管壁厚度均一的管状材料，其不能保证产物性能的一致性；最后，运用原子层沉积技术的设备价格高昂，使产物的制备成本难以降低，不利于产物的商业化应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种结构合理、实用，应用方便的基于纳米电极的静电电容器。

本发明要解决的另一个技术问题为提供一种上述基于纳米电极的静电电容器的制备方法。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：基于纳米电极的静电电容器包括阳极氧化铝模板，特别是，

所述阳极氧化铝模板中置有两组相互平行对插且互不连通的、开口分别朝向不同表面的孔阵列，所述两组孔阵列的孔中沉积有碳纳米管，所述碳纳米管与阳极氧化铝模板表面覆有的导电膜电连接；

所述两组孔阵列中的第一孔阵列的孔直径为30～50nm、孔深为30～50μm，第二孔阵列的孔直径为20～30nm、孔深为15～35μm；

所述碳纳米管的管壁厚为5～9nm，其管外径和管长同于所在孔阵列的孔直径和孔深。

作为基于纳米电极的静电电容器的进一步改进，所述的第二孔阵列为其孔环绕第一孔阵列的孔形成的圆弧形障碍层的周边呈六角规则排列的孔阵列；所述的第一孔阵列为六方有序排列的孔阵列；所述的导电膜的厚度为100～200nm，其为金膜，或银膜，或铜膜，或镍膜，或锡膜

为解决本发明的另一个技术问题，所采用的另一个技术方案为：上述基于纳米电极的静电电容器的制备方法包括二次阳极氧化法，特别是主要步骤如下：

步骤1，先将铝片置于浓度为0.2～0.4mol/L、温度为0～3℃的硫酸溶液或温度为5～15℃的草酸溶液中，于25～40V的直流电压下阳极氧化1～2h，得到一次氧化铝模板，再将一次氧化铝模板置于浓度为0.7～0.9mol/L的硫酸溶液和浓度为0.05～0.15mol/L的硫酸铝溶液的混合溶液中，于1.5～2.5min由5mA/cm²上升至160mA/cm²的直流恒电流下阳极氧化2～4min后，将其置于四氯化锡饱和溶液中去除背面未氧化的铝，得到其一面置有第一孔阵列、背部于第一孔阵列的孔形成的圆弧形障碍层的周边置有与第一孔阵列的孔相平行的隙缝的二次氧化铝模板；

步骤2，先将二次氧化铝模板的背部置于浓度为18～20wt%的盐酸溶液和浓度为0.15～0.25mol/L的氯化铜溶液的混合溶液中腐蚀30～40min，得到其一面置有第一孔阵列、背面置有第二孔阵列的阳极氧化铝模板，再使用化学气相沉积技术，于其一面置有第一孔阵列、背面置有第二孔阵列的阳极氧化铝模板的第一孔阵列和第二孔阵列的孔中沉积碳纳米管后，分别于阳极氧化铝模板的两面蒸镀导电膜，制得基于纳米电极的静电电容器。