[实用新型]基于电磁场强化的等离子体化学气相沉积的石墨烯纳米墙

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于电磁场强化的等离子体化学气相沉积的石墨 烯纳米墙，属于储能材料和电器元器件的电子材料技术领域。

背景技术

石墨烯(Graphene)是一种碳原子密堆积的单原子层，于2004年被英国 曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·杰姆和克斯特亚·诺沃消洛夫共同发现， 由于具有良好的透光性、导电性和极高的机械强度而受到国内外广泛关注。 经过6～7年的发展，石墨烯在电子器件、光电、能源方面具备了相当的 研究与应用。石墨烯是一种具有高导电性和大比容量而成为理想的超级电容 器的炭基材料，但石墨烯的理论容量不高，在石墨烯基电极制备过程中容易 发生堆叠现象，导致材料比表面积和离子电导率下降。因此，发展合适的制 备方法，对石墨烯进行修饰或与其他材料形成复合电极材料是一种有效解决 途径。石墨烯纳米墙通过等离子体化学气相沉积法生长，每层纳米墙越有 1-10层石墨烯，具有石墨烯的几乎所有优异性能，同时垂直生长的石墨烯墙 以及生长于墙上的石墨烯分叉可以在有限的衬底面积上极大的增加石墨烯 的表面积，生长得到的石墨烯纳米墙表面积远大于单层石墨烯。本实用新型 对电磁场，表面等离子体震荡对石墨烯纳米墙的生长，金纳米颗粒对石墨烯 墙生长的催化作用进行研究，介绍了一种基于表面等离子体震荡强化等离子 体化学气相沉积的石墨烯纳米墙制备方法。制备得到的石墨烯纳米墙可用于 超级电容器，锂离子电容器和柔性电极的制作。

超级电容器(supercapacitor，ultracapacitor)是最具应用前景的电化 学储能技术之一。又叫双电层电容器(ElectricalDoule-LayerCapacitor)、 电化学电容器(ElectrochemcialCapacitor，EC)，黄金电容、法拉电容， 通过极化电解质来储能。超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无反 应活性的多孔电极板，在极板上加电，正极板吸引电解质中的负离子，负极 板吸引正离子，实际上形成两个容性存储层，被分离开的正离子在负极板附 近，负离子在正极板附近，多孔电极板外侧为电极(Electrode)，内侧为碳 基(Carbon)材料，两个多孔电极板之间为电解液(Electrolyte)，电解液中 间设置有隔(Separator)用于阻挡正负电荷通过。超级电容器通过在电极表 面形成电解液离子的双电层结构来存储能量。由于超级电容器在充放电过程 中不发生电化学反应，因此其循环次数通常大于100万次。作为超级电容器 材料，它具有较小的内阻，可实现高倍率充放电，对电动车、手机电池等动 力产品具有深远的意义。与此同时，超级电容器的存储容量比传统电容器高 出许多，因此有望成为理想的新型能量存储元件。作为超级电容器的碳基材 料需要较大的比表面积，较好的电解液浸润性、良好的导电性以及较低的内 阻。过去通常所使用的碳基材料有活性炭、活性炭纤维、炭气凝胶以及碳纳 米管。其中活性炭微孔数量有限，容量较小，当活性炭比表面积达到1200m²/g 时，比容量不再增大。碳纳米管虽然具有超高的比表面积，比容量也很大， 但因为价格昂贵，且制作成本高，目前难以大规模生产制备。因此这些材料 目前并不是理想的超级电容器材料。

现有的公开号为CN202473615U的专利具体公开了一种基于等离子体化 学气相沉积的石墨烯墙制备方法。但单纯的等离子体化学气相沉积制备得到 石墨烯墙结构差，墙与墙之间间距较大，且石墨烯墙上没有额外的石墨烯分 叉，对于表面积的提升有限。此外，没有经过表面改性的石墨烯纳米墙没有 亲水亲油性，后续使用液体(如电解液)无法浸润纳米墙内部，导致有效表 面积极小。如何更进一步改善基于等离子体化学气相沉积的石墨烯墙的制 备，同时进行表面改性，成为石墨烯纳米墙应用的一个瓶颈。

发明内容

本实用新型为了解决上述的技术问题是提供一种基于电磁场强化的等 离子体化学气相沉积的石墨烯纳米墙。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于电磁场强化的 等离子体化学气相沉积的石墨烯纳米墙,包括衬底、石墨烯墙阵列及多个石 墨烯分叉，所述石墨烯墙阵列中的石墨烯片垂直长在所述衬底上，多个所述 石墨烯分叉长在所述石墨烯墙阵列中每个石墨烯片一侧或两侧。