[发明专利]柔性储能薄膜及其制备方法、薄膜电容器

说明书

本发明涉及一种柔性储能薄膜及其制备方法、薄膜电容器。所述制备方法包括：提供一柔性金属衬底；以金属单质作为靶材，采用磁过滤多弧离子镀方法在柔性金属衬底上沉积形成金属薄膜；以钛酸锶作为靶材，采用磁控溅射方法在金属薄膜上沉积形成钛酸锶预制层；对沉积有金属薄膜和钛酸锶预制层的柔性金属衬底进行热处理，使金属薄膜中的金属原子向钛酸锶预制层扩散，得到陶瓷薄膜，陶瓷薄膜包括依次贴合于金属薄膜的金属原子掺杂钛酸锶的扩散固溶层和钛酸锶层。通过该制备方法实现了储能薄膜柔性化，同时还使储能薄膜具有高可靠性和高储能密度，可以用作薄膜电容器的电介质材料。

技术领域

本发明涉及能源领域，特别是涉及柔性储能薄膜及其制备方法、薄膜电容器。

背景技术

随着电子设备逐渐往小型化、多功能和轻薄化等趋势发展，组成电子设备的电子元器件也需要面向小型化、轻薄化、高集成化和多功能化的趋势发展。

对于薄膜电容器，实现小型化较理想的途径为提高电介质薄膜的介电常数以增加电容量。电介质薄膜主要有高分子储能薄膜和陶瓷储能薄膜，在传统的薄膜电容器中，使用的电介质薄膜主要为高分子储能薄膜。由于陶瓷储能薄膜的介电常数远远高于高分子储能薄膜的介电常数，因此，使用陶瓷储能薄膜取代高分子储能薄膜符合薄膜电容器的发展趋势。但是，陶瓷储能薄膜缺少高分子储能薄膜的柔韧性。

发明内容

基于此，有必要针对陶瓷储能薄膜柔韧性不足的问题，提供一种柔性储能薄膜及其制备方法、薄膜电容器；通过该制备方法实现了储能薄膜柔性化，同时还使储能薄膜具有高可靠性和高储能密度，可以用作薄膜电容器的电介质材料。

一种柔性储能薄膜的制备方法，包括：

提供一柔性金属衬底；

以金属单质作为靶材，采用磁过滤多弧离子镀方法在所述柔性金属衬底上沉积形成金属薄膜；

以钛酸锶作为靶材，采用磁控溅射方法在所述金属薄膜上沉积形成钛酸锶预制层；

对沉积有金属薄膜和钛酸锶预制层的柔性金属衬底进行热处理，使所述金属薄膜中的金属原子向钛酸锶预制层扩散，得到陶瓷薄膜，其中，所述陶瓷薄膜包括依次贴合于所述金属薄膜的金属原子掺杂钛酸锶的扩散固溶层和钛酸锶层。

在其中一个实施例中，所述金属单质为锶、钙、钡、铅中的一种。

在其中一个实施例中，所述磁过滤多弧离子镀方法的电弧电流为45A～60A，引出电流为7A～11A，施加于所述柔性金属衬底上的偏压为5V～10V，沉积时间为30秒～180秒。

在其中一个实施例中，所述磁过滤多弧离子镀方法的工作气氛为氩气，所述氩气的通入流量为10sccm～30sccm，真空度为2.0×10^-2Pa～4.0×10^-2Pa。

在其中一个实施例中，所述金属薄膜的厚度为10nm～100nm。

在其中一个实施例中，所述磁控溅射方法中磁控溅射的功率为50W～200W，沉积的时间为1分钟～60分钟。

在其中一个实施例中，所述磁控溅射方法的工作气氛为氩气，所述氩气的通入流量为30sccm～120sccm，真空度为0.1Pa～0.5Pa。

在其中一个实施例中，所述钛酸锶预制层的厚度为30nm～3μm，所述钛酸锶预制层的晶粒尺寸为10nm～450nm。

在其中一个实施例中，在热处理时通入氩气，所述氩气的通入流量为100sccm～200sccm，真空度为0.1Pa～1Pa。

在其中一个实施例中，所述热处理的温度为300℃～500℃，时间为30分钟～300分钟。

在其中一个实施例中，所述扩散固溶层的厚度为5nm～10nm，晶粒大小为20nm～300nm。