[发明专利]一种水平有序碳纳米管阵列微型超级电容器的制备方法

权利要求书

1.一种水平有序碳纳米管阵列微型超级电容器的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)具有SiO₂薄层的Si衬底的切割、清洗和亲水性预处理：首先对衬底进行切割；然后将衬底分别置于丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗；最后将清洗干净的衬底放入等离子刻蚀机中进行亲水性处理；

(2)水平有序的碳纳米管薄膜的制备：首先，制备一定浓度的碳纳米管分散液；然后将衬底垂直插入制备好的分散液中，利用真空蒸发自组装方法在具有SiO₂薄层的Si衬底沉积水平有序的碳纳米管薄膜；

(3)叉指型电极图案化处理：首先设计不同尺寸的叉指型电极掩模版；然后进行光刻和沉积集流体；最后利用氧等离子体刻蚀，得到水平有序碳纳米管阵列薄膜微电极；

(4)凝胶电解质的制备器件的封装：首先制备PVA基凝胶电解质；然后将电解质均匀地涂敷在电极上；最后封装，即制成了片上集成水平有序碳纳米管阵列微型超级电容器。

2.根据权利要求1所述的一种水平有序碳纳米管阵列微型超级电容器的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述具有SiO₂薄层的Si衬底的切割、清洗和亲水性预处理的过程为：首先将具有SiO₂薄层的Si衬底分别在丙酮、乙醇和去离子水中超声清洗数次，去除具有SiO₂薄层的Si表面的有机质或其他杂质；然后将清洗干净的具有SiO₂薄层的Si衬底放置于功率为200W-500W，真空度为100torr-120mTorr的氧等离子体刻蚀机中刻蚀60s-180s，使其表面具有良好亲水性。

3.根据权利要求1所述的一种水平有序碳纳米管阵列微型超级电容器的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的碳纳米管分散液的浓度为1μg-5μg，环境压强为0.2atm-0.5atm。

4.根据权利要求1所述的一种水平有序碳纳米管阵列微型超级电容器的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述的不同尺寸的叉指型电极掩模版采用L-Edit软件设计，其中电极尺寸为长3cm-5cm，宽50μm-150μm，间隙50μm-150μm。

5.根据权利要求1所述的一种水平有序碳纳米管阵列微型超级电容器的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述水平有序碳纳米管阵列薄膜-衬底的样品进行光刻和沉积集流体，首先将步骤(2)所得的水平有序碳纳米管阵列薄膜-衬底样品放置于匀胶机上，滴加光刻胶，以前转转速为300r/s-500r/s旋转5s-10s，后转3500r/s-4500r/s旋转30s-35s；然后将样品放置于90℃-100℃的加热板上加热2-3min，得到光刻胶-水平有序碳纳米管阵列薄膜-衬底的样品；最后利用光刻机曝光4s-5s，用去离子水清洗后，得到交叉指状光刻胶-水平有序碳纳米管阵列薄膜-衬底的样品。

6.根据权利要求1所述的一种水平有序碳纳米管阵列微型超级电容器的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述的光刻和沉积集流体过程中，采用的光刻胶为负胶；集流体靶材为Cr和Au，其纯度为80％-100％，其中Cr的厚度为5nm-10nm和Au的厚度为50nm-70nm，沉积速率为

7.根据权利要求1所述的一种水平有序碳纳米管阵列微型超级电容器的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述的氧等离子体刻蚀过程中，氧等离子体刻蚀压强为100torr-120torr的压强，刻蚀功率为200W-500W，刻蚀时间300s-600s，刻蚀掉多余的电极材料以防止正负极短路，得到碳纳米管微电极样品。

8.根据权利要求1所述的一种水平有序碳纳米管阵列微型超级电容器的方法，其特征在于：步骤(4)所述的电解质为H2SO4、H3PO4、KOH或NaSO4，电解质与PVA和去离子水互溶温度为85℃～95℃，溶解时间为3h～5h。