[发明专利]微型超级电容器的三维叉梳微柱阵列电极结构制备方法

权利要求书

1.一种微型超级电容器的三维叉梳微柱阵列电极结构制备方法；所述超级电容器采用ICP刻蚀工艺，制备出叉梳式微柱阵列电极结构，在叉梳微柱电极结构表面溅射一层金作为集流体，继而在金表面沉积活性电极薄膜，制备出对称式微型MEMS超级电容器；其特征在于，所述微型超级电容器电极正极与负极为叉梳式交错结构，在单个梳齿上面排布微柱阵列，增加了电极比表面积，提升了超级电容器的能量密度与功率密度；具体三维叉梳式微柱阵列电极结构的制备工艺步骤如下：

（a）SOI备片：选取SOI片的厚度为80μm、2μm或400μm，使用UV灯、显微镜对SOI片进行镜检，清洗；

（b）旋涂光刻胶：光刻胶厚度5μm±0.5μm；

（c）第一次光刻：光刻出叉梳形状，梳齿宽度80μm±0.5μm，梳齿间距80μm±0.5μm；

（d）ICP刻蚀：刻蚀深度80μm±0.5μm，刻蚀出叉梳结构，去除光刻胶；

（e）喷胶：喷胶厚度5μm±0.5μm，

（f）第二次光刻：光刻出微柱阵列形状，微柱直径70μm±0.5μm；

（g）第二次刻蚀，刻蚀深度60μm±2μm，刻蚀出微柱结构，去除光刻胶；

（h）第三次喷胶：光刻胶厚度为5μm±0.5μm，目的是为了溅射时保护底部，防止短路；

（i）磁控溅射Au：厚度80nm±2nm，去除光刻胶；得到电极薄膜。

2.根据权利要求1所述的微型超级电容器的三维微柱阵列电极结构制备方法；

其特征在于，所述活性电极薄膜，选取氧化钌、氧化锰、氧化镍、硝酸镍和聚吡咯作为活性材料。

3.根据权利要求2所述的微型超级电容器的三维微柱阵列电极结构制备方法；其特征在于，所述活性电极薄膜采用电化学工作站，利用双电极直流阴极沉积法电沉积制备活性电极薄膜，其中硅基微结构作为阴极与工作电极，铂电极作为阳极和辅助电极；配置相应的活性材料沉积液，调节电沉积溶液的PH值，利用CHI660D电化学工作站，设置沉积电流密度与沉积时间，沉积完成后用去离子水冲洗电极，然后放置在常温空气气氛中烘干2小时。

4.根据权利要求2或3所述的微型超级电容器的三维微柱阵列电极结构制备方法；其特征在于，所述电极薄膜选用氧化钌为电极活性材料；以氧化钌作为电极活性材料的沉积制备工艺：先用丙酮溶液清洗三维微柱，再用去离子水超声清洗15min，沉积液为氯化钌与硝酸钠的混合水溶液，其中RuCl₃浓度为5 mmol/L，NaNO₃浓度为200 mmol/L，滴加0.1 mol/L的稀盐酸（HCl）溶液，调节电沉积溶液的PH值为2.0，利用CHI660D电化学工作站，设置沉积电流密度为500 mA/cm²，沉积时间为1000秒，沉积完成后用去离子水冲洗电极，然后放置在常温空气气氛中烘干2小时。

5.根据权利要求2或3所述的微型超级电容器的三维微柱阵列电极结构制备方法；其特征在于，所述电极薄膜选用硝酸镍为电极活性材料；以硝酸镍作为电极活性材料的沉积制备工艺：先用丙酮溶液清洗三维微柱，再用去离子水超声清洗15min，沉积液为硝酸镍与乙醇的混合水溶液，同时可添加一定比例的碳纳米管或石墨烯进行共沉积，其中Ni(NO₃)₂（硝酸镍）浓度为0.1mol/L，乙醇与水的比例为1:1，滴加氨水溶液，调节电沉积溶液的PH值为7.0，利用CHI660D电化学工作站，设置沉积电流密度为10 mA/cm²，沉积时间为300秒，沉积完成后用去离子水冲洗电极，然后烘干2小时。