【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及微型儲能器件，尤其涉及一種基于飛秒激光加工表面微納結構化石墨烯超級電容器及其制備方法。
技術介紹
1、隨著社會對小型化、多功能便攜式電子設備的需求日益增長，高性能、便攜式微型儲能設備的制備顯得尤為重要。微型超級電容器(msc)是微型儲能設備的核心部件，具有功率密度高、循環穩定性高、安全可靠等優勢，具備滿足未來能源需求的潛力。石墨烯材料因其獨特的導電性、比表面積大等優異特性，成為超級電容器電極材料的研究熱點，然而，如何在石墨烯表面構建可控微納結構以進一步提升電化學性能，仍是當前研究的難點。盡管在制造石墨烯基超級電容器方面已經提出了巨大的進步，但目前的方法（如電泳沉積技術、光刻、印刷工藝、化學氣相沉積和其他化學方法），往往需要高溫處理步驟、掩膜或多步化學合成等復雜步驟，難以實現高效高質量構筑電極表面可控微納結構。激光直寫技術能夠實現精細的微納結構加工，但在微型陣列器件的批量制造上效率有限，從而制約了其廣泛應用。因此，本文提出了一種基于飛秒激光的表面微納結構化石墨烯超級電容器的制備方法，以更好地兼顧加工精度和大規模制造的需求。
技術實現思路
1、本專利技術為了解決上述問題，而提供一種基于石墨烯的表面微納結構化超級電容器，在石墨烯材料表面高效構建特定高質量的微納結構，能夠顯著提升其電容性能。
2、一種表面微納結構化叉指電極，所述的電極表面具有與叉指長軸方向平行的周期性光柵微納結構；
3、所述的基底為具有氧化層的硅片基底，并涂覆蓋了氧化石墨烯薄膜；>
4、所述氧化石墨烯采用hummers方法制備得到，氧化石墨烯片平均徑向尺寸為20?um～30?um，旋涂氧化石墨烯膜厚度為50～300?nm；
5、所述硅片的氧化層為300nm；
6、所述的周期性光柵微納結構的周期為680nm±20nm。
7、所述叉指電極的叉指數量為6個，電極長寬比為6：1，電極間隙為2.5～200?um。
8、所述的硅片基底為直徑為3cm的圓形硅片。
9、本專利技術另一個目的是提供一種表面微納結構化石墨烯叉指電極陣列，采上述的叉指電極，用5×5陣列結構，將5列超級電容器并聯，其中每列由5個超級電容器串聯。
10、本專利技術又一個目的是提供一種表面微納結構化叉指電極的加工方法，包括：
11、1）將氧化石墨烯溶液進行超聲分散處理，硅片用氧等離子體處理，使用旋涂法對硅片旋涂，干燥；
12、2）采用飛秒激光器加工裝置，將圖案使用切片化程序進行處理，將圖案輸入slm控制程序中；
13、3）激光光源的脈沖寬度為40fs，中心波長為800nm，調節激光加工功率為100～150mw，三維移動平臺的掃描速度為0.001～0.2mm/s，光束線聚焦組件聚焦形成的焦線長度為10?.5mm，寬度為50μm，偏振方向可調。
14、所述的飛秒激光器加工裝置包括：激光光源、能量調制組件、擴束組件、空間光調制器、偏振末端調節組件、光束線聚焦組件和三維移動平臺；偏振末端調節組件用于調節改變加工加光的偏振方向。
15、本專利技術提供了石墨烯基表面微納結構化超級電容器及其制備方法，有益效果是：制備具有表面微納結構的超薄石墨烯超級電容器，厚度僅為納米級，與電極表面無微納結構的超級電容器相比，表面微納結構具有納米級周期性的光柵結構，表面多孔洞利于有利于增大比表面積，提供了更多的活性位點。同時，水平微納結構可增強電場，從而有利于對電解質離子分布和遷移進行調控，提高電容性能。制備得周期性微納光柵結構平行于叉指電極方向的超級電容器，在10mv/s掃描速率下，體積比電容達118.56?f/cm3，相較于微納光柵結構垂直于叉指電極方向的超級電容器和無微納結構超級電容器分別提高30.89%和116.86%，在循環5000次后仍然保持93.3%的電容保有率。同時，利用本文提出的方法可制備電極表面具有可控微納結構的大面積超級電容器陣列，此方法能夠制備表面微納結構高度可控的大面積超級電容器陣列，通過精準調控電極表面結構，可顯著提升電容器的能量存儲性能，在便攜式電子設備、智能穿戴設備、儲能系統等領域的廣闊應用潛力。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種表面微納結構化石墨烯叉指電極，其特征在于：所述的電極表面具有與叉指長軸方向平行的周期性光柵微納結構。
2.根據權利要求1所述的一種表面微納結構化石墨烯叉指電極，其特征在于：所述的基底為具有氧化層的硅片基底，并涂覆蓋了氧化石墨烯薄膜。
3.根據權利要求2所述的一種表面微納結構化石墨烯叉指電極，其特征在于：所述氧化石墨烯由Hummers方法制備得到，氧化石墨烯片平均徑向尺寸為20?um～30?um，旋涂氧化石墨烯膜厚度為50～300?nm。
4.根據權利要求3所述的一種表面微納結構化石墨烯叉指電極，其特征在于：所述硅片的氧化層為300nm。
5.根據權利要求1、2、3或4所述的一種表面微納結構化石墨烯叉指電極，其特征在于：所述的周期性光柵微納結構的周期為680nm±20nm。
6.根據權利要求5所述的一種表面微納結構化石墨烯叉指電極，其特征在于：所述叉指電極的叉指數量為6個，電極長寬比為6：1，電極間隙為2.5～200?um。
7.根據權利要求6所述的一種表面微納結構化石墨烯叉指電極，其特征在于：所述的硅
8.一種表面微納結構化石墨烯叉指電極陣列，其特征在于：采用權利要求6或7所述的叉指電極，采用5×5陣列結構，將5列超級電容器并聯，其中每列由5個超級電容器串聯。
9.權利要求1所述的一種表面微納結構化叉指電極的加工方法，其特征在于：
10.根據權利要求1所述的一種表面微納結構化叉指電極的加工方法，其特征在于：所述的飛秒激光器加工裝置包括：激光光源、能量調制組件、擴束組件、空間光調制器、偏振末端調節組件、光束線聚焦組件和三維移動平臺；偏振末端調節組件用于調節改變加工加光的偏振方向。
...【技術特征摘要】
1.一種表面微納結構化石墨烯叉指電極，其特征在于：所述的電極表面具有與叉指長軸方向平行的周期性光柵微納結構。
2.根據權利要求1所述的一種表面微納結構化石墨烯叉指電極，其特征在于：所述的基底為具有氧化層的硅片基底，并涂覆蓋了氧化石墨烯薄膜。
3.根據權利要求2所述的一種表面微納結構化石墨烯叉指電極，其特征在于：所述氧化石墨烯由hummers方法制備得到，氧化石墨烯片平均徑向尺寸為20?um～30?um，旋涂氧化石墨烯膜厚度為50～300?nm。
4.根據權利要求3所述的一種表面微納結構化石墨烯叉指電極，其特征在于：所述硅片的氧化層為300nm。
5.根據權利要求1、2、3或4所述的一種表面微納結構化石墨烯叉指電極，其特征在于：所述的周期性光柵微納結構的周期為680nm±20nm。
6.根據權利要求5所述的...
【專利技術屬性】
技術研發人員：辛巍，張譽元，孟伊洋，劉為振，徐海陽，
申請(專利權)人：東北師范大學，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。