[发明专利]一种基于石墨烯/碳纳米管气凝胶的微型超级电容器制作方法

说明书

本发明提供一种基于石墨烯/碳纳米管气凝胶的微型超级电容器制作方法，包括如下主要工艺：对带有二氧化硅层的硅基板进行清洗，然后使用PR1‑9000A光刻胶制作微图案，并采用剥离浮脱工艺制作金的叉指微集流体；利用光刻套刻的方法，制作出与集流体相叠层的SU‑8模具；配制不同质量配比的氧化石墨烯/碳纳米管的分散液，并注入到SU‑8模具中；对注入后所得的分散液叉指结构进行冷冻干燥处理，并对所得的气凝胶叉指结构进行退火还原，以制得还原氧化石墨烯/碳纳米管气凝胶作为微电极的微型超级电容器。本发明制作的产品微型超级电容器，具有较轻的质量、较大的比容量、优异的循环性能、较高的机械稳定性，适于大规模生产等优点。

技术领域

本发明涉及纳米材料与微加工工艺的交叉技术领域，具体涉及一种基于石墨烯/碳纳米管气凝胶的微型超级电容器制作方法。

背景技术

超级电容器，是20世纪七八十年代发展起来的一种介于电池和传统电容器之间的新型储能器件，具有法拉级的超大电容量，比同体积的电解电容器容量大2000-6000倍，功率密度比电池高10-100倍，同时具有更长的循环寿命，被认为是一种高效、实用的新型清洁能源，目前作为备用电源，广泛应用于照相机、录像机、移动电话、计算机和电子器件产品中。

根据储能机理的不同，超级电容器可分为双电层超级电容器和赝电容超级电容器。双电层电容的产生主要基于电极/电解液界面上电荷分离所产生的双电层电容，如碳电极电容器；赝电容器电容的产生是基于电活性离子在贵金属电极表面发生欠电位沉积，或在贵金属氧化物电极表面发生氧化还原反应而产生的吸附电容。

目前超级电容器的研究始终以提升其储能容量为主，并且在保证其容量的条件下有效减轻其质量，是目前需要解决的重要问题之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于石墨烯/碳纳米管气凝胶的微型超级电容器制作方法，利用光刻套刻和剥离浮脱工艺制作一种底部有金叉指的SU-8模具，然后将配置好的氧化石墨烯和碳纳米管的混合液注入到模具中，经过冷冻干燥并退火还原制得，产品为微型超级电容器，具有较轻的质量、较大的比容量和优异的循环性能等优点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于石墨烯/碳纳米管气凝胶的微型超级电容器制作方法，利用光刻套刻和剥离浮脱工艺制作一种底部有金叉指的SU-8模具，然后将配置好的氧化石墨烯和碳纳米管的混合液注入到模具中，经过冷冻干燥并退火还原，即得产品。

根据以上方案，包括如下步骤：

1、底部有金叉指的SU-8模具的制作：

1)用异丙醇、丙酮、乙醇、氧气等离子体、去离子水分别清洗硅基板；

2)将清洗后的硅基板抛光表面，采用PR1-9000A光刻胶进行旋涂布胶，匀胶转速为4000rpm，形成的胶膜厚度为5-7μm；

3)对已布胶的硅基板在烘箱中于100℃下烘烤15min；

4)将步骤3)的样品在曝光剂量为750mJ cm^-2的条件下进行光刻，得到所需图案；

5)将步骤4)中带光刻图案的样品按顺序浸入到RD6显影液，1号去离子水和2号去离子水中，依次进行首次显影和润洗，得到初级模具；

6)将步骤5)中的初级模具吹干，并采用剥离浮脱工艺制作金的厚度为100nm的金叉指集流体；

7)对步骤6)处理后的初级模具进行二次清洗；

8)使用SU-8 50光刻胶对步骤7)中制得的模具进行表面旋涂布胶；

9)对步骤8)中已布胶的模具进行烘干：在烘箱中于65℃下烘烤10min，再于95℃下烘烤30min；