[发明专利]一种三维纳米多孔金叉指电极及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及电化学领域，具体公开了一种三维纳米多孔金叉指电极及其制备方法与应用。所述制备方法包括在Si/SiO₂衬底表面贴附叉指结构镂空的金属掩模版；在所述Si/SiO₂衬底上未被金属掩模版遮盖的部分形成粘附层；将叉指电极两端的正负电极引出端遮盖后，进行Au/Ag共溅射；将去除金属掩模版后的结构器件置于腐蚀液中以去除Ag成分，形成所述叉指电极。本发明提供的三维纳米多孔金叉指电极可实现片上集成、具有高电导率及比表面积，应用于超级电容器中可实现高频响应及高电容密度。

技术领域

本发明涉及电化学领域。具体地说，涉及一种三维纳米多孔金叉指电极及其制备方法与应用。

背景技术

作为电容器、传感器、声表面波滤波器、微波射频等电信号传输核心部件，叉指电极被广泛应用于移动通信、医疗检测、环境在线监测等重要领域。该核心部件的体积及性能变化影响着现代电子元器件的发展。

物联网和可穿戴设备的迅速发展对电子元器件的小型化和单片集成度提出了越来越严苛的要求。二十世纪六十年代以来，随着摩尔定律的持续发展，电路中有源晶体管的体积不断缩小，而电阻、电容和电感等无源电子元器件的体积却没有明显改善。特别是被广泛用作滤波元件的电解电容，其主要功能是提供百微法乃至毫法级的电容量，以滤除基频在一百二十赫兹的纹波(两倍于电网中六十赫兹的交流信号)，但电解电容的体积可达立方厘米数量级，是目前电路板上占据体积最大的单个元器件。因而通过改进其核心部件电极从而在较小的体积内实现百微法至毫法级的电容是目前亟待解决的问题。

超级电容器是一种电化学电容器，结合超大比表面积的纳米结构电极材料，超级电容器的单位体积电容量可比电解电容高出三到四个数量级，在电容的小型化上具有十分重要的应用前景。然而，受限于电极的多孔效应，超级电容器在交流电下电容量衰减得非常快，因此传统上主要用作储能元件。如何在保证电容容量密度的前提下，提升超级电容器的频率响应性能，使之能够用作百赫兹频率下的滤波电容，是近年来国际上的研究热点。

纳米多孔金材料由于其优异的电子电导率、大的比表面积和与微加工工艺的良好兼容性，是一种十分有前景的可用于片上集成的材料。然而目前为止，在超级电容器领域，纳米多孔金材料主要用于支撑容量密度较大的赝电容材料。而赝电容材料通常具有导电性差、反应速度慢和易氧化的特点，因而采用赝电容材料作为电极活性材料的超级电容器频率响应性能较差，不适于高频滤波应用。且目前的基于纳米多孔金材料的电极厚度均不超过1微米，不利于电容容量密度的提升，不能满足现有技术发展的需要。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种可实现片上集成、具有高电导率及比表面积的三维纳米多孔金叉指电极及其制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种三维纳米多孔金叉指电极在超级电容器中的应用，以实现高频响应及高电容密度的超级电容器。

为了实现本发明目的，本发明的技术方案如下：

一种三维纳米多孔金叉指电极的制备方法，包括如下步骤：

(1)在Si/SiO₂衬底表面贴附叉指结构镂空的金属掩模版；

(2)在所述Si/SiO₂衬底上未被所述金属掩模版遮盖的部分形成粘附层；

(3)将叉指电极两端的正负电极引出端遮盖后进行Au/Ag共溅射，其中，Au的含量为15％-35％，Ag的含量为65％-85％；Au/Ag溅射层的厚度为5-10微米；正负电极引出端是在Si/SiO₂衬底上，通过对金属掩模版对应正负电极引出端的镂空部分溅射粘附层形成的，所述正负电极引出端分别位于正负叉指部分的两侧；

(4)将去除金属掩模版后的结构器件置于腐蚀液中以去除Ag成分，形成所述叉指电极。