[发明专利]工艺、结构以及超电容器

说明书

用于形成高表面积石墨烯结构的工艺，该工艺包括：将至少一种金属沉积在碳化硅的表面上；加热至少一种金属和碳化硅，以引起金属中的至少一种与碳化硅的一部分反应，以形成硅化物区和石墨烯，所述硅化物区延伸到碳化硅的未反应的部分中，所述石墨烯被设置在硅化物区和碳化硅的未反应的部分之间；以及除去硅化物区，以提供具有高度不规则的表面和石墨烯的表面层的碳化硅结构。

技术领域

本发明涉及高表面积结构(high surface area structure)和掺入高表面积结构的超电容器，以及用于制造高表面积石墨烯结构(high surface area graphenestructure)和超电容器的工艺。

背景

期望的是，减少现有技术中的一个或更多个困难，或至少提供有用的备选方案。

概述

根据本发明的某些实施方案，提供了用于形成高表面积石墨烯结构的工艺，该工艺包括：

将一种或更多种金属沉积在碳化硅的表面上；

加热一种或更多种金属和碳化硅，以引起一种或更多种金属中的至少一种与碳化硅的一部分反应，以形成硅化物区(silicide region)和石墨烯，所述碳化硅区延伸到碳化硅的未反应的部分中，所述石墨烯被设置在硅化物区和碳化硅的未反应的部分之间；以及

除去硅化物区，以提供具有高度不规则的表面和石墨烯的表面层的碳化硅结构。

在某些实施方案中，碳化硅初始呈由基底支撑的碳化硅的薄膜的形式。

在某些实施方案中，至少一种金属包括镍。在某些实施方案中，至少一种金属是仅一种金属。

在某些实施方案中，该工艺包括使碳化硅的薄膜图案化，以形成互相隔开的电极。在某些实施方案中，电极呈叉指电极(interdigitated finger electrode)的形式。

在某些实施方案中，该工艺包括将电解质引入到在互相隔开的电极之间的区域，以形成超电容器。

在某些实施方案中，电解质是凝胶电解质。

根据本发明的某些实施方案，提供了由上文工艺中的任一项形成的结构。根据本发明的某些实施方案，提供了超电容器，所述超电容器包含该结构。

根据本发明的某些实施方案，提供了高表面积结构，所述高表面积结构包含碳化硅主体和石墨烯的层，所述碳化硅主体具有高度非平面的表面，所述石墨烯的层被设置在碳化硅主体的表面上。

根据本发明的某些实施方案，提供了超电容器，所述超电容器包括一对或更多对互相隔开的碳化硅电极，每对所述电极具有高度非平面的表面和被设置在碳化硅电极的高度非平面的表面上的石墨烯的层。

本文还描述方法，所述方法包括：

将一种或更多种金属沉积在碳化硅的主体的表面上；

加热一种或更多种金属和碳化硅的主体，以引起金属中的至少一种与主体中的碳化硅反应，以形成硅化物区和石墨烯，所述硅化物区延伸到碳化硅的主体中，所述石墨烯被设置在硅化物区和碳化硅之间；以及

除去硅化物区，以提供具有高度非平面的表面与石墨烯的表面层的碳化硅结构。

在某些实施方案中，碳化硅的主体呈由基底支撑的碳化硅的薄膜的形式。

在某些实施方案中，该方法包括使碳化硅的薄膜图案化，以形成电容器的电极。

在某些实施方案中，电容器的电极呈叉指电极的形式。

在某些实施方案中，该方法包括从石墨烯结构形成超电容器。

在某些实施方案中，一种或更多种金属包括镍。