[发明专利]一种MoON涂层及其制备方法和应用

说明书

本发明属于薄膜电极和表面防护涂层的技术领域，公开了一种MoON涂层及其制备方法和应用。所述MoON涂层采用脉冲磁控溅射沉积法制备，该层各元素的原子百分比含量：Mo：26～41at.％，O：24～64at.％，N：9～36at.％。本发明采用脉冲磁控溅射沉积法，通过结合了氮化钼和氧化钼的优点，制备的电化学性能优异的MoON涂层，具有膜基结合力好，电容值高，循环寿命长等特点，显著提高了过渡金属化合物薄膜电极的性能，而且可沉积在柔性基体上作为电极，使其在柔性储能器件上有广泛应用前景。

技术领域

本发明属于薄膜电极和表面防护涂层制备技术领域，更具体地，涉及一种MoON涂层及其制备方法和应用。

背景技术

目前应用在超级电容器电极方面的过渡金属化合物大多是氧化物和氮化物。过渡金属氧化物具有高的理论电容值，可发生氧化还原反应进行化学储能，但是导电性较差，电荷转移电阻较大，且电化学充放电过程中晶体结构易被破坏，影响循环寿命；而过渡金属氮化物导电性较好，化学稳定性高，但由于其只有双电层物理吸/脱附储能，理论电容值较低。将氧化物和氮化物结合起来制成氮氧化物，可综合氮化物和氧化物的优点，制备出电阻率较小、电容值大且循环寿命良好的超级电容器电极。

目前，产业上应用的金属化合物储能电极多为粉末材料，需要借助粘合剂涂覆在集电器基体表面。这种方法有两个缺点：一是粘合剂会阻止电极的部分活性表面与电解液接触，降低电极有效比表面积，而且还会增加电极的内阻，影响电极的电化学电极储能性能；二是使用粘结剂做的电极结合力不高，充放电过程中粉体脱落或与集电器脱离都会造成电极循环寿命的显著下降。通过水热法等化学方法将活性材料在泡沫金属集电器上生长的电极可以免除使用粘合剂，但此类电极柔性差，很难做成柔性电极及柔性储能器件。本发明中使用采用脉冲磁控溅射沉积法，原位沉积电极材料在集电基体上，可以很好解决上述问题。沉积薄膜电极不仅具有很强的膜/基结合力，改善活性电极材料与集电基体界面电学接触，且可自由选择柔性基体制备柔性电极及柔性器件。在薄膜沉积过程中，还可通过调整反应气体流量比，靶功率，沉积温度和气压等多个参数，精确控制薄膜电极成分和结构，获得电化学综合性能优异的电极薄膜，在规模化电极生产具有良好应用前途，特别适用于制备柔性超级电容器和芯片级储能器件。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明的目的在于提供了一种MoON涂层，可以进一步提高电极材料的物理，化学，电学性能，更好地满足现代化快速充放电的要求。

本发明另一目的在于提供了上述MoON涂层的制备方法。

本发明再一目的在于提供了上述MoON涂层的应用。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种MoON涂层，所述MoON涂层采用脉冲磁控溅射沉积法制备，该层各元素的原子百分比含量：Mo：26～41at.％，O：24～64at.％，N：9～36at.％。

优选地，所述MoON涂层的厚度为3～4μm。

所述的MoON涂层的制备方法，包括如下具体步骤：

S1.将经预处理后的衬底基体固定在镀膜腔室内的工件转架上，使基体正对Mo靶材表面，调节转架自转速度5～10rpm，公转速度0～15rpm，打开加热器升温至100～300℃，预抽本底真空至3～5×10^-3Pa；

S2.打开Ar气流量阀，调节气压至0.3～1.2Pa，开启直流脉冲偏压电源，调节基体偏压，占空比和频率，打开阳极层离子源调节电流3～10A对腔体进行离子源刻蚀清洗；

S3.降低基体偏压至0～-150V，打开Ar、N₂气流量阀，调节Ar/N₂流量比1：4，调节总气压至0.3～1.2Pa，打开Cr电弧靶，调节靶电流40～80A，进行沉积，得到CrN过渡层；