[发明专利]一种片上集成超级电容器的电极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种片上集成微型超级电容器的电极材料，其特征在于，所述电极材料包括基底、图形化的纳米导电层以及有序纳米双层同轴管阵列，所述纳米导电层设置在所述基底上，所述有序纳米双层同轴管阵列由垂直生长在所述纳米导电层上的纳米双层同轴管构成；所述纳米双层同轴管包括过渡金属纳米管和生长在所述过渡金属纳米管内侧的过渡金属氧化物纳米管；所述过渡金属纳米管由过渡金属或过渡金属合金构成；所述过渡金属氧化物纳米管由所述过渡金属纳米管的过渡金属或其合金中具有储能性能的氧化物构成；所述纳米双层同轴管管壁具有纳米孔洞构成的次级结构，所述次级结构沿纳米管生长方向具有平均孔径由大变小且孔洞数密度由少变多的分布特征。

2.根据权利要求1所述片上集成微型超级电容器的电极材料，其特征在于，所述纳米导电层由不活泼金属薄膜、有机导电薄膜、无机非金属导电薄膜或有机-金属复合薄膜中的一种薄膜或几种的复合薄膜构成；纳米导电层厚度d_c为10 nm ~ 10 μm。

3.根据权利要求1所述片上集成微型超级电容器的电极材料，所述过渡金属为Ni、Co、Fe、Mn中的一种，所述过渡金属合金为Ni合金、Co合金、Fe合金、Mn合金中的一种。

4.根据权利要求3所述片上集成微型超级电容器的电极材料，其所述过渡金属氧化物和合金氧化物纳米管材料为NiO、CoO、FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄、Co₂O₃、Co₃O₄、Mn₂O₃、MnO₂、Mn₃O₄、CoFeO₄、NiFeO₄、FeNiO₄、CoNiO₄、FeCoO₄、FeNiO₄中的一种或多种。

5.一种权利要求1-4任意一项所述片上集成微型超级电容器的电极材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10、采用物理气相沉积法、化学气相沉积法、化学湿法生长或旋涂法在基底上依次制备厚度d_c的纳米导电层及厚度d_S的前驱材料层；

S20、在S10步骤得到的具有纳米导电层及前驱材料层的基片上，采用紫外曝光-刻蚀的平面微纳图形化工艺得到图形化的纳米导电层及图形化前驱材料层；

S30、在S20步骤得到图形化纳米导电层及图形化前驱材料层基础上，利用电化学阳极氧化前驱材料层，得到有序纳米多孔单通绝缘模板，然后采用电化学或化学湿法腐蚀刻蚀有序纳米多孔单通绝缘模板孔洞底部绝缘阻隔层，得到厚度为d_T的牺牲层，所述牺牲层为孔径Φ_T且以纳米导电层为底的有序纳米多孔模板；

S40、在S30步骤制备的牺牲层基础上，采用电化学方法以牺牲层为模板制备长度L、壁厚d_TM的过渡金属纳米管，形成有序过渡金属纳米管阵列，其中L≤d_T，d_TM0.5Φ_T；

S50、在S40步骤得到的所述过渡金属纳米管的内壁制备过渡金属氧化物纳米管，形成有序纳米双层同轴管阵列，其中纳米双层同轴管的外层为壁厚d'_TM的过渡金属纳米管、内层为壁厚d_TMOx的过渡金属氧化物纳米管，其中d'_TMd_TM，d_TMOx0.5Φ_T-d_TM；

S60、对S50步骤得到的有序纳米双层同轴管阵列进行清洗，然后通过选择性刻蚀去除牺牲层，清洗，干燥，得到片上集成微型超级电容器图形化电极材料。