[发明专利]一种柔性可弯曲钛基掺硼金刚石薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种柔性可弯曲钛基掺硼金刚石薄膜及其制备方法和应用，涉及半导体材料技术领域。通过选择金属钛尺寸、预处理金属钛改善其对金刚石的附着能力、再将其作为基底材料，利用金属钛良好的弯曲性能和稳定的化学性质，从而制备出可弯曲钛基掺硼金刚石薄膜。经上述简单、便捷的制备方法得到的钛基掺硼金刚石薄膜，可以兼顾柔性可弯曲功能和优异的电化学性能；以此组装而成的柔性电容器器件在电流密度为0.1mA cmsupgt;‑2/supgt;时，得到功率密度为3mW cmsupgt;‑2/supgt;和能量密度为12.36mJ cmsupgt;‑2/supgt;。因此，极大的扩展了掺硼金刚石在柔性超级电容器领域的应用。

技术领域

本发明属于半导体材料技术领域，具体涉及一种柔性可弯曲钛基掺硼金刚石薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

柔性纤维超级电容器因其可拉伸性能高、柔韧性强、质量轻等特点被认为是解决可穿戴电子产品能源供应问题的最佳电源。当前，常用的石墨烯、过渡金属氧化物以及导电聚合物等电极材料的制备工艺复杂，与此同时在充放电过程中有可能出现稳定性较差的现象。合适的电极材料和柔性基底的巧妙组合在同时满足纤维超级电容器对电化学性能和柔韧性的要求方面发挥重要作用。在这种情况下，寻找制备工艺简单，且稳定性能高的电极材料成为柔性纤维超级电容器研究领域的热点。BDD以其制备工艺简单，抗酸碱腐蚀性能强，电势窗口宽，背景电流低、安全环保无污染和亲肤等优势在发展前景的柔性纤维超级电容器电极材料。然而，当前BDD基超级电容器的刚性和储电量低的问题限制了其在柔性可穿戴领域的长足发展。因此，利用简单工艺条件构建柔性可弯曲、高循环稳定性的BDD基超级电容器成为当务之急。

基底的柔性决定了整个电极的柔性和可弯曲度，BDD超级电容器要真正满足柔性可弯曲的要求，基底材料的柔性是首先要考虑的因素。当前，BDD薄膜常用的基底属于刚性材料，如碳材料、硅片和碳化物金属等，刚性BDD超级电容器在弯曲、折叠时，极易造成电极材料和集流体分离，影响电极的电化学性能，甚至导致短路引发严重的安全问题。

因此，如何解决柔性基底材料对金刚石附着能力差的问题，从而设计出由柔性基底材料制备的BDD超级电容器是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性可弯曲钛基掺硼金刚石薄膜，通过选择金属钛尺寸、预处理金属钛改善其对金刚石的附着能力、再将其作为基底材料，利用金属钛良好的弯曲性能和稳定的化学性质，从而制备出可弯曲钛基掺硼金刚石薄膜，为制备钛基掺硼金刚石基超级电容器提供新的技术思路。

为实现上述目的，本发明提供一种柔性可弯曲钛基掺硼金刚石薄膜，所述柔性可弯曲钛基掺硼金刚石薄膜以表面呈网格状的金属钛为基底，在基底上沉积掺硼金刚石，即可实现金刚石薄膜在常温下按任意角度弯折的功能，所述钛基掺硼金刚石薄膜还可以实现常温下的充电放电功能。

本发明的另一目的在于提供一种柔性可弯曲钛基掺硼金刚石薄膜的制备方法，仅包括处理金属钛基底和基底上沉积钛基掺硼金刚石，整体制备方法简单、常温进行、安全高效。在金属钛基底预处理步骤无需特殊装置设备，对作业环境和操作人员无特殊要求，可大规模快速生产。

为实现上述目的，本发明提供一种柔性可弯曲钛基掺硼金刚石薄膜的制备方法，具体包括以下步骤：

S1处理钛丝或平面钛片，使其表面形成网格状结构，得到金属钛基底；

S2在基底上沉积掺硼金刚石。

在一优选的实施方式中，步骤S1中，所述钛丝截面直径为0.2-0.5mm，长度为10-20cm；所述平面钛片长度和宽度均为1-2cm，厚度为0.2-0.5mm。