本發(fā)明屬于激光微納制造領(lǐng)域，具體涉及一種基于高導(dǎo)電石墨烯的高響應(yīng)微型超級(jí)電容器的制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著電子產(chǎn)品設(shè)備的快速發(fā)展，各種便攜式智能設(shè)備得到了大量的應(yīng)用。傳統(tǒng)的電容器由于其過(guò)于龐大的體積，不能完全滿足越來(lái)越微型化、高度集成化電子設(shè)備的發(fā)展需求，微型超級(jí)電容器等微型的儲(chǔ)能器件成為了科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

2、微型超級(jí)電容器(mscs)具有體積小、壽命長(zhǎng)、高功率密度、快速充放電、優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，在電子信息、儲(chǔ)能設(shè)備、生物醫(yī)學(xué)、熱能管理等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。碳基材料是超級(jí)電容器最常用的電極材料，這是由于碳基材料具有分層多孔結(jié)構(gòu)和高比表面積的優(yōu)點(diǎn)，可以為電荷儲(chǔ)存提供足夠的活性位點(diǎn)，有利于電解質(zhì)離子在電極中的擴(kuò)散。然而，由于前驅(qū)體特性和制備工藝的限制，碳基材料的電導(dǎo)率值低，不利于提高其電化學(xué)性能。碳基材料的導(dǎo)電性是由多個(gè)方面的因素綜合影響的結(jié)果，包括但不限于孔隙結(jié)構(gòu)、雜原子含量、石墨化程度等。高導(dǎo)電性對(duì)于碳基材料的速率能力和響應(yīng)能力至關(guān)重要，故而，迫切需要一種能夠穩(wěn)定制備高導(dǎo)電石墨烯的方法。

3、傳統(tǒng)的制備石墨烯結(jié)構(gòu)的方法主要有化學(xué)氣相沉積法、機(jī)械剝離法、化學(xué)剝離法等，這些制備工藝存在產(chǎn)率低、成本高、工藝復(fù)雜的不足，不能滿足工業(yè)化和規(guī)?；纳a(chǎn)要求。近些年，隨著簡(jiǎn)便、快捷的激光誘導(dǎo)石墨烯技術(shù)(lig)被開(kāi)發(fā)出來(lái)，人們開(kāi)始尋找一切可以轉(zhuǎn)變成石墨烯的碳前驅(qū)體，想要快速低成本的制備出高質(zhì)量石墨烯。

4、因此，本發(fā)明提供一種基于高導(dǎo)電石墨烯的高響應(yīng)微型超級(jí)電容器的制備方法解決上述技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于高導(dǎo)電石墨烯的高響應(yīng)微型超級(jí)電容器的制備方法，所述制備方法的成本低，效率高，可大規(guī)模制備。

2、本發(fā)明提供一種基于高導(dǎo)電石墨烯的高響應(yīng)微型超級(jí)電容器的制備方法，包括以下步驟：

3、s1，提供一襯底，對(duì)所述襯底進(jìn)行表面改性；在表面改性后的所述襯底上制備氰酸酯薄膜；

4、s2，通過(guò)大尺寸光斑激光束照射所述氰酸酯薄膜，誘導(dǎo)所述氰酸酯薄膜形成燒結(jié)納米粒子狀形貌的高導(dǎo)電石墨烯薄膜；

5、s3，通過(guò)小尺寸光斑激光束對(duì)所述高導(dǎo)電石墨烯薄膜進(jìn)行雕刻，得到高分辨率叉指電極；

6、s4，使用導(dǎo)電銀漿和銅箔將所述高分辨率叉指電極的引腳導(dǎo)出，并對(duì)導(dǎo)出引腳后的所述高分辨率叉指電極進(jìn)行清洗烘干；將凝膠電解質(zhì)均勻涂覆在烘干后的所述高分辨率叉指電極上，并將涂覆有凝膠電解質(zhì)的所述高分辨率叉指電極放置于真空腔體中進(jìn)行抽真空處理；采用封裝薄膜對(duì)抽真空處理后的所述高分辨率叉指電極進(jìn)行封裝，得到高響應(yīng)微型超級(jí)電容器。

7、優(yōu)選的，所述s1中表面改性為射線照射法，通過(guò)紫外激光在所述襯底表面加工單個(gè)尺寸小于100μm的陣列微結(jié)構(gòu)圖案。

8、優(yōu)選的，所述紫外激光的波長(zhǎng)為355nm，脈沖頻率為600hz，脈沖持續(xù)時(shí)間為10ps；所述紫外激光的掃描方向?yàn)閺淖笾劣摇纳现料逻f進(jìn)，掃描間距為50μm-100μm，掃描速度為600mm/s-1200mm/s，功率為17.5w峰值功率的50％-70％。

9、優(yōu)選的，所述襯底選自玻璃、石英、硅、以及柔性基底中的任意一種，且所述襯底的厚度為0.01mm-0.2mm。

10、優(yōu)選的，所述s1中在表面改性后的所述襯底上制備氰酸酯薄膜，具體包括：s11，提供氰酸酯單體，并對(duì)所述氰酸酯單體進(jìn)行水浴加熱，得到液體狀氰酸酯單體；s12，將所述液體狀氰酸酯單體均勻涂覆在表面改性后的所述襯底表面；s13，對(duì)涂覆有所述液體狀氰酸酯單體的所述襯底進(jìn)行高溫?zé)峁袒幚?，以使所述液體狀氰酸酯單體轉(zhuǎn)化成氰酸酯薄膜并固化于所述襯底。

11、優(yōu)選的，所述s11中水浴加熱的溫度為50℃-70℃，加熱時(shí)間為20min-30min；所述s12中的所述液體狀氰酸酯單體的涂覆方法為滴涂法和稱(chēng)重法；所述s13中高溫?zé)峁袒幚淼臏囟葪l件為25℃-250℃，處理時(shí)間為5h-6h。

12、優(yōu)選的，所述大尺寸光斑激光束通過(guò)中紅外co2激光器或可見(jiàn)光半導(dǎo)體激光器發(fā)出，且所述大尺寸光斑激光束的光斑尺寸為200μm-500μm；所述中紅外co2激光器或所述可見(jiàn)光半導(dǎo)體激光器的掃描方式為從左至右的光柵重疊逐行掃描方式，掃描速度為60mm/s-200mm/s，離焦量介于+1mm～+5mm，掃描像素步長(zhǎng)為800點(diǎn)/英寸(dpi)-1200點(diǎn)/英寸(dpi)，且所述大尺寸光斑激光束的光斑尺寸和掃描間距的乘積要介于5000μm2-8000μm2。

13、優(yōu)選的，所述小尺寸光斑激光束通過(guò)紫外超快激光器或紫外納米激光器發(fā)出，所述小尺寸光斑激光束的光斑尺寸小于20μm；所述紫外超快激光器或紫外納米激光器采用方向交替的激光束移動(dòng)路徑，掃描速度介于600mm/s-1500mm/s，掃描間距小于8μm，掃描次數(shù)不低于2次,功率為17.5w峰值功率的80％-95％。

14、優(yōu)選的，對(duì)導(dǎo)出引腳后的所述高分辨率叉指電極進(jìn)行清洗的溶劑為無(wú)水乙醇和去離子水；對(duì)清洗后的所述高分辨率叉指電極進(jìn)行烘干的溫度條件50℃-90℃，烘干時(shí)間為10min-30min；所述凝膠電解質(zhì)為pva/h3po4凝膠電解質(zhì)、pva/h2so4凝膠電解質(zhì)以及pva/licl凝膠電解質(zhì)中的任意一種，所述抽真空處理的真空度為-0.9mpa～-0.7mpa，所述抽真空處理的時(shí)間為20min-40min。

15、優(yōu)選的，所述封裝薄膜為聚酰亞胺薄膜(pi)或聚對(duì)苯二甲酸乙二酯薄膜(pet)，且所述封裝薄膜的厚度為25μm-80μm。

16、與相關(guān)技術(shù)相比，本發(fā)明提供的一種基于高導(dǎo)電石墨烯的高響應(yīng)微型超級(jí)電容器的制備方法，包括以下步驟：提供一襯底，并對(duì)其進(jìn)行表面改性；在襯底上制備氰酸酯薄膜；通過(guò)大尺寸光斑激光束照射氰酸酯薄膜，誘導(dǎo)氰酸酯薄膜形成燒結(jié)納米粒子狀形貌的高導(dǎo)電石墨烯薄膜；通過(guò)小尺寸光斑激光束對(duì)高導(dǎo)電石墨烯薄膜進(jìn)行雕刻，得到高分辨率叉指電極；使用導(dǎo)電銀漿和銅箔將高分辨率叉指電極的引腳導(dǎo)出，并對(duì)導(dǎo)出引腳后的高分辨率叉指電極進(jìn)行清洗烘干；將凝膠電解質(zhì)均勻涂覆在烘干后的高分辨率叉指電極上，并對(duì)其進(jìn)行抽真空處理；采用封裝薄膜對(duì)抽真空處理后的高分辨率叉指電極進(jìn)行封裝，得到高響應(yīng)微型超級(jí)電容器。通過(guò)上述制備方法可以實(shí)現(xiàn)在任意襯底上誘導(dǎo)生成燒結(jié)納米粒子狀形貌的高導(dǎo)電石墨烯薄膜，若所述襯底為聚合物基底，石墨烯薄膜薄層電阻低至1.7ω/square(轉(zhuǎn)變成電導(dǎo)率約為122.5s/cm)；若所述襯底為金屬基底，石墨烯薄膜薄層電阻低至1.6ω/square(轉(zhuǎn)變成電導(dǎo)率>130s/cm)；另外，所述襯底上生成的燒結(jié)納米粒子狀形貌的高導(dǎo)電石墨烯薄膜都是通過(guò)激光加工形成，其生成效率高、成本低、導(dǎo)電性能優(yōu)異、可以大批量制備，通過(guò)在高導(dǎo)電石墨烯薄膜上圖案化，可得到具有特殊用途的高響應(yīng)微型超級(jí)電容器；并且利用高導(dǎo)電石墨烯薄膜制備出的高響應(yīng)微型超級(jí)電容器的掃描速度最大可達(dá)1000v/s。

技術(shù)特征：

1.一種基于高導(dǎo)電石墨烯的高響應(yīng)微型超級(jí)電容器的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高導(dǎo)電石墨烯的高響應(yīng)微型超級(jí)電容器的制備方法，其特征在于，所述s1中表面改性為射線照射法，通過(guò)紫外激光在所述襯底表面加工單個(gè)尺寸小于100μm的陣列微結(jié)構(gòu)圖案。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于高導(dǎo)電石墨烯的高響應(yīng)微型超級(jí)電容器的制備方法，其特征在于，所述紫外激光的波長(zhǎng)為355nm，脈沖頻率為600hz，脈沖持續(xù)時(shí)間為10ps；所述紫外激光的掃描方向?yàn)閺淖笾劣?、從上至下遞進(jìn)，掃描間距為50μm-100μm，掃描速度為600mm/s-1200mm/s，功率為17.5w峰值功率的50％-70％。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高導(dǎo)電石墨烯的高響應(yīng)微型超級(jí)電容器的制備方法，其特征在于，所述襯底選自玻璃、石英、硅、以及柔性基底中的任意一種，且所述襯底的厚度為0.01mm-0.2mm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高導(dǎo)電石墨烯的高響應(yīng)微型超級(jí)電容器的制備方法，其特征在于，所述s1中在表面改性后的所述襯底上制備氰酸酯薄膜，具體包括：s11，提供氰酸酯單體，并對(duì)所述氰酸酯單體進(jìn)行水浴加熱，得到液體狀氰酸酯單體；s12，將所述液體狀氰酸酯單體均勻涂覆在表面改性后的所述襯底表面；s13，對(duì)涂覆有所述液體狀氰酸酯單體的所述襯底進(jìn)行高溫?zé)峁袒幚?，以使所述液體狀氰酸酯單體轉(zhuǎn)化成氰酸酯薄膜并固化于所述襯底。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于高導(dǎo)電石墨烯的高響應(yīng)微型超級(jí)電容器的制備方法，其特征在于，所述s11中水浴加熱的溫度為50℃-70℃，加熱時(shí)間為20min-30min；所述s12中的所述液體狀氰酸酯單體的涂覆方法為滴涂法和稱(chēng)重法；所述s13中高溫?zé)峁袒幚淼臏囟葪l件為25℃-250℃，處理時(shí)間為5h-6h。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高導(dǎo)電石墨烯的高響應(yīng)微型超級(jí)電容器的制備方法，其特征在于，所述大尺寸光斑激光束通過(guò)中紅外co2激光器或可見(jiàn)光半導(dǎo)體激光器發(fā)出，且所述大尺寸光斑激光束的光斑尺寸為200μm-500μm；所述中紅外co2激光器或所述可見(jiàn)光半導(dǎo)體激光器的掃描方式為從左至右的光柵重疊逐行掃描方式，掃描速度為60mm/s-200mm/s，離焦量介于+1～+5mm,掃描像素步長(zhǎng)為800點(diǎn)/英寸(dpi)-1200點(diǎn)/英寸(dpi)，且所述大尺寸光斑激光束的光斑尺寸和掃描間距的乘積要介于5000μm2-8000μm2。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高導(dǎo)電石墨烯的高響應(yīng)微型超級(jí)電容器的制備方法，其特征在于，所述小尺寸光斑激光束通過(guò)紫外超快激光器或紫外納米激光器發(fā)出，所述小尺寸光斑激光束的光斑尺寸小于20μm；所述紫外超快激光器或紫外納米激光器采用方向交替的激光束移動(dòng)路徑，掃描速度介于600mm/s-1500mm/s，掃描間距小于8μm，掃描次數(shù)不低于2次,功率為17.5w峰值功率的80％-95％。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高導(dǎo)電石墨烯的高響應(yīng)微型超級(jí)電容器的制備方法，其特征在于，所述s4中，對(duì)導(dǎo)出引腳后的所述高分辨率叉指電極進(jìn)行清洗的溶劑為無(wú)水乙醇和去離子水；對(duì)清洗后的所述高分辨率叉指電極進(jìn)行烘干的溫度條件50℃-90℃，烘干時(shí)間為10min-30min；所述凝膠電解質(zhì)為pva/h3po4凝膠電解質(zhì)、pva/h2so4凝膠電解質(zhì)以及pva/licl凝膠電解質(zhì)中的任意一種，所述抽真空處理的真空度為-0.9mpa～-0.7mpa，所述抽真空處理的時(shí)間為20min-40min。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高導(dǎo)電石墨烯的高響應(yīng)微型超級(jí)電容器的制備方法，其特征在于，所述封裝薄膜為聚酰亞胺薄膜(pi)或聚對(duì)苯二甲酸乙二酯薄膜(pet)，且所述封裝薄膜的厚度為25μm-80μm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于高導(dǎo)電石墨烯的高響應(yīng)微型超級(jí)電容器的制備方法，包括：提供一襯底，并對(duì)其進(jìn)行表面改性；在襯底上制備氰酸酯薄膜；通過(guò)大尺寸光斑激光束照射氰酸酯薄膜，誘導(dǎo)氰酸酯薄膜形成高導(dǎo)電石墨烯薄膜；通過(guò)小尺寸光斑激光束對(duì)高導(dǎo)電石墨烯薄膜進(jìn)行雕刻，得到高分辨率叉指電極；使用導(dǎo)電銀漿和銅箔將高分辨率叉指電極的引腳導(dǎo)出，并對(duì)導(dǎo)出引腳后的高分辨率叉指電極進(jìn)行清洗烘干；將凝膠電解質(zhì)均勻涂覆在烘干后的高分辨率叉指電極上，并對(duì)其進(jìn)行抽真空處理；采用封裝薄膜對(duì)抽真空處理后的高分辨率叉指電極進(jìn)行封裝，得到高響應(yīng)微型超級(jí)電容器。本發(fā)明通過(guò)制備導(dǎo)電性能高的石墨烯薄膜，進(jìn)而制造出高響應(yīng)微型超級(jí)電容器，且制造成本低廉。

技術(shù)研發(fā)人員：劉輝龍,陳任基,肖志文,楊宏作,陳云,陳新
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣東工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6