基于聚吡咯微电极的MEMS微型超级电容器的研究

MEMS 微能源是指采用微加工技术制作实现能量的获取与转换、存储与释放的微纳器件与系统,而微型超级电容器则是一种基于电化学电容实现储能的微型能量存储器件,可作为能量存储单元在MEMS微电源系统中获得应用.设计制作了一种具有两腔并排式结构的微型聚吡咯超级电容器.该微型超级电容器南微结构,微电极功能薄膜以及酸性电解液构成,...     

石墨烯/聚吡咯/聚苯胺复合材料的制备与电容性能

超级电容器是一种绿色储能节能器件,其性能主要是由电极材料所决定的.以疏松的石墨烯(GR)为模板,先后以吡咯(Py)和苯胺(ANi)为单体,采用两步原位聚合法制备了具有"三明治"结构的石墨烯/聚吡咯/聚苯胺(GR/PPy/PANi)复合材料,探索了原料比对复合材料结构、微观形貌、电化学性能的影响.研究表明,Py和ANi分...     

PANi/PPy/GO复合材料的制备与电化学性能

利用两步原位聚合法制备聚苯胺/聚吡咯/氧化石墨烯(PANi/PPy/GO)复合材料,考察了苯胺/吡咯/GO原料比对复合材料结构、微观形貌及电化学性能的影响。结果表明,PPy和PANi分别以非晶态形式均匀地原位复合在GO和PPy/GO片的表面; PANi/PPy/GO复合材料主要是靠法拉第赝电容进行电荷存储,且比电容较大、电荷转移电阻较小、循环稳定性较高;当苯胺/吡咯/GO原料质量比为10∶5∶1时,所制备复合材料利用循环伏安法和恒电流充放电法计算的比电容分别达到最大值154.7和243.3 F·g~(-1)。PANi/PPy/GO复合材料可用于超级电容器的电极材料。     

MXene/聚吡咯复合材料的制备及其超电性能研究

新型材料MXene(过渡金属二维碳化物,氮化物和碳氮化物)由于其良好的电化学活性而被广泛应用于储能材料。聚吡咯因其具有稳定的导电性而常用作超级电容器材料。通过原位聚合法成功制备MXene(Ti_3C_2T_x)和聚吡咯(PPy)复合材料。利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对Ti_3C_2T_x/PPy复合电极材料进行表征,结果表明PPy均匀地包覆在Ti_3C_2T_x表面。这种独特的复合材料展现良好的协同作用,有效提高了电子和离子的传输速率。电化学测试表明:Ti_3C_2T_x和聚吡咯质量比为2∶1时复合材料表现出最好的电化学性能,当电流密度为1 A·g~(-1)时,Ti_3C_2T_x/PPy-2的比电容达到139 F·g~(-1),并且拥有较好的倍率性能。结果表明Ti_3C_2T_x/PPy复合材料可用于制备超级电容器电极材料。     

3D MIM电容器原子层沉积可控生长及电学性能

为提高电容器的比电容,设计了基于三维(3D)结构的金属-绝缘体-金属(MIM)电容器.采用原子层沉积(ALD)技术制备电容器功能薄膜层,通过建立3D结构原子层沉积理论模型,拟舍得到了原子层沉积过程中薄膜覆盖率与3D结构之间的依赖关系.基于该模型优化了工艺参数,制备了不同介质层厚度的电容器,并对器件进行了C-V和I-V特性测试,得到电容器击穿场强和介电常数均值分别为6.68 MV/cm和7.95.同时,制备的3D MIM电容器的比电容达到212.5 fF/μm2,相比常规平面电容器,其电容密度提高了一个数量级.且该电容器击穿场强和介电常数与薄膜厚度之间具有良好的线性关系,表明理论模型合理,实现了基于3D结构的原子层沉积薄膜可控生长.     

电化学聚合温度对聚吡咯铝电解电容器性能的影响

采用化学聚合和电化学聚合两步法制作聚吡咯(PPy)铝电解电容器,研究了电化学聚合温度对PPy的微观形貌及聚吡咯铝电解电容器的电容和等效串联电阻Res的影响,结果表明:在10～20℃聚合所得到的聚吡咯铝电解电容器的电性能都比较理想,尤以15℃电化学聚合的为最优,其电容最大为12.6μF,Res最小为32mΩ。并且在此温度条件下制备的PPy致密性高,颗粒大小均匀。     

MEMS超级电容器研究进展

基于微机电系统(Micro-electro-mechanical systems,MEMS)技术的微型超级电容器是一种以微纳米结构形式实现储能的微型能量存储器件,具有高比容量、高储能密度和高抗过载能力等特点,在MEMS微电源系统、引信系统以及物联网等技术领域具有广泛的应用前景。分析了超级电容器的基本原理和种类,系统综述了MEMS超级电容器的国内外研究现状,重点讨论了基于MEMS加工技术的超级电容器制造方法和优势,从材料、结构设计、加工工艺方面分析了MEMS超级电容器存在的技术瓶颈问题,并展望了其未来的发展趋势和应用需求。     

基于脉冲电沉积法制备RuO2材料及其超级电容器性能

RuO₂作为一种比较优秀的电极材料,在超级电容器中具有较大应用,但RuO₂电容性能受限于颗粒粒径大小以及分散性。为解决RuO₂颗粒容易团聚和分散性较差的问题,以RuCl₃·nH₂O为前驱体,采用新型脉冲电沉积法在泡沫Ni上电沉积RuO₂作为超级电容器的电极材料。并使用扫描电子显微镜、X射线衍射仪以及电化学工作站表征材料的表面微观形貌、物相组成和电化学性能。结果表明：分别电沉积15 min和30 min, RuO₂在Ni上生长为一层50 nm和150 nm厚度均匀的薄膜;电化学性能测试表明其内阻较低以及充放电时间较长;电沉积15 min的P15样品在20 mV/s扫描速率下具有576 F/g的比电容,在1 A/g电流密度下具有400 F/g的比电容。因此,脉冲电沉积法制备的RuO₂材料具有比较优异的性能,在超级电容器的电极材料制备中具有一定的应用前景。     

碳纳米管–聚吡咯复合材料在超电容器中的应用

在碳纳米管(CNT)基体上用化学聚合或电化学聚合方法沉积聚吡咯(PPy)制得复合材料。再以此类复合材料为活性物质制作电极,组装成原型超电容器。并对其进行了循环伏安、恒电流充放电等电化学测试。用此类复合材料制成的原型超电容器的比容量(23.6 F/g)与纯碳纳米管(2.3 F/g)或纯聚吡咯(3.9 F/g)制成的原型电容器比较,发现复合电极电容器比容量的提高不是简单的加和效应,而是协同效应所致。     

碳纳米管–聚吡咯复合材料在超电容器中的应用

在碳纳米管(CNT)基体上用化学聚合或电化学聚合方法沉积聚吡咯(PPy)制得复合材料。再以此类复合材料为活性物质制作电极,组装成原型超电容器。并对其进行了循环伏安、恒电流充放电等电化学测试。用此类复合材料制成的原型超电容器的比容量(23.6 F/g)与纯碳纳米管(2.3 F/g)或纯聚吡咯(3.9 F/g)制成的原型电容器比较,发现复合电极电容器比容量的提高不是简单的加和效应,而是协同效应所致。     

基于阵列芯片衬底上聚吡咯的药物电控释放

以吡咯(Py)单体为前驱液,腺苷三磷酸(ATP)为掺杂剂,通过恒电流法在阵列芯片衬底上制备聚吡咯-腺苷三磷酸(PPy-ATP)膜。通过扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱(EDS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)对PPy-ATP膜进行了形貌表征、元素分析和结构分析,结果表明ATP成功掺杂到PPy膜中。利用PPy的掺杂-去掺杂特性,在室温条件下研究了直流和交流电位对ATP的控制释放,结果表明释放5 h,直流电位的幅值越大,ATP的释放速率越快,累积释放率越大。对于交流电位,±0.8 V和±0.5 V作用下总的累积释放率相近,前者的累积释放率较后者快,±0.3 V条件下的累积释放率和释放速率都低于±0.5 V下的释放结果。总体来说直流和交流电位作用下的累积释放率明显大于自释放的结果。     

(CoFe)Se2@NC超级电容器电极材料的制备及其电化学性能

金属-有机框架(MOF)衍生的过渡金属硒化物和多孔碳纳米复合材料具有巨大的储能优势,是应用于电化学储能的优良电极材料。采用共沉淀法制备CoFe类普鲁士蓝(CoFe-PBA)纳米立方,并通过静电组装在CoFe-PBA上包覆聚吡咯(PPy)得到CoFe-PBA@PPy;通过在400℃氮气中退火并硒化成功制备了氮掺杂的碳(NC)包覆(CoFe)Se₂的(CoFe)Se₂@NC纳米复合材料,并对其结构和形貌进行了表征。以(CoFe)Se₂@NC为电极制备了超级电容器,测试了其电化学性能,结果表明,在电流密度1 A/g时超级电容器的比电容达到1047.9 F/g,在电流密度5 A/g下1000次循环后具有良好的循环稳定性和96.55%的比电容保持率。由于其性能优越、无毒、成本低和易于制备,未来(CoFe)Se₂@NC纳米复合材料在超级电容器中具有非常大的应用潜力。     

基于MEMS工艺的微机械失效分析研究进展

随着微电子机械系统(MEMS)消费市场的不断增长,微器件的可靠性问题将是未来数年MEMS研究面临的新挑战.针对国内外近年来在微机械失效方面的主要研究内容,综述了基于MEMS工艺微机械的主要失效形式、失效机理和失效预防措施的最新研究成果和主要研究方法,着重总结了微机械的断裂、疲劳、磨损、黏附和蠕变等失效形式,并分析了这些失效形式对微器件的功能和性能的影响以及对这些失效的预防措施,通过结构优化、器件设计和加工质量控制等措施可降低失效的发生,提高可靠性.最后总结了微机械失效分析中存在的主要问题和以后的发展方向,提出建立通用的失效预测模型、标准的可靠性测试方法是未来微机械失效分析的研究重点.     

磁约束微波等离子体化学气相沉积金刚石薄膜

采用国内研制的电子回旋共振化学气相沉积(ECRCVD)设备,在单晶硅衬底上沉积了金刚石薄膜。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和激光拉曼谱仪(RAM)的测试,证明所沉积的薄膜具有明确的金刚石特征。所采用的ECRCVD设备,具有低压沉积、大面积均匀和低温生长的优点。这种方法在合成金刚石光学膜、半导体膜以及其它薄膜方面,很有发展潜力。     

基于聚酯纤维制备纤维状柔性超级电容器

将碳纳米管(CNT)和聚吡咯纳米线(NPPy)通过超声附着到纺织纤维——聚酯纤维上,制备了CNT/NPPy/聚酯纤维复合柔性电极和全固态纤维状柔性超级电容器。通过扫描电子显微镜、傅立叶红外光谱和拉曼光谱对复合电极的形貌和结构进行表征,通过循环伏安法和充放电测试等研究了超级电容器的电化学性能。充放电测试结果表明所制备的纤维状柔性超级电容器具有较高的比容量,其表面积比容量为6.34×10–3 F/cm~2,长度比电容为0.36×10–3F/cm(充放电电流密度:1.7×10–6A/cm~2)。且其循环800圈后,电容只下降33%,当弯曲500次后,该超级电容器的电容量保持率为76%,显示出了良好的柔性和弯曲稳定性。该柔性纤维状超级电容器的制备方法步骤简单,成本低廉,所制备的柔性纤维状超级电容器可纺织到衣服面料或其他纺织品中,在便携式和可穿戴电子产品中具有潜在应用前景。     

垂直靶向脉冲激光沉积制备ZnO纳米薄膜

用一种新颖的制备纳米粒子与薄膜的垂直靶向脉冲激光沉积(VTPLD)方法,在室温及空气气氛下,于玻璃基底上成功地制备出ZnO纳米薄膜.用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)仪对ZnO纳米薄膜的表面形貌和结构进行了表征,用荧光光谱仪对薄膜的光致发光(PL)性能进行了测量.结果表明,当激光功率为13 W时,沉积出的粒子大小较均匀,尺寸在40 nm左右,且粒子排列呈现出一定方向性;当激光功率为21 W时,沉积的ZnO纳米薄膜图呈现出微纳米孔的连续薄膜.在玻璃基底上沉积的ZnO纳米薄膜有一主峰对应的(002)衍射晶面,表明ZnO纳米薄膜具有良好的c轴取向性.不同激光功率下沉积ZnO纳米薄膜经500 ℃热处理后的PL峰,其强度随激光能量而变化,最大发光波长位于412 nm.     

移动互联网络时代MEMS技术的创新发展

微电子机械系统(MEMS)技术是半导体微电子学的创新,利用Si基集成电路的平面工艺从两维加工向三维加工发展,开创了MEMS新的领域。综述并分析了与信息产业以及移动网络相关的MEMS主流产品(加速度计、陀螺仪、微麦克风、数字微镜器件(DMD)、喷墨头和RF MEMS)的技术发展现状和趋势,同时预测了MEMS新兴产品(光滤波器、微小电子鼻、微扬声器、微超声器、微能量采集器和纳机电系统(NEMS))的科研现状和面临的技术挑战。从当前世界MEMS技术发展的特点(系统集成、与CMOS工艺结合走向标准加工、纳米制造与微米、纳米融合和多应用领域扩展)出发,结合国内MEMS技术发展的现状,提出我国MEMS技术发展的建议。     

基于PZT压电薄膜的压力传感器工艺研究

选用敏感材料锆钛酸铅(PZT),优化微机电系统(MEMS)微加工工艺,制作了硅基PZT压电薄膜叉指式电极结构的MEMS压力传感器。在基体Au/Ti/LNO/SiO_2/Si<100>上,采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)法,在650℃高温下采用分层退火的方式进行退火,得到厚1.2μm的PZT压电薄膜。薄膜表面均匀,无裂纹。利用光刻工艺和低压溅射工艺得到平行叉指电极。制作完成PZT压电薄膜结构的微压力传感器,在弹性薄膜上施加压力,其电压输出性能较好,说明基于压电薄膜的叉指电极结构可行,为基于纳米纤维结构的微压力传感器的制作奠定了理论基础。     

压电MEMS兰姆波器件技术的最新进展与展望

兰姆波谐振器(LWR)作为一种新兴的压电微机电系统(MEMS)声学器件,同时具有高工作频率、高机电耦合系数、高品质因数值及低功耗等特点,其制造工艺与集成电路工艺兼容,可在单片晶圆上实现多频率器件。基于LWR的声学滤波器是实现高性能射频前端组件的有效解决方案之一,能够满足未来通信设备多频率及集成化的发展要求,其相关研究已成为微声器件领域的热点。该文简要介绍了兰姆波的基本原理,综述了近年来基于氮化铝(AlN)薄膜和铌酸锂薄膜(LNOI)的压电MEMS兰姆波器件研究取得的最新成果,并讨论了压电MEMS兰姆波器件的发展趋势。     

40V混合型超级电容器单元的研制

通过优化组合电解电容器的阳极和电化学电容器的阴极,研制了一种单元工作电压为40V的混合型超级电容器,该电容器与电化学电容器相比较,工作电压得到了实质性地提高.经电气性能测试表明它具有高储能密度和快速充放电的能力,频谱阻抗(EIS)分析显示它具有优良的阻抗特性和频率特性.