柔性電子器件的一個重要挑戰在于供能器件的柔性化,利用微制造的方法來達到這一目的是目前較為理想的途徑之一。微型超級電容器可以解決微型電池功率密度低、電解電容器能量密度不高的問題,并有望作為全新的微型能源與柔性電子器件進行集成。
有鑒于此,Huang等人發明了一種TiC衍生的柔性多孔碳膜,并以此為基礎制備了一種微型超級電容器。
圖1. 微孔碳膜制備
通過在氧化物涂覆的Si薄膜上沉積一層相對較厚的TiC層,經過氯化,大部分(不是全部)TiC變成了多層碳膜。這種碳膜具有良好的柔性,殘余的硬質TiC作為基底Si膜的緩沖層。
所使用的工藝和和目前的微制造技術以及硅基器件制造技術具有良好的相容性。利用這種柔性的碳膜制造的微型超級電容器,水性電解質中電容為410 F/cm3, 200 mF/cm2;有機電解質中電容可達到170 F/cm3, 85 mF/cm2。
進一步,研究人員將這層碳膜從Si基底上分離下來,僅僅依靠TiC自身作為支撐材料,得到了一種微米厚度的、具有較高機械強度的自由浮動的多孔碳膜,可轉移到柔性基底表面。這種材料在能量儲存、摩擦學和氣體分離等領域都具有廣闊的應用前景。
圖2. 電化學表征
圖3. 電學性能
圖4. 力學性能
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