[發(fā)明專利]具有垂直取向三維結(jié)構(gòu)的叉指電極材料及制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110455782.8
• 申請日: 2021-04-26
• 公開（公告）號: CN113155914B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楚增勇;肖民;趙振凱;張冶;蔣振華;王璟;胡天嬌;李國臣;鞏曉鳳;董其超
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 長沙大勝專利代理事務(wù)所(普通合伙) 43248
• 代理人: 陸僖

1.一種具有垂直取向三維結(jié)構(gòu)的叉指電極材料，其特征在于：是由納米材料堆疊而成的納米片層結(jié)構(gòu)近垂直取向間隔排列于叉指電極的叉指間復(fù)合而成；所述納米材料的形態(tài)為零維的量子點、納米顆粒、一維的納米管、納米棒、納米線或二維的納米片層中的一種或幾種；所述納米片層結(jié)構(gòu)形成的納米材料層的厚度為≥6μm，寬度為20～500μm，近垂直取向的單片層的取向夾角為60～90°，近垂直取向的單片層之間的垂直間距為1～12μm、單片層的厚度為0.1～1.0μm；

所述具有垂直取向三維結(jié)構(gòu)的叉指電極材料的制備方法，是將納米材料分散液涂覆于叉指電極的溝槽中，冷凍后，冷凍干燥，即成；所述冷凍的方式為單向冷凍或雙向冷凍；所述冷凍的溫度為-20～-198℃，時間為0.5～5.0min；將叉指電極放置于坡度為5～30°的楔形塊上進行冷凍，其中，坡度方向與叉指電極指間方向垂直；所述冷凍干燥的冷阱溫度≤-50℃，真空度為≤60Pa，時間為0.5～4.0h。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有垂直取向三維結(jié)構(gòu)的叉指電極材料，其特征在于：所述納米材料為氧化石墨烯量子點、單層氧化石墨烯粉體、多層氧化石墨烯粉體、羧基化碳納米管或氧化鋅納米顆粒中的一種或幾種；所述叉指電極的電極層材料的熱導(dǎo)率≥50W·m^-1·K^-1，基底表面平整且其熱導(dǎo)率≤5W·m^-1·K^-1，叉指電極的電極層厚度≥10μm，線寬為45～250μm，線距為20～500μm；所述叉指電極的指長為2～20mm，叉指對數(shù)為5～20對；所述叉指電極的金屬層結(jié)構(gòu)為Cu/Ni/Au、Ag或Pt；所述Cu/Ni/Au金屬層結(jié)構(gòu)Cu、Ni、Au的厚度依次為2～20μm、0.2～5.0μm、0.2～5.0μm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述具有垂直取向三維結(jié)構(gòu)的叉指電極材料，其特征在于：所述納米材料分散液的濃度為0.5～20mg/mL；所述納米材料分散液的制備方法為：將納米材料加入水中，進行超聲分散，即成；所述超聲分散的頻率為20～60kHz，功率為100～1500W，時間為0.1～2.0h；在水中加入相當(dāng)于其質(zhì)量3～8%的防凍劑；所述防凍劑為無水乙醇、甲醇或二甲基亞砜中的一種或幾種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述具有垂直取向三維結(jié)構(gòu)的叉指電極材料，其特征在于：所述涂覆至納米材料分散液在叉指電極溝槽中的厚度為≥6μm；所述涂覆為刮涂、浸涂、旋涂或滴涂；所述刮涂的刮刀高度相對于叉指電極的厚度高1～3μm，移動速度為3～50cm/min；浸涂時，叉指電極浸入納米材料分散液的速度為1～10cm/s；所述旋涂的速度為500～3000r/min，時間為30～180s；在涂覆前，先將納米材料分散液預(yù)冷至0～10℃。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述具有垂直取向三維結(jié)構(gòu)的叉指電極材料，其特征在于：所述涂覆至納米材料分散液在叉指電極溝槽中的厚度為≥6μm；所述涂覆為刮涂、浸涂、旋涂或滴涂；所述刮涂的刮刀高度相對于叉指電極的厚度高1～3μm，移動速度為3～50cm/min；浸涂時，叉指電極浸入納米材料分散液的速度為1～10cm/s；所述旋涂的速度為500～3000r/min，時間為30～180s；在涂覆前，先將納米材料分散液預(yù)冷至0～10℃。

6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述具有垂直取向三維結(jié)構(gòu)的叉指電極材料，其特征在于：所述叉指電極在使用之前先進行預(yù)處理：將叉指電極置于無水乙醇中，超聲清洗，真空干燥，再進行表面等離子體清洗，即成；所述超聲清洗的頻率為20～60kHz，功率為100～1500W，時間為2～5min；所述真空干燥的溫度30～90℃，真空度為0～-0.1MPa，時間為10～30min；所述表面等離子體清洗的功率為5～30W，時間為5～30min；涂覆前，用液氮浸泡叉指電極3～7min。