專利名稱：三維結構聚吡咯微電極及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明屬于微電子機械制造技術領域，特別涉及應用于微型超級電容器的一種三 維結構聚吡咯微電極及其制造方法。
背景技術：
電子產(chǎn)品小型化、微型化、集成化是當今世界技術發(fā)展的大勢所趨。微電子機械 系統(tǒng)(Micro Electro Mechanical Systems簡稱MEMS)具有移動性、自控性、集成化等特 點，是近年來最重要的技術創(chuàng)新之一。當一個子系統(tǒng)可以集成在一塊芯片上時，電源也必 須完成小型化、微型化的革命。MEMS微能源系統(tǒng)是指基于MEMS技術，將一個或多個電能 供給裝置集成為一個特征尺寸為微米級、外形尺寸為厘米級的微系統(tǒng)，能實現(xiàn)長時間、高 效能、多模式供電，特別適用于傳統(tǒng)電源無法應用的某些特殊環(huán)境。性能優(yōu)異的微型能源 對MEMS系統(tǒng)的發(fā)展和完善就具有特殊的意義。目前國外該領域的專利主要集中在微型 鋰離子電池、微型鋅鎳電池等領域，如美國oak ridge國家實驗室有關微型鋰離子電池的 專利(US. 5567210)以及美國Bipolar technologies公司的有關微型鋅鎳電池的專利 (US. 6610440BS)。上述相關專利技術所涉及到的微能源器件中微電極的制備方法都是在二 維結構平面電極上制備功能薄膜，受到二維結構平面電極有效面積等因素的限制，所制備 微電極電荷存儲能力不能滿足器件需求，嚴重制約了微型能源器件的應用。與微型電池相 比，微型超級電容器還應具有較低的阻抗，這與其微電極面積更加密切相關，面積增大可有 效降低電極內(nèi)阻。提高微電極的面積可以有效改善微型超級電容器的儲能特性，而到目前 為止，針對如何提高微型超級電容器微電極的面積，尚未提出有效的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術中微型超級電容器的二維結構微電極面積有限，無 法滿足器件儲能要求而提出的應用于微型超級電容器的一種三維結構聚吡咯微電極及其 制造方法，其特征在于，所述三維結構聚吡咯微電極是在銅基片的一側上沉積微柱陣列微 電極，并在銅基片和微柱陣列微電極表面覆蓋一層由聚吡咯及導電性材料構成的功能薄膜。所述微柱陣列中每一微柱的一端與銅基片連接。所述微柱的內(nèi)部結構是由碳構成，表面被覆一層銅。所述導電材料為導電碳納米管或導電乙炔黑。一種三維結構聚吡咯微電極的制造方法，其特征在于，采用MEMS技術在銅基片表 面涂制一層SU-8環(huán)氧基負型化學放大膠膜，并進行光刻工藝處理、制備微柱陣列，進行功 能薄膜電沉積后得到三維結構聚吡咯微電極，具體步驟如下DSU-8膠膜涂制及光刻工藝，選擇金屬銅作為基片，基片一面與SU-8膠膜相粘 接。通過甩膠、前烘、曝光、后烘、顯影、漂洗和硬烘工藝，在金屬基體表面形成由SU-8膠構 成的呈陣列排布的柱狀結構；
2)微柱陣列制備，通過惰性氣氛下高溫炭化方法，將SU-8膠微柱結構轉化為具有 一定導電能力的碳微柱結構；通過電鍍方法，在碳微柱結構的表面附著一層銅，以增強微柱 及其陣列的導電能力；3)功能薄膜電沉積工藝，配制含有一定比例吡咯、表面活性劑以及導電性碳材料 (碳納米管或乙炔黑)的電解液，通過陽極氧化聚合的方法在微柱陣列銅金屬層的表面形 成一層聚吡咯功能薄膜并完成三維結構微電極的制備。所述SU-8膠膜涂制，先行將SU-8膠在頻率33KHz的超聲恒溫槽中，保持25°C，在 50W低功率條件下，超聲振動30分鐘，以降低SU-8膠粘度并去除膠中大部分氣體；將銅基 片固定在甩膠機平臺上，在基片上滴加0. 5ml-3ml/cm2的上述SU-8膠，基片轉速從低到高 分兩次進行，先在400 600轉/分鐘轉速范圍，并維持5秒；后均勻加速到轉速為1800 2100轉/分鐘，維持15秒，然后均勻減速至靜止；刷膠完成的基片在25°C室溫環(huán)境中水平 放置10 30分鐘，以使SU-8膠自我整平并排出膠中氣體，甩膠工藝完成。所述前烘、曝 光、后烘工藝如下，對完成SU-8甩膠的銅基片采用階梯式升溫平緩式降溫烘烤方式，具體 為將膠膜在40 60°C溫度，預烘烤10分鐘后，以每分鐘3°C速率升溫至85 95°C較高溫 度，恒溫90分鐘，去除膠中絕大部分水分，然后閉箱自然冷卻15分鐘，然后再開箱自然冷卻 至室溫；選擇波長范圍350 400納米紫外光對SU-8膜進行接近式曝光處理，曝光功率范 圍10 20W，曝光時間100 130秒，后烘采用階梯式升溫平緩式降溫方法，即先在50 650C，烘烤10分鐘，接著升溫至90 100°C，維持16分鐘，關閉烘箱自然冷卻10分鐘，然后 打開烘箱自然冷卻至室溫；所述顯影、漂洗和硬烘工藝，將完成上述烘烤工藝的銅基片進行 顯影及漂洗處理，采用乙酸丙二醇甲脂為顯影劑，采用超聲高頻振動輔助顯影，超聲振動頻 率33kHz，振動功率25W，顯影時間12分鐘，顯影完成后用去離子水進行漂洗，將附著于膠膜 之上的乙酸丙二醇甲脂及溶解于其中的未交聯(lián)SU-8膠一并去除，之后在弱空氣流或氮氣 流中吹干；然后在溫度為150 200°C下硬烘20分鐘，則在銅基片上形成呈陣列狀排布的 SU-8膠柱狀結構。所述微柱陣列制備工藝過程如下1)將帶有SU-8膠柱狀結構的銅基片放入石英管式爐中，先行通氮氣10分鐘以徹 底去除管式爐中的氧氣，然后在通以流速2000Cm7min的氮氣，以10°C /分鐘速率升溫至 300 320°C，在該溫度條件下維持30分鐘，然后將爐溫以10°C /分鐘速率升溫至900 980°C，升溫過程完成后將氮氣氣氛轉為氮氣氫氣混合氣氣氛，混合氣中氫氣含量為5% (體積比)，流速仍保持2000Cm7min，在此溫度下維持1小時完成炭化，在混合氣氛條件下 自然冷卻至室溫并靜置，自然冷卻及靜置時間大于9小時；2)將完成SU-8膠炭化工藝的銅基片作為陰極，將銅板作為陽極，將陰極和陽極浸 泡在電鍍液中，控制電流密度5 lOOmA/cm2，電鍍溫度范圍18 40°C，電鍍時間600秒， 施鍍過程中不斷攪拌，完成碳微柱表面銅金屬導電層的制備，其中電鍍銅液配方為180 220g/L濃度的硫酸銅CuSO4, 50 70g/L濃度的硫酸H2SO4,40 100mg/L濃度的NaCl。所述三維結構微電極的準備，采用陽極氧化聚合法制備，將完成SU-8膠炭化及電 鍍銅的銅基片及微柱陣列作為陽極，鉬電極作為陰極，電極浸漬在含有吡咯單體、十二烷基 磺酸鈉、導電性碳材料的電解液中，控制電流密度范圍為10 20mA/cm2進行陽極氧化聚合 工藝，在銅基片及微柱陣列上制得聚吡咯功能薄膜層，從而完成三維結構的聚吡咯微電極 的制備；其中電解液配方濃度為6 7g/L的吡咯pyrole，濃度為25 30g/L的十二烷基磺酸鈉C12H25NaO3S,以及濃度為0. 5 lg/L的導電性碳材料，，優(yōu)選15mA/cm2。所制造具有三維結構的聚吡咯微電極具有如下尺寸特征微柱直徑范圍20 100 微米，微柱高度范圍50 200微米，柱體中心之間距離150 400微米，微柱橫截面形狀為 圓型、正方形或三角形的微柱陣列結構。本發(fā)明的有益效果是提出的三維聚吡咯微電極結構及其制造方法解決了普通聚 吡咯二維平面結構微電極面積有限，電極無法儲存大量電荷且內(nèi)阻偏高等技術問題，進而 達到了提高微電極電荷存儲能力，進而達到了改善微型超級電容器儲能特性和大電流放電 特性的效果。應用本發(fā)明的微型超級電容器，在傳感器網(wǎng)絡節(jié)點電源、微型機器人驅動電 源、引信電源等領域具有十分廣泛的應用。


圖1是微電極結構組成示意圖。圖2是微電極制造工藝示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明提出應用于微型超級電容器的一種三維結構聚吡咯微電極及其制造方法， 所述三維結構聚吡咯微電極是在銅基片的一側上沉積微柱陣列微電極，并在銅基片和微柱 陣列微電極表面覆蓋一層由聚吡咯及導電性材料構成功能薄膜。下面將參考附圖并結合實 施例來詳細說明本發(fā)明。圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的微電極結構組成示意圖。圖中，三維結構聚吡咯微電 極是在銅基片1的一側上沉積微柱陣列微電極，微柱的內(nèi)部結構2是由碳構成，表面被覆一 層銅3。并在銅基片和微柱陣列微電極表面覆蓋一層由聚吡咯及導電性材料構成功能薄膜 4。所述導電材料為導電碳納米管或導電乙炔黑。在上述結構中，通過在銅基片1的一面制 備微柱陣列，從而形成了具有較大面積的三維空間結構，可以有效地提高所制備功能薄膜4 的面積，通過在微柱內(nèi)部結構2的表面沉積一層導電性良好的一層銅3，可以有效的降低電 極的內(nèi)阻，從而有效地改善微電極乃至微型超級電容器的儲能特性。圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的微電極制造工藝示意圖，本發(fā)明的微電極制造工藝是 通過甩膠、前烘等工藝在銅基片1的一面涂制出厚度均勻的SU-8膠層5 (如圖2a所示)；通 過曝光、后烘、顯影、漂洗、硬烘等工藝過程，可以制備出具有圖形結構分辨率高、與銅基片1 粘結力強的，具有陣列狀排布的由SU-8構成的微柱結構6(如圖2b所示)。理想的前烘效 果是快速均勻的去除掉SU-8膠中95%左右水分，減少溫度驟變引發(fā)高應力的風險，膠膜光 滑平整，與基體結合力強。如果曝光量太小，圖形分辨率差，顯影時容易出現(xiàn)膠膜脫落和粘 連現(xiàn)象。如果曝光量太大，則膠膜內(nèi)應力大，膠膜容易發(fā)生變形翹裂，去膠困難。只有曝光 量適當選擇，才能制備出圖形分辨率、側壁陡直、與基底結合強度適中的膠膜，后烘處理以 充分釋放膠膜中的應力，使曝光區(qū)域發(fā)生充分交聯(lián)反應，發(fā)生交聯(lián)反應區(qū)域分子鏈增長，分 子量增大，分子密度增大；如果后烘過度，膠膜中分子密度過度增大引起局部區(qū)域內(nèi)應力過 大，會出現(xiàn)膠膜裂紋、基片彎曲等現(xiàn)象。如果后烘不足，膠膜與基底粘結性差，圖形容易在顯 影過程中損壞，圖形質量較差。通過惰性氣體中高溫炭化工藝，可以將上述SU-8膠微柱結構6轉化成成分為碳的微柱內(nèi)部結構2(如圖2c所示)；通過電鍍方法，可以在微柱內(nèi)部結構的表面形成一表層結 構的銅層3 (如圖2d所示)。通過陽極氧化聚合工藝過程，可以在微電極表層結構的銅層3表面附著一層聚吡 咯功能薄膜層4(如圖2e所示)。功能薄膜層由聚吡咯以及導電性材料(碳納米管或乙炔 黑)構成。制備過程為配制含有一定比例吡咯單體、表面活性劑以及導電性碳材料(碳納 米管或乙炔黑)的電解液，通過陽極氧化聚合的方法在銅基片1及微柱表層結構的銅層3 的表面形成一層功能薄膜4。在聚吡咯中功能薄膜中摻加一定比例的導電性碳材料則可以 降低薄膜內(nèi)阻的同時提高電沉積反應效率。需特別指出的是，本發(fā)明的微柱制備工藝過程 是將SU-8膠經(jīng)光刻等工藝處理后直接炭化形成微柱，與以往“電鑄”工藝中先行將SU-8膠 經(jīng)光刻處理形成“模具”，在模具中經(jīng)電鑄等方法制備金屬微柱，然后將金屬微柱間的SU-8 膠去除最終形成金屬微柱陣列的工藝根本不同，具有工藝簡單等特點。但SU-8膠炭化形成 的微柱與金屬微柱相比內(nèi)阻偏高，本發(fā)明以在SU-8膠炭化形成的微柱表面采用電鍍方法 制備銅層，有效的解決了微柱內(nèi)阻偏高的問題。本發(fā)明有效地提高了微電極表面積，進而提高了微電極表面功能薄膜的反應活 性?；谌S結構微電極的微型超級電容器具有良好的電學儲能特性，應用本發(fā)明中描述 微電極的微型超級電容器在傳感器網(wǎng)絡節(jié)點電源、微型機器人驅動電源、引信電源等領域 具有十分廣泛的應用。實施例選擇SU8環(huán)氧基負型化學放大膠中的SU-8 100規(guī)格型號(美國Micro Chem Corp. 公司產(chǎn)品)在銅金屬基片上進行甩膠工藝過程以制備厚度均勻的SU-8膠膜層。先行將SU-8 膠在超聲(頻率33KHz)恒溫槽中，保持溫度25°C，在較低功率50W條件下，超聲振動30分 鐘，以降低SU-8膠粘度并去除膠中大部分氣體。將銅金屬基片固定在甩膠機平臺上，在基片上滴加適量上述SU-8膠，將基片轉速 從靜止均勻加速到一定較低轉速，轉速500轉/分鐘，并維持5秒；然后均勻加速到較高轉 速，轉速2000轉/分鐘，維持15秒，然后均勻減速至靜止。刷膠完成的基片在25°C室溫環(huán) 境中水平放置30分鐘，以使SU-8膠自我整平并排出膠中氣體，甩膠工藝完成。對完成SU-8甩膠的銅金屬基片進行前烘工藝處理以去除膠中絕大部分水分。采 用階梯式升溫平緩式降溫烘烤方式，具體為將膠膜在50°C預烘烤10分鐘后，以每分鐘3°C 速率升溫至95°C，恒溫90分鐘，然后閉箱自然冷卻15分鐘，然后再開箱自然冷卻至室溫，減 少溫度驟變引發(fā)高應力的風險，前烘工藝完成。選擇365納米波長紫外光對SU-8膜進行接近式曝光處理，曝光功率15W曝光時間 120 秒。完成曝光后進行后烘處理，后烘采用階梯式升溫平緩式降溫方法，即先在較低溫 度60°C烘烤10分鐘，接著升溫至較高溫度95°C維持16分鐘，然后關閉烘箱自然冷卻10分 鐘，然后打開烘箱自然冷卻至室溫，以充分釋放膠膜中的應力。完成后烘工藝過程后進行顯影及漂洗處理，采用乙酸丙二醇甲脂(PGMEA)為顯影 劑，未發(fā)生交聯(lián)的SU-8膠溶解于PGMEA顯影劑中。采用超聲高頻振動輔助顯影，超聲振動 頻率33kHz，振動功率25W，顯影時間12分鐘。顯影完成后用去離子水進行漂洗，將附著于 膠膜之上的PGMEA及溶解于其中的未交聯(lián)SU-8膠一并去除，之后在弱空氣流或氮氣流中吹
完成顯影后進行硬烘工藝過程，硬烘溫度為180°C，硬烘時間為20分鐘。通過上述 工藝，可以在銅金屬基體的一側表面制備出由SU-8膠構成的呈現(xiàn)陣列狀排布的柱狀結構。將帶有SU-8膠柱狀結構的銅金屬基體放入石英管式爐中，先行通氮氣10分鐘以 徹底去除管式爐中的氧氣，然后在通以氮氣條件下(流速2000Cm7min)，以10°C /分鐘速率 升溫至310°C，在該溫度條件下維持30分鐘，然后將爐溫以10°C /分鐘速率升溫至950°C。 升溫過程完成后將氮氣氣氛轉為氮氣氫氣混合氣氣氛，混合氣中氫氣含量為5% (體積 比)，流速仍保持2000Cm7min，在950°C下維持1小時完成炭化。炭化完成后停止加熱但仍 保持混合氣氛條件下自然冷卻至室溫并靜置，自然冷卻及靜置時間大于9小時。炭化工藝 完成后SU-8微柱轉化為碳微柱。表面鍍銅工藝為將完成SU-8膠炭化工藝的金屬基片作為陰極，將銅板作為陽極， 電極浸泡在電鍍液中通以一定的電流完成碳微柱表面銅金屬導電層的制備。電鍍銅液配方 包含硫酸銅CuSO4 (濃度200g/L)，硫酸H2SO4 (濃度60g/L)，NaCl (濃度80mg/L)，電鍍溫度 25°C，電流密度50mA/cm2，電鍍時間600秒，施鍍過程中不斷攪拌。將完成SU-8膠炭化及電鍍銅的金屬基片及微柱陣列作為陽極，鉬電極作為陰極， 電極浸漬在電解液中進行陽極氧化聚合工藝過程，可以在金屬基片及微柱表面附著一層功 能薄膜層。電解液配方為吡咯pyrole (濃度為6. 7g/L)，十二烷基磺酸鈉C12H25NaO3S (濃度 為27g/L)以及導電性碳材料(碳納米管或乙炔黑，濃度0.8g/L)的電解液，通過陽極氧化 聚合的方法金屬基體及微柱陣列的表面形成一層功能薄膜，沉積電流密度15mA/cm2。完成上述工藝過程后，基于MEMS技術的，具有三維結構的聚吡咯微電極制備完 成。微柱直徑50微米。微柱高度150微米。微柱間距(柱體中心之間距離)200微米。微 柱橫截面形狀優(yōu)選為圓型。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相 互組合。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術 人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修 改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
一種三維結構聚吡咯微電極，其特征在于，所述三維結構聚吡咯微電極是在銅基片的一側上沉積微柱陣列微電極，并在銅基片和微柱陣列微電極表面覆蓋一層由聚吡咯及導電性材料構成功能薄膜。
2.根據(jù)權利要求1所述的三維結構聚吡咯微電極，其特征在于，所述微柱陣列中每一 微柱的一端與銅基片連接。
3.根據(jù)權利要求1所述的三維結構聚吡咯微電極，其特征在于，所述微柱的內(nèi)部結構 是由碳構成，表面被覆一層銅。
4.根據(jù)權利要求1所述的三維結構聚吡咯微電極，其特征在于，所述導電材料為導電 碳納米管或導電乙炔黑。
5.一種三維結構聚吡咯微電極的制造方法，其特征在于，采用MEMS技術在銅基片表面 涂制一層SU-8環(huán)氧基負型化學放大膠膜，并進行光刻工藝處理、制備微柱陣列，進行功能 薄膜電沉積后得到三維結構聚吡咯微電極，具體步驟如下DSU-8膠膜涂制及光刻工藝，選擇金屬銅作為基片，基片一面與SU-8膠膜相粘接。通 過甩膠、前烘、曝光、后烘、顯影、漂洗和硬烘工藝，在金屬基體表面形成由SU-8膠構成的呈 陣列排布的柱狀結構；2)微柱陣列制備，通過惰性氣氛下高溫炭化方法，將SU-8膠微柱結構轉化為具有一定 導電能力的碳微柱結構；通過電鍍方法，在碳微柱結構的表面附著一層銅，以增強微柱及其 陣列的導電能力；3)功能薄膜電沉積工藝，配制含有一定比例吡咯、表面活性劑以及導電性碳材料(碳 納米管或乙炔黑)的電解液，通過陽極氧化聚合的方法在微柱陣列銅金屬層的表面形成一 層聚吡咯功能薄膜并完成三維結構微電極的制備。
6.根據(jù)權利要求4所述的三維結構聚吡咯微電極制造方法，其特征在于，所述SU-8膠 膜涂制，先將SU-8膠在頻率33KHz的超聲恒溫槽中，保持25°C，在50W低功率條件下，超聲 振動30分鐘，以降低SU-8膠粘度并去除膠中大部分氣體；將銅基片固定在甩膠機平臺上， 在基片上滴加0. 5ml 3ml/ cm2的上述SU-8膠，基片轉速從低到高分兩次進行，先在400 600轉/分鐘轉速范圍，并維持5秒；后均勻加速到轉速為1800 2100轉/分鐘，維持15 秒，然后均勻減速至靜止；刷膠完成的基片在25°C室溫環(huán)境中水平放置10 30分鐘，以使 SU-8膠自我整平并排出膠中氣體，甩膠工藝完成。
7.根據(jù)權利要求4所述的三維結構聚吡咯微電極制造方法，其特征在于，所述前烘、曝 光、后烘工藝如下，對完成SU-8甩膠的銅基片采用階梯式升溫平緩式降溫烘烤方式，具體 為將膠膜在40 60°C溫度，預烘烤10分鐘后，以每分鐘3°C速率升溫至85 95°C較高溫 度，恒溫90分鐘，去除膠中絕大部分水分，然后閉箱自然冷卻15分鐘，然后再開箱自然冷卻 至室溫；選擇波長范圍350 400納米紫外光對SU-8膜進行接近式曝光處理，曝光功率范 圍10 20W，曝光時間100 130秒，后烘采用階梯式升溫平緩式降溫方法，即先在50 650C，烘烤10分鐘，接著升溫至90 100°C，維持16分鐘，關閉烘箱自然冷卻10分鐘，然后 打開烘箱自然冷卻至室溫。
8.根據(jù)權利要求4所述的三維結構聚吡咯微電極制造方法，其特征在于，所述顯影、漂 洗和硬烘工藝，將完成上述烘烤工藝的銅基片進行顯影及漂洗處理，采用乙酸丙二醇甲脂 為顯影劑，采用超聲高頻振動輔助顯影，超聲振動頻率33kHz，振動功率25W，顯影時間12分鐘，顯影完成后用去離子水進行漂洗，將附著于膠膜之上的乙酸丙二醇甲脂及溶解于其中 的未交聯(lián)SU-8膠一并去除，在空氣或氮氣中弱風吹干；然后在溫度為150 200°C下硬烘 20分鐘，則在銅基片上形成呈陣列狀排布的SU-8膠柱狀結構。
9.根據(jù)權利要求4所述的三維結構聚吡咯微電極制造方法，其特征在于，所述微柱陣 列制備工藝過程如下1)將帶有SU-8膠柱狀結構的銅基片放入石英管式爐中，先通氮氣10分鐘以徹底去除 管式爐中的氧氣，然后再通以流速2000Cm7min的氮氣，以10°C /分鐘速率升溫至300 3200C，在該溫度條件下維持30分鐘，然后將爐溫以10°C /分鐘速率升溫至900 980°C，升 溫過程完成后將氮氣氣氛轉為氮氣氫氣混合氣氣氛，混合氣中氫氣含量為5% (體積比)， 流速仍保持2000Cm7min，在此溫度下維持1小時完成炭化，在混合氣氛條件下自然冷卻至 室溫并靜置，自然冷卻及靜置時間大于9小時；2)將完成SU-8膠炭化工藝的銅基片作為陰極，將銅板作為陽極，將陰極和陽極浸泡在 電鍍液中，控制電流密度5 lOOmA/cm2，電鍍溫度范圍18 40°C，電鍍時間600秒，施鍍 過程中不斷攪拌，完成碳微柱表面銅金屬導電層的制備，其中電鍍銅液配方為180 220g/ L濃度的硫酸銅CuSO4, 50 70g/L濃度的硫酸H2SO4,40 100mg/L濃度的NaCl。
10.根據(jù)權利要求4所述的三維結構聚吡咯微電極制造方法，其特征在于，所述三維結 構微電極的制備，采用陽極氧化聚合法制備，將完成SU-8膠炭化及電鍍銅的銅基片及微柱 陣列作為陽極，鉬電極作為陰極，電極浸漬在含有吡咯單體、十二烷基磺酸鈉、導電性碳材 料的電解液中，控制電流密度范圍為10 20mA/cm2進行陽極氧化聚合工藝，在銅基片及微 柱陣列上制得聚吡咯功能薄膜層，從而完成三維結構的聚吡咯微電極的制備；其中電解液 配方濃度為6 7g/L的吡咯pyrole，濃度為25 30g/L的十二烷基磺酸鈉C12H25NaO3S, 以及濃度為0. 5 lg/L的導電性碳材料。
11.根據(jù)權利要求4所述的三維結構聚吡咯微電極制造方法，其特征在于，所制造具有 三維結構的聚吡咯微電極具有如下尺寸特征微柱直徑范圍20 100微米，微柱高度范圍 50 200微米，柱體中心之間距離150 400微米，微柱橫截面形狀為圓型、正方形或三角 形的微柱陣列結構。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于微電子機械制造技術領域的應用于微型超級電容器的一種三維結構聚吡咯微電極及其制造方法。該微電極采用MEMS技術在銅基片表面涂制一層SU-8環(huán)氧基負型化學放大膠膜，通過甩膠、前烘、光刻工藝處理、曝光、后烘、顯影、漂洗和硬烘工藝，在銅基片表面形成由SU-8膠構成的呈陣列排布的柱狀結構，并在銅基片和微柱陣列微電極表面覆蓋一層由聚吡咯及導電性材料構成功能薄膜；本發(fā)明解決了普通聚吡咯二維平面結構電極無法儲存大量電荷且內(nèi)阻偏高等問題，進而達到了改善微型超級電容器儲能特性和大電流放電特性。使用本發(fā)明的微型超級電容器，在傳感器網(wǎng)絡節(jié)點電源、微型機器人驅動電源、引信電源領域具有廣泛的應用前景。
文檔編號H01G9/048GK101950685SQ20101026085
公開日2011年1月19日 申請日期2010年8月23日 優(yōu)先權日2010年8月23日
發(fā)明者尤政, 王曉峰 申請人:清華大學