导　　师： 王启民; 李立昇

授予学位： 硕士

作　　者： (）;

机构地区： 广东工业大学

摘　　要： 过渡金属氮化物（TMNs）具有良好的导电性、优异的化学稳定性和超高的循环稳定性,是目前超电电极材料的研发热点。采用物理气相沉积技术（PVD）制备氮化物薄膜,成分可控、结构可控、结合力好、绿色环保,但是结构较致密,而电极材料需要大的离子可接触表面积。因此,本论文研究了如何采用PVD技术结合后处理技术,制备高比表面积和孔隙率的TMNs薄膜,提高氮化物薄膜超级电容器的性能。主要内容是研究氮化物薄膜电极的制备工艺对其微观组织结构、电化学性能、充放电行为以及循环稳定性的影响,探究储电机制,最终获得制备高容量、高循环稳定性的超级电容涂层的新工艺方法。此外,本研究中的策略可以为改善表面形貌和提高具有更高电导率或理论电容的其他过渡金属氮化物,氧化物和碳化物的储能性能提供良好的参考。本工作取得的主要研究成果如下:1)通过调控沉积参数,如腔压,Ar/N2,溅射角度,沉积时间等,可以制备具有定制孔隙率的过化学计量的薄膜。合适的腔压能提高沉积速率,以及结晶度,在腔压1.0 Pa条件下制备的TiN薄膜在1.0 mA·cm-2下实现了12.2 mF·cm-2的比电容;较低的Ar/N2降低沉积效率,增加了薄膜的N含量和电荷转移电阻;晶体度好的薄膜具有更低的电荷转移电阻;倾斜溅射能有效提高的薄膜的孔隙率,尤其是弯折生长;对于柱状晶薄膜,增加沉积时间使晶体生长更完整,降低晶体内部缺陷,更大的晶粒尺寸也增加了柱状晶之间的孔隙率,提高比电容。2)采用高能量低密度的Ar和Kr等离子体对HfN涂层进行蚀刻处理,改变其表面形貌,提高了薄膜的电导率,从而提高了电学、电化学性能。在蚀刻之后,由于吸附位点的增加,涂层的比电容提高了8倍,并且表现出优异的循环寿命。3)沉积适当Ni含量的CrN-Ni薄膜在化学刻蚀处理后,Ni被刻蚀,留下多孔结构CrN薄膜,比电容高达56.5 mF·cm-2(1.0 mA·cm-2),是沉积态的CrN和CrN-Ni薄膜的80倍。证明剥离金属相来制备多孔氮化物薄膜电极的方法的可行性,但多孔结构降低了涂层稳定性,影响循环寿命。4)目前MoN涂层最高比电容达260 mF·cm-2(1.0 mA·cm-2),且循环性能极佳,在80000次CV循环后保持电容量117.3%,超过大多数薄膜电极。更多还原

关 键 词： [4024443]物理气相沉积 过渡金属氮化物 [8989360]超级电容器 [300269]电容性能

分 类 号： [TG174.4;TM53]

领　　域： [] []