本发明涉及电子元器件技术领域，尤其涉及一种碳纳米管阵列电容器的制备方法。
背景技术：
随着电子信息技术的日新月异，数码电子产品的更新换代速度越来越快，以平板电视、笔记本电脑、数码相机等产品为主的消费类电子产品产销量持续增长，带动了碳纳米管阵列电容器产业的发展。
现有的碳纳米管阵列电容器一般包括电极、隔膜和电解液溶液，该电极和隔膜都设置在该电解液溶液中。该电极包括一集电体以及设置在该集电体上的电极材料。现有碳纳米管阵列电容器的制备方法通常是将电极材料充分研磨后，在其中加入一定量的粘结剂搅拌均匀，再通过模压法、冷等静压法、热等静压法等压制方法压制在泡沫镍、石墨片、镍片、铝片或铜片等集电体上，即可制成一定形状的电极，然后将电极设置在含隔膜的电解液溶液中即可制成超级碳纳米管阵列电容器，该制备方法较复杂。因此，有必要提供一种具有高电容量和大功率密度的碳纳米管阵列电容器。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提供一种碳纳米管阵列电容器的制备方法，利用碳纳米管良好的导电性能和比表面积，方法简单易行，制得的碳纳米管阵列电容器具有较高的比电容量和电导率。
本发明解决技术问题利用如下技术方案：
本发明提供了一种碳纳米管阵列电容器的制备方法，包括如下步骤：
（1）超顺排碳纳米管阵列的制备：选取平整基底，在基底表面均匀涂布一催化剂层，放置在650～750℃的空气中预热20～30分钟，然后将预热的基底置于反应炉中，在氮气或氩气的保护环境下加热至900～1000℃，通入碳源气体反应10～20分钟，生长得到高度100～500μm的碳纳米管阵列，堆叠至少两个平行且垂直于基底生长的碳纳米管阵列得到超顺排碳纳米管阵列；
（2）碳纳米管薄膜的制备：在步骤（1）制备的超顺排碳纳米管阵列中选取宽度150～180μm的碳纳米管束片段，沿基本垂直于碳纳米管阵列生长方向进行拉伸，获得连续的碳纳米管薄膜；
（3）碳纳米管薄膜结构的形成：选取两片相同的铜片作为第一基层与第二基层，将至少一层碳纳米管薄膜铺设在基底的表面，形成自支撑的碳纳米管薄膜结构；
（4）碳纳米管阵列电容器的制备：选取防静电无纺布作为隔膜层，在隔膜层的两侧分别放置铺设有碳纳米管薄膜结构的第一基层与第二基层，一起放入外壳中，注入电解液后封装得到该碳纳米管阵列电容器。
优选地，所述步骤（1）平整基底选自磷型、氮型或含有氧化层的硅基底。
优选地，所述步骤（1）催化剂层材料选自铁、钴、镍中的一种或多种的组合。
优选地，所述步骤（1）碳源气体为乙炔、乙烯、甲烷或乙烷。
优选地，所述步骤（1）碳纳米管阵列的高度为150～180μm。
优选地，所述步骤（3）碳纳米管薄膜结构可以使用有机溶剂浸润处理6～12分钟。
优选地，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、二氯甲烷或乙腈。
优选地，所述步骤（4）电解液选自氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、硫酸水溶液、盐酸水溶液、四氟硼酸四乙基铵、高氯酸锂或三氟甲基磺酸锂。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明的碳纳米管阵列电容器制备方法，简单易行，碳纳米管具有良好的导电性能且本身的比表面积大，制得的超级碳纳米管阵列电容器具有较高的比电容量和电导率；碳纳米管阵列中碳纳米管生长均匀，因而碳纳米管薄膜结构中的碳纳米管分散均匀，且制备方法简单，易于实际应用；碳纳米管薄膜结构包括多个首尾相连且定向排列的碳纳米管，相邻的碳纳米管之间存在多个微孔结构，使得碳纳米管薄膜结构中形成大量的均匀且规则分布的微孔结构，这有利于形成导电性良好的电荷通路。
（2）本发明的碳纳米管阵列电容器制备方法，碳纳米管薄膜结构可以使用有机溶剂浸润处理，在挥发性有机溶剂的表面张力的作用下，碳纳米管薄膜中平行的碳纳米管片段会更容易聚集成碳纳米管束。
具体实施方式
以下结合具体实施例对发明作进一步详细的描述。
实施例1.
一种碳纳米管阵列电容器的制备方法，包括如下步骤：
（1）超顺排碳纳米管阵列的制备：选取平整磷型硅基底，在基底表面均匀涂布铁材料的催化剂层，放置在650～750℃的空气中预热20～30分钟，然后将预热的基底置于反应炉中，在氮气的保护环境下加热至900～1000℃，通入乙烯反应10～20分钟，生长得到高度100～500μm的碳纳米管阵列，堆叠至少两个平行且垂直于基底生长的碳纳米管阵列得到超顺排碳纳米管阵列；
（2）碳纳米管薄膜的制备：在步骤（1）制备的超顺排碳纳米管阵列中选取宽度150～180μm的碳纳米管束片段，沿基本垂直于碳纳米管阵列生长方向进行拉伸，获得连续的碳纳米管薄膜；
（3）碳纳米管薄膜结构的形成：选取两片相同的铜片作为第一基层与第二基层，将至少一层碳纳米管薄膜铺设在基底的表面，形成自支撑的碳纳米管薄膜结构，使用乙醇浸润处理6～12分钟；
（4）碳纳米管阵列电容器的制备：选取防静电无纺布作为隔膜层，在隔膜层的两侧分别放置铺设有碳纳米管薄膜结构的第一基层与第二基层，一起放入外壳中，注入硫酸水溶液后封装得到该碳纳米管阵列电容器。
实施例2.
一种碳纳米管阵列电容器的制备方法，包括如下步骤：
（1）超顺排碳纳米管阵列的制备：选取平整氮型硅基底，在基底表面均匀涂布钴材料的催化剂层，放置在650～750℃的空气中预热20～30分钟，然后将预热的基底置于反应炉中，在氮气的保护环境下加热至900～1000℃，通入乙炔反应10～20分钟，生长得到高度150～180μm的碳纳米管阵列，堆叠至少两个平行且垂直于基底生长的碳纳米管阵列得到超顺排碳纳米管阵列；
（2）碳纳米管薄膜的制备：在步骤（1）制备的超顺排碳纳米管阵列中选取宽度150～180μm的碳纳米管束片段，沿基本垂直于碳纳米管阵列生长方向进行拉伸，获得连续的碳纳米管薄膜；
（3）碳纳米管薄膜结构的形成：选取两片相同的铜片作为第一基层与第二基层，将至少一层碳纳米管薄膜铺设在基底的表面，形成自支撑的碳纳米管薄膜结构，使用丙酮浸润处理6～12分钟；
（4）碳纳米管阵列电容器的制备：选取防静电无纺布作为隔膜层，在隔膜层的两侧分别放置铺设有碳纳米管薄膜结构的第一基层与第二基层，一起放入外壳中，注入四氟硼酸四乙基铵后封装得到该碳纳米管阵列电容器。
实施例3.
一种碳纳米管阵列电容器的制备方法，包括如下步骤：
（1）超顺排碳纳米管阵列的制备：选取平整的含有氧化层的硅基底，在基底表面均匀涂布镍材料的催化剂层，放置在650～750℃的空气中预热20～30分钟，然后将预热的基底置于反应炉中，在氮气的保护环境下加热至900～1000℃，通入甲烷反应10～20分钟，生长得到高度150～180μm的碳纳米管阵列，堆叠至少两个平行且垂直于基底生长的碳纳米管阵列得到超顺排碳纳米管阵列；
（2）碳纳米管薄膜的制备：在步骤（1）制备的超顺排碳纳米管阵列中选取宽度150～180μm的碳纳米管束片段，沿基本垂直于碳纳米管阵列生长方向进行拉伸，获得连续的碳纳米管薄膜；
（3）碳纳米管薄膜结构的形成：选取两片相同的铜片作为第一基层与第二基层，将至少一层碳纳米管薄膜铺设在基底的表面，形成自支撑的碳纳米管薄膜结构，使用二氯甲烷浸润处理6～12分钟；
（4）碳纳米管阵列电容器的制备：选取防静电无纺布作为隔膜层，在隔膜层的两侧分别放置铺设有碳纳米管薄膜结构的第一基层与第二基层，一起放入外壳中，注入氢氧化钠溶液后封装得到该碳纳米管阵列电容器。
实施例4.
一种碳纳米管阵列电容器的制备方法，包括如下步骤：
（1）超顺排碳纳米管阵列的制备：选取平整的含有氧化层的硅基底，在基底表面均匀涂布铁材料的催化剂层，放置在650～750℃的空气中预热20～30分钟，然后将预热的基底置于反应炉中，在氮气的保护环境下加热至900～1000℃，通入乙炔反应10～20分钟，生长得到高度150～180μm的碳纳米管阵列，堆叠至少两个平行且垂直于基底生长的碳纳米管阵列得到超顺排碳纳米管阵列；
（2）碳纳米管薄膜的制备：在步骤（1）制备的超顺排碳纳米管阵列中选取宽度150～180μm的碳纳米管束片段，沿基本垂直于碳纳米管阵列生长方向进行拉伸，获得连续的碳纳米管薄膜；
（3）碳纳米管薄膜结构的形成：选取两片相同的铜片作为第一基层与第二基层，将至少一层碳纳米管薄膜铺设在基底的表面，形成自支撑的碳纳米管薄膜结构，使用乙腈浸润处理6～12分钟；
（4）碳纳米管阵列电容器的制备：选取防静电无纺布作为隔膜层，在隔膜层的两侧分别放置铺设有碳纳米管薄膜结构的第一基层与第二基层，一起放入外壳中，注入氢氧化钾溶液后封装得到该碳纳米管阵列电容器。
实施例5.
一种碳纳米管阵列电容器的制备方法，包括如下步骤：
（1）超顺排碳纳米管阵列的制备：选取平整的磷型硅基底，在基底表面均匀涂布铁材料的催化剂层，放置在650～750℃的空气中预热20～30分钟，然后将预热的基底置于反应炉中，在氮气的保护环境下加热至900～1000℃，通入乙炔反应10～20分钟，生长得到高度150～180μm的碳纳米管阵列，堆叠至少两个平行且垂直于基底生长的碳纳米管阵列得到超顺排碳纳米管阵列；
（2）碳纳米管薄膜的制备：在步骤（1）制备的超顺排碳纳米管阵列中选取宽度150～180μm的碳纳米管束片段，沿基本垂直于碳纳米管阵列生长方向进行拉伸，获得连续的碳纳米管薄膜；
（3）碳纳米管薄膜结构的形成：选取两片相同的铜片作为第一基层与第二基层，将至少一层碳纳米管薄膜铺设在基底的表面，形成自支撑的碳纳米管薄膜结构，使用甲醇浸润处理6～12分钟；
（4）碳纳米管阵列电容器的制备：选取防静电无纺布作为隔膜层，在隔膜层的两侧分别放置铺设有碳纳米管薄膜结构的第一基层与第二基层，一起放入外壳中，注入高氯酸锂后封装得到该碳纳米管阵列电容器。
实施例6.
一种碳纳米管阵列电容器的制备方法，包括如下步骤：
（1）超顺排碳纳米管阵列的制备：选取平整的磷型硅基底，在基底表面均匀涂布镍材料的催化剂层，放置在650～750℃的空气中预热20～30分钟，然后将预热的基底置于反应炉中，在氮气的保护环境下加热至900～1000℃，通入乙炔反应10～20分钟，生长得到高度150～180μm的碳纳米管阵列，堆叠至少两个平行且垂直于基底生长的碳纳米管阵列得到超顺排碳纳米管阵列；
（2）碳纳米管薄膜的制备：在步骤（1）制备的超顺排碳纳米管阵列中选取宽度150～180μm的碳纳米管束片段，沿基本垂直于碳纳米管阵列生长方向进行拉伸，获得连续的碳纳米管薄膜；
（3）碳纳米管薄膜结构的形成：选取两片相同的铜片作为第一基层与第二基层，将至少一层碳纳米管薄膜铺设在基底的表面，形成自支撑的碳纳米管薄膜结构，使用乙醇浸润处理6～12分钟；
（4）碳纳米管阵列电容器的制备：选取防静电无纺布作为隔膜层，在隔膜层的两侧分别放置铺设有碳纳米管薄膜结构的第一基层与第二基层，一起放入外壳中，注入盐酸水溶液后封装得到该碳纳米管阵列电容器。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，也应视为本发明的保护范围。