Спосіб виготовлення анода для наноконденсатора

Реферат: Спосіб виготовлення анода для наноконденсатора належить до електротехніки і може бути використаний в електроніці та приладобудуванні, зокрема, при виготовленні наноконденсаторів. У способі виготовлення анода, за яким анод обробляють і оксидують, при цьому, його інтеркалюють в електроліті 25 % KОН при накладанні електричної поляризації 2 напругою ~ 100±0,05 В, густиною струму ~ 0,5±0,005 А/дм , тривалістю 0,5-0,75 години, промивають у дистильованій воді від лугу і висушують, після чого формують діелектричну плівку на аноді, який інтеркалюють тетрабутоксититаном з наступним його піролітичним розкладом при температурі t=430±5 ºС до діоксиду титану, промивають у дистильованій воді та висушують. До того ж, як анод використовують матеріал з кристалічною шаруватою структурою TiS2 або MoSe2, або InSe, який піддають залишковій деформації. Технічним результатом є підвищення питомої ємності при одночасному суттєвому зниженні матеріально-енергетичних затрат та розширення відомого класу об'ємно-пористих конденсаторних структур. UA 109038 C2 (12) UA 109038 C2 UA 109038 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до галузі електротехніки і може бути використаний в електроніці та приладобудуванні, зокрема, при виготовленні конденсаторів. Відомий спосіб одержання анода конденсатора К53-32 у вигляді таблетки з порошку танталу, який попередньо пресують і спікають. Утворюється тверде порувате тіло з максимально збільшеною поверхнею. Після відпалу таблетку оксидують електрохімічним способом до утворення оксидної плівки п'ятиоксиду танталу на зернах. Незважаючи на добре значення тангенса кута втрат конденсатора К53-32, який складається з анода - порошку танталу, оксидної плівки та катода у вигляді нанесеного на плівку шару діоксиду марганцю, він має низьку питому ємність, яка зумовлюється невисокою активною поверхнею [Электрические конденсаторы и конденсаторные установки: Справочник / Под ред. Д.С. Кучинского. - М.: Энергоиздат, 1987. - 656 с.]. Відомий спосіб одержання анода полярного конденсатора К53-16, за яким оксидують анод, створюють діелектричну плівку ТаO2, з послідовним просочуванням в електроліті і з'єднанням з катодною фольгою. Оксидна плівка, утворена на поверхні анода, служить діелектриком. Товщина діелектричної плівки змінюється в межах від 0,1 до 1,5 мкм, що дозволяє мініатюризувати конденсатори. Оксидно-напівпровідниковий танталовий полярний конденсатор 3 К 53-16 має напругу 1,6 В, загальну питому ємність 0,54 мФ/см питому ємність активної 3 речовини 0,6 мФ/см та кутом втрат < 1,2 [Онищук В.Е., Аверкин Е.И. Технология производства радиоконденсаторов - Москва: Высшая школа, 1986. - 192 стр.], у якого анодом є танталова фольга. Незважаючи на добре значення тангенса кута втрат, він має низьку питому ємність, яка зумовлюється невисокою активною поверхнею [Электрические конденсаторы и конденсаторные установки: Справочник / Под ред. Д.С. Кучинского. - М.: Энергоиздат, 1987. - 656 с.]. Відомий спосіб виготовлення анода, де як анод використовують алюмінієву фольгу. Для збільшення поверхні анода його піддають травленню, після цього наносять оксидну плівку, що призводить до збільшення питомої ємності оксидно-алюмінієвого К 53-30 конденсатора з 3 напругою 3 В, загальною питомою ємністю 0,66 мФ/см , питомою ємністю активної речовини 3 0,72 мФ/см та кутом втрат < 1,20 [Онищук В.Е., Аверкин Е.И. Технология производства радиоконденсаторов. - Москва: Высшая школа 1986. - 192 стр.]. Справочник / Под ред. Д.С. Кучинского. - М.: Энергоиздат, 1987. - 656 с.]. Незважаючи на добре значення тангенса кута втрат, він має низьку питому ємність, яка зумовлюється невисокою активною поверхнею. З літератури відоме використання напівпровідника з шаруватою кристалічною структурою GaSe як анода квантового конденсатора [патент UA 101438 С2 опублікований 25.03.2013]. Ця структура інтеркаляційно розширюється вздовж кристалографічної осі С, з двома струмовиводами, де в розширених областях дії сил ван дер Ваальса сформовані нанопрошарки іншорідної фази. Проте в даному квантовому конденсаторі не використана вся внутрішня поверхня, оскільки накопичення електричного заряду відбувається в напрямку перпендикулярно кристалографічної осі С. В результаті цього квантовий конденсатор не може бути ефективно використаний як накопичувальний конденсатор. Найближчим за технічною суттю до запропонованого винаходу - прототипом є спосіб одержання анода конденсатора К 52-10, за яким спікають танталовий порошок, після чого його пресують у таблетку. Таблетку відпалюють, оксидують електрохімічним способом до утворення оксидної плівки на зернах усередині об'єму, що служить діелектриком. Оксидовану таблетку поміщають в рідкий електроліт, який контактує з металічним корпусом. Струмовивід забезпечується по рідинному варіанту чи за рахунок напівпровідникового інгредієнта [Электрические конденсаторы и конденсаторные установки: Справочник / Под ред. Д.С. Кучинского. - М.: Энергоиздат, 1987. - 656 с.]. Отриманий в результаті танталово-оксидний, об'ємно-пористий К 52-1 конденсатор складається з анода у вигляді зерен танталового порошку, струмовиводу та катода, яким служить електроліт, що контактує з корпусом і має напругу 3 В, загальну питому ємність 3 3 0,34 мФ/см , питому ємність активної речовини 0,38 мФ/см та кутом втрат < 1,2 [Онищук В.Е., Аверкин Е.И. Технология производства радиоконденсаторов. - Москва: Высшая, 1986. - 192 с.]. Незважаючи на добре значення тангенса кута втрат, він має низьку питому ємність, яка зумовлюється невисокою активною поверхнею. В основу винаходу поставлено задачу удосконалити спосіб виготовлення анода для наноконденсатора шляхом використання нових об'ємно - пористих структур, які піддаються залишковій деформації, викликаній оборотними циклами інтеркаляції-деінтеркаляції, що дасть 1 UA 109038 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 змогу підвищити питому ємність та розширити відомий клас об'ємно-пористих конденсаторних структур. Поставлена задача вирішується так, що у способі виготовлення анода, за яким анод додатково обробляють і оксидують, при цьому, його інтеркалюють в електроліті 25 % KОН при 2 накладанні електричної поляризації напругою ~ 100±0,05 В, густиною струму ~ 0,5±0,005 А/дм , тривалістю 0,5-0,75 години, промивають у дистильованій воді від лугу і висушують, після чого формують діелектричну плівку на аноді, який інтеркалюють тетрабутоксититаном з наступним його піролітичним розкладом при температурі t=430±5 °C до діоксиду титану, промивають у дистильованій воді та висушують. До того ж, як анод використовують матеріал з кристалічною шаруватою структурою TiS2 або MoSe2, або InSe, який піддають залишковій деформації. Використання такого матеріалу з кристалічною шаруватою структурою як GaSe у конденсаторобудуванні відоме, проте автори вперше використали як пористу структуру матеріал з шаруватою кристалічною структурою TiS2 або MoSe2, або InSe, в який впроваджуються електрохімічним способом чужорідні атоми. З літературних джерел відомо, що процес їх впровадження-інтеркаляція - розширює міжатомні поверхні вздовж кристалографічної осі С з міжатомними поверхнями, що вистеляють області внутрікристалічних ван дер Ваальсових зв'язків [Григорчак И.И., Катеринчук В.Н., Ковалюк З.Д. Термически окисленные диэлектрические пленки на поверхности слоистых полупроводников // Тезисы докл. научнопрактич. конф. "Пути развития конденсаторостроения". - Хмельницкий. - 1989. - С. 7-8.]. 3 Приймаючи до уваги, що кубічний сантиметр шаруватого кристала містить близько 2 × 10 2 3 м /см і, враховуючи явище розсування шарів, при активуванні, величина густини ємності 3 становить 0,2 Ф/см незалежно від частотного діапазону. У випадку діелектричної плівки з великим значенням діелектричної проникності, наприклад, ε (ТіО 2) величина густини ємності ~ 3 10 Ф/см . При цьому зберігаються всі характеристики: частотні, температурні і т.п. тієї діелектричної плівки, що сформована. Процес впровадження-інтеркаляції - виведення-деінтеркаляції різних чужорідних груп атомів гідрато- чи сольвато-комплексів суттєво збільшує віддаль між шарами. Так зразок підготовляють до наступного впровадження речовини, яка безпосередньо не може бути впроваджена у вихідну структуру - реінтеркаляція. Після цього інтеркаляційно активовані зразки оксидують. Креслення - Схема наноконденсатора, де 1 - корпус, 2 - електроліт, 3 - шаруватий кристал TiS2 або MoSe2, або InSe, 4 - оксидована або осаджена плівка оксиду, 5 - струмовивід. Виготовлення анода для наноконденсатора проілюструємо на прикладі: зразок або TiS 2 або MoSe2, або InSe, розмірами 2 мм х 1 мм х 0,05 мм, інтеркаляційно розширюють. Анод інтеркалюють у електроліті 25 % KОН при накладанні електричної поляризації напругою 2 100±0,05 В, густиною струму - 0,5±0,005 А/дм , тривалістю 0,5÷0,75 години, промивають у дистильованій воді від лугу, після цього висушують. У ван дер ваальсових областях інтеркаляційно розширеного зразка формують діелектричну плівку піролітично: оксидують, осаджують діоксид титану розкладом реінтеркальованого тетрабутоксититану по схемі: o 430 C Ti(C4H9O)4  TiO2  4C4H6  2H2O .  Протиелектродом служить система Ni| 25 % водний розчин KОН. Всю систему розміщують у герметичному корпусі (фіг. 1). Створена активна система є конденсатором для використання в колах змінного струму. Густина ємності виготовленої конденсаторної наноструктури складає 3 76 мФ/см при значенні тангенса кута втрат 0,15 на частоті 100 Гц. При підвищенні частоти у двісті разів ємність зменшується лише на ≈ 25 %. На відміну від прототипу, питома ємність підвищується більше, як у 100 разів на частоті 100 Гц. Питома ємність планарного конденсатора, виготовленого у вигляді пластинки GaSe, на поверхні якої термічно сформована 2 діелектрична плівка Ga2O3 досягає значення 0,1 мкФ/см . Переваги запропонованого нанотехнологічного підходу полягають у новому способі формування наноконденсаторів, який дозволяє позбутися таких кропітких операцій, як високотемпературне спікання у вакуумі, піролітичне нанесення двоокису марганцю, багаторазову підформовку діелектричної плівки і міднення. Технічний - результат запропонованого рішення полягає не тільки у значному (два порядки) підвищенні питомої ємності при одночасному суттєвому зниженні матеріально-енергетичних затрат, але і розширює відомий клас об'ємно-пористих конденсаторних структур. 2 UA 109038 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 1. Спосіб виготовлення анода для наноконденсатора, за яким анод обробляють і оксидують, який відрізняється тим, що анод інтеркалюють в електроліті 25 % KОН при накладанні 2 електричної поляризації напругою ~ 100±0,05 В, густиною струму ~ 0,5±0,005 А/дм , тривалістю - 0,5-0,75 години, промивають у дистильованій воді від лугу і висушують, після чого формують діелектричну плівку на аноді, який інтеркалюють тетрабутоксититаном з наступним його піролітичним розкладом при температурі t=430±5 °C до діоксиду титану, промивають у дистильованій воді та висушують. 2. Спосіб виготовлення анода для наноконденсатора за п. 1, який відрізняється тим, що анод виготовлений з матеріалу з кристалічною шаруватою структурою TiS2 або MoSe2, або InSe, який піддають залишковій деформації. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3