納米薄片雙柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管/超級(jí)電容器復(fù)合器件及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料與電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種M0S2納米薄片雙柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管/超級(jí)電容器復(fù)合器件及其制備方法和原位分析其容量增強(qiáng)機(jī)制。
【背景技術(shù)】
[0002]層狀化合物MoS2因其較大的范德瓦爾層間距而能夠提供較大的比表面積，這有利于能量的存儲(chǔ)。在層狀MoS2中能量存儲(chǔ)機(jī)制主要分為兩種，一種是基于雙電層的MoS2表面及每個(gè)原子層邊緣活性位點(diǎn)的靜電吸附。而另外一種則是基于Mo的氧化還原反應(yīng)，這個(gè)過(guò)程與Ru02的能量存儲(chǔ)機(jī)制非常相似，能夠大幅提升材料的儲(chǔ)能性能。
[0003]盡管MoS2是一種理想的超級(jí)電容器電極材料，但是它的容量卻依然受到一定限制，這主要是由于其充放電過(guò)程中較低的離子/電子傳導(dǎo)速率。因此為了提升MoS2的電子電導(dǎo)，許多方法被采用，如與石墨烯或?qū)щ娋酆衔锏入妼?dǎo)率較大的材料復(fù)合以及將具有半導(dǎo)體性質(zhì)的MoS2的2H相轉(zhuǎn)變成具有金屬性質(zhì)的1T相等。而為了提升MoS2充放電過(guò)程中的離子電導(dǎo)，利于離子較快傳導(dǎo)的M0S2的納米結(jié)構(gòu)被構(gòu)筑出來(lái)如花狀結(jié)構(gòu)的M0S2。這些方法都能很大程度上改善MoS2的電容，但是在納米尺度的MoS2超級(jí)電容器電極中電子和離子的本質(zhì)輸運(yùn)機(jī)制卻很少被報(bào)道。
[0004]傳統(tǒng)的超級(jí)電容器電極材料中除活性物質(zhì)外還有一些非活性物質(zhì)如粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑，對(duì)它進(jìn)行傳統(tǒng)的電化學(xué)性能測(cè)試并不能直接反映活性材料在充放電過(guò)程中本質(zhì)特性，因此原位分析納米尺度的MoS2超級(jí)電容器電極材料以獲得更細(xì)致的電極材料在未來(lái)MoS2電容器的研究中具有廣泛意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題而提出了一種MoS2納米薄片雙柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管/超級(jí)電容器復(fù)合器件的制備方法，并原位分析了其容量增強(qiáng)機(jī)制。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，MoS2納米薄片雙柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管/超級(jí)電容器復(fù)合器件的制備方法，包括如下步驟:
[0007]1)將MoS2納米薄片正極分散在帶有氧化層Si02的硅基底上，氧化層Si02作為背柵介電層，硅基底作為背柵電極；
[0008]2)在所述的M0S2納米薄片正極上制作金屬源極和漏極，并制作對(duì)電極金屬作為電容器負(fù)極和離子液體頂柵電極；
[0009]3)在金屬源極和漏極上制作保護(hù)層，得到制備好的基片；
[0010]4)將離子液體電解液滴涂在基片表面，完成MoS2納米薄片雙柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管/超級(jí)電容器復(fù)合器件的組裝。
[0011 ]按上述方案，所述的M0S2納米薄片為至少一層。
[0012]按上述方案，離子液體電解液為下述材料中的一種:1(0!1、1((:1、似(:1、似2304或K2S04o
[0013]上述任意制備方法所得的MoS2納米薄片雙柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管/超級(jí)電容器復(fù)合器件。
[0014]本發(fā)明的原位分析MoS2納米薄片雙柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管/超級(jí)電容器復(fù)合器件的容量增強(qiáng)機(jī)制，包括如下步驟:
[0015]1)對(duì)MoS2納米薄片雙柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管/超級(jí)電容器復(fù)合器件在不同的充放電狀態(tài)下進(jìn)行原位的電輸運(yùn)性能分析，即在不同離子液體頂柵電極下加不同電壓下測(cè)試Mo&納米薄片場(chǎng)效應(yīng)輸出特性；
[0016]2)在背柵電極上加不同的正的柵極電壓，對(duì)MoS2納米薄片雙柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管/超級(jí)電容器復(fù)合器件在不同的充放電狀態(tài)下進(jìn)行原位的電輸運(yùn)性能分析，進(jìn)一步得出該正的柵極電壓對(duì)Mo&納米薄片電導(dǎo)率促進(jìn)作用和對(duì)離子調(diào)控作用；
[0017]3)在背柵電極上加不同的正的柵極電壓，對(duì)MoS2納米薄片雙柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管/超級(jí)電容器復(fù)合器件在不同的充放電狀態(tài)下進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試，結(jié)合原位的電輸運(yùn)性能分析，得出Mo&納米薄片場(chǎng)效應(yīng)調(diào)控容量增強(qiáng)機(jī)制；
[0018]4)采用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡對(duì)充放電前后的MoS2納米薄片分別進(jìn)行原位形貌表征。
[0019]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提出了一種原位分析Mo&納米薄片雙柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管/超級(jí)電容器復(fù)合器件的容量增強(qiáng)機(jī)制，利用MoS2納米薄片雙柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管和超級(jí)電容器的復(fù)合結(jié)構(gòu)，MoS2納米薄片同時(shí)作為溝道及電容器正極，對(duì)電極金屬同時(shí)作為離子液體頂柵電極及電容器負(fù)極，能夠在不同柵極電壓下對(duì)其電化學(xué)反應(yīng)狀態(tài)進(jìn)行原位電輸運(yùn)分析，獲取更細(xì)致的電子/離子輸運(yùn)信號(hào)，為超級(jí)電容器的診斷提供了一個(gè)新平臺(tái)；本發(fā)明的Mo&納米薄片雙柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管/超級(jí)電容器復(fù)合器件中的Si02背柵電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了 Mo&納米薄膜充放電過(guò)程中的電子和離子的調(diào)控，為提升MoS2超級(jí)電容器容量提供了新思路，同時(shí)其容量增長(zhǎng)機(jī)制也可通過(guò)該結(jié)構(gòu)被原位分析。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是實(shí)施例1中MoS2納米薄片電極光學(xué)顯微鏡下的圖；
[0021]圖2是不同充放電狀態(tài)下的MoS2納米薄片場(chǎng)效應(yīng)輸出特性曲線；
[0022]圖3是不同充放電狀態(tài)下MoS2納米薄片的電阻變化趨勢(shì)；
[0023]圖4是不同背柵電壓下(0-25V)的Mo&納米薄片場(chǎng)效應(yīng)輸出特性曲線；
[0024]圖5是背柵電壓(0-10V)下，充電狀態(tài)0.4V下的MoS2納米薄片輸出特性曲線；
[0025]圖6是背柵電壓(0-10￥)下，不同的幾個(gè)充放電狀態(tài)下(0、0.4、0.64、0.8￥)]\1032納米薄片的電阻變化趨勢(shì)；
[0026]圖7是背柵電壓(0-10￥)下，更多充放電狀態(tài)下(0、0.4、0.64、0.8￥)]\1032納米薄片的電阻變化趨勢(shì)；
[0027]圖8是Mo&納米薄片雙柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管/超級(jí)電容器復(fù)合器件的循環(huán)伏安測(cè)試圖；
[0028]圖9是充放電前后的Mo&納米薄片的場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡原位形貌表征；
[0029]圖10是本發(fā)明的MoS2納米薄片雙柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管/超級(jí)電容器復(fù)合器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。
[0031]實(shí)施例1:
[0032]—種原位分析MoS2納米薄片雙柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管/超級(jí)電容器復(fù)合器件的容量增強(qiáng)機(jī)制的方法，它包括如下步驟:
[0033]1)將MoS2納米薄片正極分散沉積在表面有一層300nm厚的Si02的硅基