导电聚合物电极材料研究及其固体钽电解电容器技术

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1、电子科技大学博士学位论文导电聚合物电极材料研究及其固体钽电解电容器技术姓名：徐建华申请学位级别：博士专业：微电子与固体电子学指导教师：杨邦朝20071101摘要摘要有机固体电解电容器具有高频大容量、低等效串联电阻、高可靠等特点，可广泛应雳于计算机、雷达、导弹、超音速飞机、自动控期装嚣等电子线路中，并满足当前电子电路曰益高频化的要求。该类电容器广阔的应用前景和潜在的巨大商业价值引起了企业和研究者的关注。目前高频低ESR固体电解电容器的研究主要集中于高性能电极材料的制备以及电容器制备工艺两个方面。本论文针对有机固体钽电解电容器

2、开展了从原料到材料到电极到电容器的系统两深入的研究工作，主要有：高得率导电聚合物单体的合成研究、商电导率高稳定性聚合物电极薄膜的制备研究、片式有机固体钽电解电容器被膜工艺及相关机理研究、高频低ESR有机固体钽电解电容器的制备与性能研究、有机固体钽电解电容器失效概理及可靠性研究、有机固体钽电解电容器产业化可行性研究。论文的主要硪究内容及创新点归纳如下：1．提出采用导电聚合物聚乙烯二氧噻吩作为片式固体电容器的阴极材料，独特的亿学原位聚合工艺使电容器的等效串联电阻由300mQ降低至40mQ，电容器的频率使用范围由IOKHz提高至

3、IOOKHz。(授权专利03105908．2)。2．在乙撑二氧噻吩单体材料合成中，使用比表面积大、催化活性高的复合铜粉为催化荆，使用反应物可溶而产物不溶促使平衡向正方向移动的质子型极性化合物为溶剂，使反应温度降低50℃、反应时间缩短6小时，丽产率提高近2S％(专利申请号200610055264．X)3．鉴于PEDT的的阳离子自由基聚合机理，聚合反应速度快，反应难以控制的难点，在聚合物电极薄膜制备过程中采用独特的氧化剂、溶剂体系和聚合改良荆，使聚合物薄膜的电导率高且可在lO"--lOOS／cm阌调控(授权专剩ZL031057

4、55。薹)。4．在聚合物阴极电容器制锯过程中采用表面活性处理和薄膜吸附技术提高电容器静电容量引出率，使容量引出率由35％提高至95％(授权专利ZL03105907．4)。5．蓄次采用在线掺杂原位沉积的PEDT电极薄膜，可在修补金属氧化层缺陷的同时大幅提高聚合物薄膜的电导率，降低电容器ESR，同时还可简化被膜工艺。(授权专利03105908．2)6．首次通过在活化剂处理后的芯子表面沉积有机硅烷类偶联剂，制备硅烷类偶联剂一PEDT界面复合材料作麓中闯隔离层材料，研究结果表明中间隔离技术可显摘要著提高电容器的耐压能力，在相同容量

5、和外形尺寸的情况下，使用中间隔离技术后的产品工作电压可提高一倍以上。7．发现了在平坦与多孔表面沉积聚合物薄膜的电导率变化规律，提出并建立了受限空间内导电聚合物薄膜生长机理及模型，为在多孔阳极表面沉积聚合物薄膜奠定了理论基础(论文：在钽电解电容器多孔阳极体表面化学原位被覆聚乙烯二氧噻吩(PEDT)薄膜研究”)。8．研制出的PEDT有机固体钽电解电容器的工作电压为2～16V，容量范围在lO～220“F，研制的产品除漏电流外，电容器的工作电压、容量、损耗和频率特性、温度特性等参数均优于MnO：电容器，并达到美国KEMET公司聚吡

6、咯产品目录公布的性能水平，目前该研究技术成果已在相关企业开始初步实现生产化。关键词：片式固体电解电容器，导电聚合物，聚乙烯二氧噻吩，电极材料，电容器制备工艺HABSTRACTABSTRACTAsanovelkindofenergystoragecomponent，organicsolidelectrolytecapacitor(OSEC)haslotsofmeritssuchas、析thhighenergydensity,highpowerdensity,longlifetimeandbroadtemperatureran

7、geforpracticalapplicationeta1．OSECshavealreadybeenappliedinfieldssuchascomputer,radar,missile，supersonicairplane，automaticcontrolsystem．Duetothe晰deapplicationfieldandhugecommercialvalue，moleandmoreattentionisbeingpaidontheresearchofOSECs．Currently,studiesonOSECsal

8、emainlyfocusedonthepreparationofhighperformanceelectrodematerialsanddevice．Inthisdissertation,wesystematicallystudiedonthepreparationofhighperformancede