一种三维石墨烯薄膜电极结构的制作方法

本实用新型涉及薄膜电极领域，特别是常用于电池、超级电容、太阳能电池、OLED、柔性电子、透明电子等器件中的一种三维石墨烯薄膜电极结构。

背景技术：

薄膜电极在电池、超级电容、太阳能电池、OLED、柔性电子、透明电子等器件中是不可缺少的重要组成部分，其中薄膜电极与相邻物质的有效接触面积对相关器件的性能具有重要影响，现有薄膜电极和相邻物质的接触面受限于薄膜电极的平面面积，薄膜电极和相邻物质之间的有效接触面积最多为薄膜电极的平面面积，造成器件性能难以大幅提升。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题和提出的技术任务是克服现有薄膜电极和相邻物质的接触面受限于薄膜电极平面面积，造成使用薄膜电极的电子器件性能难以大幅提升的技术缺陷，提供一种三维石墨烯薄膜电极结构，所述薄膜电极的接触面积摆脱薄膜电极平面面积而大幅提升，进而为使用薄膜电极的电子器件性能提升创造条件。

本实用新型解决技术问题采用的技术方案：一种三维石墨烯薄膜电极结构，包括基板和设于其上的导电薄膜，其特征是所述基板和导电薄膜之间设有可改变形状的变形薄膜层，所述变形薄膜层两面分别紧贴基板和导电薄膜，所述导电薄膜为石墨烯薄膜，并且可随一面贴合的变形薄膜层变形而改变形状。本实用新型通过在基板和导电薄膜设置可变形的变形薄膜层，然后通过变形薄膜层的形状改变使得与其贴合的导电薄膜也发生同样的形状变化，进而改变导电薄膜背向变形薄膜层一面的表面积，所述表面积即为薄膜电极和相邻物质的接触面积，使薄膜电极的接触面积摆脱原有薄膜电极平面面积的限制，实现薄膜电极的接触面积大于其平面面积，其中接触面积的提升取决于变形薄膜层的变形形状，最终为使用薄膜电极的电子器件性能提升创造有利条件；石墨烯薄膜具有优异的力学强度和韧性，可随变形薄膜层的形状改变舒展变形，在随变形薄膜层的变形过程中受到的损伤很小甚至可忽略不计，因此变形后只会降低石墨烯薄膜的厚度而不会损坏。变形薄膜层的形状改变可以通过环境温度变化或其它能使其改变形状的现有技术方法实现，具体的形状变化可以是高低起伏或者凹凸变化或者两者结合或者其它一切能增大薄膜电极接触面积的形状变化；变形薄膜层的形状变化可以是提前单独制作完成；同时变形薄膜层可以是任何一种能够满足变形需要的现有材料制作而成。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本实用新型采用如下技术措施：所述石墨烯薄膜为石墨烯或者石墨烯片组成的网状结构薄膜。石墨烯薄膜采用石墨烯或者石墨烯片组成的网状结构薄膜，这些薄膜都具备优异的力学强度和韧性以满足变形需求。此外，石墨烯薄膜包括任何基于石墨烯薄膜的薄膜，包括加工（如掺杂，化学处理，复合等）过的石墨烯形成的薄膜，以及对石墨烯薄膜进行加工（如掺杂，化学处理，复合等）后形成的薄膜。

所述变形薄膜层的形状变化为其所在平面上一个维度或两个维度的变形。变形薄膜层的形状变化是平面上一个维度或两个维度的变化，如沿长度或宽度方向的高低起伏或其它形状变化，或者两个方向高低起伏或其它形状变化的结合。

所述变形薄膜层为导电材料制成。变形薄膜层可以根据使用需要用导电材料或非导电材料制成。

所述基板为导电材料制成。基板可以根据使用需要用导电材料或非导电材料制成。

本实用新型通过在基板和导电薄膜设置可变形的变形薄膜层，并通过变形薄膜层的形状改变使得与其一面贴合的导电薄膜也随之形状变化，进而改变导电薄膜背向变形薄膜层一面的表面积，即工作时和相邻物质的接触面积，使薄膜电极的接触面积摆脱原有薄膜电极平面面积的限制，实现薄膜电极的接触面积大于其平面面积，其中接触面积的提升取决于变形薄膜层的变形形状，最终为使用薄膜电极的电子器件性能提升创造有利条件；在实际使用中本实用新型所述的薄膜电极可以是独立架构单独制造或作为其它架构的一部分。本实用新型可广泛应用于电池、超级电容、太阳能电池、OLED、柔性电子、透明电子等器件中，操作简便、经济实用。

附图说明

图1：三维石墨烯薄膜电极结构截面示意图。

图2：三维石墨烯薄膜电极结构三维示意图。

图3：变形薄膜层未变形的三维石墨烯薄膜电极结构截面示意图。

图4：变形薄膜层发生变形的三维石墨烯薄膜电极结构截面示意图（薄膜变形层在平面的一个维度变形）。

图5：图4所示三维石墨烯薄膜电极结构三维示意图。

图6：三维石墨烯薄膜电极结构三维示意图（薄膜变形层在平面的两个维度变形）。

图7：图1所示三维石墨烯薄膜电极使用中与相邻物质层接触截面示意图（固态物质层）。

图8：图1所示三维石墨烯薄膜电极使用中与相邻物质层接触截面示意图（液态物质层）。

图9：图1所示三维石墨烯薄膜电极使用中与相邻物质层接触截面示意图（气态物质层）。

图中：1.基板、2.变形薄膜层、3.导电薄膜、4.相邻物质层。

具体实施方式

下面结合附图说明和具体实施方式对本实用新型做进一步的说明。

如图1～2所示，一种三维石墨烯薄膜电极结构，包括基板1和设于其上的导电薄膜3，所述基板1和导电薄膜3之间设有可改变形状的变形薄膜层2，变形薄膜层2两面分别紧贴基板1和导电薄膜3，所述导电薄膜3为石墨烯薄膜，并且可随一面贴合的变形薄膜层2变形而改变形状，实际使用中可以先在器件的基板1上制作一层易于改变形状的变形薄膜层2，然后在此变形薄膜层2上制作一层平面的石墨烯薄膜作为导电薄膜3，所述变形薄膜层2和基板1都可以用导电材料制作。本实用新型通过在基板和导电薄膜之间设置易于变形的变形薄膜层，并通过变形薄膜层的形状改变使得与其一面贴合的导电薄膜也随之发生形状变化，进而改变导电薄膜背向变形薄膜层一面的表面积，即工作时和相邻物质的接触面积，让薄膜电极的接触面积摆脱原有薄膜电极平面面积的限制，实现薄膜电极的接触面积大于其平面面积，其中接触面积的提升取决于变形薄膜层的变形形状，最终为使用薄膜电极的电子器件性能提升创造有利条件。使用时如图7～9所示，本实用新型所述三维石墨烯薄膜电极分别和固态、液态以及气态的相邻物质层4接触，其中三维石墨烯薄膜电极和固态物质接触的架构广泛应用于固态电池、固态超级电容、太阳能电池、OLED、柔性电子、透明电子等器件，和液态物质层接触的架构广泛应用于液态电池、液态超级电容、生理医学探测器等器件，和气态物质接触的架构广泛应用于气体探测器等器件。

变形薄膜层的形状改变可以通过环境温度变化或其它能使其改变形状的现有技术方法实现，其中变形薄膜层2的形状变化为其所在平面上一个维度或两个维度的变形。薄膜变形层发生变形前如图3所示，变形后如图4和图5所示，三维石墨烯薄膜电极中的薄膜变形层在平面的一个维度发生变形，变形后图5所示的三维石墨烯薄膜电极结构有效接触面积比图3对应有效接触面积提升了4倍。薄膜变形层的形状变化可以是高低起伏或者凹凸变化或者两者结合或者其它一切能增大薄膜电极接触面积的形状变化，如图5中薄膜变形层在一个维度变形和图6中薄膜变形层在两个维度变形；变形薄膜层的形状变化可以是提前单独制作完成的；同时变形薄膜层可以是任何一种能够满足变形需要的现有材料制作而成。

所述石墨烯薄膜为石墨烯或者石墨烯片组成的网状结构薄膜。石墨烯薄膜具有优异的力学强度和韧性，可随变形薄膜层的形状改变舒展变形，在随变形薄膜层的变形过程中受到的损伤很小甚至可忽略不计，因此变形后只会降低石墨烯薄膜的厚度而不会损坏。本实施例中的石墨烯薄膜为石墨烯或者石墨烯片组成的网状结构薄膜，这两种薄膜都具备优异的力学强度和韧性以满足变形需求。