中心議題：

• 鉭電容器介質氧化膜生產方法
• 一步法和二步法生產工藝對比
• 二步法生產聚合物對電容器電性能的影響

解決方案：

• 高含量的氧化劑可以有效增加聚合物的沉積量
• 溫度升高使聚合反應速度加快

電子技術的飛速發展要求芯片高頻化和電路板高密度組裝，推動了低Res
、高容量
、耐高紋波電流的電容器發展。由於MnO2電阻率較低(0.1Ω?cm)，所以傳統的MnO2型鉭電解電容器Res大於100mΩ，致使其高頻性能較差。使用新型陰極材料降低電容器的Res是提高鉭電容器高頻性能的重要途徑之一。PEDT導電聚合物熱穩定性好
、電阻率低
，因此在電容器上的應用成為目前鉭電解電容器研究領域的熱點。

通tong常chang采cai用yong電dian化hua學xue法fa和he化hua學xue法fa在zai介jie質zhi氧yang化hua膜mo表biao麵mian被bei覆fu導dao電dian聚ju合he物wu。采cai用yong電dian化hua學xue方fang法fa進jin行xing聚ju合he物wu的de沉chen積ji需xu要yao高gao精jing度du的de電dian極ji和he伺si服fu設she備bei
，而er化hua學xue聚ju合he法fa製zhi備bei聚ju合he物wu陰yin極ji材cai料liao對dui設she備bei要yao求qiu較jiao低di，因yin此ci該gai方fang法fa成cheng為wei電dian容rong器qi製zhi造zao商shang的de首shou選xuan。

使(shi)用(yong)化(hua)學(xue)聚(ju)合(he)法(fa)在(zai)鉭(tan)氧(yang)化(hua)物(wu)表(biao)麵(mian)被(bei)覆(fu)聚(ju)合(he)物(wu)的(de)工(gong)藝(yi)又(you)可(ke)細(xi)分(fen)為(wei)一(yi)步(bu)法(fa)和(he)二(er)步(bu)法(fa)。其(qi)中(zhong)一(yi)步(bu)法(fa)是(shi)浸(jin)漬(zi)氧(yang)化(hua)劑(ji)和(he)單(dan)體(ti)預(yu)混(hun)合(he)溶(rong)液(ye)來(lai)完(wan)成(cheng)聚(ju)合(he)沉(chen)積(ji)的(de)工(gong)藝(yi)過(guo)程(cheng)
，二(er)步(bu)法(fa)是(shi)先(xian)浸(jin)漬(zi)氧(yang)化(hua)劑(ji)(或單體)後浸漬單體(或氧化劑)來完成聚合物沉積的工藝過程
，兩種工藝方法各有優劣。

一yi步bu法fa可ke以yi嚴yan格ge按an照zhao理li想xiang的de化hua學xue反fan應ying計ji量liang配pei製zhi氧yang化hua劑ji和he單dan體ti預yu混hun合he液ye
，這zhe樣yang可ke以yi形xing成cheng較jiao理li想xiang的de聚ju合he物wu鏈lian
，但dan是shi氧yang化hua劑ji和he單dan體ti混hun合he後hou就jiu開kai始shi進jin行xing聚ju合he反fan應ying。隨sui著zhe混hun合he液ye中zhong單dan體ti和he氧yang化hua劑ji含han量liang的de提ti高gao，聚ju合he反fan應ying速su率lv加jia快kuai，盡jin管guan用yong冷leng卻que方fang法fa並bing加jia入ru適shi量liang的de阻zu聚ju劑ji可ke以yi降jiang低di其qi聚ju合he反fan應ying速su度du，延yan長chang混hun合he液ye的de使shi用yong時shi間jian，但dan混hun合he液ye有you使shi用yong時shi限xian，用yong此ci法fa生sheng產chan成cheng本ben較jiao高gao。

二步法在使用過程中由於材料在鉭芯子上吸附量的差異，造成浸漬的氧化劑或單體無法達到理想的化學計量比[r(PEDT：Fe3+)為2.3～2.5]，qifanyingshengchengdejuhewulianxiangduijiaocha，youyuyanghuajihedantimeiyouhunhe，liangzhebuhuifashengfanying
，suoyirongyebucunzaishiyongshixianwenti，yincikeyiyouxiaojiangdishengchanchengben。

筆者重點討論了在用二步法製備聚合物電解質的過程中氧化劑含量
、聚合溫度等工藝條件對聚合物鉭電容器電容量C
、介質損耗和Res等電參數的影響。

1實驗

試樣采用6.3V／150μF規格的鉭陽極體。選用CV值30k的鉭粉
，壓製成尺寸3.3mm×1.4mm×4.3mm，質量為140mg的鉭塊，在真空條件下1350℃，燒結30min
，然後將燒結塊浸於60℃、質量分數為0.1％的磷酸溶液中並對其施加30V直流電壓
，在鉭陽極芯體上形成介質氧化膜，並使用HP4263B型容量測試儀、38％(體積分數)硫酸測試液測試電容器容量，即C0。然後將已經形成Ta2O5介質氧化膜的鉭芯子浸入到配置好的氧化劑溶液(對甲基苯磺酸鐵正丁醇溶液)中，取出後在室溫下晾幹30min
，然後浸漬單體溶液，取出後在室溫下晾幹60min
，再將其浸在對甲基苯磺酸水溶液中洗去未反應的氧化劑、單體及反應副產物，重複此過程8～15次
，完成聚合物在鉭陽極塊上的被覆，最後被覆石墨、銀漿，完成聚合物電容器的製備。使用HP4263B型容量測試儀測定樣品容量C、tanδ(120Hz)、Res(100kHz)，使用公式：容量引出率=C／C0×100％，計算容量引出率。

2結果與討論

2.1氧化劑含量對樣品容量的影響

從圖1可以看出，電容器容量引出率隨氧化劑含量的增大而減小。當氧化劑含量達到25％時，容量引出率已經降低到一個比較低的水平
，約為鉭陽極形成容量的82％。這(zhe)是(shi)因(yin)為(wei)隨(sui)著(zhe)氧(yang)化(hua)劑(ji)含(han)量(liang)的(de)增(zeng)加(jia)
，氧(yang)化(hua)劑(ji)很(hen)難(nan)到(dao)達(da)陽(yang)極(ji)芯(xin)子(zi)的(de)內(nei)部(bu)

，同(tong)時(shi)有(you)相(xiang)對(dui)較(jiao)多(duo)的(de)氧(yang)化(hua)劑(ji)沉(chen)積(ji)在(zai)鉭(tan)芯(xin)子(zi)微(wei)孔(kong)內(nei)氧(yang)化(hua)膜(mo)表(biao)麵(mian)上(shang)，氧(yang)化(hua)劑(ji)含(han)量(liang)的(de)增(zeng)加(jia)使(shi)聚(ju)合(he)反(fan)應(ying)速(su)率(lv)加(jia)快(kuai)，結(jie)果(guo)造(zao)成(cheng)單(dan)體(ti)溶(rong)液(ye)還(hai)未(wei)充(chong)分(fen)浸(jin)入(ru)鉭(tan)芯(xin)內(nei)微(wei)孔(kong)就(jiu)在(zai)鉭(tan)芯(xin)表(biao)麵(mian)附(fu)近(jin)發(fa)生(sheng)聚(ju)合(he)，形(xing)成(cheng)一(yi)層(ceng)PEDT聚合物層，該層聚合物的存在阻礙了單體溶液的進一步滲透，造成內部聚合物沉積少，從而導致電容器的容量減少；eryanghuajihanliangdishi，yanghuajizaitanxinweikongneibudechenjishuliangxiangyingjianshao，jiangdilejuhesulv，shidantirongyenengchongfenshenrutanxinneibu，tigaolejuhewuzaitanxinneibudebeifubiaomianji
，congertigaolechanpinrongliang。congtanxinneibuPEDT的滲入情況剖麵圖可以看到，隨著氧化劑含量增大，PEDT被覆到芯子內部的量在減小
；氧化劑含量減小
，PEDT被覆到芯子內部的量在增加(見圖2)。

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2.2氧化劑含量對聚合物形成的影響

對(dui)於(yu)二(er)步(bu)法(fa)生(sheng)產(chan)工(gong)藝(yi)，單(dan)體(ti)為(wei)聚(ju)合(he)反(fan)應(ying)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)過(guo)量(liang)一(yi)方(fang)，聚(ju)合(he)物(wu)生(sheng)成(cheng)的(de)量(liang)由(you)氧(yang)化(hua)劑(ji)的(de)量(liang)來(lai)決(jue)定(ding)
，聚(ju)合(he)物(wu)在(zai)鉭(tan)芯(xin)表(biao)麵(mian)的(de)沉(chen)積(ji)數(shu)量(liang)隨(sui)氧(yang)化(hua)劑(ji)含(han)量(liang)的(de)增(zeng)加(jia)而(er)增(zeng)加(jia)。從(cong)圖(tu)3可以看出

，在相同的浸漬次數下
，使用含量為5％的氧化劑陽極塊的質量增加為0.54％，而使用含量為40％的氧化劑陽極塊質量增加為3.52％，因此高含量的氧化劑可以有效增加聚合物的沉積量。



綜zong上shang所suo述shu
，氧yang化hua劑ji含han量liang低di
，每mei次ci浸jin漬zi後hou參can加jia反fan應ying的de氧yang化hua劑ji的de量liang相xiang應ying就jiu少shao，聚ju合he物wu的de生sheng成cheng量liang也ye會hui相xiang應ying減jian少shao，為wei了le形xing成cheng完wan整zheng的de聚ju合he物wu陰yin極ji層ceng，隻zhi有you多duo次ci浸jin漬zi低di含han量liang氧yang化hua劑ji溶rong液ye
，才cai能neng形xing成cheng完wan整zheng合he格ge的de聚ju合he物wu陰yin極ji層ceng，這zhe樣yang就jiu會hui造zao成cheng單dan體ti的de嚴yan重zhong浪lang費fei和he工gong序xu時shi間jian的de延yan長chang。而er氧yang化hua劑ji含han量liang高gao
，容rong量liang引yin出chu率lv低di

，因yin此ci為wei了le避bi免mian上shang述shu情qing況kuang的de出chu現xian，在zai被bei覆fu聚ju合he物wu的de過guo程cheng中zhong需xu要yao凋diao整zheng不bu同tong含han量liang的de氧yang化hua劑ji。通tong過guo實shi驗yan，筆bi者zhe將jiang二er步bu法fa的de工gong藝yi過guo程cheng分fen為wei二er個ge工gong藝yi段duan：第一工藝段為鉭芯子內部容量引出過程：使用20％的低含量氧化劑溶液引出電容量見圖2(a)

；第二工藝段為鉭芯子表麵聚合物層增厚過程：使用40％的高含量氧化劑溶液增加聚合物陰極層的厚度，見圖4(b)。通過調整工藝過程達到了減少原材料使用量並縮短工藝時間。


2.3化學聚合溫度對電容器tanδ和Res的影響

聚合反應溫度對電容器的tanδ和Res都有較大影響
，隨著聚合溫度升高，tanδ和Res有所增大。從圖5、圖6可以看出，當反應溫度從25℃增加到50℃後，tanδ由1.88％增加到了3.89％
，電容器的Res由35mΩ增加到了56mΩ。這是因為聚合物生成速度與反應溫度成正比
，溫度升高使聚合反應速度加快，溫度每升高10℃
，juhefanyingsulvtigaoyibei，wendushenggaoshijuheguochengzhongrongyishengchengshaoliangxiaofenziliangjuhewufuchanwu
，baofuyudafenziliangjuhechanwuzhongxingchengzazhi，yingxiangjuhewuxingchengwanzhengdewangluojiegou。juhetidejixiexingnenghedaodianxingnengyilaiyudafenziliangjuhewuxingchengdejiaohuwangzhuangjiegou，xiaofenziliangjuhewudexingcheng，zaochengjuhewucengdedaodianxingnengbiancha，yangpindetanδ和Res增大。



本文討論了影響二步法生產聚合物對鉭電解電容器電性能的影響，並基於試驗結果得出以下結論：

(1)在被覆過程中當氧化劑含量超過20％時會影響容量的引出
，而使用40％以上的氧化劑能有效增加聚合物的沉積，所以最有效的工藝條件是先采用20％的低含量氧化劑，再使用40％的高含量氧化劑

，可以達到最佳的被覆效果。

(2)聚合溫度對電容器的tanδ和Res有較大影響。電容器的tanδ和Res隨反應溫度增加而增大，最佳聚合反應溫度為25℃。
總zong而er言yan之zhi，隻zhi要yao采cai用yong合he適shi的de工gong藝yi條tiao件jian和he優you化hua工gong藝yi流liu程cheng
，使shi用yong二er步bu法fa工gong藝yi可ke以yi生sheng產chan出chu符fu合he要yao求qiu的de聚ju合he物wu鉭tan電dian解jie電dian容rong器qi，並bing且qie可ke降jiang低di生sheng產chan成cheng本ben。