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。

tongchangcaiyongdianhuaxuefahehuaxuefazaijiezhiyanghuamobiaomianbeifudaodianjuhewu。caiyongdianhuaxuefangfajinxingjuhewudechenjixuyaogaojingdudedianjihesifushebei，erhuaxuejuhefazhibeijuhewuyinjicailiaoduishebeiyaoqiujiaodi，yincigaifangfachengweidianrongqizhizaoshangdeshouxuan。

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]
，其qi反fan應ying生sheng成cheng的de聚ju合he物wu鏈lian相xiang對dui較jiao差cha，由you於yu氧yang化hua劑ji和he單dan體ti沒mei有you混hun合he，兩liang者zhe不bu會hui發fa生sheng反fan應ying

，所suo以yi溶rong液ye不bu存cun在zai使shi用yong時shi限xian問wen題ti，因yin此ci可ke以yi有you效xiao降jiang低di生sheng產chan成cheng本ben。

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％。zheshiyinweisuizheyanghuajihanliangdezengjia，yanghuajihennandaodayangjixinzideneibu
，tongshiyouxiangduijiaoduodeyanghuajichenjizaitanxinziweikongneiyanghuamobiaomianshang，yanghuajihanliangdezengjiashijuhefanyingsulvjiakuai，jieguozaochengdantirongyehaiweichongfenjinrutanxinneiweikongjiuzaitanxinbiaomianfujinfashengjuhe，xingchengyicengPEDT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)。