米乐m6官方网站【所长：中钵良二】（以下简称“AIST”）纳米管实用研究中心【研究中心主任：畠健二】CNT应用小组【研究小组组长：山田武夫】小桥和文，首席研究员，Lascheska Carolina Ursula，AIST特别研究员（现：技术研究会）单壁CNT融合新材料研究开发组织（合作研究员）超小型电容器，具有与铝电解电容器相同的性能（工作电压4V、电容量30μF、充放电速度（弛豫时间常数）数ms），但体积仅为铝电解电容器的1/1000。碳纳米管 (CNT)集成微电容器
作为电容器电极材料很有前景，超级成长法光刻开发了CNT膜电极微加工技术和电极隔离技术，并开发了超小型集成电容器。新开发的CNT集成微电容器是铝电解电容器的替代品，使电子设备变得更轻、更薄、更紧凑，并用作微电子设备的电源。
有关这项研究的详细信息，请参阅德国学术期刊先进能源材料
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| CNT集成微电容器（左），性能与铝电解电容器（右）相同，但体积只有铝电解电容器的1/1000 |
电子器件的发展是晶体管，注册、电感器等元件的小型化来实现，但铝电解电容器的尺寸仍然很大，并且需要小型化。铝电解电容器可以高速充放电，因此用于电子设备的电路中。整流元件另一方面，电容器虽然充放电速度不如铝电解电容器，但容量大、寿命长，因此被用于不间断电源（UPS）和后备电源中。
近年来，人们发现采用碳纳米管、石墨烯等比表面积大的纳米碳作为电极材料的薄型微型电容器可以像铝电解电容器一样快速充放电，有望替代铝电解电容器并使其小型化。然而，由于单个微电容器的工作电压较低，因此需要连接并集成多个微电容器以提供必要的工作电压。由于电极的微加工和每个电极的隔离等挑战，集成化一直难以实现。
产业技术研究所将超生长法制造的单壁碳纳米管用于电容器电极，实现了超越传统材料的高能量密度和高功率密度。2010 年 1 月 4 日 AIST 新闻稿)，已表现出高电压和稳定运行(2010年6月21日AIST主要研究成果）。此外，我们还致力于结合超生长法、CNT致密化法和半导体光刻技术的CNT器件集成化研发。因此，我们开发了CNT悬臂梁，其中多个CNT高密度地在三维方向上取向，以及三维CNT布线（AIST 2008 年 5 月 5 日新闻稿) 已经开发出一种 CNT 微加工技术，可以集成 CNT 器件。
通过使用具有优异电容器特性的超生长单壁碳纳米管作为电极材料，并开发出利用光刻技术将碳纳米管薄膜微加工成电容器电极的技术，我们能够开发出这种小型、轻量、高性能的碳纳米管集成微电容器。
这项研究和开发得到了日本科学技术振兴机构国家研究开发机构战略创意研究促进项目团队型研究（CREST）“通过工艺集成创建功能性纳米系统”研究领域的研究项目“使用通过自组装工艺创建的功能性复合碳纳米管元件的软纳米MEMS器件”（2008-2018）的支持。
此次我们开发的是利用光刻技术，在带有集电器布线的硅基板上将CNT薄膜微细加工成梳状微电容器电极形状的技术，以及构建电极隔离墙以将各个CNT电极串联连接的技术。图1显示了CNT集成微电容器的制造方法。
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| 图1采用光刻技术的CNT集成微电容器的制造方法 |
将 100 个 CNT 微电容器串联连接在 8 mm x 10 mm 的硅基板上，并演示了 100 V 的充电和放电操作。当使用水性电解质时，单个CNT微电容器只能充放电至1V，但通过串联多个CNT微电容器并集成它们，可以在小尺寸下在100V的高电压下工作。此外，我们能够在 4 英寸硅片上集成 4,700 个 CNT 微电容器（图 2），展示了使用光刻进行大规模生产的可能性。此外，这种CNT集成微电容器的工作电压、容量、输出和充电/放电速度可以通过集成度、电极设计和串并联等连接方式设计来控制。
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| 图2 100个串联集成的CNT微电容器（左上）（左下）和4英寸硅片上集成4700个CNT微电容器（右）的100V充电/放电操作演示 |
与其他能源器件（现有电容器、微电容器、铝电解电容器和电池）相比，新开发的CNT集成微型电容器同时具有单位体积的功率密度（输出）和能量密度（容量）（图3）。特别是与铝电解电容器相比，其具有相同的输出，但体积仅为其1/1000。这种集成CNT的微电容器可以根据应用进行高度自由的设计以满足所需的规格，并且有望作为高性能能源器件。
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| 图3 CNT集成微电容器与其他能源器件的性能比较 |
未来，我们将对电子行业，特别是电容器、电容器、电池和半导体制造商进行需求调查，并与对此技术感兴趣的公司合作开发。此外，我们计划通过改变集成度和电极设计来证明CNT微电容器的工作电压、容量、输出和充电/放电速度可以在大范围内控制。我们还计划致力于半导体后端等量产技术的开发，并探索新的应用。