微型电子设备的发展推动微能源存储器件的研究,在开发高性能的能源存储解决方案中,微型超级电容器是十分值得探究的技术。微型超级电容器性能主要由电极材料决定,其中碳基电极材料被广泛研究,石墨烯由于具有高比表面积成为超级电容器的理想材料,石墨烯的衍生物石墨烯量子点是一种粒子尺寸小于10 nm的零维碳材料,它既拥有高的比表面积还具有丰富的边缘缺陷和更多的活性位点,大大提高了电子迁移率,向石墨烯量子点中加入氮元素和氧元素还会提高材料的离子吸附能力以及表面亲水性,因此氮氧共掺杂石墨烯量子点成为电极材料又一更好选择。然而它们在形成薄膜干燥过程中由于受到范德华力的作用而堆叠和团聚导致可利用比表面积变小,电容器的性能降低。碳纳米管作为碳基电极材料,与石墨烯相比其表面积较低一直是研究的瓶颈,若将碳纳米管复合到石墨烯中不仅能够解决堆叠和团聚问题,加入的碳纳米管还能够作为补充电极提高电容特性,碳纳米管表面还可快速转移和传输电子提高电容器功率特性,最后碳纳米管有很好的机械性能,加入碳纳米管后可让超级电容器和柔性PET衬底更好的结合,使电容器制备到柔性PET衬底上成为可能。总的来说,碳纳米管作为间隔物支撑、导通、激活电极并与石墨烯协同作用提高微型超级电容器性能。通过理论分析与实验探索,最终实验方案为按照还原氧化石墨烯和碳纳米管、石墨烯量子点和碳纳米管分别以5:1和10:1的比例制备微型超级电容器,再制备还原氧化石墨烯、石墨烯量子点和碳纳米管基底进行对比试验,然后将以上电极宽度与间隙均设置成50μm/50μm和100μm/100μm宽度进行比对,最后将其转移到柔性PET衬底上。本文通过改进气液界面自组装工艺和光刻工艺制备平面片上微型超级电容器,对其电极薄膜材料进行表征包括原子力显微镜测试、透射电子显微镜测试、X射线衍射、X射线光电子能谱测试和拉曼光谱测试;通过电化学工作站对微型超级电容器电化学性能进行测试,包括循环伏安测试、恒流充放电测试、交流阻抗测试和循环稳定性测试。薄膜表征分析得出电极薄膜形成连续性好、大面积10 nm左右厚度的薄膜,电化学测试分析结果表明在上述实验方案中性能最优越的一组超级电容器参数是电极宽度和间隙之比为50μm/50μm,石墨烯量子点和碳纳米管为10:1的比例复合,它的能量密度可达30 n Wh·cm-2,功率密度0.3 W cm-2,面电容达到216μF cm-2,具有高的循环稳定性在5000 V s-1的扫速下循环充放电10000次仍有95.4%的电容保持率。