專利名稱：具有增強(qiáng)的功率特性的電荷存儲(chǔ)器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及一種具有增強(qiáng)的功率特性的電荷存儲(chǔ)器件(ECSD，electrical charge storage device)。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及增加各種裝置(諸如電容器、電池、燃料電池和其它電荷存儲(chǔ)器件)的電流密度、額定電壓、功率轉(zhuǎn)移特性、頻率響應(yīng)和電荷存儲(chǔ)密度。例如，本發(fā)明的一個(gè)方面就是固態(tài)和電解電容器，其中，用光滑的結(jié)構(gòu)來(lái)增加導(dǎo)體的表面區(qū)域，由此縮短分隔各導(dǎo)體的距離，并且通過(guò)使用原子、分子和宏觀水平上的構(gòu)建技術(shù)，來(lái)改善有效的電介質(zhì)特性。
背景技術(shù)：
電容器是通常由被電介質(zhì)材料分隔的一對(duì)導(dǎo)體組成的電荷存儲(chǔ)器件。電容器可以用于直流(DC)和交流(AC)應(yīng)用中用于多種目的，包括能量存儲(chǔ)、信號(hào)耦合、馬達(dá)起動(dòng)、馬達(dá)運(yùn)行、功率因數(shù)校正、電壓調(diào)整、伏安效率、調(diào)諧、諧振、浪涌抑制和濾波。在交流或直流網(wǎng)絡(luò)中，可以按照串聯(lián)、并聯(lián)和混合配置來(lái)安排各電容器，以便提供在瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)中的許多運(yùn)用上的好處。例如，在交流和直流兩種應(yīng)用中，并聯(lián)電容器可以用作電流源或電壓源，并且在交流應(yīng)用中提供VAR支持和功率因數(shù)校正。
在瞬態(tài)交流網(wǎng)絡(luò)中，電容器可以被用來(lái)改善在瞬變條件下的功率因數(shù)，這導(dǎo)致提高效率或其它所希望的改進(jìn)。串聯(lián)電容器的瞬態(tài)應(yīng)用包括電壓浪涌保護(hù)、馬達(dá)起動(dòng)、電流限制和切換操作等。例如，低功率因數(shù)瞬態(tài)電流與由于馬達(dá)起動(dòng)和變壓器磁化的故障電流和起動(dòng)電流有關(guān)。串聯(lián)電容器可以通過(guò)改善總的功率因數(shù)和瞬變條件下的網(wǎng)絡(luò)電壓調(diào)整來(lái)減輕這些效應(yīng)。此外，作為電容器的串聯(lián)阻抗的結(jié)果，串聯(lián)電容器可以提供瞬變條件的一定程度的電流限制，由此減小故障電流的大小，從而降低對(duì)發(fā)電機(jī)、變壓器、開(kāi)關(guān)齒輪、總線和傳輸線的要求。還有，由于串聯(lián)電容耦合的存在，與在線路上帶來(lái)附加生成容量相關(guān)的機(jī)械應(yīng)力也得以減輕。盡管串聯(lián)電容器的這些和許多其它優(yōu)點(diǎn)已成為人所共知，單價(jià)、尺寸要求、電壓限制、電流限制、dv/dt限制、di/dt限制、絕緣限制、電介質(zhì)限制、電機(jī)限制和熱動(dòng)力學(xué)限制，已經(jīng)妨礙了串聯(lián)電容器的推廣應(yīng)用，尤其是在低頻應(yīng)用中。
通過(guò)納入電容器也能改進(jìn)穩(wěn)態(tài)交流網(wǎng)絡(luò)的特性。例如，大電容量的串聯(lián)應(yīng)用在電容器上施加一個(gè)低的穩(wěn)態(tài)交流電壓，當(dāng)結(jié)合串聯(lián)電容器組來(lái)使用電傳輸裝置時(shí)，這可能是有利的。類似地，通過(guò)改變電容量，可以減小電波畸變。通過(guò)串聯(lián)電容器的阻抗匹配或失諧，可以優(yōu)化某些電路參數(shù)。通過(guò)使用電容器來(lái)提供電流限制和/或分壓，就能改進(jìn)其它電路。穩(wěn)態(tài)串聯(lián)電容器的應(yīng)用包括馬達(dá)運(yùn)行、濾波、功率因數(shù)校正、有效功率傳輸、電壓提升等。串聯(lián)、并聯(lián)和混合的電容器安排可以被用來(lái)提高馬達(dá)轉(zhuǎn)矩、速率、效率、功率、功率因數(shù)、伏安效率、耦合等。各種電容器組和馬達(dá)繞組配置還通過(guò)向二者提供所需的磁化電流，允許感應(yīng)發(fā)電機(jī)向感應(yīng)馬達(dá)供電。在這樣一種應(yīng)用中，供電質(zhì)量可以得到改善，同時(shí)降低電網(wǎng)交流電源、應(yīng)急供電、移動(dòng)設(shè)備和便攜式發(fā)電機(jī)的成本。再有，電容量和容抗在運(yùn)行中的變化可以被用來(lái)增強(qiáng)電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)性能。
通過(guò)使用電容器，還可以改進(jìn)直流網(wǎng)絡(luò)的特性。在直流網(wǎng)絡(luò)中，電容器可以被用來(lái)減緩直流網(wǎng)絡(luò)電壓的快速變化，為按需的突然增加存儲(chǔ)能量，以及當(dāng)直流網(wǎng)絡(luò)經(jīng)受電源電流的突然增加或負(fù)載電流的減小時(shí)，用于吸收能量。電容器被用來(lái)阻隔直流。在主要的直流應(yīng)用和在諧振的直流鏈路中，電容器還被用來(lái)耦合信號(hào)。然而，瞬時(shí)的和穩(wěn)態(tài)的供電能力對(duì)總的存儲(chǔ)能量的低比率趨向于限制電容器在直流應(yīng)用中的運(yùn)行利用率。高的ESR和過(guò)熱通常限制了常規(guī)的電容器選擇的效用，諸如電解電容器在直流和信號(hào)耦合中的應(yīng)用。
電容器典型地被分類為非極性的或極性的；并且每一類都有多種實(shí)現(xiàn)方式。非極化的電容器通常可用于直流和交流應(yīng)用。不幸的是，由于在尺寸、電容量、重量、效率、能量密度和成本等方面的限制，使得非極化的電容器—尤其是在串聯(lián)配置中—不適用于許多交流和直流應(yīng)用。由于它們的單向、正向偏置要求，單極化的電容器已經(jīng)被限制在直流和小交流信號(hào)耦合應(yīng)用中使用。此外，反串聯(lián)的極化電容器可以用于瞬態(tài)應(yīng)用，諸如馬達(dá)起動(dòng)，并且正向偏置的反串聯(lián)極化電容器可以在交流應(yīng)用中連續(xù)工作。在直流應(yīng)用中，極化電容器被廣泛地用于濾波，諸如在直流電源的輸出級(jí)。極化電容器也被用于在放大器各級(jí)之間耦合信號(hào)。最后，從歷史上來(lái)看，極化電容器已被用作整流器。
非極化電容器通常被構(gòu)建為由電介質(zhì)或絕緣體分隔的兩個(gè)導(dǎo)體。導(dǎo)體典型地用導(dǎo)電性材料制成，諸如銅、鋁、其它金屬，或者摻雜的半導(dǎo)體。電介質(zhì)或絕緣體可以由空氣、云母、油、紙、塑料或其它化合物構(gòu)成。非極化電容器也可以被構(gòu)成為金屬化的薄膜電容器，它們由具有金屬化表面的塑料薄層構(gòu)成。非極化電容器的電容量通常受到分離的導(dǎo)體的表面區(qū)域、分隔導(dǎo)體的距離以及介電常數(shù)的限制。這樣的電容器的額定電壓受到介電常數(shù)、介電強(qiáng)度、材料和制造缺陷的限制。電流和電流的變化率(即di/dt)受到特定電容器材料和結(jié)構(gòu)的ESR、機(jī)械強(qiáng)度和熱動(dòng)力學(xué)特性的限制。金屬化的薄膜電容器在最小電介質(zhì)厚度方面通常顯得不足。隨后的燒穿或故障清除有時(shí)被稱為自愈?；蛟S逐漸自毀可能是這種行為的更精確描述。短路然后燒穿的故障機(jī)制在諸如數(shù)字裝置的敏感電路中可以是破壞性的。還有，金屬化的薄膜電容器傾向于散熱不良。這將產(chǎn)生內(nèi)部熱點(diǎn)，并且傾向于加速電容器故障。
平行板型電容器通常成為非極化電容器的最普通的商業(yè)實(shí)現(xiàn)方式。在這樣的實(shí)施方式中，這種電容器實(shí)施例的電介質(zhì)擊穿和失效通常與電荷集中積累在導(dǎo)電板上的四角和尖點(diǎn)處以及材料缺陷和高電場(chǎng)條件下的厚度變化有關(guān)。雖然可以設(shè)計(jì)電容器并選擇電介質(zhì)材料，使得所述電容器理論上應(yīng)當(dāng)承受這樣的條件，但是常規(guī)的宏觀制造方法通常不提供為保證生產(chǎn)出來(lái)的電容器能履行它的理論上的能力所需的精度和控制。例如，常規(guī)的技術(shù)不能保證避免導(dǎo)體上的尖角或毛刺，也不能保證電介質(zhì)材料的厚度在它的整個(gè)面積上都是均勻的，也不能保證電介質(zhì)將以共形的方式被安排在導(dǎo)體上。而且，平行板型電容器的表面區(qū)域通常已經(jīng)被限制為扁平結(jié)構(gòu)以及常規(guī)的增加技術(shù)，諸如板共享和螺線纏繞封裝。
與非極化電容器相比，極化電容器具有增強(qiáng)表面區(qū)域，不幸的是，引入了附加的電容器部件、電荷運(yùn)送機(jī)制以及附加的損耗。例如，一種常用的極化電容器—電解電容器—的物理組成包括一個(gè)導(dǎo)體、陽(yáng)極箔、陽(yáng)極化層、液體浸潤(rùn)紙層、絕緣紙層、陰極和導(dǎo)體。類似地，用于諸如超級(jí)電容器、特級(jí)電容器和雙層電容器的其它極化裝置(對(duì)稱的和不對(duì)稱的)的構(gòu)成方法和損耗機(jī)制也是眾所周知的。然而，極化電容器(還有其它極化電荷存儲(chǔ)器件(PECS))與它們的非極化對(duì)立物相比，通常具有低的每單位電容量成本和較小的質(zhì)量和尺寸。這些特性使得極化電容器的使用優(yōu)先于非極化電容器。
除了這些有利的特性以外，極化電容器通常也具有它們的缺點(diǎn)。由于電子隧道而產(chǎn)生的電氣方向性電容量與整流電路行為的關(guān)系通常是不利的。作為另一個(gè)實(shí)例，由于紙/電解質(zhì)的電阻以及氧化(即，電介質(zhì))層中的功率損耗，與非極化電容器相比，極化電容器在電源頻率上呈現(xiàn)更高的等效串聯(lián)電阻(ESR，equivalent series resistance)。再有，電解電容器由于水的電解而除去氫氣，以及離子遷移限制和導(dǎo)體終接實(shí)踐趨向于提供陡峭的頻率響應(yīng)曲線。再有，電解電容器所能耐受的最大交流紋波電流受到ESR、額定電壓以及電容器封裝的熱動(dòng)力學(xué)、機(jī)械和通風(fēng)特性的限制。上述封裝允許它能承受所產(chǎn)生的熱和壓力而不致?lián)p壞。還有，最常用的材料，鋁，通常為了精煉需要使用大量的能量。陽(yáng)極刻蝕和成型工藝又需要大量的附加能量輸入、化學(xué)工藝和處理。用常規(guī)方法構(gòu)成的其它極化電荷存儲(chǔ)器件也蒙受無(wú)數(shù)類似的缺點(diǎn)。
存在一些用于改善極化電容器的熱動(dòng)力學(xué)特性的已知方法。這些方法包括通過(guò)增加箔的厚度、增加液體體積和使用較厚的外殼材料，來(lái)增加熱質(zhì)量。還有可能通過(guò)降低對(duì)于熱流的熱阻來(lái)增加散熱。這通過(guò)下列方法來(lái)完成把陰極箔壓接到外殼上、從內(nèi)部和外部增加外殼的表面區(qū)域以及生成附加熱結(jié)構(gòu)，諸如冷凝管、冷鐓機(jī)塊和螺栓安裝。另外的已知方法包括風(fēng)冷、循環(huán)水冷和其它外部熱控制方法，最后，通過(guò)增加電容器的允許工作溫度，就能獲得增加的熱輻射和熱傳導(dǎo)。這些方法雖然是有效的，但是實(shí)質(zhì)上趨向于增加成本，并且在許多情況下實(shí)質(zhì)上增加了部件的物理尺寸和重量。
典型地，對(duì)于極化的和非極化的分立電容器二者來(lái)說(shuō)，由于材料的缺陷、不精確的制造工藝和邊界界面問(wèn)題，無(wú)論是理論的介電強(qiáng)度，還是理論的介電常數(shù)，都未能有效地實(shí)現(xiàn)。反過(guò)來(lái)，這些因素又限制著一種給定的電容器實(shí)施方式可能達(dá)到的最大額定電壓和電容量。再有，導(dǎo)通電流和位移電流能力的不平衡連同不一致的材料特性，限制著一個(gè)給定電容器的瞬態(tài)和持續(xù)的電流能力。結(jié)構(gòu)熱動(dòng)力學(xué)限制還趨向于限制瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)的電流能力以及電容器的工作壽命。因此，存在提供一種能增加電容量、額定電壓和電流以及功率傳遞的改進(jìn)的電容器和制造電容器的方法的需求。
眾所周知，平板電容器的電容量由下面的方程式給出C＝E0ERA/d式中，E0為自由空間的介電常數(shù)，ER為電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)，A為導(dǎo)體的公共表面區(qū)域，d表示介于導(dǎo)體之間的距離。從上面的方程式可以看出，通過(guò)增加導(dǎo)體的公共表面區(qū)域A，就能增加電容量。圖1示出在一個(gè)具有用于導(dǎo)電層的平坦表面的一般化電容器15的導(dǎo)電板10和11上的瞬時(shí)電荷積累。電介質(zhì)中的微觀電荷位移允許電流流動(dòng)。圖中示出了正和負(fù)電荷。電介質(zhì)層13被安排在導(dǎo)電板10和11之間。
在圖2中可以看到用于增加表面區(qū)域的一種已知方法的實(shí)例，該圖表示一個(gè)具有導(dǎo)電箔22和24的極化電解電容器20的一個(gè)示例性實(shí)施例的放大了的截面圖。通過(guò)酸蝕刻導(dǎo)體以形成微通道26來(lái)增加箔22和24的表面區(qū)域。微通道26典型地處于40μm±1μm，并且具有尖銳的邊沿。用已知的大尺度制造方法氧化高純度鋁陽(yáng)極22以生成處于單晶、多晶或非晶形態(tài)的氧化鋁薄膜，從而形成具有約為9的相對(duì)介電常數(shù)ER的電介質(zhì)層28。對(duì)應(yīng)于這樣一個(gè)介電常數(shù)的絕緣額定值通常約為1.1nM/V。
從圖2可以看出，作為采用掃帚—麥稈狀結(jié)構(gòu)的結(jié)果，導(dǎo)電箔的有效表面區(qū)域?qū)嵸|(zhì)上被增加。然而，由于掃帚—麥稈狀結(jié)構(gòu)的末端之間的空間距離變化以及伴隨的位移電流限制，使得難以對(duì)電容器進(jìn)行充電，特別是在高電壓情況下。為了克服這種固有的弱點(diǎn)，以被電解質(zhì)溶液浸濕的紙的形式，引入附加的電荷傳送機(jī)制，以便在充電過(guò)程中，為電荷提供一條到達(dá)導(dǎo)體的擴(kuò)大表面區(qū)域的路徑。
圖2所示的配置具有多種特性，這些特性最終限定了電容器的性能和長(zhǎng)壽性。例如，在充電過(guò)程中，從陰極箔通過(guò)浸濕的紙遷移到陽(yáng)極箔的負(fù)離子增加了電容器的ESR，并且限制額定紋波電流。在充電過(guò)程中，由于水的電解而放出的氫氣必須被排出。結(jié)構(gòu)的機(jī)械弱點(diǎn)以及所需的陽(yáng)極化厚度限制電容器的額定電壓。并且，雖然微通道可用來(lái)增加電容器的表面區(qū)域，但是，隨著額定電壓的增加，這種改進(jìn)的效果從兩個(gè)數(shù)量級(jí)降低到一個(gè)數(shù)量級(jí)。
鋁電解電容器的另一個(gè)缺點(diǎn)就是在生產(chǎn)時(shí)需要大量的能量。鋁已經(jīng)被稱為凝固的電。高純度鋁所需的能量，例如陽(yáng)極箔所需的能量仍然較大。常規(guī)的制造工藝典型地要求在一個(gè)施加電場(chǎng)的化學(xué)槽中首先用強(qiáng)堿然后用強(qiáng)酸進(jìn)行處理。還需要幾次高純度水的洗滌。需要大量的電功率用于加熱、氧化、形成鋁箔和接頭材料。電解溶液通常是一種石油化工產(chǎn)品，諸如混有水和諸如酸、堿等其它化學(xué)品的乙二醇。跟隨在纏繞、加濕和填充等項(xiàng)操作之后的是最后的電形成步驟。這些步驟和輸入都是高度能量密集的。因此，常規(guī)的鋁電解電容器的制造技術(shù)需要大量的能量。
反串聯(lián)極化電容器對(duì)也蒙受若干缺點(diǎn)。首先，如果所述對(duì)是未經(jīng)偏置的，則一個(gè)部件起電容器的作用，而另一個(gè)部件則起二極管的作用。這種工作狀態(tài)每半周期改變一次，并且大大地縮短了電容器組件的壽命，并且它又是諧波電流和地參考電壓干擾的一個(gè)來(lái)源。當(dāng)相等大小的、反串聯(lián)的電容器被偏置時(shí)，組件的電容量被減少大約一半。由于它們?yōu)榇?lián)電氣疊加現(xiàn)象，所以所述組合的ESR和相關(guān)的高耗散因子增加。
制造電容器的小尺度制造技術(shù)也是人們所熟知的。例如，在固態(tài)集成電路器件中，使用半導(dǎo)體制造技術(shù)來(lái)生成電容器。由于集成電路存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)的目的是生成低壓下的短半壽命電路，所以這樣的設(shè)計(jì)通常把注意力集中在減少電容量和有利于降低介電常數(shù)，而不是增加電容量和增強(qiáng)功率傳送特性。在那些以高介電常數(shù)和電流密度為優(yōu)先目標(biāo)的場(chǎng)合，在這些應(yīng)用中，其目的通常是尋求小型化和較低的電容量。去耦電容器用作局部化的低阻抗電壓源；由此向同步的集成電路提供無(wú)噪聲的電源。印制電路板的電氣的、熱的和機(jī)械的限制嚴(yán)格限制了集成電容器的材料和構(gòu)建技術(shù)。使用常規(guī)的制造技術(shù)也不能容易地控制集成的電容量變化。
其它極化的電荷存儲(chǔ)器件研究已經(jīng)涉及增加總的能量存儲(chǔ)，并且已經(jīng)導(dǎo)致超級(jí)電容器、特級(jí)電容器或雙層電容器的開(kāi)發(fā)。這些電容器旨在跨越電化學(xué)電池和極化電容器(諸如液態(tài)鉭和鋁電解電容器)之間的間隙，在超級(jí)、特級(jí)和雙層電容器中，通過(guò)使用大尺度制造技術(shù)(諸如在題為“Process of Manufacturing a Porous Carbon Materialand Capacitor Having the Same”的美國(guó)專利第5,876,787號(hào)中所公開(kāi)的內(nèi)容)來(lái)增加導(dǎo)體的表面區(qū)域和體電荷存儲(chǔ)能力，從而增加能量存儲(chǔ)能力。
然而，超級(jí)電容器、特級(jí)電容器或雙層電容器有許多阻止它們?cè)诠β蕬?yīng)用中使用的限制特性。例如，這樣的電容器具有相對(duì)低的額定電壓(即，每個(gè)單元1V-3V)，并且趨向于具有相對(duì)高的ESR，在以功率傳送為目的的應(yīng)用場(chǎng)合中，它們二者都不是積極的屬性。還有，所述裝置是極化的電荷存儲(chǔ)器件，由此限制了它們?cè)诮涣麟娫磻?yīng)用場(chǎng)合中的使用。再有，這樣的裝置通常不能按需傳遞所存儲(chǔ)的全電荷。很多存儲(chǔ)的電荷可能保留不可用。此項(xiàng)被觀測(cè)的特性有一個(gè)時(shí)間依賴分量和一個(gè)時(shí)間不變分量。并不是可以被投入使用的所有存儲(chǔ)能量都能在瞬間被釋放，使得所述裝置不適用于快速充電和放電的應(yīng)用場(chǎng)合。存儲(chǔ)電荷保留不可用于方便使用的第二種機(jī)理就是捕獲能量的現(xiàn)象。由不同大小和充電水平的電容器組成的串聯(lián)組件在放電結(jié)束時(shí)將在其內(nèi)保留一個(gè)顯著的和可測(cè)量的捕獲電壓。超級(jí)、特級(jí)和雙層電容器的低單元電壓需要許多單元來(lái)實(shí)現(xiàn)共同的系統(tǒng)電壓。在電化學(xué)電池放電中也能觀察到這種現(xiàn)象，并且有時(shí)被稱為單元倒置。
電源傳遞和最終使用系統(tǒng)的改進(jìn)可以對(duì)今天的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境產(chǎn)生顯著的影響。更具體地說(shuō)，電動(dòng)馬達(dá)目前消耗電表計(jì)費(fèi)有效功率的大約65％。為了說(shuō)明可以實(shí)現(xiàn)的改進(jìn)，假定一個(gè)示例性的馬達(dá)具有50％的功率因數(shù)，同時(shí)假定剩余35％的計(jì)費(fèi)負(fù)載是純電阻性的。因此，組合負(fù)載的總伏安數(shù)(VA)為有效功率的119.27％。并且35％的電阻性負(fù)載僅僅是總的伏安負(fù)載的29.24％。因此，在本例中，馬達(dá)負(fù)載大于系統(tǒng)總伏安負(fù)載的70.75％。按照串聯(lián)、并聯(lián)和混合配置方式排列的電容器有助于經(jīng)濟(jì)地校正功率因數(shù)，并減小與此相伴隨的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境后果。而且，某些LC馬達(dá)設(shè)計(jì)已經(jīng)被說(shuō)明相對(duì)于純磁性設(shè)計(jì)，能提高馬達(dá)的效率、轉(zhuǎn)矩、功率因數(shù)、振動(dòng)、相位支線損耗以及其它所希望的馬達(dá)特性，因此也改善了經(jīng)濟(jì)和環(huán)境。
通過(guò)一種具有增加了的電容量、散熱和功率傳送能力的增強(qiáng)型分立非極化電容器，可實(shí)現(xiàn)在功率傳送和最終使用系統(tǒng)的改進(jìn)以及伴隨而來(lái)的好處。也可以通過(guò)一種具有增加了的電容量、增加了的電壓和額定紋波電流、降低了的ESR，以及提高了的散熱和功率傳送特性的增強(qiáng)型分立非極化電容器，來(lái)實(shí)現(xiàn)這樣的改進(jìn)。已改進(jìn)的分立電容器特性和方法也可以有利地應(yīng)用于集成電路、數(shù)字芯片和其它電氣裝置。

發(fā)明內(nèi)容
如這里所使用的，術(shù)語(yǔ)“一個(gè)”可以指一個(gè)或多個(gè)。如在權(quán)利要求中所使用的那樣，當(dāng)與字“包括”結(jié)合使用時(shí)，字“一個(gè)”可以指一個(gè)或者多于一個(gè)。如這里所使用的，“另一個(gè)”可以指至少第二個(gè)或者更多個(gè)。
術(shù)語(yǔ)“交流”和“交流源”在廣義上被使用。術(shù)語(yǔ)“交流”和“交流源”將包括但不限于固定頻率、可變頻率、固定振幅、可變振幅、調(diào)頻、調(diào)幅和/或脈沖寬度調(diào)制的交流。其它信號(hào)和通信技術(shù)，包括單邊帶和疊加技術(shù)以及其它線性、非線性、模擬或數(shù)字信號(hào)等都被明確地包括在內(nèi)。交流源可以包括諧波分量。交流和交流源被認(rèn)為指的是時(shí)變信號(hào)。這些信號(hào)可以包含數(shù)據(jù)和/或功率。類似地也包括以多種方法和/或方式改變的混合交流源。參照單個(gè)交流源將不被認(rèn)為是消除多個(gè)交流源。
如這里所使用的，術(shù)語(yǔ)“粘合”、“粘附”、“已粘合的”和“粘結(jié)”將包括但不限于原子到原子、分子到分子和層到層的結(jié)合、膠合、膠粘、粘合、吸引、親和、共享所使用的方法、力、機(jī)制、技術(shù)和材料，以及用于穩(wěn)住、固定、結(jié)合、連接、互聯(lián)、編織、交織、鎖和鑰匙，或者把相似的和或不相似的材料結(jié)合在一起的其它方法、力和材料。這種工藝將包括但不限于毫微、微和宏連接與互聯(lián)。
如這里所使用的，術(shù)語(yǔ)“陽(yáng)極化”指的是，使金屬在電解槽的陽(yáng)極處經(jīng)受電解作用，以便涂覆一層保護(hù)性的、絕緣的或裝飾性的薄膜。
如這里所使用的，術(shù)語(yǔ)“電容器”指一個(gè)基于與電場(chǎng)有關(guān)的現(xiàn)象的電路元件。電場(chǎng)的源是電荷或電壓的分離。如果電壓隨時(shí)間改變，則電場(chǎng)也隨時(shí)間改變。時(shí)變電場(chǎng)在該電場(chǎng)所占據(jù)的空間中產(chǎn)生位移電流。電容量的電路參數(shù)將位移電流與電壓相關(guān)聯(lián)，能量可以被存儲(chǔ)在電場(chǎng)中，因而也被存儲(chǔ)在電容器中。電容器的瞬時(shí)電壓和電流之間的關(guān)系以及對(duì)電容器的物理效應(yīng)對(duì)于改進(jìn)電容器來(lái)說(shuō)是關(guān)鍵的。
如這里所使用的，術(shù)語(yǔ)“導(dǎo)體”指含有大量實(shí)質(zhì)上自由的電荷載流子的材料，例如金屬。然而，術(shù)語(yǔ)“導(dǎo)體”不僅限于金屬。這些電荷載流子是自由的，可以在導(dǎo)電材料中漂移。它們響應(yīng)于幾乎無(wú)限小的電場(chǎng)，并且只要它們經(jīng)受電場(chǎng)，它們就趨向于繼續(xù)移動(dòng)。當(dāng)通過(guò)一個(gè)外部能量源在導(dǎo)體中保持穩(wěn)態(tài)電場(chǎng)時(shí)，這些自由載流子承載電流。在靜態(tài)條件下，導(dǎo)體中的電場(chǎng)消失。導(dǎo)體包括但不限于超導(dǎo)體、高溫超導(dǎo)體、摻雜半導(dǎo)體、金屬化薄膜等，當(dāng)用于這些用途時(shí)，它們都被認(rèn)為是導(dǎo)體。導(dǎo)電層是形成導(dǎo)體的電容器的一層或多層。可以用導(dǎo)電聚合物來(lái)形成所述導(dǎo)電層。
如這里所使用的，術(shù)語(yǔ)“共形”指的是，但不局限于，具有一致尺寸的相同的可操作形狀。
如這里所使用的，術(shù)語(yǔ)“共形涂覆”指的是，但不局限于，把一層接觸和/或粘合到另一層。在它們的界面或邊界處，這兩層的形狀將按照實(shí)際可能緊密地匹配。如果層“A”在一個(gè)區(qū)域中是凹的，則層“B”在這個(gè)區(qū)域中應(yīng)當(dāng)是凸的，以便實(shí)現(xiàn)此種效果。凸層“B”必須小于凹層“A”以便實(shí)現(xiàn)該效果。一般來(lái)說(shuō)，共形涂覆的配合越緊密，共形涂覆的結(jié)合強(qiáng)度和一致性越大，并且這提供了邊界特性的優(yōu)勢(shì)。最好是，共形的涂覆厚度的均勻性是人們所希望的。
如這里所使用的，術(shù)語(yǔ)“直流”、“直流電”和“直流電流”可以是生成、引起、提供、支持、或者側(cè)重于包括但不限于電子、離子和孔的一個(gè)或多個(gè)電荷載流子的單方向或者主要單方向磁通量、位移、傳輸和/或流動(dòng)的任何技術(shù)、設(shè)計(jì)、條件、物理?xiàng)l件或設(shè)備。
如這里所使用的，術(shù)語(yǔ)“直流源”、“直流電壓源”或“直流電源”在廣義上被使用。這個(gè)術(shù)語(yǔ)一般地覆蓋并包括用于或可用于產(chǎn)生、生產(chǎn)或者通過(guò)交流整流來(lái)生產(chǎn)直流電的任何方法和設(shè)備。直流電源明確地包括、但不局限于直流發(fā)電機(jī)、電化學(xué)電池、光伏器件、整流器、燃料電池、直流量子器件、某些管形器件等。它們將包括穩(wěn)壓的、不穩(wěn)壓的、濾波的和不濾波的等多種類型。直流源明確地包括、但不局限于由非電氣隔離源、自耦變壓器、隔離變壓器和鐵磁共振變壓器供電的整流器。類似地也包括直流到直流電源、開(kāi)關(guān)式直流電源、脈沖充電器等。單數(shù)術(shù)語(yǔ)將不被認(rèn)為是排除處于并聯(lián)、串聯(lián)和/或反串聯(lián)配置的多個(gè)和/或冗余直流源。也包括單相和多相整流的直流源和/或充電器。類似地也包括實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)直流偏置水平的能力。使用“二極管降壓裝置”和精密調(diào)整的浮動(dòng)直流電源電壓可以提供運(yùn)行上和設(shè)計(jì)上的好處，尤其是在將電化學(xué)電池包括在冗余電源中，或者使用反串聯(lián)的PEC設(shè)備的場(chǎng)合。
如這里所使用的，術(shù)語(yǔ)“電介質(zhì)”指一種物質(zhì)，在其中，所有的帶電粒子被強(qiáng)有力地捆綁在一起以構(gòu)成分子。響應(yīng)于電場(chǎng)的作用，這些帶電粒子可以輕微移動(dòng)它們的位置，但是它們不會(huì)離開(kāi)它們的分子附近。實(shí)際的電介質(zhì)呈現(xiàn)出微弱的導(dǎo)電性，但是通常可以被表征為不導(dǎo)電。電場(chǎng)產(chǎn)生一種被施加到每一個(gè)帶電粒子的力，正電荷沿著電場(chǎng)的方向被推動(dòng)，負(fù)電荷則方向相反，因此，每一個(gè)分子的正負(fù)兩部分都從它們的平衡位置沿著相反的方向位移。電介質(zhì)增加電容量，增加最大額定電壓，并且提供電容器的導(dǎo)電板之間的機(jī)械支持。具有可使用的特性的電介質(zhì)有各種類別。電介質(zhì)層是形成電容器的電介質(zhì)的一層或多層。
如這里所使用的，術(shù)語(yǔ)“介電常數(shù)”指相對(duì)于真空的介電常數(shù)。
如這里所使用的，術(shù)語(yǔ)“介電強(qiáng)度”指電介質(zhì)在不被擊穿的前提下所能承受的最大強(qiáng)度。如果電介質(zhì)中的電場(chǎng)變得十分強(qiáng)，則它將開(kāi)始激發(fā)大量的電子，使之具有處于導(dǎo)帶內(nèi)的能量。這就把已激發(fā)的電子完全地逐出分子之外，并且所述材料在被稱為電介質(zhì)擊穿的過(guò)程中將變?yōu)閷?dǎo)電性的。
如這里所使用的，術(shù)語(yǔ)“電解質(zhì)”指一種表現(xiàn)出介于導(dǎo)體和電介質(zhì)之間的電氣特性的材料。在環(huán)境溫度條件下，電解質(zhì)典型地處于液相。添加劑和雜質(zhì)可以改變電解質(zhì)和電解液的電氣特性。
如這里所使用的，術(shù)語(yǔ)“增強(qiáng)表面”指在導(dǎo)電層的全部或一部分上，或者在電介質(zhì)層的全部或一部分上增強(qiáng)表面區(qū)域。當(dāng)增強(qiáng)的表面區(qū)域相對(duì)于總面積的比例大于或等于所述表面或區(qū)域的標(biāo)稱尺寸的2％時(shí)，這一部分將被認(rèn)為被增強(qiáng)。例如，通常有一個(gè)環(huán)繞著已擴(kuò)大的表面區(qū)域的邊界或邊界區(qū)域，其邊界區(qū)域不具有增強(qiáng)表面區(qū)域。例如，導(dǎo)電或電介質(zhì)的增強(qiáng)表面區(qū)域是一個(gè)其表面區(qū)域大于由長(zhǎng)度乘以寬度所決定的一個(gè)平面的面積的特定層(導(dǎo)電或電介質(zhì))的表面區(qū)域。
如這里所使用的，術(shù)語(yǔ)“互補(bǔ)性(moiety)”指兩個(gè)近似相等部分之一，或者整體的基本和補(bǔ)充部分。
如這里所使用的，術(shù)語(yǔ)“半導(dǎo)體”指具有導(dǎo)體和電介質(zhì)之間的電氣特性的材料。在環(huán)境溫度條件下，半導(dǎo)體典型地處于固相。添加劑、雜質(zhì)和摻雜物改變半導(dǎo)體的電氣特性。
如這里所使用的，術(shù)語(yǔ)“極化電容器”將包括但不限于其它極化的電荷存儲(chǔ)(PEC)裝置，例如電化學(xué)電池、燃料電池、液體鉭電容器、電解電容器、超級(jí)電容器、特級(jí)電容器、量子器件等。
如這里所使用的，術(shù)語(yǔ)“尖銳(sharpy)”指可以表征為具有尖銳點(diǎn)、角、快速的方向變化、傾角、走向、傾斜以及突然的分界等的表面。
如這里所使用的，術(shù)語(yǔ)“光滑的”指一個(gè)相對(duì)地沒(méi)有尖銳點(diǎn)、角、快速的方向變化、傾角、走向、傾斜以及最不明顯的分界等的表面。
如這里所使用的，術(shù)語(yǔ)“地形表面(topographical surface)”指一個(gè)具有三維形狀的表面。該三維表面可以包括從所述表面延伸的任何結(jié)構(gòu)或突出物。
如這里所使用的，術(shù)語(yǔ)“起伏”指波浪式的上升和下降。起伏表面將呈現(xiàn)波浪形的外形、表面、邊界或邊緣。
如這里所使用的，術(shù)語(yǔ)“均勻”就一段距離而言，它表示導(dǎo)電層和電介質(zhì)層的相對(duì)表面之間的距離是相等的距離，就電介質(zhì)層的厚度而言，它指該層具有相對(duì)恒定的厚度。
以下的討論包括用于實(shí)施本發(fā)明的各優(yōu)選實(shí)施例。然而，沒(méi)有限制性的實(shí)例。在實(shí)施本發(fā)明的過(guò)程中，其它實(shí)例和方法也是可能的。
本發(fā)明涉及通過(guò)用光滑結(jié)構(gòu)增加導(dǎo)體表面區(qū)域、縮短分隔導(dǎo)體的距離和通過(guò)使用原子和分子級(jí)的構(gòu)建技術(shù)來(lái)改善有效電介質(zhì)特性，來(lái)增強(qiáng)固態(tài)或電解電容器的電流密度、額定電壓、功率傳送特性和電荷存儲(chǔ)密度。
本發(fā)明一般地涉及具有增強(qiáng)的功率特性的電荷存儲(chǔ)器件(ECSD)。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及增強(qiáng)各種裝置(諸如電容器、電池、燃料電池和其它電荷存儲(chǔ)器件)的電流密度、額定電壓、功率傳送特性和電荷存儲(chǔ)密度。電荷存儲(chǔ)器件的電氣功能包括傳導(dǎo)電流和位移電流。它們還可以包括通過(guò)電化學(xué)方法的質(zhì)量遷移、離子遷移和電荷產(chǎn)生。電荷存儲(chǔ)器件的熱功能包括熱產(chǎn)生、熱傳導(dǎo)和熱輻射。例如，本發(fā)明的一個(gè)方面就是固態(tài)和電解電容器，其中，用光滑結(jié)構(gòu)來(lái)增加導(dǎo)體的表面區(qū)域，由此縮短分隔各導(dǎo)體的距離，并且通過(guò)使用原子、分子和宏觀級(jí)的構(gòu)建技術(shù)來(lái)改善有效電介質(zhì)特性。當(dāng)使用電解質(zhì)化學(xué)成分時(shí)，形成導(dǎo)體和電介質(zhì)的原子和分子的大小，物理的、量子的和電氣的特性將大大地改變。類似地，溫度、壓力、機(jī)械力和體積限制的應(yīng)用要求將在寬范圍內(nèi)發(fā)生變化。電氣應(yīng)用在電壓、電流、頻率、所需電容量、瞬態(tài)要求、穩(wěn)態(tài)要求、頻率響應(yīng)、所希望的穩(wěn)定性以及運(yùn)行變化的優(yōu)先選擇等方面也將類似地在寬范圍內(nèi)發(fā)生變化。因此，在本發(fā)明的多種優(yōu)選的實(shí)施方式和實(shí)施例中，將使用許多特定的材料、材料特性、結(jié)構(gòu)、拓?fù)?、表面區(qū)域增強(qiáng)方法、溫度控制機(jī)制、強(qiáng)度、構(gòu)建機(jī)制、尺度、大小和封裝方法。
本發(fā)明的一個(gè)方面是一個(gè)呈現(xiàn)出增強(qiáng)的功率特性的電荷存儲(chǔ)器件。
本發(fā)明的另一個(gè)方面是增加空間區(qū)域或體積內(nèi)的表面區(qū)域。
本發(fā)明的又一個(gè)方面是與電荷分隔距離的縮短相結(jié)合的表面區(qū)域的增加。
本發(fā)明的再一個(gè)方面是呈現(xiàn)出增加的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的電荷存儲(chǔ)器件。
諸如晶體的固態(tài)物質(zhì)的基本物理特性取決于在一個(gè)特定空間尺度上(典型地處于納米體制)固體的周期性。這些物理特性包括介電常數(shù)、介電強(qiáng)度、電導(dǎo)率、能帶間隙、電離電位、熔點(diǎn)和磁飽和強(qiáng)度。精細(xì)地控制諸如毫微晶體、多晶體、晶體、填隙子、非晶材料、金屬和合金等固態(tài)物質(zhì)的尺寸和表面，就能調(diào)節(jié)它們的特性。原子和分子的組合技術(shù)可以生成新的材料并且產(chǎn)生諸如基于填隙子、毫微晶體和毫微多晶體的材料。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，通過(guò)改變下層材料的各層和層的數(shù)目而改變分子構(gòu)成，以實(shí)現(xiàn)用于建立電荷存儲(chǔ)機(jī)制的導(dǎo)電的和不導(dǎo)電的結(jié)構(gòu)。
在一種實(shí)施方式中，本發(fā)明具有從力學(xué)上互相支持的導(dǎo)電層和電介質(zhì)層，由此提供增加了的強(qiáng)度。當(dāng)一個(gè)電位被施加到本發(fā)明之上時(shí)，將不具有在其上積累電荷的銳角轉(zhuǎn)角。在發(fā)生短路、馬達(dá)電源電路重新閉合、馬達(dá)起動(dòng)、馬達(dá)鎖定轉(zhuǎn)子和變壓器激勵(lì)起動(dòng)功率的過(guò)程中，設(shè)備的機(jī)械強(qiáng)度將有助于防止機(jī)械損壞。對(duì)電容能力的增加電流將允許更大的電流而不會(huì)發(fā)生熱損壞。在本發(fā)明中，通過(guò)減少空隙、雜質(zhì)、增加一半，并結(jié)合逐個(gè)原子構(gòu)建方法和量子力，將起到附加的作用以增加強(qiáng)度。
超過(guò)一個(gè)臨界的原子數(shù)時(shí)，一種特定的結(jié)合幾何形狀；一種擴(kuò)展的固體的特性“鎖定”。隨著附加的原子被添加進(jìn)來(lái)，表面原子的數(shù)目和空間體積改變，但是在該集群中的化學(xué)鍵的基本特性沒(méi)有改變。根據(jù)尺度定律和直觀推斷，毫微晶體特性緩慢地和平滑地外推到較大的尺度。
在一個(gè)實(shí)施例中，有一種宏觀地被視為平板電容器、同軸電容器/導(dǎo)體或其它電波導(dǎo)的電荷存儲(chǔ)器件，它們被這樣構(gòu)建，以便增加電容器、導(dǎo)體或波導(dǎo)的表面區(qū)域。
在一個(gè)實(shí)施例中，有一種宏觀地被視為平板電容器、同軸電容器/導(dǎo)體或其它波導(dǎo)的電荷存儲(chǔ)器件，它們被這樣構(gòu)建，以便增強(qiáng)電容器、導(dǎo)體或波導(dǎo)的電氣特性。
在一個(gè)實(shí)施例中，有一種宏觀地被視為平板電容器、同軸電容器/導(dǎo)體或其它波導(dǎo)的電荷存儲(chǔ)器件，它們被這樣構(gòu)建，以便增強(qiáng)電容器、導(dǎo)體或波導(dǎo)的熱力學(xué)特性。
在一個(gè)實(shí)施例中，有一種宏觀地被視為平板電容器、同軸電容器/導(dǎo)體或其它波導(dǎo)的電荷存儲(chǔ)器件，它們被這樣構(gòu)建，以便增強(qiáng)電容器、導(dǎo)體或波導(dǎo)的機(jī)械特性。
在一個(gè)實(shí)施例中，有一種電荷存儲(chǔ)器件，它包括至少一個(gè)光滑的、起伏的、導(dǎo)電的基板表面。一個(gè)由電介質(zhì)構(gòu)成的第二光滑層以和導(dǎo)電層密切接觸的方式被制造，所述電介質(zhì)層共形地覆蓋基板?；旧显诿恳稽c(diǎn)，電介質(zhì)的起伏表面與導(dǎo)電基板保持互補(bǔ)性。一個(gè)由導(dǎo)電的光滑的起伏材料構(gòu)成的第三光滑層，以和電介質(zhì)密切接觸的方式被制造。在整個(gè)表面上保持互補(bǔ)性，使得這3層以三維匹配方式起伏。一種簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)可以從概念上被圖解為用一塊波紋狀的塑料片隔開(kāi)的兩塊波紋狀的鐵片的重新組合。對(duì)給定的電介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)來(lái)說(shuō)，電介質(zhì)厚度和強(qiáng)度的變化將改變電容器的額定電壓。大小和周期的變化將改變平板上的表面區(qū)域增大。對(duì)給定電壓來(lái)說(shuō)，電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)的變化將改變所需的分隔距離。電容量取決于相對(duì)介電常數(shù)、有效表面區(qū)域和分隔距離。容抗還取決于電源頻率、材料的結(jié)構(gòu)和頻率響應(yīng)。另一方面，如果這兩塊波紋狀的鐵片被一塊剛性的塑料平片所分隔，并且波紋狀鐵片的頂層和底層的相對(duì)峰彼此相鄰，則存在增強(qiáng)表面區(qū)域，但是不存在擴(kuò)大了的有用表面區(qū)域。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，存在電荷存儲(chǔ)器件，具有第一導(dǎo)電層，上述第一導(dǎo)電層含有第一導(dǎo)電表面；具有相對(duì)的第一和第二電介質(zhì)表面的電介質(zhì)層，第一電介質(zhì)表面具有與第一導(dǎo)電表面基本上共形的表面；以及具有被安排與第二電介質(zhì)表面相鄰的第二導(dǎo)電表面的第二導(dǎo)電層。第一和/或第二導(dǎo)電表面具有一個(gè)具有被構(gòu)成為光滑的增加了的表面區(qū)域的導(dǎo)電基板。此外，一個(gè)共形光滑電介質(zhì)層以與基板密切接觸的方式被安排。然后，以與共形電介質(zhì)層的開(kāi)放一側(cè)密切接觸(互補(bǔ))的方式來(lái)制造一個(gè)共形的第二導(dǎo)電層或基板，以形成一個(gè)電容器單元。當(dāng)電位被施加在所述電介質(zhì)層兩端時(shí)，區(qū)域性地對(duì)稱的電介質(zhì)層將產(chǎn)生位移電流。至少兩個(gè)導(dǎo)電基板可以被終接，以便電連接到其它電路元件?；蛘撸谔娲桨钢?，這一過(guò)程可以繼續(xù)，以建立一個(gè)附加的電容器層，用于串聯(lián)或并聯(lián)連接。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，存在電荷存儲(chǔ)器件，具有至少一個(gè)第一導(dǎo)電層，上述第一導(dǎo)電層具有一個(gè)導(dǎo)電曲線表面；具有導(dǎo)電曲線表面的至少一個(gè)第二導(dǎo)電層；以及至少一個(gè)電介質(zhì)層被安排在第一導(dǎo)電曲線表面和第二導(dǎo)電曲線表面之間。
在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，存在電荷存儲(chǔ)器件，具有第一導(dǎo)電層，上述第一導(dǎo)電層具有第一導(dǎo)電曲線表面，具有相對(duì)的第一和第二電介質(zhì)曲線表面的電介質(zhì)層，第一電介質(zhì)曲線表面被安排最接近第一導(dǎo)電曲線表面，并且跨越其區(qū)域基本上跟隨第一導(dǎo)電曲線表面，以及具有第二導(dǎo)電曲線表面的第二導(dǎo)電層，所述第二導(dǎo)電曲線表面被安排在相鄰第二電介質(zhì)曲線表面并且跨越其區(qū)域基本上跟隨第二導(dǎo)電曲線表面。
在本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例中，存在電荷存儲(chǔ)器件具有第一導(dǎo)電層，上述第一導(dǎo)電層具有第一導(dǎo)電光滑的、增強(qiáng)表面；具有相對(duì)的第一和第二電介質(zhì)表面的電介質(zhì)層，第一電介質(zhì)的光滑的、增強(qiáng)表面被安排在最接近所述第一導(dǎo)電光滑的、增強(qiáng)表面并且基本上跟隨第一導(dǎo)電光滑的、增強(qiáng)表面，以及具有第二導(dǎo)電光滑的、增強(qiáng)表面的第二導(dǎo)電層，第二導(dǎo)電光滑的、增強(qiáng)表面被安排在相鄰所述第二電介質(zhì)表面并且基本上跟隨第二導(dǎo)電光滑的、增強(qiáng)表面。
在本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例中，存在電荷存儲(chǔ)器件，具有第一導(dǎo)電層，上述第一導(dǎo)電層具有第一導(dǎo)電表面；具有相對(duì)的第一和第二電介質(zhì)表面的電介質(zhì)層，第一電介質(zhì)表面具有基本上與第一導(dǎo)電表面共形的表面；以及具有第二導(dǎo)電表面的第二導(dǎo)電層，第二導(dǎo)電表面被安排在相鄰所述第二電介質(zhì)表面。
在所述電荷存儲(chǔ)器件的另一個(gè)實(shí)施例中，存在電荷存儲(chǔ)器件，具有第一導(dǎo)電層，上述第一導(dǎo)電層具有第一導(dǎo)電表面；電介質(zhì)層，具有相對(duì)的第一和第二電介質(zhì)表面，第一電介質(zhì)表面基本上保持與第一導(dǎo)電表面的互補(bǔ)性；以及第二導(dǎo)電層，它具有被安排相鄰第二電介質(zhì)表面的第二導(dǎo)電表面。
在所述電荷存儲(chǔ)器件的又一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)第一導(dǎo)電層具有一個(gè)成型的地形表面，至少一個(gè)第二導(dǎo)電層具有導(dǎo)電成形的拓?fù)浔砻?；以及被安排在第一?dǎo)電的成形的拓?fù)浔砻婧偷诙?dǎo)電曲線表面之間的至少一個(gè)電介質(zhì)層。
在一個(gè)實(shí)施例中，電荷存儲(chǔ)器件具有基本上共形的第一導(dǎo)電表面以及第一電介質(zhì)表面。
在一個(gè)實(shí)施例中，電荷存儲(chǔ)器件具有基本上共形的第二導(dǎo)電表面以及第二電介質(zhì)表面。
在一個(gè)實(shí)施例中，電荷存儲(chǔ)器件具有基本上與第一電介質(zhì)表面保持互補(bǔ)性的第一導(dǎo)電表面。
在一個(gè)實(shí)施例中，電荷存儲(chǔ)器件具有基本上與第二電介質(zhì)表面保持互補(bǔ)性的第二導(dǎo)電表面。
在一個(gè)實(shí)施例中，電荷存儲(chǔ)器件具有至少2％的第一導(dǎo)電表面區(qū)域與相鄰的第一電介質(zhì)表面區(qū)共形。由于這個(gè)特定百分比的區(qū)域共形，電荷存儲(chǔ)器件應(yīng)當(dāng)呈現(xiàn)出增強(qiáng)的功率特性。最好是，這兩個(gè)區(qū)域應(yīng)當(dāng)基本上共形。然而，在某些實(shí)例中，這些表面可以這樣來(lái)構(gòu)成，使得它們精確地共形。例如，這兩個(gè)區(qū)域應(yīng)當(dāng)互為實(shí)質(zhì)上精確的鏡像。然而，這些區(qū)域可以基本上共形，以便獲得所述裝置的增強(qiáng)了的功率特性。
在一個(gè)實(shí)施例中，電荷存儲(chǔ)器件具有至少2％的第一導(dǎo)電表面區(qū)域與相鄰的第一電介質(zhì)表面區(qū)域保持互補(bǔ)性。此外，第二導(dǎo)電表面區(qū)域最好是與相鄰的第二電介質(zhì)表面區(qū)域保持互補(bǔ)性。由于這個(gè)特定百分比的區(qū)域保持互補(bǔ)性，所以電荷存儲(chǔ)器件應(yīng)當(dāng)呈現(xiàn)出增強(qiáng)的功率特性。最好是，這兩個(gè)區(qū)域應(yīng)當(dāng)保持精確的互補(bǔ)性。然而，這些區(qū)域可以基本上保持互補(bǔ)性，以便獲得所述裝置的增強(qiáng)的功率特性。例如，通常有一個(gè)環(huán)繞所述界面區(qū)的邊界或邊界區(qū)，其中電介質(zhì)表面區(qū)域、厚度、范圍、寬度和/或深度將超過(guò)相關(guān)的導(dǎo)電層。類似地，從電氣連接或者吸熱區(qū)的觀點(diǎn)來(lái)看，導(dǎo)電層通?？梢栽诔叽缟喜煌陔娊橘|(zhì)層。
在一個(gè)實(shí)施例中，電荷存儲(chǔ)器件具有至少2％的第一導(dǎo)電表面區(qū)域被安排離開(kāi)相鄰的第一電介質(zhì)表面區(qū)域基本上均勻的距離。對(duì)于給定的區(qū)域，導(dǎo)電表面的每一個(gè)原子或分子與所述電介質(zhì)表面的相對(duì)的原子或分子保持基本上均勻的距離。
在一個(gè)實(shí)施例中，電荷存儲(chǔ)器件具有至少2％的第一導(dǎo)電表面區(qū)域被安排在離開(kāi)第一電介質(zhì)表面區(qū)域從0.0001μm到2000μm的選定距離。此外，在另一個(gè)實(shí)施例中，最好是，第二導(dǎo)電表面區(qū)域被安排在離開(kāi)第二電介質(zhì)表面區(qū)域從0.0001μm到2000μm的選定距離。不同實(shí)施例的從0.0001μm到2000μm的選定距離可選擇用于特定的電荷存儲(chǔ)器件。對(duì)于給定的選定距離來(lái)說(shuō)，所選定的距離可以改變特定的可選容限。
在一個(gè)實(shí)施例中，電荷存儲(chǔ)器件可以具有用于本創(chuàng)新性裝置的導(dǎo)電層或電介質(zhì)層的光滑增強(qiáng)表面區(qū)域。最好是，鄰接的導(dǎo)電層和電介質(zhì)層的表面具有相似的光滑表面區(qū)域結(jié)構(gòu)。在本創(chuàng)新性裝置的不同的實(shí)施例中，光滑的增強(qiáng)表面區(qū)域結(jié)構(gòu)可以是i)氣泡狀(像生物的肺)，ii)正弦曲線行狀，iii)以可垂直滲透方式嵌入(像一塊海綿)，iv)拋物面狀，v)倒置或外翻(即，它可能是凹的或凸的)，vi)螺線狀，vii)隨機(jī)旋渦狀，vii)類似隨機(jī)旋渦狀，viii)可以用數(shù)學(xué)方法定義(例如，sin(X)sin(Y)，(A)sin(bX)sin(bY)，拋物面，圓錐面等)，ix)管狀，x)環(huán)狀，xi)螺旋管。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置通過(guò)使用光滑結(jié)構(gòu)來(lái)減少電介質(zhì)發(fā)熱。
在電荷存儲(chǔ)器件的另一個(gè)實(shí)施例中，在一塊基板和相鄰的共形的電介質(zhì)層之間構(gòu)建一塊共形的過(guò)濾介質(zhì)。所述共形的過(guò)濾介質(zhì)用已知成分的電解液來(lái)濕潤(rùn)相鄰的基板和電介質(zhì)。共形的過(guò)濾介質(zhì)將允許離子遷移，以便使位移電流穿過(guò)共形的電介質(zhì)層發(fā)生，然后，以與所述結(jié)構(gòu)密切接觸的方式來(lái)制造第二共形的導(dǎo)電基板，以完成電解電容器單元。至少兩塊導(dǎo)電基板可以被終接，以便電連接到其它電路元件?；蛘咴谔娲桨钢?，這一過(guò)程可以繼續(xù)，以建立一個(gè)附加的電容器層。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，在構(gòu)建或制造過(guò)程中，用于導(dǎo)電層和電介質(zhì)層的材料被互相粘合在一起。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，粘附參數(shù)的變化被用來(lái)改變裝置的結(jié)構(gòu)。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)導(dǎo)電層由一種合金和/或金屬構(gòu)成，包括但不限于鋁、鐵、銅、銀、金或者它們的組合。
在電荷存儲(chǔ)器件的另一個(gè)實(shí)施例中，用一塊包括但不限于下列各項(xiàng)的基板來(lái)構(gòu)建所述裝置鐵基板、鋁基板、陶瓷基板、硅基板和碳基板，或者它們的組合。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，用下列各項(xiàng)中的任何一項(xiàng)來(lái)構(gòu)建電介質(zhì)層一種結(jié)晶物質(zhì)、一種多晶物質(zhì)，或者一種非晶物質(zhì)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，用處于結(jié)晶形式(例如藍(lán)寶石)、多晶形式、分層形式、非晶形式(類似于玻璃)或者處于混合形式的氧化鋁電介質(zhì)層來(lái)構(gòu)建所述裝置。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，選擇導(dǎo)電表面材料的分子取向和結(jié)構(gòu)以允許最大的電導(dǎo)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，選擇導(dǎo)電表面材料的分子取向和結(jié)構(gòu)，以便提供最小的電導(dǎo)。
在電荷存儲(chǔ)器件的不同的實(shí)施例中，用由下列各項(xiàng)中任何一項(xiàng)構(gòu)成的電介質(zhì)層來(lái)構(gòu)建所述裝置二氧化硅電介質(zhì)、陶瓷電介質(zhì)、鈦氧陶瓷電介質(zhì)、含鈦的陶瓷電介質(zhì)、鈦酸鋇電介質(zhì)、鈦酸鍶電介質(zhì)、鋯鈦酸鉛電介質(zhì)、金剛石電介質(zhì)、金剛石基質(zhì)電介質(zhì)、有機(jī)電介質(zhì)、聚合物電介質(zhì)或者有機(jī)物質(zhì)。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置被形成為一個(gè)電容器。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置被形成為一個(gè)電池。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置被形成為一個(gè)燃料電池。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置被形成為一個(gè)分立的電容器。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置被形成為一個(gè)化學(xué)的雙層電容器。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)導(dǎo)電層由半導(dǎo)體構(gòu)成。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，安排了多層電介質(zhì)，以便同時(shí)增加介電常數(shù)和介電強(qiáng)度。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，安排了一種復(fù)合的電介質(zhì)，以便同時(shí)增加介電常數(shù)和介電強(qiáng)度。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的裝置含有或還包括一種過(guò)濾結(jié)構(gòu)。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述電荷存儲(chǔ)器件含有或還包括一種離子遷移結(jié)構(gòu)。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述電荷存儲(chǔ)器件含有或還包括一種電解質(zhì)。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述電荷存儲(chǔ)器件支持離子遷移。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述電荷存儲(chǔ)器件支持電荷分隔。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述電荷存儲(chǔ)器件支持電傳導(dǎo)。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述電荷存儲(chǔ)器件支持位移電流。
在一個(gè)實(shí)施例中，電壓被施加到所述電荷存儲(chǔ)器件的兩側(cè)。
在一個(gè)實(shí)施例中，在所述電荷存儲(chǔ)器件中形成一個(gè)電場(chǎng)。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述電荷存儲(chǔ)器件的體積密度被增加超過(guò)傳統(tǒng)的平板電容器的體積密度。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述電荷存儲(chǔ)器件的額定電壓被增加超過(guò)傳統(tǒng)的電解電容器的額定電壓。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述電荷存儲(chǔ)器件含有或還包括處于25℃(二十五攝氏度)的固體或者處于25℃的液體。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述電荷存儲(chǔ)器件含有或還包括處于25℃(二十五攝氏度)的超冷卻液體。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述電荷存儲(chǔ)器件含有或還包括處于25℃(二十五攝氏度)的氣體。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述電荷存儲(chǔ)器件的電介質(zhì)層的充電過(guò)程受助于諸如酒精、水或聚合物的電解質(zhì)。
在一個(gè)實(shí)施例中，電介質(zhì)層的充電受助于含有或還包括下列各項(xiàng)中任何一項(xiàng)的電解質(zhì)堿、溶劑、鹽、酸、氧化劑或還原劑。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述電介質(zhì)層由云母構(gòu)成。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置通過(guò)與至少一個(gè)導(dǎo)電層密切接觸來(lái)降低電介質(zhì)發(fā)熱。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置通過(guò)與至少一個(gè)散熱器密切接觸來(lái)降低電介質(zhì)發(fā)熱。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置通過(guò)與至少一個(gè)熱交換器操作連接來(lái)降低電介質(zhì)發(fā)熱。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置通過(guò)與至少一個(gè)致冷機(jī)構(gòu)操作連接來(lái)降低電介質(zhì)發(fā)熱。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置通過(guò)與至少一個(gè)低溫致冷機(jī)構(gòu)操作連接來(lái)降低電介質(zhì)發(fā)熱。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)與至少一個(gè)致冷機(jī)構(gòu)操作連接來(lái)改變所述裝置的電氣特性。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)與至少一個(gè)致冷或低溫致冷機(jī)構(gòu)操作連接來(lái)改變所述裝置的電氣特性。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)與至少一個(gè)致冷或低溫致冷機(jī)構(gòu)操作連接來(lái)改變所述裝置的電介質(zhì)電氣特性。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)與至少一個(gè)致冷或低溫致冷機(jī)構(gòu)操作連接來(lái)改變第一和/或第二導(dǎo)電層的電氣特性。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)一個(gè)溫度變化機(jī)構(gòu)來(lái)改變所述裝置的電氣特性。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置通過(guò)與至少一個(gè)散熱器密切接觸來(lái)降低電解質(zhì)發(fā)熱。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置通過(guò)與至少一個(gè)熱交換器操作連接來(lái)降低電解質(zhì)發(fā)熱。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置通過(guò)與至少一個(gè)致冷機(jī)構(gòu)操作連接來(lái)降低電解質(zhì)發(fā)熱。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置通過(guò)縮短離子遷移距離來(lái)降低電解質(zhì)發(fā)熱。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置通過(guò)改進(jìn)離子遷移路徑來(lái)降低電解質(zhì)發(fā)熱。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)摻雜來(lái)改變至少一個(gè)導(dǎo)電層的電導(dǎo)率。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)摻雜來(lái)改變所述電介質(zhì)層的電氣特性。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)原子被粘合到至少一個(gè)原子或分子。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)分子被粘合到至少一個(gè)原子或分子。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)導(dǎo)電的原子或分子被粘合到至少一個(gè)電介質(zhì)原子或分子。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)原子被粘合到至少一塊基板。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，所述基板被粘合到所述電介質(zhì)層。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，至少一種粘合劑把至少一個(gè)導(dǎo)電層粘合到至少一個(gè)電介質(zhì)層。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置還包括至少一個(gè)導(dǎo)電溝道，以便把電流傳送到第一導(dǎo)電層和第一電介質(zhì)層的界面。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置還包括至少一個(gè)導(dǎo)電溝道，以便把電流傳送到第二導(dǎo)電層和第二電介質(zhì)層的界面。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置還包括至少一個(gè)導(dǎo)電溝道，以便把至少一個(gè)離子傳送到導(dǎo)電層/電解質(zhì)層界面。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置具有至少一個(gè)在其邊緣上絕緣的導(dǎo)電層，以減小邊緣效應(yīng)。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)導(dǎo)電層在其邊緣上被絕緣，以防止起弧。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)導(dǎo)電層被連接到至少一根導(dǎo)線。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)導(dǎo)電層被絕緣，以防止電容器短路。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，包括至少一個(gè)減壓孔。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，包括一道密封(密封墊材料或橡膠等)。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)接頭被連接到至少一個(gè)導(dǎo)電層。接頭是一個(gè)薄的金屬帶，用于把極化電荷存儲(chǔ)器件(諸如一個(gè)電解電容器)的正端連接到陽(yáng)極箔。其它接頭可以把陰極箔連接到負(fù)端。
本創(chuàng)新性裝置與其它裝置的組合本發(fā)明的電荷存儲(chǔ)器件可以和各種各樣的裝置和其它電子設(shè)備配合使用。這里所描述的各實(shí)施例并不意味著去限制所述電荷存儲(chǔ)器件的使用，而是指明本發(fā)明的電容器的某些關(guān)系密切的使用。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)導(dǎo)電層可操作地連接到至少一根導(dǎo)線。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)電荷存儲(chǔ)器件可操作地連接到至少一個(gè)附加電容器和/或至少一個(gè)其它電荷存儲(chǔ)器件。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置被配置為一個(gè)分立的電容器，并且可操作地連接到至少一個(gè)被配置為一個(gè)分立的電容器的附加創(chuàng)新性裝置。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)導(dǎo)電層可操作地連接到一個(gè)直流源。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)導(dǎo)電層可操作地連接到一個(gè)交流源。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)導(dǎo)電層可操作地連接到一個(gè)直流源和一個(gè)交流源。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)導(dǎo)電層可操作地連接到一個(gè)直流偏置源和一個(gè)交流源。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，至少一對(duì)極化電容器以反串聯(lián)配置方式連接。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置的至少一個(gè)導(dǎo)電層可操作地連接到至少一個(gè)散熱器。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置可操作地連接到至少一個(gè)電氣部件。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置可操作地連接到至少一個(gè)電阻器。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置可操作地連接到至少一個(gè)半導(dǎo)體。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置可操作地連接到至少一個(gè)二極管。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置可操作地連接到至少一個(gè)整流器。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置可操作地連接到至少一個(gè)受控整流器。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置可操作地連接到至少一個(gè)電感器。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)外部方法來(lái)設(shè)置和保持所述裝置的工作溫度。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)外部方法來(lái)設(shè)置和保持所述裝置的工作壓力。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)外部方法來(lái)設(shè)置和保持所述裝置的工作方向。
本創(chuàng)新性裝置的構(gòu)建方法與技術(shù)可以按照不同的大小，例如，按照毫微尺度、微尺度、分子尺度或者按照一個(gè)宏觀尺度器件來(lái)構(gòu)建所述電荷存儲(chǔ)器件?？梢园凑者@樣一種方式來(lái)構(gòu)建本創(chuàng)新性裝置，使得按照逐個(gè)原子、逐個(gè)分子或者它們的組合的方式來(lái)構(gòu)建或制造本發(fā)明的裝置的各個(gè)部件?？梢园凑罩饘踊蛘咧饌€(gè)原子的方式來(lái)制造導(dǎo)電層和電介質(zhì)層。最好是，利用毫微技術(shù)工藝和技術(shù)來(lái)生成本電荷存儲(chǔ)器件。然而，可以使用宏觀技術(shù)來(lái)獲得強(qiáng)化的能量存儲(chǔ)和功率特性、增強(qiáng)的表面區(qū)域互補(bǔ)性等等。毫微技術(shù)和宏觀技術(shù)應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是說(shuō)明性的，而不是限制性的?？梢园凑杖魏未涡騺?lái)完成導(dǎo)電層和電介質(zhì)層的構(gòu)建次序或順序，包括各層的同時(shí)構(gòu)建。
可以按照宏觀方式，逐層地、或者逐個(gè)原子地制造本創(chuàng)新性裝置的導(dǎo)電層和電介質(zhì)層，以復(fù)制增強(qiáng)表面區(qū)域、縮短的電荷分隔距離和提高的功率特性的結(jié)果。
在構(gòu)建本創(chuàng)新性裝置的一種方法中，逐個(gè)分子地制造導(dǎo)電層和電介質(zhì)層。在構(gòu)建本創(chuàng)新性裝置的另一種方法中，逐個(gè)原子地制造導(dǎo)電層和電介質(zhì)層。
在制造本電荷存儲(chǔ)器件的一種方法中，所述工藝包括下列各步驟構(gòu)建具有一個(gè)導(dǎo)電曲線表面的至少一個(gè)第一導(dǎo)電層、構(gòu)建具有一個(gè)導(dǎo)電曲線表面的至少一個(gè)第二導(dǎo)電層，以及構(gòu)建被安排在第一導(dǎo)電曲線表面和第二導(dǎo)電曲線表面之間的至少一個(gè)電介質(zhì)層。
在制造本電荷存儲(chǔ)器件的另一種方法中，所述工藝包括下列各步驟構(gòu)建具有一個(gè)第一導(dǎo)電曲線表面的第一導(dǎo)電層，構(gòu)建具有相對(duì)的第一和第二電介質(zhì)曲線表面的電介質(zhì)層，第一電介質(zhì)曲線表面被安排緊接著第一導(dǎo)電曲線表面，并且跨越其區(qū)域基本上跟隨第一導(dǎo)電曲線表面；構(gòu)建具有第二導(dǎo)電曲線表面的第二導(dǎo)電層，第二導(dǎo)電曲線表面被安排緊接著第二電介質(zhì)曲線表面，并且跨越其區(qū)域基本上跟隨第二導(dǎo)電曲線表面。
在制造本電荷存儲(chǔ)器件的另一種方法中，所述工藝包括下列各步驟構(gòu)建具有第一導(dǎo)電光滑增強(qiáng)表面的第一導(dǎo)電層；構(gòu)建具有相對(duì)的第一和第二電介質(zhì)表面的電介質(zhì)層，第一電介質(zhì)光滑增強(qiáng)表面被安排緊接著第一導(dǎo)電光滑增強(qiáng)表面，并且基本上跟隨第一導(dǎo)電光滑增強(qiáng)表面；構(gòu)建具有第二導(dǎo)電光滑增強(qiáng)表面的第二導(dǎo)電層，第二導(dǎo)電光滑增強(qiáng)表面被安排相鄰第二電介質(zhì)表面，并且基本上跟隨第二導(dǎo)電光滑增強(qiáng)表面。
在制造本電荷存儲(chǔ)器件的另一種方法中，所述工藝包括下列各步驟構(gòu)建具有第一導(dǎo)電表面的第一導(dǎo)電層、構(gòu)建具有相對(duì)的第一和第二電介質(zhì)表面的電介質(zhì)層，第一電介質(zhì)表面具有與第一導(dǎo)電表面基本上共形的表面；構(gòu)建具有第二導(dǎo)電表面的第二導(dǎo)電層，第二導(dǎo)電表面被安排與第二電介質(zhì)表面相鄰。
在制造本電荷存儲(chǔ)器件的另一種方法中，所述工藝包括下列各步驟構(gòu)建具有第一導(dǎo)電表面的第一導(dǎo)電層、構(gòu)建具有相對(duì)的第一和第二電介質(zhì)表面的電介質(zhì)層，第一電介質(zhì)表面與第一導(dǎo)電表面基本上保持互補(bǔ)性；構(gòu)建具有第二導(dǎo)電表面的第二導(dǎo)電層，第二導(dǎo)電表面被安排與第二電介質(zhì)表面相鄰。
在制造本電荷存儲(chǔ)器件的另一種方法中，所述工藝包括下列各步驟構(gòu)建具有第一導(dǎo)電表面的第一導(dǎo)電層、構(gòu)建具有相對(duì)的第一和第二電介質(zhì)表面的電介質(zhì)層，第一電介質(zhì)表面具有與第一導(dǎo)電表面基本上共形的表面；構(gòu)建具有第二導(dǎo)電表面的第二導(dǎo)電層，第二導(dǎo)電表面被安排與第二電介質(zhì)表面相鄰。
在制造本電荷存儲(chǔ)器件的另一種方法中，所述工藝包括下列各步驟構(gòu)建具有第一表面的第一導(dǎo)電層、構(gòu)建具有相對(duì)的第一和第二電介質(zhì)表面的電介質(zhì)層，第一電介質(zhì)表面被安排在緊接著第一表面，并且基本上跟隨第一表面；構(gòu)建具有一個(gè)表面的第二導(dǎo)電層，第二導(dǎo)電表面被安排與第二電介質(zhì)表面相鄰，并且基本上跟隨所述第二表面；其中，第一和/或第二電介質(zhì)表面的至少一部分具有尖銳結(jié)構(gòu)。
在構(gòu)建或制造本電荷存儲(chǔ)器件的一種方法中，淀積電介質(zhì)薄膜。
在構(gòu)建或制造本電荷存儲(chǔ)器件的一種方法中，淀積多孔介質(zhì)。在電解質(zhì)型電荷存儲(chǔ)器件的充液部分內(nèi)，所述多孔介質(zhì)像一層紙那樣，允許離子遷移，并且可以被視為類似于海綿。它使各層潤(rùn)濕并允許電流流動(dòng)。在這些多孔介質(zhì)中，可以使用各種電化學(xué)(如同在汽車電池、鉭電容器、電解電容器、超級(jí)電容器、特級(jí)電容器、燃料電池等，即，在所有的PECS裝置中那樣)。
在構(gòu)建或制造本電荷存儲(chǔ)器件的一種方法中，淀積可滲透介質(zhì)。在一種電解質(zhì)類型的電荷存儲(chǔ)器件的充液部分內(nèi)，所述可滲透介質(zhì)像一層紙那樣，允許離子遷移，并且可以被視為類似于海綿。它使各層潤(rùn)濕并允許電流流動(dòng)。在這些可滲透介質(zhì)中，可以使用各種電化學(xué)(如同在汽車電池、鉭電容器、電解電容器、超級(jí)電容器、特級(jí)電容器、燃料電池等，即，在所有的PECS裝置中那樣)。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方法中，各項(xiàng)化學(xué)參數(shù)在時(shí)間和空間上可控制地發(fā)生改變，以便改變裝置的物理結(jié)構(gòu)。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方法中，使用化學(xué)汽相淀積(CVD)工藝。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方法中，使用等離子體增強(qiáng)的化學(xué)汽相淀積(PECVD)工藝。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方法中，進(jìn)行固化/退火工藝。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方法中，使用一種反應(yīng)氧源。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方法中，使用毫微處理技術(shù)、設(shè)備和工藝來(lái)構(gòu)建引線、導(dǎo)體、電解質(zhì)、潤(rùn)濕機(jī)構(gòu)或電介質(zhì)中的任何一種。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方法中，使用微尺度組裝技術(shù)、設(shè)備和工藝來(lái)構(gòu)建引線、導(dǎo)體、電解質(zhì)、潤(rùn)濕機(jī)構(gòu)或電介質(zhì)中的任何一種。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方法中，使用平版印刷術(shù)工具、設(shè)備和工藝來(lái)構(gòu)建引線、導(dǎo)體、電解質(zhì)、潤(rùn)濕機(jī)構(gòu)或電介質(zhì)中的任何一種。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方法中，使用蝕刻工具、設(shè)備和工藝來(lái)構(gòu)建引線、導(dǎo)體、電解質(zhì)、潤(rùn)濕機(jī)構(gòu)或電介質(zhì)中的任何一種。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一些實(shí)施例中，可以使用下列各項(xiàng)中的一項(xiàng)或多項(xiàng)微機(jī)電裝置、至少一個(gè)微傳感器、至少一個(gè)毫微傳感器、至少一個(gè)陣列探頭、至少一個(gè)陣列毫微管、至少一個(gè)電磁場(chǎng)、至少一個(gè)可控制電磁場(chǎng)和/或至少一個(gè)毫微機(jī)電裝置。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方法中，采用表面涂覆。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方法中，使用粘附。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方法中，使用粘附參數(shù)的可控制的變化來(lái)改變裝置的物理結(jié)構(gòu)。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方法中，使用蝕刻工具、設(shè)備和工藝來(lái)構(gòu)建引線、導(dǎo)體和電介質(zhì)。
在構(gòu)建本創(chuàng)新性裝置的過(guò)程中，可以使用下列設(shè)備和工藝i)大尺度設(shè)備和工藝，ii)小尺度設(shè)備和工藝，iii)微尺度設(shè)備和工藝，或iv)毫微尺度設(shè)備和工藝。
在本電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置還包括一個(gè)潤(rùn)濕機(jī)構(gòu)。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述潤(rùn)濕機(jī)構(gòu)包括至少一個(gè)微流體通道網(wǎng)絡(luò)。
在本電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置還包括一個(gè)由至少一個(gè)毫微管組成的潤(rùn)濕機(jī)構(gòu)。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方法中，使用一個(gè)光敏基板。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方法中，淀積一個(gè)光敏層。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方法中，淀積一個(gè)光敏區(qū)。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方法中，使用一個(gè)掩模圖案。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方法中，可操作地將一個(gè)電極連接到第一和/或第二導(dǎo)電層。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方法中，可操作地將一個(gè)電極連接到一個(gè)導(dǎo)電基板。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方法中，可操作地將一個(gè)電極連接到一個(gè)半導(dǎo)體。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方法中，可操作地將一個(gè)電極連接到一個(gè)電介質(zhì)。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方法中，使用一個(gè)探頭。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方法中，使用一種試劑。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方法中，構(gòu)建一個(gè)晶片。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方法中，進(jìn)行微流體分析。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方式中，通過(guò)一根毫微管向所述裝置輸送材料。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方式中，通過(guò)單層毫微管向所述裝置輸送材料。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方式中，通過(guò)多層毫微管向所述裝置輸送材料。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方式中，使用一個(gè)激光器。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方式中，通過(guò)一個(gè)激光器把材料熔化到所述裝置。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方式中，可以使用下列各項(xiàng)中的任何一項(xiàng)或多項(xiàng)顯微鏡、熱源或散熱器。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方式中，通過(guò)一根毫微管來(lái)監(jiān)測(cè)所述各種材料。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方式中，通過(guò)一根毫微管來(lái)利用所述材料。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方式中，測(cè)量材料溫度。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方式中，測(cè)量材料化學(xué)特性。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方式中，測(cè)量材料的電氣特性。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方式中，測(cè)量材料的物理特性。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方式中，測(cè)量材料的量子特性。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方式中，使用一種腐蝕工藝。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方式中，使用一種蝕刻工藝。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方式中，各導(dǎo)電層和電介質(zhì)層被并入印制電路板內(nèi)。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方式中，各導(dǎo)電層和電介質(zhì)層被并入集成電路內(nèi)。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方式中，各導(dǎo)電層和電介質(zhì)層i)被裝入一個(gè)封裝，或ii)被密封。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方式中，導(dǎo)電層和電解質(zhì)被裝入一個(gè)封裝中。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的一種方式中，所述裝置被裝入一個(gè)金屬封裝中、一個(gè)塑料封裝中、一個(gè)基于硅的封裝中、一個(gè)基于碳的封裝中或者一個(gè)陶瓷封裝中。
在構(gòu)建本電荷存儲(chǔ)器件的至少一種方法中，所述工藝包括生長(zhǎng)各種微觀結(jié)構(gòu)，諸如晶體、墊、過(guò)濾墊、底座、網(wǎng)和粒子云。
可以按照任何適當(dāng)?shù)男螤顏?lái)構(gòu)建本發(fā)明的裝置，諸如扁平形、圓柱形、球形或者扁平形以外的形狀。
可以按照這樣一種形狀來(lái)構(gòu)建本發(fā)明的裝置，例如先是扁平形的、并且隨后卷繞或加工成任何其它適當(dāng)?shù)男螤?，諸如扁平形、圓柱形、球形或者扁平形以外的形狀。
本發(fā)明裝置的封裝一旦本發(fā)明的裝置被構(gòu)建或制造出來(lái)，本裝置就可以被卷繞，特別是，為了最后的封裝目的而采取扁平形的形狀。一個(gè)或多個(gè)發(fā)明的裝置可以被存儲(chǔ)或收藏在封裝容器之中。所述封裝容器可以是圓柱形的、環(huán)狀區(qū)域、正六面體的，以及其它容器形狀。所述容器可以是防水的，額定壓力的或者振動(dòng)安裝的(沖擊安裝的)。
具有帶絨毛狀小結(jié)構(gòu)的光滑電容器的電荷存儲(chǔ)器件在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，構(gòu)建了一種具有絨毛狀微結(jié)構(gòu)的光滑整體結(jié)構(gòu)。保持了光滑整體結(jié)構(gòu)的整體機(jī)械強(qiáng)度。在小區(qū)域內(nèi)，引入尖的短粗纖維。這些為增加強(qiáng)度和表面區(qū)域而構(gòu)建的短粗纖維用來(lái)分布和積累大的電荷濃度?？紤]一座光滑的大山。每一個(gè)緩和的斜率曲線輕微地蜿蜒著。這里有起伏、山谷、山脊、高原和絕頂。無(wú)論是從東西南北，都可以容易地走到山上的每一點(diǎn)。無(wú)論是登山、下山或者橫越，都要作出差不多相等的努力。但是等一下，讓我們更近地調(diào)查一下。用草鋪成的綠色地毯進(jìn)入我們的視野。在更近的觀察中，明顯光滑的山體結(jié)構(gòu)在最小層次中斷。草的莖和葉中斷了我們的高山草原的連續(xù)性和光滑性。為了攝取能量，這些草尋找最大的日照。草的小枝并沒(méi)有降低山體的強(qiáng)度，這些小枝已經(jīng)大量地增加了山的表面區(qū)域。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，構(gòu)建了一種具有絨毛狀毫微結(jié)構(gòu)的光滑整體結(jié)構(gòu)。在《飄》一書(shū)中，Scarlet O′Hare穿著從窗簾再加工的天鵝絨服裝來(lái)拜訪Rhett Butler。相愛(ài)的一對(duì)僅把注意力放在如上所述的最細(xì)小的層次上，他們只看見(jiàn)scarlet的形象的光滑線條被天鵝絨的絨毛粗暴破壞了。天鵝絨的極端長(zhǎng)絨毛并沒(méi)有降低Leigh小姐對(duì)Gable先生的魅力。事實(shí)上，柔軟的天鵝絨絨毛發(fā)出它的全部力量。細(xì)小的但是可見(jiàn)的短粗纖維產(chǎn)生一種大多數(shù)其它紡織物無(wú)法匹配的深度。按照類似的方式，絨毛狀毫微結(jié)構(gòu)為本發(fā)明的電容器提供了針對(duì)電荷積累、故障狀態(tài)和電壓強(qiáng)度的強(qiáng)有力的機(jī)械結(jié)構(gòu)。
在電荷存儲(chǔ)器件的一種實(shí)施方式中，導(dǎo)電層和電介質(zhì)層被構(gòu)建成具有光滑的整體結(jié)構(gòu)、具有絨毛狀微結(jié)構(gòu)和具有絨毛狀毫微結(jié)構(gòu)。保持了高的機(jī)械強(qiáng)度和有效介電強(qiáng)度。通過(guò)使用一種尖銳拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，就能得到大的表面區(qū)域，從而得到高的電荷濃度和積累。由此遇到以高電壓和大電流狀態(tài)為特征的各種力、力矩、應(yīng)力和熱活動(dòng)，而不發(fā)生電容器顯著降質(zhì)。
具有尖銳結(jié)構(gòu)的電荷存儲(chǔ)器件電荷存儲(chǔ)器件的另一方面就是具有尖銳結(jié)構(gòu)的電荷存儲(chǔ)器件。在一個(gè)實(shí)施例中，有一種電荷存儲(chǔ)器件，在所述裝置的導(dǎo)電層和/或電介質(zhì)層的至少一部分上具有尖銳結(jié)構(gòu)。
在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)電荷存儲(chǔ)器件有具有第一表面的第一導(dǎo)電層，具有相對(duì)的第一和第二電介質(zhì)表面的電介質(zhì)層，第一電介質(zhì)表面被安排緊接著第一表面，并且基本上跟隨第一表面；具有一個(gè)表面的第二導(dǎo)電層，第二導(dǎo)電表面被安排與第二電介質(zhì)表面相鄰，并且基本上跟隨第二表面；其中，第一和/或第二電介質(zhì)表面的至少一部分具有尖銳結(jié)構(gòu)。
在電荷存儲(chǔ)器件的一個(gè)實(shí)施例中，所述存儲(chǔ)裝置包括具有第一表面的第一導(dǎo)電層、具有相對(duì)面的第一和第二電介質(zhì)表面的電介質(zhì)層。導(dǎo)電層的第一表面被安排緊接著電介質(zhì)層的第一表面，并且基本上跟隨所述電介質(zhì)表面。本裝置還包括具有一個(gè)表面的第二導(dǎo)電層，第二導(dǎo)電表面被安排與第二電介質(zhì)表面相鄰，并且基本上跟隨第二電介質(zhì)表面。
本裝置的一個(gè)方面就是，第一和/或第二導(dǎo)電表面的至少一部分具有尖銳結(jié)構(gòu)。此外，第一或第二電介質(zhì)表面的至少一部分也可以具有尖銳結(jié)構(gòu)。沒(méi)有限制地說(shuō)，這些結(jié)構(gòu)中的某一些包括枝狀晶體結(jié)構(gòu)、諸如一種實(shí)質(zhì)上樹(shù)和葉的結(jié)構(gòu)、一種實(shí)質(zhì)上神經(jīng)狀結(jié)構(gòu)、一種實(shí)質(zhì)上突觸狀結(jié)構(gòu)，或者一種實(shí)質(zhì)上的血管和毛細(xì)管狀結(jié)構(gòu)。
在電荷存儲(chǔ)器件的一種實(shí)施方式中，所述導(dǎo)電層和電介質(zhì)層被構(gòu)成為具有光滑的整體結(jié)構(gòu)，具有枝狀晶體、菲涅爾、樹(shù)和葉以及其它尖角形結(jié)構(gòu)。導(dǎo)體的交織的、絕緣的隨機(jī)糾纏(像一個(gè)裝滿蛇的袋子或者一個(gè)裝滿細(xì)面條的漏勺那樣)。這些不同的結(jié)構(gòu)提供了增強(qiáng)的功率特性。
在電荷存儲(chǔ)器件的一種實(shí)施方式中，通過(guò)使用尖銳結(jié)構(gòu)，擴(kuò)大了所述電容器的表面區(qū)域。
在電荷存儲(chǔ)器件的一種實(shí)施方式中，通過(guò)使用尖銳結(jié)構(gòu)，增加了電荷存儲(chǔ)密度。
在電荷存儲(chǔ)器件的一種實(shí)施方式中，通過(guò)使用尖銳結(jié)構(gòu)，增加了所述電容器的總電荷密度。
在電荷存儲(chǔ)器件的一種實(shí)施方式中，通過(guò)使用尖銳結(jié)構(gòu)，增加了所述電容器的瞬時(shí)電流容量。
在電荷存儲(chǔ)器件的一種實(shí)施方式中，通過(guò)使用尖銳結(jié)構(gòu)，增加了所述電容器的電荷積累速率。
在電荷存儲(chǔ)器件的一種實(shí)施方式中，通過(guò)使用粘附來(lái)抵消排斥力。
在電荷存儲(chǔ)器件的一種實(shí)施方式中，通過(guò)使用粘附來(lái)抵消熵。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，通過(guò)使用粘附，使電容器材料保持在適當(dāng)?shù)奈恢谩?br> 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，通過(guò)使用粘附，使電容器材料集合在一起。
在本發(fā)明的一個(gè)方面中，電介質(zhì)層和導(dǎo)電層之間的互補(bǔ)性促進(jìn)了本發(fā)明電容器的冷卻。
應(yīng)當(dāng)注意的是，雖然以上說(shuō)明了本發(fā)明的大多數(shù)實(shí)施例的概要，但是其它各實(shí)施例均在權(quán)利要求書(shū)中加以陳述。在發(fā)明內(nèi)容一節(jié)中，這些實(shí)施例均通過(guò)參考而并入。
以上已經(jīng)相當(dāng)廣泛地列舉了本發(fā)明的特征和技術(shù)上的優(yōu)點(diǎn)，以便讀者能更好地理解隨后的本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明。構(gòu)成本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)的主題的附加的特征和優(yōu)點(diǎn)將在下文中加以敘述。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，所公開(kāi)的概念和特定的實(shí)施例可以被容易地用來(lái)作為修改或設(shè)計(jì)用于實(shí)行本發(fā)明的相同目的的其它結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，這樣的等效的結(jié)構(gòu)并不離開(kāi)在所附的權(quán)利要求書(shū)中所陳述的精神實(shí)質(zhì)和范圍。從以下的結(jié)合附圖的說(shuō)明中，將能更好地理解作為本發(fā)明的新穎的特征的它的組成和操作方法，連同進(jìn)一步的目的和優(yōu)點(diǎn)。然而，有待于明確地理解的是，每一張圖都僅僅是為了圖解和說(shuō)明的目的而提供的，作者不打算將其用于規(guī)定對(duì)本發(fā)明的限制。


為了更完整地理解本發(fā)明，現(xiàn)在參照下列結(jié)合附圖的說(shuō)明，在附圖中圖1示出在一個(gè)具有平面用于導(dǎo)電層的通用電容器的導(dǎo)電板上的瞬時(shí)電荷積累；圖2表示一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的、具有導(dǎo)電金屬箔的極化電解電容器的一個(gè)示例性實(shí)施例的放大了的截面圖；圖3表示一個(gè)光滑的二維圖形；圖4表示一個(gè)光滑的三維結(jié)構(gòu)；圖5圖解互補(bǔ)性的情況，表明頂部和底部結(jié)構(gòu)是共形的；
圖6表示此項(xiàng)技術(shù)的電能存儲(chǔ)特性與功率轉(zhuǎn)移方面之間的相互關(guān)系；圖7表示在一個(gè)并聯(lián)的電容器組合中，能減少導(dǎo)電層的數(shù)目的一種構(gòu)建方法；圖8表示在一個(gè)串聯(lián)的電容器組合中，能減少導(dǎo)電層和互連的數(shù)目的一種構(gòu)建方法；圖9A-9B表示在一個(gè)反串聯(lián)的電容器組合中，能減少導(dǎo)電層和互連的數(shù)目的一種構(gòu)建方法；圖10表示一個(gè)具有增加了的表面區(qū)域的任意尺度的電容器設(shè)計(jì)；圖11表示一種具有尖角的毫微結(jié)構(gòu)；圖12表示一個(gè)具有正弦拓?fù)涞脑鰪?qiáng)表面區(qū)域；以及圖13表示一個(gè)增強(qiáng)表面區(qū)域區(qū)域，在其中，峰和谷在性質(zhì)上是矩形平行六面體，展示一種單元鋸齒或金字塔拓?fù)洹?br> 具體實(shí)施例方式
本領(lǐng)域的技術(shù)人員通常用數(shù)學(xué)方法來(lái)描述電容器。通常使用的單位制和換算方法有好幾種。在各個(gè)系統(tǒng)中跳來(lái)跳去也并不少見(jiàn)。基本的物理和數(shù)學(xué)定義和關(guān)系如下。在可應(yīng)用的場(chǎng)合，使用無(wú)源符號(hào)電路約定Q＝8.9874×109Nm2Cou2(電荷單位，庫(kù)侖)E0＝8.854×1012Cou2/NM2(自由空間的介電常數(shù))C＝Q/Vv＝(1/C)∑idt+vt0(從t0到tf求和或積分)i＝C dv/dtp＝vi＝Cv dv/dtw＝Cv2/2C＝E0ER(A/d)(平行板電容器的幾何尺寸)電容器的特征在于某些定性的電路動(dòng)作和反應(yīng)。此種電路的行為歸納為下列直觀推斷i)電容器將允許端電流的瞬時(shí)變化，ii)電容器將反對(duì)端電壓的瞬時(shí)變化，以及iii)已充電的電容器對(duì)恒定(DC)電壓表現(xiàn)為開(kāi)路。
圖3表示一個(gè)光滑的二維圖形?？梢杂靡粋€(gè)光滑表面來(lái)形成一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電層的表面。此外，可以用一個(gè)相似的光滑表面來(lái)形成電介質(zhì)層。二維光滑圖形的一種數(shù)學(xué)模型就是正弦波。如同下面將要進(jìn)一步地說(shuō)明和圖4所示那樣，光滑的谷31和峰33可以物理地?cái)U(kuò)展為幾個(gè)光滑的三維表面。例如，該圖可以被認(rèn)為是一個(gè)光滑的三維溝或山和谷結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
圖4表示一個(gè)可以用于本發(fā)明的光滑的三維結(jié)構(gòu)。此種結(jié)構(gòu)可以被認(rèn)為是谷31和峰33結(jié)構(gòu)，或者一個(gè)正弦波，或者在一個(gè)平面中線性延伸的類似起伏。只要梯度的變化是逐漸的，這種結(jié)構(gòu)就可以被認(rèn)為是光滑的。可以進(jìn)行所述表面斜率的逐漸變化。
圖5表示各層之間的互補(bǔ)性的概念。頂部和底部的結(jié)構(gòu)是共形的。圖5所顯示的強(qiáng)調(diào)了頂部41和底部43這兩半部之間的距離分隔。如圖所示，在第一表面45和第二表面47之間，這兩個(gè)表面保持互補(bǔ)性。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，導(dǎo)電層與電介質(zhì)層保持互補(bǔ)性。
圖6表示電荷存儲(chǔ)器件的許多目的其中之一，一個(gè)目的就是增強(qiáng)電荷存儲(chǔ)器件的功率特性。圖6意味著它是說(shuō)明性的而不是限制性的。圖6示出本發(fā)明的電荷存儲(chǔ)器件的電能存儲(chǔ)特性與功率傳送方面之間的相互關(guān)系。該圖在y軸上表示能量61，并且在x軸上表示功率62。被稱為“感興趣的區(qū)域”的框通常表示與其它現(xiàn)成可用的技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)的一種實(shí)施方式所處的位置。據(jù)信，“感興趣的區(qū)域”的框67表示，與其它現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的電荷存儲(chǔ)器件在能量與功率圖中所處的區(qū)域。如圖所示，在每一種技術(shù)之間存在顯著的變化。例如，鉛鈣電池63可以是具有高能量存儲(chǔ)設(shè)計(jì)的深度循環(huán)類型。另一方面，一個(gè)相同安時(shí)的起動(dòng)電池將不存儲(chǔ)全部能量，而是可以提供顯著地較大的瞬時(shí)功率。類似地，有各種各樣對(duì)稱的和非對(duì)稱的超級(jí)和特級(jí)的電容器設(shè)計(jì)64，它具有寬廣地發(fā)散的能量密度和功率密度分布。還有，鉭電容器65具有各種功率和能量特性。非極化的電容器66可能具有良好的功率特性，然而低的能量存儲(chǔ)。電荷存儲(chǔ)器件表現(xiàn)出相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)來(lái)說(shuō)的功率與能量增加。
圖7表示在一個(gè)并聯(lián)的電容器組合中，減少導(dǎo)電層的數(shù)目的一種構(gòu)建方法。減少導(dǎo)電層的數(shù)目是本發(fā)明的一個(gè)目的。
圖8表示在一個(gè)串聯(lián)的電容器組合中，減少導(dǎo)電層和互連的數(shù)目的一種構(gòu)建方法。
圖9A和9B表示在一個(gè)反串聯(lián)的電容器組合中，減少導(dǎo)電層和互連的數(shù)目的一種構(gòu)建方法。此種技術(shù)可以應(yīng)用于在連續(xù)交流應(yīng)用中使用正向偏置的極化電容器。
圖10表示一個(gè)增加了表面區(qū)域的任意尺度的電容器設(shè)計(jì)。這種類型的總體結(jié)構(gòu)用于增加體電荷存儲(chǔ)。圖10展現(xiàn)了某些尖角，并且可以被認(rèn)為是一種尖銳結(jié)構(gòu)。
圖11表示一種具有尖角的結(jié)構(gòu)。在某些實(shí)施例中，本發(fā)明的電荷存儲(chǔ)器件利用一種枝狀晶體結(jié)構(gòu)，它趨向于使電荷積累和能量存儲(chǔ)最大化。枝狀晶體結(jié)構(gòu)包括樹(shù)和葉、神經(jīng)和突觸、血管和毛細(xì)管。這樣的尖銳結(jié)構(gòu)適用于高能量密度的電容器。
圖12表示一個(gè)增強(qiáng)表面積，其中，Z＝A Sin(bX)Sin(bY)，一種正弦拓?fù)?。在某些?shí)施例中，導(dǎo)電層和電介質(zhì)層利用曲線表面。對(duì)于諸如Z＝A[Sin(bX)Sin(bY)]的連續(xù)簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)表面的情形來(lái)說(shuō)，可以精確地導(dǎo)出積分。上述表面的表面區(qū)域的增加是幅度A以及周期bX和bY的函數(shù)。在圖中，bX和bY的周期是相同的。具有類似這樣的光滑曲線表面的物體(其中，有一個(gè)共形的電介質(zhì)層和第二共形的導(dǎo)電層)，相對(duì)于出現(xiàn)在電解電容器中的脆弱結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，可以被表示為具有高的物理強(qiáng)度。一個(gè)單位正弦對(duì)周期的線積分(長(zhǎng)度)具有2π的長(zhǎng)度。因此，正弦單位結(jié)構(gòu)的面積分為4π2。如上面所示，Z的更一般的情形包括常數(shù)A和b。表面區(qū)域?qū)⑴c常數(shù)A的大小呈正比地增加，并由于面積分的數(shù)學(xué)特性，它將與常數(shù)b呈反比地增加。表面積的增加在物理上類似于能量隨著波幅度的增加而增加，以及隨著波長(zhǎng)的減小(頻率的增加)而增加。Z＝A Sin(bX)Sin(bY)的正弦拓?fù)涫枪饣?，并且由于?dǎo)體而呈現(xiàn)出高的物理強(qiáng)度。一種強(qiáng)力結(jié)合的、物理上強(qiáng)的共形的電介質(zhì)將填充分隔空間，提供強(qiáng)有力的力學(xué)支持。一種具有良好熱傳導(dǎo)特性和耐熱性的電介質(zhì)，諸如結(jié)晶形式的碳(金剛石)將允許大的位移電流。在曲線表面的每一點(diǎn)上，共形的層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為電荷在電介質(zhì)中的位移提供最短距離，成為從導(dǎo)體到導(dǎo)體的正交路徑。因此，材料強(qiáng)度、拓?fù)洹釀?dòng)力學(xué)特性與介電常數(shù)和介電強(qiáng)度相結(jié)合，來(lái)確定一個(gè)電容器的可允許瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)電流密度。只有結(jié)構(gòu)尺寸相對(duì)于所涉及的原子和分子是大的，就能保持對(duì)均勻的共形的涂覆的高度近似。
圖13表示一個(gè)增強(qiáng)表面區(qū)域區(qū)域，在其中，峰和谷在性質(zhì)上是矩形平行六面體，呈現(xiàn)出一種單元鋸齒或金字塔拓?fù)?。在本電荷存?chǔ)器件的某些實(shí)施例中，導(dǎo)電和電介質(zhì)表面具有增強(qiáng)表面區(qū)域。鋸齒狀二維曲線的線積分為4，而三維表面的表面區(qū)域?yàn)?。因此，三維鋸齒拓?fù)浔憩F(xiàn)為平坦表面的表面區(qū)域的6倍，但是其表面區(qū)域顯著地小于正弦拓?fù)?。這種形狀可以被描述為多個(gè)輕微地位移的、傾斜的半個(gè)方形盒子。圖13的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)表現(xiàn)出高的物理強(qiáng)度與增加了的表面區(qū)域相結(jié)合。如同在上面的正弦拓?fù)涞那樾沃心菢?，金字塔型結(jié)構(gòu)的表面區(qū)域?qū)㈦S著幅度與頻率的增加而增加。同樣，位移電流矢量通常保持上面的正弦結(jié)構(gòu)的正交的和最短路由特性。相對(duì)平直的可實(shí)現(xiàn)表面和邊緣符合晶體和多晶生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)。
在本說(shuō)明書(shū)中所說(shuō)明的所有專利和公報(bào)對(duì)于與本發(fā)明有關(guān)的本領(lǐng)域的技術(shù)人員的水平來(lái)說(shuō)是陳述性的。所有專利和公報(bào)在這里都在相同程度上通過(guò)參考而并入，就好像每一個(gè)單獨(dú)的公報(bào)都被專門地和個(gè)別地表明作為參考而并入。
美國(guó)專利文獻(xiàn)美國(guó)專利第5,362,526號(hào)，題為“Plasma-Enhanced CVD ProcessUsing TEOS for Depositing Silicon Oxide”，在這里通過(guò)參考而并入。
美國(guó)專利第5,876,787號(hào)，題為“process of manufacturing aporous carbon material and capacitor having the same”，Avarbz等人，1999。
美國(guó)專利第5,081,559號(hào)，題為“enclosed ferroelectric stackedcapacitor”，F(xiàn)azan等人，1992。
已公開(kāi)的美國(guó)專利申請(qǐng)US PTO 20020017893 W.B.Duff，Jr.已公開(kāi)于2002年2月14日Method and Circuit for Using Polarized Device In ACApplicationsUS PTO 20030006738 W.B.Duff，Jr.已公開(kāi)于2003年1月9日Method and Circuit For Using Polarized Device In ACApplications非臨時(shí)的美國(guó)申請(qǐng)系列號(hào)第09/170,998號(hào)，題為“Method andCircuit For Using Polarized Device in AC Applications”，2000年11月9日提交，該申請(qǐng)書(shū)主張2000年1月4日提交的臨時(shí)申請(qǐng)書(shū)系列號(hào)第60/174,433號(hào)，題為“Method and Circuit For Using PolarizedDevice in AC Applications”的優(yōu)先權(quán)。
USPTO 20030010910 Colbert，Daniel T.，等人，已公開(kāi)于2003年1月9日Continuous Fiber of Single Wall Carbon Nanotubes其它參考文獻(xiàn)Solid State Electronic Devices，第三版，Ben G.Streetman，Prentice-Hall，Englewood Cliffs，NJ，1990.
Economic AC Capacitors，W.B.Duff，Jr.，IEEE PowerEngineering Review，第22卷，第1期，2002年1月，The Institute ofElectrical and Electronic Engineers，NYNY雖然已經(jīng)詳細(xì)地說(shuō)明了本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，但是，應(yīng)當(dāng)理解，在不離開(kāi)由所附的權(quán)利要求書(shū)所規(guī)定的本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和范圍的前提下，在這里可以作出各種各樣的變動(dòng)、替換和更改。而且，作者不打算將本申請(qǐng)書(shū)的范圍局限于本申請(qǐng)書(shū)中所描述的工藝、機(jī)器、制造、事物的組成、裝置、方法和步驟的特定的實(shí)施例的范圍內(nèi)。正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員從本發(fā)明的公開(kāi)中容易理解的那樣，根據(jù)本發(fā)明，可以利用現(xiàn)成的或者有待于以后開(kāi)發(fā)的、基本上執(zhí)行相同功能或者基本上獲得相同于在這里所描述的相應(yīng)的實(shí)施例的結(jié)果的工藝、機(jī)器、制造、事物的組成、裝置、方法和步驟。因此，作者打算在所附的權(quán)利要求書(shū)中，將這些工藝、機(jī)器、制造，事物的組成、裝置、方法和步驟都納入到本發(fā)明的范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種電荷存儲(chǔ)器件，包括具有導(dǎo)電曲線表面的至少一個(gè)第一導(dǎo)電層；具有導(dǎo)電曲線表面的至少一個(gè)第二導(dǎo)電層；以及被安排在第一導(dǎo)電曲線表面和第二導(dǎo)電曲線表面之間的至少一個(gè)電介質(zhì)層。
2.如權(quán)利要求1所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，所述電介質(zhì)層具有相對(duì)的第一和第二電介質(zhì)曲線表面，第一電介質(zhì)曲線表面被安排緊接著所述第一導(dǎo)電曲線表面，并且跨過(guò)其區(qū)域基本上跟隨第一導(dǎo)電曲線表面。
3.如權(quán)利要求1或2中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，第二導(dǎo)電層具有第二導(dǎo)電曲線表面，所述第二導(dǎo)電曲線表面被安排與第二電介質(zhì)曲線表面相鄰，并且跨過(guò)其區(qū)域基本上跟隨第二導(dǎo)電曲線表面。
4.如權(quán)利要求1或2中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第一導(dǎo)電表面和第一電介質(zhì)表面基本上是共形的。
5.如權(quán)利要求1或2中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第二導(dǎo)電表面和第二電介質(zhì)表面基本上是共形的。
6.如權(quán)利要求1或2中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第一導(dǎo)電表面和第一電介質(zhì)表面基本上保持互補(bǔ)性。
7.如權(quán)利要求1或2中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第二導(dǎo)電表面和第二電介質(zhì)表面基本上保持互補(bǔ)性。
8.如權(quán)利要求1或2中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第一導(dǎo)電表面區(qū)域的至少2％和第一電介質(zhì)表面的一個(gè)區(qū)域基本上共形。
9.如權(quán)利要求1或2中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第一導(dǎo)電表面區(qū)域的至少2％和第一電介質(zhì)表面的一個(gè)區(qū)域基本上保持互補(bǔ)性。
10.如權(quán)利要求8-9中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第一導(dǎo)電表面區(qū)域被安排離開(kāi)第一電介質(zhì)表面區(qū)域一個(gè)基本上均勻的距離。
11.如權(quán)利要求8-10中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第一導(dǎo)電表面區(qū)域被安排離開(kāi)第一電介質(zhì)表面區(qū)域從0.0001μm到2000μm范圍內(nèi)的一個(gè)選定距離，所述選定距離在一個(gè)可選擇的容限內(nèi)改變。
12.如權(quán)利要求1或2中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第二導(dǎo)電表面區(qū)域的至少2％和第二電介質(zhì)表面的一個(gè)區(qū)域基本上共形。
13.如權(quán)利要求1或2中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第二導(dǎo)電表面區(qū)域的至少2％和第二電介質(zhì)表面的一個(gè)區(qū)域基本上保持互補(bǔ)性。
14.如權(quán)利要求12-13中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第二導(dǎo)電表面區(qū)域被安排離開(kāi)第二電介質(zhì)表面區(qū)域一個(gè)基本上均勻的距離。
15.如權(quán)利要求12-14中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第二導(dǎo)電表面區(qū)域被安排離開(kāi)第二電介質(zhì)表面區(qū)域從0.0001μm到2000μm范圍內(nèi)的一個(gè)選定距離，所述選定的距離在一個(gè)可選擇的容限內(nèi)改變。
16.如權(quán)利要求1或2中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第一和第二導(dǎo)電曲線表面和電介質(zhì)曲線表面中的每一個(gè)具有基本上光滑的結(jié)構(gòu)。
17.如權(quán)利要求16所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第一和第二導(dǎo)電曲線表面和電介質(zhì)曲線表面中的每一個(gè)包括形成在任何表面的至少一部分光滑結(jié)構(gòu)上的絨毛狀結(jié)構(gòu)，所述絨毛狀結(jié)構(gòu)相對(duì)于所述光滑結(jié)構(gòu)具有小尺度。
18.如權(quán)利要求16所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第一和第二導(dǎo)電曲線表面和電介質(zhì)曲線表面中的每一個(gè)包括形成在任何表面的至少一部分光滑結(jié)構(gòu)上的枝狀結(jié)構(gòu)，所述枝狀結(jié)構(gòu)相對(duì)于所述光滑結(jié)構(gòu)具有小尺度。
19.一種電荷存儲(chǔ)器件，包括具有第一導(dǎo)電光滑增強(qiáng)表面的第一導(dǎo)電層；具有相對(duì)的第一和第二電介質(zhì)表面的電介質(zhì)層，第一電介質(zhì)光滑增強(qiáng)表面被安排緊接著第一導(dǎo)電光滑增強(qiáng)表面，并且基本上跟隨第一導(dǎo)電光滑增強(qiáng)表面；以及具有第二導(dǎo)電光滑增強(qiáng)表面的第二導(dǎo)電層，第二導(dǎo)電光滑增強(qiáng)表面被安排與第二電介質(zhì)表面相鄰，并且基本上跟隨第二導(dǎo)電光滑增強(qiáng)表面。
20.如權(quán)利要求19所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第一電介質(zhì)光滑增強(qiáng)表面被安排緊接著第一導(dǎo)電光滑增強(qiáng)表面，并且基本上跟隨第一導(dǎo)電光滑增強(qiáng)表面。
21.如權(quán)利要求19和20中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第一導(dǎo)電表面和第一電介質(zhì)表面基本上是共形的。
22.如權(quán)利要求19和20中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第二導(dǎo)電表面和第二電介質(zhì)表面基本上是共形的。
23.如權(quán)利要求19和20中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第一導(dǎo)電表面和第一電介質(zhì)表面基本上保持互補(bǔ)性。
24.如權(quán)利要求19和20中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第二導(dǎo)電表面和第二電介質(zhì)表面基本上保持互補(bǔ)性。
25.如權(quán)利要求19和20中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第一導(dǎo)電表面區(qū)域的至少2％基本上和第一電介質(zhì)表面的一個(gè)區(qū)域共形。
26.如權(quán)利要求19和20中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第一導(dǎo)電表面區(qū)域的至少2％基本上和第一電介質(zhì)表面的一個(gè)區(qū)域保持互補(bǔ)性。
27.如權(quán)利要求25和26中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第一導(dǎo)電表面區(qū)域被安排離開(kāi)第一電介質(zhì)表面區(qū)域一個(gè)基本上均勻的距離。
28.如權(quán)利要求25和26中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第一導(dǎo)電表面區(qū)域被安排離開(kāi)第一電介質(zhì)表面區(qū)域從0.0001μm到2000μm范圍內(nèi)的一個(gè)選定距離，所述選定的距離在一個(gè)可選擇的容限內(nèi)改變。
29.如權(quán)利要求19和20中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第二導(dǎo)電表面區(qū)域的至少2％和第二電介質(zhì)表面的一個(gè)區(qū)域基本上共形。
30.如權(quán)利要求19和20中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第二導(dǎo)電表面區(qū)域的至少2％和第二電介質(zhì)表面的一個(gè)區(qū)域基本上保持互補(bǔ)性。
31.如權(quán)利要求29和30中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第二導(dǎo)電表面區(qū)域被安排離開(kāi)第二電介質(zhì)表面區(qū)域一個(gè)基本上均勻的距離。
32.如權(quán)利要求19和20中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第一和第二導(dǎo)電光滑增強(qiáng)表面和電介質(zhì)光滑增強(qiáng)表面中的每一個(gè)具有基本上光滑的結(jié)構(gòu)。
33.如權(quán)利要求32所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第一和第二導(dǎo)電光滑增強(qiáng)表面和電介質(zhì)光滑增強(qiáng)表面中的每一個(gè)包括形成在任何表面上的至少一部分所述光滑結(jié)構(gòu)上的一個(gè)絨毛狀結(jié)構(gòu)，所述絨毛狀結(jié)構(gòu)相對(duì)于所述光滑結(jié)構(gòu)具有小尺度。
34.如權(quán)利要求32所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第一和第二導(dǎo)電光滑增強(qiáng)表面和電介質(zhì)光滑增強(qiáng)表面中的每一個(gè)包括形成在任何表面上的至少一部分光滑結(jié)構(gòu)上的一個(gè)枝狀結(jié)構(gòu)，所述枝狀結(jié)構(gòu)相對(duì)于所述光滑結(jié)構(gòu)具有小尺度。
35.一種電荷存儲(chǔ)器件，包括具有成形的地形表面的至少一個(gè)第一導(dǎo)電層；具有導(dǎo)電成形的地形表面的至少一個(gè)第二導(dǎo)電層；以及被安排在第一導(dǎo)電成形的地形表面和第二導(dǎo)電成形的地形表面之間的至少一個(gè)電介質(zhì)層。
36.如權(quán)利要求35所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，所述電介質(zhì)層具有相對(duì)的第一和第二電介質(zhì)地形表面，第一電介質(zhì)地形表面被安排緊接著所述第一導(dǎo)電地形表面，并且跨越其區(qū)域基本上跟隨第一導(dǎo)電地形表面。
37.如權(quán)利要求35和36中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第一導(dǎo)電表面和第一電介質(zhì)表面基本上是共形的。
38.如權(quán)利要求35和36中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第二導(dǎo)電表面和第二電介質(zhì)表面基本上是共形的。
39.如權(quán)利要求35和36中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，所述第一導(dǎo)電表面和所述第一電介質(zhì)表面基本上保持互補(bǔ)性。
40.如權(quán)利要求35和36中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，所述第二導(dǎo)電表面和所述第二電介質(zhì)表面基本上保持互補(bǔ)性。
41.如權(quán)利要求35和36中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第一導(dǎo)電表面區(qū)域的至少2％具有成形的地形表面，所述2％的區(qū)域定義一種光滑結(jié)構(gòu)。
42.如權(quán)利要求35和36中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第二導(dǎo)電表面區(qū)域的至少2％具有成形的地形表面，所述2％的區(qū)域定義一種光滑結(jié)構(gòu)。
43.如權(quán)利要求41-42中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第一電介質(zhì)表面區(qū)域的至少2％具有成形的地形表面，所述2％的區(qū)域定義一種光滑結(jié)構(gòu)。
44.如權(quán)利要求41-42中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第二電介質(zhì)表面區(qū)域的至少2％具有成形的地形表面，所述2％的區(qū)域定義一種光滑結(jié)構(gòu)。
45.如權(quán)利要求41-42中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第一導(dǎo)電表面區(qū)域的至少2％和第一電介質(zhì)表面的一個(gè)區(qū)域基本上共形。
46.如權(quán)利要求41-42中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第一導(dǎo)電表面區(qū)域的至少2％和第一電介質(zhì)表面的一個(gè)區(qū)域基本上保持互補(bǔ)性。
47.如權(quán)利要求43-46中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第一導(dǎo)電表面區(qū)域被安排離開(kāi)第一電介質(zhì)表面區(qū)域一個(gè)基本上均勻的距離。
48.如權(quán)利要求43-47中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第一導(dǎo)電表面區(qū)域被安排離開(kāi)第一電介質(zhì)表面區(qū)域從0.0001μm到2000μm范圍內(nèi)的一個(gè)選定距離，所述選定距離在一個(gè)可選擇的容限內(nèi)改變。
49.如權(quán)利要求41和42中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第二導(dǎo)電表面區(qū)域的至少2％和第二電介質(zhì)表面的一個(gè)區(qū)域基本上共形。
50.如權(quán)利要求41和42中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第二導(dǎo)電表面區(qū)域的至少2％和第二電介質(zhì)表面的一個(gè)區(qū)域基本上保持互補(bǔ)性。
51.如權(quán)利要求49和50中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第二導(dǎo)電表面區(qū)域被安排離開(kāi)第二電介質(zhì)表面區(qū)域一個(gè)基本上均勻的距離。
52.如權(quán)利要求49-51中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第二導(dǎo)電表面區(qū)域被安排離開(kāi)第二電介質(zhì)表面區(qū)域從0.0001μm到2000μm范圍內(nèi)的一個(gè)選定距離，所述選定距離在一個(gè)可選擇的容限內(nèi)改變。
53.如權(quán)利要求41和42中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第一和第二導(dǎo)電表面和電介質(zhì)表面中的每一個(gè)具有基本上光滑的結(jié)構(gòu)。
54.如權(quán)利要求53所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第一和第二導(dǎo)電表面和電介質(zhì)表面中的每一個(gè)包括形成在任何表面的至少一部分所述光滑結(jié)構(gòu)上的一個(gè)絨毛狀結(jié)構(gòu)，所述絨毛狀結(jié)構(gòu)相對(duì)于所述光滑結(jié)構(gòu)具有小尺度。
55.如權(quán)利要求53所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第一和第二導(dǎo)電表面和電介質(zhì)表面中的每一個(gè)包括形成在任何表面的至少一部分光滑結(jié)構(gòu)上的一個(gè)枝狀結(jié)構(gòu)，所述枝狀結(jié)構(gòu)相對(duì)于所述光滑結(jié)構(gòu)具有小尺度。
56.如權(quán)利要求16-18，32-34，41-44和53-55中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，光滑結(jié)構(gòu)的至少一部分具有重復(fù)的圖案。
57.如權(quán)利要求16-18，32-34，41-44和53-55中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第一和/或第二導(dǎo)電層的光滑結(jié)構(gòu)的至少一部分具有下列形狀的一個(gè)區(qū)域，即氣泡形、正弦行形、拋物面形、倒置形、外翻形、凹形、凸形、螺線形、隨機(jī)的旋渦形、準(zhǔn)隨機(jī)的旋渦形、數(shù)學(xué)上定義為(A)Sin(bX)Sin(bY)的形狀、數(shù)學(xué)上定義為拋物面的形狀、數(shù)學(xué)上定義為圓錐面的形狀、管形、環(huán)形或螺旋管形，或者以一種可滲透垂直樣式被嵌入。
58.如權(quán)利要求16-18，32-34，41-44和53-55中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，電介質(zhì)層的光滑結(jié)構(gòu)的至少一部分具有采取下列形狀的一個(gè)區(qū)域，即氣泡形、成行的正弦波形、拋物面形、倒置形、外翻形、凹形、凸形、螺線形、隨機(jī)的旋渦形、準(zhǔn)隨機(jī)的旋渦形、數(shù)學(xué)上定義為(A)Sin(bX)Sin(bY)的形狀、數(shù)學(xué)上定義為拋物面的形狀、數(shù)學(xué)上定義為圓錐面的形狀、管形、環(huán)形或螺旋管形，或者以一種可滲透垂直樣式被嵌入。
59.一種電荷存儲(chǔ)器件，包括具有第一表面的第一導(dǎo)電層；具有相對(duì)的第一和第二電介質(zhì)表面的電介質(zhì)層，所述第一電介質(zhì)表面被安排緊接著第一表面并且基本上跟隨第一表面；具有一個(gè)表面的第二導(dǎo)電層，所述第二導(dǎo)電表面被安排與所述第二電介質(zhì)表面相鄰，并且基本上跟隨第二表面；以及其中，第一和/或第二電介質(zhì)表面的至少一部分具有尖銳結(jié)構(gòu)。
60.如權(quán)利要求59所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第一和/或第二電介質(zhì)層的表面區(qū)域的至少2％具有尖銳結(jié)構(gòu)。
61.如權(quán)利要求59-60中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，跨越所述至少2％的表面區(qū)域重復(fù)地圖形化相似形狀的尖銳結(jié)構(gòu)。
62.如權(quán)利要求59-60中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，跨越所述至少2％的表面區(qū)域重復(fù)地圖形化不同形狀的尖銳結(jié)構(gòu)。
63.如權(quán)利要求59-62中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，第一和/或第二導(dǎo)電表面的至少一部分具有尖銳結(jié)構(gòu)。
64.如權(quán)利要求59-63中任何一項(xiàng)所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，所述尖銳結(jié)構(gòu)是一種枝狀結(jié)構(gòu)。
65.如權(quán)利要求64所述的電荷存儲(chǔ)器件，其中，所述枝狀結(jié)構(gòu)是一種基本上樹(shù)和葉的結(jié)構(gòu)、一種基本上類似于神經(jīng)的結(jié)構(gòu)、一種基本上類似于突觸的結(jié)構(gòu)、一種基本上類似血管和毛細(xì)管的結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明一般地涉及具有增強(qiáng)的功率特性的電荷存儲(chǔ)器件(ECSD)。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及增強(qiáng)各種裝置，諸如電容器、電池、燃料電池和其它電荷存儲(chǔ)器件的電流密度、額定電壓、功率傳送特性、頻率響應(yīng)和電荷存儲(chǔ)密度。例如，本發(fā)明的一個(gè)方面就是固態(tài)和電解電容器，其中，利用光滑結(jié)構(gòu)來(lái)增加導(dǎo)體的表面區(qū)域，由此縮短分離導(dǎo)體的距離，并且通過(guò)使用基于原子、分子和宏觀水平的構(gòu)建技術(shù)來(lái)改善有效電介質(zhì)特性。
文檔編號(hào)H01G9/04GK1781201SQ200480006035
公開(kāi)日2006年5月31日 申請(qǐng)日期2004年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月5日
發(fā)明者威廉B·朵夫二世 申請(qǐng)人:威廉B·朵夫二世