專利名稱：薄膜及由其制造的組合元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由陶瓷材料、陶瓷金屬材料的至少兩層組成的薄 膜，或在多層情況下還由金屬材料組成的薄膜，以及一種帶支持薄膜的基底(Substrat)的組合元件(Verbundelement)。本發(fā)明還進一步涉及帶 這種薄膜的組合元件的應用。
背景技術(shù)：
薄膜，尤其是導電的，由陶瓷和/或金屬材料構(gòu)成的薄膜，引起了 越來越多的重視。 一般地薄膜由多層尤其三到五層構(gòu)成，其中每層的 材料和/或形態(tài)一般都是不同的。薄膜一般是按層沉積在基底上，其中可應用普通的薄膜技術(shù)；比如通過化學氣相沉積、脈沖激光氣相沉積、 溶膠凝膠方法，尤其是旋轉(zhuǎn)涂層或者噴霧熱解。進一步的，薄膜可以 作為整體地或這樣一層層地沉積到基底上。在沉積期間，這些層或者 薄膜全部在一級或者多級過程中^f皮退火，以實現(xiàn)部分的或者全部的微 結(jié)構(gòu)。多層薄膜也稱之為層壓膜。US6896989B2公開了 一種沉積于基底之上并且由多層構(gòu)成的薄 膜，其可作為電極或者固體電解物應用于燃料電池中。這些功能層之間設置有另外地也是用電極材料制成的層。作為備選地還可以加入由 不同材料制成的附加層。根據(jù)該專利的說明書，薄膜的每一層根據(jù)現(xiàn) 有的方法來進行沉積，比如射頻濺射、PVD(物理氣相沉積)、CVD(化 學氣相沉積)、電泳技術(shù)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明基于這樣的任務，即，提高前面所述類型的尤其是與基底 相連的薄膜抗老化的耐久性，從而使得根據(jù)薄膜而生產(chǎn)的微型電化設備經(jīng)過較長時間后仍沒有或只有較小的功率損耗。該任務通過根據(jù)本發(fā)明的薄膜而完成，薄膜在所有層中都具有最高約為500nm的平均粒度(Korngroesse)，其中至少兩層由不同的材料 組成，并且在這些層的至少一層中，在卸壓時間之后，基本上穩(wěn)定的 平均粒度(K)即使在升高的溫度范圍內(nèi)也保持不變。該薄膜特殊的以及 進一步的實施方式是從屬權(quán)利要求所闡述的對象。該薄膜的原則上的優(yōu)點在于，至少 一 層的粒子僅僅表現(xiàn)出受時間 限制的晶粒生長，其在達到了取決于材料和生產(chǎn)方法的平均粒度后不 再繼續(xù)生長。卸壓時間一般在5和20個小時之間，最好是約IO小時。 一種基本上穩(wěn)定的平均粒度在直到較佳地為約1100 °C的溫度下保持 穩(wěn)定。退火處理之前薄膜內(nèi)較高比例的無定形材料產(chǎn)生了這種較佳的 特性，其通過無定形矩陣與相對較小的晶粒之間的微壓力的結(jié)構(gòu)而強 烈地阻止了晶粒生長。大多數(shù)塑料表明，如果平均粒度不在根據(jù)本發(fā) 明的范圍內(nèi)，無限制的晶粒生長將在常溫以及更高的溫度下進行很長 的時間并因而會導致更強的老化和降級。基本上穩(wěn)定的平均:^度可以理解為，在卸壓時間之后偏差最高計 為約±10%，優(yōu)選地是±5%。對于比如為50nm的平均粒度，以后的晶 粒生長較佳地應處于最高約為25nm尤其是最高約為10nm的范圍內(nèi)。實際上，薄膜的每一層都具有5到10000nm的厚度，較佳地是 IO到1000nm，其中平均粒度K最高約為200nm,較佳地為5到100nm。 關(guān)于薄膜每層的層厚，平均粒度較佳地最高約為50%，尤其最高為 20%。此處以及下面將不再特別提到無定形或部分無定形層結(jié)構(gòu)，這 些層結(jié)構(gòu)根據(jù)微粒薄膜類似地進行設置。根據(jù)本發(fā)明的一個尤其較佳的實施方式，薄膜一般至少包括兩 層，這兩層是離子導通的(ionisch leitend)或者離子及電子導通的 (ionisch und elektronisch leitend),尤其對于02—離子來"i兌是導通的。這 種層的至少一層一直都是離子導通的，而多數(shù)情況下是輕微的電子導 通的。導電能力一般在0.02到1()Ss/m(西門子/米)范圍內(nèi)。導電能力根據(jù) 應用而是需要的，比如對于電化動態(tài)電極和電解物， 一般被設置用作 微型傳感器或者燃料電池。薄膜可以由不同的薄片狀構(gòu)造的、在每層均勻的、而逐層連續(xù)地 輕微變化的化學成分、形態(tài)和/或孔隙度組成，其中產(chǎn)生了與該化學成 分、形態(tài)和/或孔隙度相關(guān)的梯度(Gradient)。如果比如薄膜的一層或多 層是多孔滲水的，則孔隙度將處于>0到70Vol-。/o的范圍內(nèi)。在不同的 層中孔隙度也可變化，連續(xù)地增加或者減小以形成孔隙度梯度。實際中最常用的薄膜包括陽極層、固體電解物層和陰極層，其中 所有層都是導電的。這些層能根據(jù)需要而進一步地包括處于其間的或 者形成為外層的層。薄膜的層由至少一種陶瓷、或者至少一種金屬、以及一種由至少 一種陶瓷和至少一種金屬組成的混合物組成，后一種混合物也叫金屬 陶瓷。薄膜可以不是純金屬的，至少一個層必須主要是離子導通的。 薄膜的每層(也是含陶瓷的層)可以是無定形的、二相無定形晶體的或 者全晶體的。通過根據(jù)本發(fā)明的進一步的實施方式，可以為薄膜帶來足夠的機 械可靠性，支持基底的,度等于薄膜總厚度的至少五倍，較佳的是至 少約十倍?；椎暮穸纫部梢允腔咨蠈雍穸鹊囊话俦痘蛘吒?。由 任意合適的材料組成的基底可以是柔性的，形成為比如薄片，或者剛 性的，形成為比如薄板。該基底的兩種實施方式都可能在整個面積都 是致密的(dicht)，或者其中部分面積是多孔的，或者具有任意設置的 孔或者通道，這稱之為結(jié)構(gòu)型基底。這種滲透性區(qū)域的至少一部分以 及孔或者通道被薄膜所覆蓋，其在這種功能中被稱之為隔膜。這種通 道也用于流體分配，也可以形成為部分通過基底的凹槽。通過該基底的孔或通道較佳地至少約為100pn^大小，并且可以 是任意較佳的幾何形狀。根據(jù)上面，這些孔或者通道的表面通過作為 隔膜而起作用的薄膜的機械穩(wěn)定性來限制。覆蓋基底開口的薄膜其各層的面積并不一定要一樣大小。至少一 層薄膜必須覆蓋至少一個基底開口 。其它層薄膜的每一層都可以全部 或部分地覆蓋第一層，或者延伸于第一層之上。用作隔膜的薄膜層可 以通過選擇性地沉積或者蝕刻，通過發(fā)射(Lift-Off)或者掩模技術(shù)，或 者通過沉積和任意一種形式的任意組合，來進行構(gòu)造。對于具有電化活性電極和固體電解物的微型設備，應當在基底上 設置具有至少三種這樣相疊的微粒層的薄膜。如本文開始所提到的， 這種技術(shù)是現(xiàn)有技術(shù)。根據(jù)本發(fā)明的第 一個與材料相關(guān)的變型，薄膜的 一層或多層由金屬或者金屬氧化物組成，比如Cu, Co, Mn, Ag, Ru,或NiOx, FeOx, MnOx, CuOx, CoOx, MnOx, AgOx, RuOx,或者金屬和/或金屬氧化物的混 合物。進一步地， 一種具有離子導通或者離子電子導通能力的陶瓷成 分比如摻雜質(zhì)的鈰氧化物AxCex02.s，其中A = Gd, Sm， Y， Ca, 0.05Sx^).3,或者摻雜質(zhì)的鋯氧化物LnyZri-y02—s，其中Ln = Y, Sc, Yb, Er， 0.08^^0.12，被添加到金屬、金屬氧化物或者金屬與金屬氧化物的混 合物中。金屬和陶瓷成分的體積比例大約在20到80Vol,Q/。之間。金 屬陶瓷其固體部分金屬狀態(tài)的體積比例處于>0到70Vol,。/。之間。金 屬和陶瓷之間的比率可^是均勻分布地，或者是薄膜厚度的一倍或者 多倍，薄膜的每個位置金屬含量在O(該層中沒有金屬)與100%(純金 屬層)之間。薄膜的孔隙度在氧化狀態(tài)是O到50%,所有的金屬成分 是都是金屬氧化物，對于還原狀態(tài)是O到70%,所有的金屬成分都是 金屬，在薄膜中具有均勻的或者非均勻的分布?？紫抖瓤梢宰鳛閺谋?膜的不滲水到70%滲水性的梯度。材料的平均粒度K可通過在不同 的溫度下加溫退火而確定，其包括從5到500nm的平均粒度K。薄膜 層的陶資狀態(tài)具有穩(wěn)定的微結(jié)構(gòu)，其在減小的條件下在直到70(TC的 溫度下是時間的函數(shù)。如果金屬含量高于所定的體積界限，從該界限 起金屬導體將變得便于察覺，那么在室溫到700。C之間，總的導電能 力將大于10S/m,該金屬以還原的金屬狀態(tài)存在。所有這些金屬材料都可以采用下面金屬來進行涂層、絕緣浸漬或者摻雜，比如Ag, Au, Cu, Pd,Pt，Rh,以及Ru。根據(jù)本發(fā)明的與材料有關(guān)的第二個實施例，該一層或多層薄膜由 摻雜質(zhì)的鈰氧化物AxCe,-x0^組成，其中A = Gd， Sm， Y， Ca， 0.05^^0.3,或者由摻雜質(zhì)的鋯氧化物LnyZr^02-s組成，其中Ln = Y, Sc, Yb, Er, 0.08^y^).12,或者由La卜xSrxGa"yMgyO說組成，其中(KxSl, 0Sy51。這種薄膜的層是致密超微小結(jié)構(gòu)的，并且具有10到5000nm 的薄膜厚度?？梢陨a(chǎn)具有平均粒度在5到500nm之間的薄膜層。該 薄膜具有以下電氣特性a) 總體導電能力在500°C時處于0.02和5S/m之間，在700°C 時處于0.25和10S/m之間，兩值都是在空氣中測得的。b) 在100至IOO(TC的溫度范圍內(nèi)，在空氣中導電能力的活 化能在0.5和1.5eV之間。c) 電解疇界為在500。C時氧分壓低于1(T"atm，在700。C時 氧分壓低于l(T14atm。根據(jù)本發(fā)明的與材料有關(guān)的第三個實施例，該一層或多層薄膜由 AxA、-xByBYyO&s類型的鈣鈦礦構(gòu)成，其中，A、 A，、 B和B，可以是 Al, Ba, Ca, Ce, Co， Cu， Dy, Fe， Gd, La, Mn, Nd, Pr， Sm, Sr, Y,并且 0$xSl, 05ySl。根據(jù)一個子實施例，可使用其中A-Bi， Y, Pb的組 合物A2Rui-y07±s的，或考A2 —aA， aMO袖(其中A=Pr, Sm; A，=Sr; M-Mn, Ni; OSo^l)的，或者下列組合材料的釕酸鹽燒綠石(Pyrochlor-Ruthenate): A2Ni04±s(A=Nd, La); AxByNiO秘,其中A， B = Al, Ba, Ca, Ce, Co, Cu, Dy, Fe, Gd, La, Mn, Nd, Pr, Sm, Sr, Y,并且O^x^l, (Ky^l,或者 La4Ni3.xCox04士s,或者YBa(Co,Fe)407站,或者BaLn匿xCox03土s,或者Bi2-xYx03((Kx^l),或者La2Ni卜xCuxO4站(0f^^l),或者YBa2Cu307。所有這 些材料可以通過下列金屬進行涂層、絕緣浸漬或者摻雜，或者通過下 列金屬形成復合材料Ag, Au， Cu, Pd, Pt, Rh,以及Ru。進一步地，薄 膜可以由摻雜質(zhì)的鈰氧化物AxCex02-s材料組成，其中A-Gd， Sm，Y， Ca， 0.05Sx^).3,或者由摻雜質(zhì)的鋯氧化物LnyZiVy02-s組成，其中 Ln = Y, Sc， Yb, Er, 0.08^^0.12,或者由La-xSrxGa!.yMgy03士s組成，其中 0SxSl， 0^^1。這種薄膜的層具有50到10000nm的薄膜厚度，并具 有5到500nm之間的平均粒度。在550。C時在空氣中總導電能力為10 到100000S/m之間的范圍內(nèi)。薄膜在空氣中是穩(wěn)定的并且可以是致密 的，或者是多孔滲水的但是孔隙度為>0到70-Vol.-%。最后，除了至少一層陶瓷或者金屬陶瓷層，薄膜的一層或多層也 可以是金屬或者金屬混合物形式，比如Pt, Au, Ag, Ni以及其它的，通 過濺射技術(shù)，比如射頻或者直流濺射、氣相沉積技術(shù)或者任意其它真 空技術(shù)、電化沉積或者金屬氧化物粉末粘涂以及任意有機或者無機成 分而產(chǎn)生。通過下面的詳細說明和權(quán)利要求書，給出了根據(jù)本發(fā)明的進一步 的較佳實施方式和示范性組合。


進一步地，下面將借助附圖所示的實施例對本發(fā)明以及從屬權(quán)利 要求所述的對象作進一步地描述。圖中顯示了 圖1是具有三層的薄膜。 圖2是根據(jù)圖1的薄膜的組合元件。 圖3是由兩層構(gòu)成的作為氣體分離隔膜的薄膜。 圖4是具有薄膜的多孔基底。 圖5是帶有通孔以及通道的帶薄膜的致密基底。 圖6是具有不同孔形的致密隔膜(俯視圖)。 圖7是具有組合元件的微型燃料電池。 圖8是圖7的一種變型。圖9是另一個的燃料電池(從底部看去的視圖)。圖10是一種帶有彼此相鄰的薄層隔膜電極的單室燃料電池。圖11是一種具有致密薄層隔膜的滲透性固體電解物的單室燃料電池。圖12根據(jù)圖7的在基底上具有保護層的燃料電池。圖13是根據(jù)圖7的具有加熱元件的燃料電池。圖14是具有梯度的薄膜。圖15是具有薄膜隔膜的氣體傳感器。圖16是平均粒度生長圖。原則上，相似的附圖標記表示圖中相似的部分。
具體實施方式
圖1顯示了具有層狀結(jié)構(gòu)的薄膜10，其由三層組成，第一層S^ 第二層S2和第三層Ss。此處，第一層S,是金屬比例為40%而陶覺比 例為60 %的金屬陶瓷層，其具有Ni-Ceo.8GdQ.2019的規(guī)格 (Spezifikation)。第二層S2對于氧離子02-是導通的，具有Ce06Gd0.2O19 的規(guī)格。第三層S3，具有La。.6Sro.4Coo2Fe。.803的規(guī)格。層S,， S2, S3 的厚度稱之為dL。圖2顯示了根據(jù)圖1的由層狀薄膜組合物組成的薄膜10,其設置 于基底12上并構(gòu)成用作功能元件的組合元件13?；?2為薄膜10 提供了必須的機械強度。根據(jù)一個較佳的實施例，層S!, S2， S3根據(jù) 現(xiàn)有的方法按順序進行沉積，其中每層的面積廣度也可以是不同的。 設置于基底12上的薄膜10也可以稱作隔膜或者薄膜隔膜。為了清楚， 此處顯示了基底厚度ds其它地方其被表示得比原來的要小)，其計為 薄膜10厚度do的多倍。圖3中顯示了氣體分離薄膜10，其僅僅由兩個不同的可選擇透氣 的層S2， S3組成。完全穿透基底12的孔14或通道15暴露了薄膜隔 膜10的底面并形成一個窗戶。用直箭頭標出的輸入氣流16在薄膜隔 膜10處被分散。氧氣可以通過離子導通層S2、 S3并與被偏離的主要 氣流分離開，主要氣流中主要是氮氣N2和二氧化碳C02。包括層S2 與S3的薄膜10因而被稱作氣體分離隔膜17。圖4至6顯示了平面形狀基底12的特殊實施例。圖4顯示了多 孔滲透性基底12。通過薄膜10而被分開的輸入氣體流的一部分能夠 通過多孔基底12而流走，而不須提供孔14或者通道15。根據(jù)圖5的沖擊在致密基底12上的輸入氣流的部分在穿過薄膜 之后必須能夠流走，如圖3所示，由于這個原因，必須提供至少一個 能夠穿透基底12的孔14，或者相應的通道15。圖6顯示了所選擇的一種能穿透基底12的孔14的實施例，其是 圓形的、橢圓形的、多邊形或者任意所需的方式。這些孔14 一般由 未示出的薄膜10覆蓋。對于一種多層薄膜隔膜，孔必須被至少一層 覆蓋，其它層也可以僅僅部分地覆蓋孔，如在八角形孔14情形下所 示的。層S2，固體電解物，全部覆蓋八角形孔14，層S3比如陰極層 《又僅部分地覆蓋該孔。.圖7和圖8顯示了根據(jù)本發(fā)明的薄膜10或組合元件13、微型燃 料電池18(固體氧化物燃料電池，SOFC)的重要應用領(lǐng)域，其中在兩個 實施例中對重要的功能元件進行了闡述。圖7附加地顯示了氣流，即 流過陰極第三層S3的輸入氣流16和流過陽極第一層的含有H2和/或 炭氫化合物的輸入氣流。氣體根據(jù)電極被氧化或者還原。圖8顯示了 電化學反應過程。帶有微型燃料電池.18電化活性層的薄膜隔膜IO原則上包括-置于具有孔14或通道15的剛性基底盤12上的由金屬陶瓷制 成的陽極第一層S,，-側(cè)面覆蓋陽極的形成為固體電解物的第二層S2,-放置于固體電解物上的陰極第三層S3。陽極層Si和陰極層S3通過金屬電導體20, 22而連接，并把所產(chǎn) 生的直流電流引導向負載24。電極S!， S3含有催化活性金屬粒子。電極層Si和S3形成為透氣的，而電解層S2則是不透氣的，但是對氧離子還是導通的，這在圖8中已經(jīng)示出。對于氣體16的輸入氣 流，此處首先是空氣——如圖3中所描述的一一氮氣N2和二氧化碳C02被偏轉(zhuǎn)，而氧離子02-穿過固體電解層S2到達陽極第一層并在邊界表面上在氧化時與作為燃料而添加的氬發(fā)生反應而生成水。這 可以作為廢氣而導出。，如圖8所示，在氧離子02-氧化時，被釋放的電子e-被通過負載 24而導向陰極層S3,在此處該反應再次進行而氧被還原。圖9是燃料電池SOFC18的功能部分的基本圖表，下面將進行說 明。借助基底12上的四個孔14而使得沉積在基底12上的薄膜隔膜 10的陽極第一層S!是可見的。金屬陽極電導體20與該層S!相連接， 其通過負載24和金屬陰極電導體22而與薄膜隔膜的不可見的陰極層 電氣導通連接。圖10中描述了微型單室燃料電池18的工作原理，其中陽極第一 層S,和陰極第三層S"皮設置在固體電解層第二層S2的同一側(cè)。在形 成組合元件時薄膜l(M皮再次設置在基底12上，并構(gòu)成組合元件13。 通過微型燃料電池SOFC18工作而產(chǎn)生的電流經(jīng)過金屬電導體20、 22 而#皮導向負載44。圖11顯示了另一個微型燃料電池SOFC18，其具有一個作為多孔 滲透性固體電解物而形成的第二層S2。該層與陽極第 一層S！和陰極第 三層S3組合而構(gòu)成薄膜隔膜10，其被具有孔14或通道15的基底12 支持。如同在單室SOFC中， 一般地陽極第一層S!以及陰極第三層 S3被由空氣、燃料和廢氣的混合物環(huán)繞沖洗(umspuden)，這通過箭頭 26而示出。與氫氣一起被導入的或者代替氫氣而被導入的作為燃料的 炭氫化合物可以是液態(tài)的或者是氣態(tài)的。原則上圖12中所示的微型SOFC18對應于圖7中的那一個。唯一的基本區(qū)別在于，在陽極層Si和作為固體電解物而構(gòu)成的層S2的環(huán)繞陽極那一部分之間p及在陽極層S!與基底12的之間，都設置有 保護層28。此處，其由氮化物Si3N4構(gòu)成。根據(jù)圖7的進一步的變型在圖13中得到了描述。在基底12的中 間接板34(Mittelsteg)和陽極第一層Sl之間設置有加熱元件30,其由直流電源32而提供能量，其中中間連接板34把兩個通道15進行分 離以用于流體分配。加熱元件3 0可以延長至更大的范圍。圖14中薄膜10由總共13層構(gòu)成，除了上述附圖所示出的層S!, S2和S3，還有層S4到S！3。在每一層S,至Sn中孔隙度是常數(shù)。不過 每一層還是顯示了逐級減小的孔隙度。這樣形成了梯度(梯度)。除了 孔隙度之外其它參數(shù)也可以形成梯度，比如化學成分和/或形態(tài)。圖15顯示了具有在基底12上的薄膜10的傳感器36的構(gòu)造原理。 構(gòu)成固體電解物的第二層S2，在其全部表面區(qū)域都與致密基底12相連接。在第二層S2的另一側(cè)有兩個電極^L相互分離設置， 一個是形成 第一層S!的高級金屬，此處是鉑，另一個是構(gòu)成第三層S3的金屬氧 化物電極，此處是Lao.6Sro.4Cr03。對于可滲透氧離子的固體電解物，層S2，其在此處由摻雜有8% 的丫203的Zr02組成。經(jīng)過電導體20, 22而測量的阻抗值被導入具有 顯示區(qū)域的測量裝置38。根據(jù)圖16的圖表,示了以納米(nm)為單位的電解層的平均粒度 K，該粒度相對于以小:時(h)為單位的時間在不同的溫度(T)下而#皮分配?；趯τ蒀eQ.8Gdo.20!.9構(gòu)成的電解層的測量的值，其借助噴霧熱解而生產(chǎn)，并具有亞微米范圍的層厚度。沉積之后，這種層處于不滲 透的、而部分地無定形的狀態(tài)，并完全不會破裂。在進一步的處理步 驟中，具有比率為3°C/min的層在圖16所給出的在600到1200。C之 間的溫度(T)下進行加熱，并且在相應的溫度下持續(xù)35h地等溫退火。 由Ceo.8Gdo.2Ch.9構(gòu)成的電解物是比如在600。C下退火的，在時間點t ==0h時具有10士3nm的平均粒度以及31士9的vol。/()的無定形狀態(tài)比例。 在第一個12±3h內(nèi)粒子成長為穩(wěn)定的16土3nm粒度，之后在繼續(xù)的退 火觀察中不再發(fā)現(xiàn)進一步的粒子生長。該圖表(圖16)進一步地公開了， 一般地直到1100。C的溫度下，最 晚大約在12個小時之'后不會再有可測量的粒子生長。相反地，在 120(TC的溫度下，曲線在15個小時之后仍繼續(xù)上升。此處研究的氧化物陶瓷對于固體電解層來說，由于粒子生長，其在1100。C的溫度之 上不再有用。
權(quán)利要求
1.一種薄膜(10)，其包括陶瓷材料、陶瓷金屬材料的至少兩個層(S1，S2，S3...)，或者在多層(S1，S2，S3...)情況下還包括金屬材料，其特征在于，所述薄膜(10)在所有的層(S1，S2，S3...)中都具有最高約為500nm的平均粒度，其中至少兩層由不同的材料組成，并且在這些層的至少一層中，在卸壓時間(t)之后，基本上穩(wěn)定的平均粒度(K)即使在升高的溫度范圍(T)內(nèi)也保持不變。
2. 如權(quán)利要求1所述的薄膜(IO),其特征在于，單個所述層 (S1，S2,S3.,.)具有5nm至10000nm的、較佳地為10nm至1000nm的厚 度(Dl),以及最高約為200nm的、較佳地為5nm至100nm的平均粒 度(K)，其中所述平均粒度(K)最大為相關(guān)層厚度(cU的約50%,尤其 是約20 % 。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的薄膜(10)，其特征在于，所述薄膜在 卸壓時間(t)5至20小時后、4交佳地為約10小時之后，在高達1100°C 的溫度(T)下具有基本上穩(wěn)定的平均粒度(K)。
4. 如權(quán)利要求1至3中任意一項所述的薄膜(IO),其特征在于， 所述平均粒度(K)在所述卸壓時間(t)后是穩(wěn)定的，其中，最大偏差約為 ±10%，較佳地約為±5%。
5. 如權(quán)利要求1至4中任意一項所述的薄膜(IO),其特征在于，至少一個層(S2)是離子導通的或者是離子及電子導通的，尤其是對于,一t02—離子而言。
6. 如權(quán)利要求1至5中任意一項所述的薄膜(IO),其特征在于， 導電的層(Sl,S2,S3…)具有取決于材料與溫度的、大小為0.02至10Ss/m 導電能力。
7. 如權(quán)利要求1至6中任意一項所述的薄膜(IO)，其特征在于， 相鄰層(81,82,83...)的化學成分、形態(tài)和/或孔隙度連續(xù)地增加或者減少以形成相應的梯度，而這些化學成分、形態(tài)和/或孔隙度在單個層中 都是均勻的。
8. 如權(quán)利要求1至7中任意一項所述的薄膜(IO)，其特征在于， 至少一個層(S1，S2,S3.,.)具有從X)到70Vol,。/。的孔隙度。
9. 如權(quán)利要求1至8中任意一項所述的薄膜(IO),其特征在于，其包括陽極層(S)、固體電解層(S2)以及陰極層(S3),其中，所有的層最好都是導電的。
10. 如權(quán)利要求1至9中任意一項所述的薄膜(IO),其特征在于， 至少一個層(S1,S2,S3…)由至少一種陶瓷，或者由至少一種陶瓷和至少 一種金屬組成。
11. 一種組合元件(13)，其具有如權(quán)利要求1至10中任意一項所 述的薄膜(IO)，其特征在于，其包括支持所述薄膜(10)的、基本上為平 面構(gòu)造的基底(12)，其中，支持所述薄膜(10)且與其相連的基底(12)的 厚度(ds)是所述薄膜(10)的整體厚度(dD)的至少約五倍，較佳地是約十 到數(shù)百倍。
12. 如權(quán)利要求11所述的組合元件(13),其特征在于，薄膜隔膜 (10)延展至多孔區(qū)和/或所述支持基底(12)的至少一個通孔(14)或貫穿 通道(15)。
13. 如權(quán)利要求12所述的組合元件(13)，其特征在于，所述支持 基底(12)內(nèi)的所述孔(14)或通道(15)的大小至少為100ni^，并且是任意的幾何形狀。
14. 如權(quán)利要求11至13中任意一項所述的組合元件(13)，其特 征在于，所述支持基底;12)形成為柔性片或者剛性板。
15. 如權(quán)利要求11至14中任意一項所述的組合元件(13)，其特 征在于，較佳地由氮化硅組成的保護層(28)設置于所述薄膜(10)和所述 基底(12)之間。
16. 如權(quán)利要求11至15中任意一項所述的組合元件(13),其特 征在于，加熱元件(30)至少設置在位于所述薄膜(10)和所述基底(12)之間連接區(qū)域的一部分上,。
17.如權(quán)利要求1!至16中任意一項所述的、并且具有如權(quán)利要求1至10中任意一項所述薄膜的組合元件(13)的應用，其應用于微型 電化設備中，尤其是固體燃料電池SOFC(18)中，傳感器(36)中，或者 用作氣體隔膜
全文摘要
本發(fā)明涉及一種由陶瓷材料、陶瓷金屬材料的至少兩層(S1，S2，S3…)組成的薄膜，或者多層(S1，S2，S3…)情況下還有金屬材料組成的薄膜(10)。薄膜(10)在所有層都具有最高大約為500nm的平均粒度，其中至少兩層由不同的材料組成。并且在這些層的至少一層中，卸壓時間之后，基本上穩(wěn)定的平均粒度(K)在升高的溫度范圍內(nèi)保持不變。較佳地，機械穩(wěn)定性通過基本上水平構(gòu)成的支持基底(12)而支持。在這種組合元件中基底(12)的厚度(d_S)是薄膜(10)厚度d_D的至少五倍，尤其是十到一百倍。該化合物成分(13)可以設置于微型電化設備中，尤其是固體燃料電池SOFC(18)、傳感器(36)中或者設置用作氣體分離隔膜(17)。
文檔編號H01M4/86GK101326669SQ200680046507
公開日2008年12月17日 申請日期2006年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月19日
發(fā)明者D·貝克爾, J·魯普, L·J·高克勒, P·米勒, U·穆克 申請人:瑞士聯(lián)邦蘇黎世技術(shù)大學