CN102686785B

CN102686785B - 通过电泳的电介质复合体共形沉积

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Publication number: CN102686785B
Application number: CN201080056767.6A
Authority: CN
Inventors: 赛思·阿德里安·米勒
Original assignee: Empire Technology Development LLC
Current assignee: Empire Technology Development LLC
Priority date: 2009-12-15
Filing date: 2010-12-14
Publication date: 2016-02-17
Anticipated expiration: 2030-12-14
Also published as: CN102686785A; US8441775B2; JP2013514670A; US20110140525A1; WO2011081933A1

Abstract

本文总体描述的技术用于复合电介质材料的设计、制备和使用。实施方案包括，但是不限于，方法、器件和系统。还公开并要求保护其他实施方案。本文描述的一些技术包括电介质粒子的电泳沉积以共形地形成用于在能量储存装置中使用的电介质材料的薄层。示例能量储存装置包括电容器装置，所述电容器装置在一些情况下可以用于代替和/或在操作中协助电池、超电容器以及其他类似装置。

Description

通过电泳的电介质复合体共形沉积

背景

除非在本文另外指出，这部分中描述的材料对于本申请中的权利要求不是现有技术，并且不因包含在这部分中而被承认为现有技术。

电容器可以用于多种能量储存应用。电介质材料典型地夹在两个导电层之间以形成电容器。目前可以使用以下方法制备电介质材料：如电介质层的层压或溶剂流延(例如，喷涂)，之后将聚合物层在电介质的顶部熔融以填充电介质层中的任何空间。对于非平面的下方导电层，这些制备方法通常导致平面的但是厚度不均匀的电介质复合体的层。

概述

本公开总体上涉及，尤其是，与通过电泳沉积形成电介质复合体相关的方法、器件和系统。本文总体描述的技术用于复合电介质材料的设计、制备和使用。实施方案包括，但是不限于，方法、器件和系统。也可以公开并要求保护其他实施方案。本文描述的一些技术包括电介质粒子的电泳沉积以形成用于在能量储存装置中使用的电介质材料薄层。示例能量储存装置包括电容器装置，所述电容器装置在有些情况下可以用于代替和/或在操作中辅助电池、超电容器和其他类似装置。如本文所使用的，“电介质复合体”可以包括具有填充有聚合物的空间的电介质层。

在多个实施方案中，用于制备电介质复合体器件的方法可以包括通过电泳在第一导电层上共形地沉积电介质材料层，并且用聚合物填充电介质材料层中的空间。该方法可以还包括在填充有聚合物的电介质材料层上形成第二导电层，以形成电介质复合体器件。共形地沉积可以包括将第一导电层浸没在溶剂中，并且施加电偏压至第一导电层以使得将电介质材料吸引至第一导电层，以共形地形成电介质材料层。溶剂可以包括分散在其中的电介质材料。此外，溶剂可以是具有分散在其中的电介质材料的有机溶剂。施加电偏压可以包括向第一导电层施加脉冲偏压或与反向偏压交错的正向偏压，以将电介质材料吸引至第一导电层，以共形地形成电介质材料层。聚合物可以包括以下各项中的一种或多种：聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、聚丙烯、聚碳酸酯或聚酰亚胺。填充空间可以包括在电介质材料层上沉积聚合物，并且向聚合物施加热或压力中的一种或多种以使得聚合物被引到电介质材料层中的空间中。

在多个实施方案中，用于制备电介质复合体器件的方法可以包括在第一导电层上电泳地沉积粒子层，其中所述粒子包括涂布有聚合物的电介质材料；并且向粒子层施加热或压力中的一种或多种以将聚合物引到粒子层中的空间中。该方法可以还包括在填充有聚合物的粒子层上形成第二导电层，以形成电介质复合体器件。电泳地沉积可以包括在导电层上共形地沉积粒子层。聚合物可以包括以下各项中的一种或多种：聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、聚丙烯、聚碳酸酯或聚酰亚胺。

在多个实施方案中，电介质复合体器件可以包括第一导电层，以及共形地形成在第一导电层上的电介质材料层。该器件可以还包括在电介质材料层的空间内的聚合物，以及在填充有聚合物的电介质材料层上的第二导电层。第一导电层可以包括非平面表面，并且其中电介质材料层共形地形成在第一导电层的非平面表面上。第一导电层可以是由以下各项中的一种或多种形成的金属材料：铝、铜、铂、金、银或镍。聚合物可以包括以下各项中的一种或多种：聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、聚丙烯、聚碳酸酯或聚酰亚胺。电介质材料可以包括以下各项中的一种：钛酸钡、硅酸铪、硅酸锆、二氧化铪或二氧化锆。电介质材料可以包括钛酸钡，并且其中所述钛酸钡涂布有氧化铝。电介质材料可以包括高k电介质材料。

在多个实施方案中，具有电介质复合体的系统可以包括输出端，以及包括至少一个电容器的能量储存模块。能量储存模块可以包括第一导电层，以及共形地形成在第一导电层上的电介质材料层。能量模块可以还包括在电介质材料层的空间内的聚合物，以及在填充有聚合物的电介质材料层上的第二导电层。此外，该系统可以包括电池模块。电池和能量储存模块可以并联地连接至输出端。该系统可以还包括连接在电池模块与输出端之间，以及能量储存模块与输出端之间的DC/DC转换器。该系统可以还包括连接至输出端的负载。能量储存模块和电池模块可以对负载提供不可中断电源。至少一个电容器可以是高介电电容器。

以上概述仅为了举例说明并且不意图以任何方式限制。除了上面描述的示例性方面、实施方案和特征之外，通过参考附图和以下的详述，其他方面、实施方案和特征将是显见的。

附图简述

主题是在说明书的总结部分特别指出并明确要求保护的。由以下的描述和后附权利要求，并结合附图，本公开的以上和其他特征将变得更加充分显然。应明白这些附图仅描绘根据本公开的数个实施方案，并且因此不应被认为是其范围的限制，本公开将通过使用附图而得以更加具体且详细地描述，其中：

图1是用于制备包括电介质复合体的器件的示例体系的框图；

图2是说明与制备电介质复合体器件的示例方法相关的一些操作的流程图；

图3-7说明了以用于制备电介质复合体器件的示例方法制造的装置的不同阶段的截面图；

图8-10说明了以用于制备电介质复合体器件的另一个示例方法制造的装置的不同阶段的截面图；

图11是包括电介质复合体的示例系统的框图；以及

图12是说明示例计算装置的框图；

这些附图全部按照本公开的不同实施方案排列。

实施方案详述

在以下详述中，参考组成该详述一部分的附图。在附图中，除非上下文另外指出，相似的符号通常表示相似的部分。详述、附图和权利要求中描述的说明性实施方案不意欲限制。在不背离本文给出的精神或主题范围的情况下，可以采用其他实施方案，并且可以进行其他变更。将容易明白的是如本文总体描述的，以及在附图中举例说明的本公开的那些方面可以以广泛的不同构造进行排列、替换、组合、分离和设计，所有这些均在本文中明确地预期。

本公开认识到对于非平面的(例如，粗糙的、波状的或不平坦的)下方导电层，采用电介质层的层压或溶剂涂布的方法倾向于给出平面的但是厚度不均匀的电介质层或复合体(即，具有填充有聚合物的空间的电介质层)。因为电介质层或复合体的平面的顶部表面小于非平面的下方导电层的表面积，沉积在电介质层或复合体的顶部上的顶部导电层将具有基本上等于电介质层或复合体的平面的顶部表面的表面积，并且小于非平面的下方导电层的表面积。因为电容器的能量储存能力可以是直接与导电层(电容器电极)的表面积相关，由具有非平面表面的导电层可以获得的任何益处可能丧失。

相反，所描述的电介质层可以通过电泳沉积形成，其可以在非平面下方导电层表面上均匀地提供基本上均匀厚度的电介质层。换言之，所描述的电介质层的表面积可以对应于下方导电层的表面积。作为结果，顶部电容器电极的表面积可以相对于由层压或溶剂涂布的电介质层形成的顶部电容器电极相应地增加。

图1是根据本公开的至少一些实施方案排列的用于制备包括电介质复合体的器件的示例系统的框图。系统100的基本配置可以包括控制器102、溶剂浴104、聚合物沉积室106、导电材料沉积室108和电源110，它们全部连接在一起并且总体上如所说明的那样配置。

控制器102可以是适合于监控、调节和/或控制根据本文描述的多种方法制备电介质复合体的过程的任何装置。例如，控制器102可以是计算装置(例如，计算机系统、微处理器、微控制器等)或嵌入式控制器(例如，专用集成电路(ASIC)，或一些其他等价物)。控制器102可以包括控制进程114，所述控制进程114包括用于监控、调节和/或控制根据本文公开的多种方法制备电介质复合体的过程的一种或多种指令。例如，控制进程114可以包括用于执行用于制备电介质复合体器件的方法的指示，包括通过电泳在第一导电层上共形地沉积电介质材料层，用聚合物填充电介质材料层中的空间，并且在填充有聚合物的电介质材料层上形成第二导电层，以形成电介质复合体器件。由控制器102处理的不同指令可以包括：调节电源110以控制传递至溶剂浴104中的多个电极的信号(例如，电压、电流等)，通过加热/冷却来调节所使用的温度，或聚合物沉积室106中的压力控制装置，和/或与导电材料沉积室108相关的任何其他控制。

可以配置导电材料沉积室108以通过任何适合的沉积方法在导电、半导电或不导电的基板上形成第一导电层。例如，可以配置导电材料沉积室108(例如，通过从控制器102至导电材料沉积室108的一个或多个控制信号)以通过物理气相沉积(例如，溅射)、化学气相沉积(CVD)、电镀、层压、丝网印刷等形成第一导电层。根据本公开的至少一些实施方案，可以配置导电沉积室108以形成包括适合于形成电介质复合体器件的任何材料的导电层。用于形成第一导电层的示例适合材料可以包括铝(Al)、铜(Cu)、铂(Pt)、金(Au)、银(Ag)或镍(Ni)，或其组合。用于形成导电层的其他适合材料可以包括半导电材料如，例如，硅(Si)、氮化镓(GaN)或砷化镓(GaAs)。其他导电或半导电材料可以同样适合于形成第一导电层。

可以配置溶剂浴104(例如，经由从电源110至溶剂浴104的一个或多个信号)以促进电介质材料层在第一导电层上通过电泳沉积的共形沉积。电介质材料可以包含适合于形成电介质复合体的任何材料的粒子。在多个实施方案中，取决于特定应用，高k(高介电常数)材料可以是适合的。“高k”可以包括具有大于约3.9的介电常数，即二氧化硅(SiO₂)的介电常数的电介质材料，或在一些实施方案中，高达约6000。示例适合电介质材料可以包括钛酸钡(BaTiO₃)、硅酸铪(HfSiO₄)、硅酸锆(ZrSiO₄)、氧化铪(HfO₂)或二氧化锆(ZrO₂)。在多个实施方案中，电介质材料可以包含涂布有氧化铝(Al₂O₃)的钛酸钡。其他电介质材料，或电介质材料的组合，可以是同样适合的。

所以，溶剂浴104可以含有溶剂、电介质材料、电极112a和对电极112b。溶剂可以包含适合于电泳沉积并且适合于建立能够保持粒子分散的组合物和流变学的任何溶剂，包括，例如，具有约12至约35之间的介电常数的溶剂。有机溶剂，例如，丙酮(OC(CH₃)₂)、乙醇(C₂H₅OH)、异丙醇(C₃H₇OH)或甲基乙基酮(CH₃C(O)CH₂CH₃)在多个实施方案中可以是适合的。混合溶剂体系，例如，丙酮和乙醇，或乙醇和异丙醇，也可以是适合的。

电极112a、112b可以都连接至电源110。可以将电极112a配置为与第一导电层接触，并且通过从电源110向电极112a、112b的一个或两个施加信号(例如，电压，电流等)，可以将电极112a和对电极112b配置为对导电层施加偏压，以使得电介质材料的粒子被吸引至第一导电层。

可以控制通过电源110对第一导电层施加的偏压(例如，通过由控制器102至电源110的一个或多个控制信号)以使得传递至电极的信号可以按照所需随时间变化或随时间恒定，或两者。在一个实例中，可以以规定信号幅度(例如，电流水平、电压水平等)将一个或多个正向偏压信号连续地施加至电极112a和对电极112b预定时间间隔。在另一个实例中，偏压可以由脉冲偏压组成，其中施加至电极112a和对电极112b的一个或多个偏压信号可以以有规律的间隔以给定的占空比、周期、幅度和脉冲宽度施加。在一些实例中，偏压信号可以作为在时间上与反向偏压信号的施加交错的正向偏压信号(例如，时分多路传输或在时间上交错)的序列而施加。在再其他的实例中，一个或多个偏压信号可以作为具有变化的幅度的信号波形如斜面，锯齿，正弦波，分段直线，对数，指数或一些其他种类的信号波形施加。对于正向偏压或反向偏压预期也可以有另外的周期性和非周期性信号波形。

通过溶剂浴104沉积的电介质层有时可以在其中包括一个或多个空间(或孔)，并且该空间可以由通过聚合物沉积室106沉积的聚合物填充。可以适宜的是填充空间，因为当将电场施加至电介质层时空间可能潜在地导致电弧放电，这可能导致结合有电介质层的多个装置的失效。

为填充空间，可以采用聚合物沉积室106。可以配置聚合物沉积室106(例如，经由从控制器102至聚合物沉积室106的一个或多个控制信号)以在电介质层上沉积聚合物。可以作为固体(例如，粉末、粒子、薄片等)、液体、气体或等离子体沉积聚合物，并且可以配置聚合物沉积室106以通过任何适合的方法如，例如，喷雾沉积、旋涂、化学气相沉积、物理气相沉积或任何其他适合的方法沉积聚合物。

在多个实施方案中，沉积在第一导电层上的电介质材料粒子可以包括聚合物的涂层。可以根据传统方法将聚合物预涂布在电介质材料粒子上，所述方法包括，例如，电介质材料表面的聚合或聚合物在电介质材料表面上的吸附。嵌段共聚物包括具有不同溶解性的聚合物嵌段，以使得特定嵌段比溶剂更多地被吸引至电介质材料而其他嵌段比电介质材料更多地被吸引至溶剂，相应的嵌段共价地彼此结合以形成嵌段共聚物。

在将聚合物沉积在电介质层上或涂布有聚合物的电介质粒子的沉积之后，可以向聚合物和电介质施加热和/或压力，以将聚合物引至电介质层中的空间中从而形成电介质复合体。为此，聚合物沉积模块106可以包括分别用于施加热和/或压力的加热元件116和/或压力元件120。多个参数的控制(例如，与加热元件116和/或压力元件120相关的一个或多个加热温度设定、一个或多个温度循环时间、一个或多个压力设定、一个或多个压力循环时间)可以通过控制器102适当地控制。

通过加热元件116施加热可以使聚合物流动，从而通过毛细作用导致聚合物流动至电介质层的空间中。因此，可以配置加热元件116(例如，响应由控制器102至加热元件116的一个或多个控制信号)以施加足以使聚合物流动，但是低于电介质层的分解温度的热。对于使用聚(对苯二甲酸乙二醇酯)((C₁₀H₈O₄)_n)作为聚合物的实施方案，例如，可以配置加热元件116以施加超过约260℃，即聚(对苯二甲酸乙二醇酯)的熔点的热。示例电介质材料钛酸钡(BaTiO₃)的分解可以倾向于在基本上550℃出现，所以在一些实施方案中，可以配置加热元件116以施加高于约260℃并且粗略地低于约550℃的热。

可以配置压力元件120(例如，响应从控制器102至压力元件120的一个或多个控制信号)以在或者不在同时通过加热元件116加热的情况下向电介质层和其上的聚合物施加压力。在加热的同时或者不在加热的同时施加压力可以导致或促进聚合物流到电介质层的空间中。因此，可以配置压力元件120以施加足以引起或有助于聚合物向电介质层的空间中的流动的压力。例如，可以配置压力元件120以施加压力，同时加热元件116将聚合物熔化以使得可以聚合物被引到电介质层的空间中。在多个实施方案中，可以配置压力元件120以施加高达约1，000psi，或高达约50，000psi以上的高压，以等压地将聚合物压到电介质层的空间中。

加热元件116可以包括温度控制器118，并且压力元件120可以包括压力控制器122，如所示两者都连接至控制器102，所以控制器102可以监控、调节和/或控制热和压力的施加。

在多个实施方案中，还可以进一步配置导电材料沉积室108(例如，经由从控制器102至导电材料沉积室108的一种或多种控制信号)以在电介质复合体上形成第二导电层。类似于第一导电层，第二导电层可以包含适合于形成电介质复合体或形成包括电介质复合体的器件的任何材料。用于形成第二导电层的示例适合材料可以包括铝(Al)、铜(Cu)、铂(Pt)、金(Au)、银(Ag)或镍(Ni)，或其组合。用于形成导电层的其他适合的材料可以包括半导电材料如，例如，硅(Si)、氮化镓(GaN)或砷化镓(GaAs)。其他导电或半导电材料可以是同样适合于形成第二导电层。

参考图2可以更清楚地理解图1的系统100。图2是与制备电介质复合体器件的一个示例方法相关的一些操作的流程图，其按照本公开的至少一些实施方案排列。应该注意，虽然作为一系列有顺序的步骤描述了方法，该方法不是必需依赖于顺序的。此外，本公开的范围内的方法可以包括比所描述的更多的或更少的步骤。

现在转向图2，并且同时继续参考图1中描述的系统100，方法200可以包括如通过框202、框204、框206、框208、框210、框212、框214和/或框216描述的一个或多个功能、操作或动作。用于方法200的过程可以起始于框202，“形成第一导电层”，其可以通过系统100的导电材料沉积室108进行。

从框202，方法200可以进行至框204，“将第一导电层浸没在包含电介质材料的溶剂浴中”。在框204处，可以将导电层浸没到溶剂浴中，如系统100的溶剂浴104。在多个实施方案中，如本文其他地方描述的，电介质材料可以包括涂布有聚合物的电介质材料。

从框204，方法200可以进行至框206，“施加偏压信号至第一导电层以促进电介质材料在第一导电层上的电泳沉积，形成第一基板”，第一基板包括导电层和导电层上的电介质层。在框206处，方法100可以适合于向第一导电层施加偏压信号，例如使用电极112a(电连接至第一导电层)、对电极112b和系统100的电源110。

从框206，方法200可以进行至框208，“将第一基板从溶剂浴转移至聚合物沉积室”，如系统100的聚合物沉积室106。

从框208，方法200可以进行至框210，“将聚合物沉积在第一基板上，形成第二基板”，第二基板包括导电层、导电层上的电介质层以及电介质层上的聚合物。可以使用聚合物沉积室106将聚合物沉积在第一基板上。

从框210，方法200可以进行至框212，“向第二基板施加热和/或压力以将聚合物引至任何空间中，形成电介质复合体”，电介质复合体包括电介质层和电介质层的空间中的聚合物。可以在聚合物沉积之后或其过程中分别通过系统100的加热元件116和/或压力元件120施加热和/或压力。

在一些实施方案中，代替由框208进行至框210，方法200可以由框208进行至框214，“向第一基板施加热和/或压力以将聚合物引至任何空间中，形成电介质复合体”。如本文别处描述的，沉积到导电层上的电介质材料的粒子可以包括聚合物涂层。热和/或压力可以导致聚合物被引到电介质层的空间中以形成电介质复合体。

从框212或框214，方法200可以进行至框216，“在电介质复合体上沉积第二导电层，形成完成的结构体”。第二导电层可以通过系统100的导电材料沉积室108沉积。

图3-7描述了使用用于制备电介质复合体器件的一个示例方法制造的装置的不同阶段的截面图，其根据本文描述的至少一些实施方案排列。如这里描述的，电介质复合体可以通过电泳沉积方法共形地沉积在导电层上。

如图3中所示，可以提供可以在基板320上的第一导电层300。基板320可以包括任何适合的导电、半导电或不导电材料。用于基板320的示例适合材料可以包括硅(Si)、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)、玻璃或蓝宝石。其他导电、半导电或不导电材料可以同样适合于基板320。

可以将第一导电层300浸没到溶剂302的浴304中，所述浴304具有分散在溶剂302中的电介质材料304，溶剂浴304被配置为易于通过电泳沉积将电介质材料层共形沉积在第一导电层上。可以通过电源110将信号(例如电压、电流、电场、磁场等)施加至电极112a，所述电极112a连接至第一导电层300，并且也施加至对电极112b，这可以导致将电介质材料304的粒子吸引至导电层300。随后，当电介质材料304的粒子之间的斥力可以被电场的强度克服时，电介质材料304的粒子可以附着于已经附着至第一导电层300的电介质材料304。作为结果，电介质材料304的粒子可以共形地形成电介质材料304的层308，如图4中所示。因此，虽然在多个实施方案中第一导电层300可以具有非平面表面，电介质材料304的层308跟随第一导电层300的轮廓。

同样如图4中所示，层308中可以包含一个或多个空间310(或孔)。如本文其他地方所描述的，空间310可能潜在地导致施加电场时的电弧放电。因此，可能适宜的是用聚合物填充空间310。

如图5中所示，可以将具有沉积在其上的电介质材料层308的第一导电层300从浴304移出，并且可以使用，例如，图1的系统100的聚合物沉积室106将聚合物312沉积在其中具有空间310的电介质材料层308上。可以将热或压力，或者两者施加至第一导电层300和聚合物312以将聚合物312引至层308中的空间310中，得到图6中所示的包含电介质复合体314的结构体。

如图7所示，之后可以将第二导电层316形成在电介质复合体314上，得到完成的结构体。可以使用，例如，图1的系统100的导电材料沉积室108形成第一导电层300和第二导电层316。

图8-10举例说明了以用于制备电介质复合体器件的另一个示例方法制备的装置的不同阶段的截面图，其根据本文描述的至少一些实施方案排列。应该注意在多个实施方案中，图3-7的一个或多个操作和图8-10的一个或多个操作可以进行各种交换或彼此组合。为了清楚，图8-10包括与如图3-7中所使用的那些相同的附图标记用于那些表示相同或相似元件的附图标记。

对于示例性实施方案，将涂布有聚合物的电介质材料粒子沉积在电介质层上，而不是形成电介质材料层并且之后将聚合物涂布在电介质材料层上。如图8中所示，可以将第一导电层300浸没至溶剂302的浴304中，溶剂浴304被配置为易于通过电泳沉积将电介质材料层共形沉积到第一导电层上。将由涂布有聚合物312的电介质材料304组成的而不是仅包括电介质材料的粒子818分散在溶剂302中。

可以将信号(例如电压、电流、电场、磁场等)施加到连接至第一导电层300的电极112a，并且也施加到对电极112b，这可以导致将粒子818吸引至导电层300。当连续施加信号时，随后粒子818可以附着于已经附着至第一导电层300的粒子818，因为粒子818之间的斥力可以通过电场强度而克服。作为结果，粒子818可以共形地形成聚合物312和电介质材料304的层308，如图9中所示。因此，虽然在多个实施方案中第一导电层300可以具有非平面表面，层308跟随第一导电层300的轮廓。

层308中可以包括一个或多个空间310(或孔)，并且为填充空间310，可以将具有沉积在其上的聚合物312和电介质材料304的层308的第一导电层300从浴304移出，并且如图10中所示，可以使用，例如，图1的系统100的聚合物沉积室106将热或压力，或者两者，施加至第一导电层300和层308。热和/或压力可以导致聚合物312被引至层308中的空间310中，得到包含电介质复合体314的结构体，如图6中所示。

之后可以将第二导电层316形成在电介质复合体314上，如图7所示，得到最终的结构体。可以使用，例如，图1的系统100的导电材料沉积室108形成第一导电层300和第二导电层316。

可以将本文描述的电介质复合体的实施方案结合至不同电路、装置、器件和系统中。图11是包括根据本公开的至少一些实施方案的电介质复合体的示例系统的框图。系统1100的基本构造可以包括连接至输出端1124的电池模块1120和能量储存模块1122。

能量储存模块1122可以包括至少一个具有如本文其他地方所描述的电介质复合体的电容器1126。电容器1126可以包括，例如，共形地形成在第一导电层上的电介质材料层，以及电介质材料层的空间内的聚合物。在多个实施方案中，电容器1126可以包括高介电电容器，所述高介电电容器包含使用高k电介质材料形成的电介质复合体。

系统1100可以还包括连接在电池模块1120与输出端1124之间，以及能量储存模块1122与输出端1124之间的DC/DC转换器1128。可以将DC/DC转换器1128配置为，依赖于特定应用，将来自电池模块1120和/或能量储存模块1122的电压从一个电压水平转换为另一个。

在一些实例中，可以将电池模块1120和/或能量储存模块1122并联连接至输出端1124。在一些其他实例中，可以将一个或多个电池模块1120和/或能量储存模块1122与输出端1124隔离。输出端1124可以进而连接至负载1126。在这种安排中，可以将能量储存模块1122和/或电池模块1120配置为提供不中断电源至负载1126，其中可以将能量储存模块1122设置为在电池模块1120具有故障的情况下提供电源，并且反之亦然。负载1126可以包括任何电器件如，例如，计算机、服务器系统、电子电路或其中可能需要不中断电源的任何其他电系统。

图12是描述了根据本公开的至少一些实施方案配置的示例计算装置的框图。在非常基本的配置1201中，计算装置1200典型地包括一个或多个处理器1210和系统存储器1220。可以使用存储器总线1230用于处理器1210与系统存储器1220之间的通信。在多个实施方案中，计算装置1200可以适合于监控、调节和/或控制本文描述的制造电介质复合体器件的过程。例如，可以将计算装置1200实施为图1的系统100的控制器102。

依赖于所需的配置，处理器1210可以是任何类型的，包括但是不限于微处理器(μP)、微控制器(μC)、数字信号处理器(DSP)，或它们的任意组合。处理器1210可以包括一级以上的高速缓存，如一级高速缓存1211和二级高速缓存1212，处理器核心1213，以及寄存器1214。示例处理器核心1213可以包括运算逻辑单元(ALU)、浮点单元(FPU)、数字信号处理核心(DSP核心)，或它们的任意组合。示例存储器控制器1215也可以与处理器1210一起使用，或在一些实施方案中存储器控制器1215中可以是处理器1210的内部部件。

依赖于所需的构造，系统存储器1220可以是任意类型的，包括但是不限于易失性存储器(如RAM)、非易失性存储器(如ROM、闪存等)或它们的任意组合。系统存储器1220可以包括操作系统1221、一个或多个应用1222以及程序数据1224。应用1222可以包括程序指令提供逻辑电路1292以实现上述的在本文中描述的制造电介质复合体器件的过程的控制、调节和/或监控。程序数据1224可以包括可应用过程参数1294和相关值。

计算装置1200可以具有其他特征或功能，以及便于基本配置1201和任何所需的装置和接口之间通信的附加接口。例如，可以使用总线/接口控制器1240以便于基本配置1201与一个或多个数据存储装置1250之间经由存储接口总线1241的通信。数据存储装置1250可以是可移动存储装置1251，不可移动存储装置1252，或它们的组合。可移动存储和不可移动存储装置的实例包括磁盘装置如软盘驱动器和硬盘驱动器(HDD)、光盘驱动器如高密度光盘(CD)驱动器或数字多功能光盘(DVD)驱动器、固态驱动器(SSD)以及磁带机等。示例计算机储存介质可以包括以用于信息存储的任何方法或技术如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。

系统存储器1220、可移动存储器1251和不可移动存储器1252都是计算机储存介质的实例。计算机储存介质包括，但不限于，RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多用途光盘(DVD)或其他光学存储、磁带盒、磁带、磁盘存储器或其他磁存储装置，或可以用于存储所需信息并且可以由计算装置1200访问的任何其他介质。任何这种计算机储存介质可以是装置1200的一部分。

计算装置1200还可以包括用于便于不同接口装置(例如，输出接口、外围接口和通信接口)与基本配置1201经由总线/接口控制器1240通信的接口总线1242。示例输出装置1260包括图形处理单元1261和音频处理单元1262，其可以被配置为经由一个或多个A/V端口1263与不同外部装置如显示器或扬声器通信。示例外围接口1270包括串行接口控制器1271或并行接口控制器1272，其可以被配置为与外部装置如输入装置(例如，键盘、鼠标、笔、音频输入装置、触摸输入装置等)或其他外围装置(例如，打印机、扫描仪等)经由一个或多个I/O端口1273通信。示例通信装置1280包括网络控制器1281，其可以被设置为便于与一个或多个其他计算装置1290通过网络通信连接经由一个或多个通信端口1282通信。

网络通信连接可以是通信介质的一个实例。通信介质典型地可以通过计算机可读指令、数据结构、程序模块或调制的数据信号如载波或其他传输机制中的其他数据实现，并且可以包括任何信息传递介质。“调制的数据信号”可以是其特征的一个或多个以将信息编码在信号中的方式设定或改变的信号。作为实例，而不是限制性的，通信介质可以包括有线介质如有线网络或直接接线连接，以及无线介质如声波、射频(RF)、微波、红外(IR)和其他无线介质。如本文所使用的术语计算机可读介质可以包括存储介质和通信介质两者。

可以将计算装置1200实现为小形状因子的便携式(或可移动)电子装置如移动电话、个人数字助理(PDA)、个人媒体播放装置、无线网络浏览装置、个人头戴式耳机装置、专用装置或包括任意以上功能的混合装置的一部分。也可以将计算装置1200实现为包括便携式计算机和非便携式计算机构造两者的个人计算机。

对于本文中基本上任何复数和/或单数术语的使用，本领域技术人员可以按照对于上下文和/或应用是合适的将复数转换为单数和/或从单数转化到复数。为清楚起见，可以在本文明确给出多种单数/复数的排列。

本领域技术人员将明白，通常，本文中并且尤其是所附权利要求中(例如，所附权利要求的主体)使用的术语，一般意欲作为“开放性”术语(例如，应该将术语“包含”解释为“包含但不限于”，应该将术语“具有”解释为“至少具有”，应该将术语“包括”解释为“包括但不仅限于”等)。本领域技术人员还将明白，如果意欲引入特定数量的权利要求列举项，这样的意图将在权利要求中明确地列举，并且在不存在这种列举项的情况下不存在这样的目的。例如，为了有助于理解，以下所附权利要求可以包含引导性的短语“至少一个”和“一个或多个”的使用以引入权利要求列举项。然而，即使当同一个权利要求包含引导短语“一个或多个”或“至少一个”和不定冠词例如“一个”或“一种”时，也不应将这种短语的使用解释为暗示通过不定冠词“一个”或“一种”引入的权利要求列举项将任何包含这样引入的权利要求列举项的特定权利要求限定为仅包含一个这种列举项的发明(例如，应将“一个”和/或“一种”典型地解释为意指“至少一个”或“一个或多个”)；这对于用以引入权利要求列举项的定冠词的使用也同样适用。此外，即使明确地叙述特定数量的所引入的权利要求列举项，本领域技术人员将明白应将这种列举项典型地解释为意指至少所叙述的数目(例如，不带有其他修饰的“两个列举项”的裸列举项典型地意指至少两个列举项，或者两个以上列举项)。此外，在使用类似于“A、B和C等中的至少一个”的惯例的那些情况下，通常这种表述意味着本领域技术人员将理解的惯例(例如，“具有A、B和C中的至少一个的体系”将包括但不限于具有单独的A、单独的B、单独的C、A和B一起、A和C一起、B和C一起、和/或A、B和C一起等的体系)。在使用类似于“A、B或C等中的至少一个”的惯例的那些情况下，通常这种表述意味着本领域技术人员将理解的惯例(例如，“具有A、B或C中的至少一个的体系”将包括但不限于具有单独的A、单独的B、单独的C、A和B一起、A和C一起、B和C一起、和/或A、B和C一起等的体系)。本领域技术人员将进一步理解实际上任何表现两个或多个可替换术语的分离性单词和/或短语，不论在说明书、权利要求书还是附图中，都应当被理解为意图包括术语的一个、术语的任何一个或全部两个术语的可能性。例如，应将短语“A或B”理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。

不同的操作可以按照可能有助于理解实施方案的方式作为多个分立的操作依次描述；然而，不应将描述的顺序理解为暗示这些操作是依赖于顺序的。同样，实施方案可以具有比所描述的少的操作。不应将多个分立操作的描述解释为暗示所有操作是必须的。同样，实施方案可以具有比所描述的少的操作。不应将多个分立操作的描述解释为暗示所有操作是必须的。

除此之外，在以马库什组的方式描述本公开的特征或方面的情况下，本领域技术人员将认识到从而也以马库什组的成员中的任何单独成员或子类的方式描述了本公开。

如本领域技术人员将明白的，出于任何和所有目的，如以提供书面描述的方式，本文公开的所有范围也包含其任何和所有的可能的子范围和子范围的组合。可以将任何所列举的范围容易地认为是充分地描述并能够将所述范围至少分解为二分之一、三分之一、四分之一、五分之一、十分之一等。作为非限制性实例，可以将本文描述的每个范围容易地分解为下面的三分之一、中间的三分之一和上面的三分之一等。如本领域技术人员也将明白的，所有术语如“至多”、“至少”、“大于”、“少于”等包括所列举的数字，并且是指可以随后分解为如上述所的子范围的范围。最终，如本领域技术人员将明白的，范围包括每个单独的成员。因此，例如，具有1-3个单元的组是指具有1、2或3个单元的组。相似地，具有1-5个单元的组是指具有1、2、3、4或5个单元的组，等。

虽然本文已经公开了多个方面和实施方案，其它方面和实施方案对于本领域技术人员将是明显的。本文公开的多个方面和实施方案用于说明的目的并且不意欲限制，并通过后附的权利要求表明真实的范围和精神。

Claims

1.一种制备电介质复合体器件的方法，所述方法包括：

形成具有非平面表面的第一导电层，所述非平面表面包括波状表面；

通过电泳在第一导电层的非平面表面上共形地沉积电介质材料层，其中所述电介质材料层跟随所述第一导电层的轮廓，并且所述电介质材料层包括电介质材料，所述电介质材料层中具有空间；

用聚合物填充电介质材料层中的所述空间；以及

在填充有所述聚合物的所述电介质材料层上形成第二导电层，以形成所述电介质复合体器件。

2.权利要求1所述的方法，其中共形地沉积包括：

将所述第一导电层浸没在溶剂中，其中所述溶剂包括分散在其中的所述电介质材料；以及

施加电偏压至所述第一导电层，以使得所述电介质材料被吸引至所述第一导电层，以共形地形成所述电介质材料层。

3.权利要求2所述的方法，其中所述溶剂是具有分散在其中的所述电介质材料的有机溶剂。

4.权利要求2所述的方法，其中施加电偏压包括对所述第一导电层施加脉冲偏压或与反向偏压交错的正向偏压，以将所述电介质材料吸引至所述第一导电层，以共形地形成所述电介质材料层。

5.权利要求1所述的方法，其中所述聚合物包括聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、聚丙烯、聚碳酸酯或聚酰亚胺中的一种或多种。

6.权利要求1所述的方法，其中填充空间包括：

在所述电介质材料层上沉积所述聚合物；以及

对所述聚合物施加热或压力中的一种或多种，以使得所述聚合物被引至所述电介质材料层中的空间中。

7.一种制备电介质复合体器件的方法，所述方法包括：

在所述第一导电层的非平面表面上电泳沉积粒子层，其中所述粒子包含涂布有聚合物的电介质材料；

对所述粒子层施加热或压力中的一种或多种，以将所述聚合物引至所述粒子层中的空间中；以及

在填充有所述聚合物的所述粒子层上形成第二导电层，以形成所述电介质复合体器件。

8.权利要求7所述的方法，其中电泳沉积包括在所述导电层上共形地沉积所述粒子层。

9.权利要求7所述的方法，其中所述聚合物包括聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、聚丙烯、聚碳酸酯或聚酰亚胺中的一种或多种。

10.一种电介质复合体器件，所述电介质复合体器件包括：

具有非平面表面的第一导电层，所述非平面表面包括波状表面；

通过电泳共形地形成在所述第一导电层的非平面表面上的电介质材料层，其中所述电介质材料层跟随所述第一导电层的轮廓，并且所述电介质材料层包括电介质材料，所述电介质材料层中具有空间；

在所述电介质材料层的所述空间之内的聚合物；以及

在填充有所述聚合物的所述电介质材料层上的第二导电层。

11.权利要求10所述的器件，其中所述第一导电层是由铝、铜、铂、金、银或镍中的一种或多种形成的金属材料。

12.权利要求10所述的器件，其中所述聚合物包括聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、聚丙烯或聚碳酸酯中的一种或多种。

13.权利要求12所述的器件，其中所述电介质材料包括硅酸铪、硅酸锆、二氧化铪或二氧化锆中的一种或多种。

14.权利要求10所述的器件，其中所述电介质材料的介电常数大于3.9，并且包括钛酸钡，并且其中所述钛酸钡涂布有氧化铝。

15.权利要求10所述的器件，其中所述电介质材料层具有均匀的厚度。

16.一种具有电介质复合体的系统，所述系统包括：

输出端；

能量储存模块，所述能量储存模块包括至少一个电容器，所述电容器包括：

在所述电介质材料层的空间内的聚合物；以及

在填充有所述聚合物的所述电介质材料层上的第二导电层；以及

电池模块，其中所述电池模块和所述能量储存模块并联连接至所述输出端。

17.权利要求16所述的系统，所述系统还包括连接在所述电池模块和所述输出端之间，以及所述能量储存模块和所述输出端之间的DC/DC转换器。

18.权利要求16所述的系统，所述系统还包括连接至所述输出端的负载，并且其中所述能量储存模块和电池模块对所述负载提供不可中断电源。

19.权利要求16所述的系统，其中所述至少一个电容器是高介电电容器。

20.一种电介质复合体器件，所述电介质复合体器件包括：

具有非平面表面的第一导电层，其中所述第一导电层包含由铝、铜、铂、金、银或镍中的一种或多种形成的金属材料，所述非平面表面包括波状表面；

通过电泳共形地形成在所述第一导电层的非平面表面上的电介质材料层，其中所述电介质材料层跟随所述第一导电层的轮廓，并且所述电介质材料层包括电介质材料，所述电介质材料层中具有空间，其中所述电介质材料具有从大于3.9的介电常数中选择的介电常数；

在所述电介质材料层的所述空间之内的聚合物，其中所述聚合物包括聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、聚丙烯或聚碳酸酯中的一种或多种；以及

在所述电介质材料层上的第二导电层。

21.权利要求20所述的器件，其中所述电介质材料包括硅酸铪、硅酸锆、二氧化铪或二氧化锆中的一种或多种。

22.权利要求20所述的器件，其中所述电介质材料包括钛酸钡，并且其中所述钛酸钡涂布有氧化铝。

23.权利要求20所述的器件，其中所述电介质材料层具有均匀的厚度。

24.一种电介质复合体器件，所述电介质复合体器件包括：

通过电泳共形地形成在所述第一导电层的非平面表面上的电介质材料层，其中所述电介质材料层跟随所述第一导电层的轮廓，并且所述电介质材料层包括电介质材料，所述电介质材料层中具有空间，其中所述电介质材料具有从大于3.9的介电常数中选择的介电常数并且包括硅酸铪、硅酸锆、二氧化铪或二氧化锆中的一种或多种；

在所述电介质材料层的所述空间之内的聚合物；以及

在所述电介质材料层上的第二导电层。

25.权利要求24所述的器件，其中所述第一导电层是由铝、铜、铂、金、银或镍中的一种或多种形成的金属材料。

26.权利要求24所述的器件，其中所述聚合物包括聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、聚丙烯或聚碳酸酯中的一种或多种。

27.权利要求24所述的器件，其中所述电介质材料层具有均匀的厚度。