CN106611651B - 一种磁性电容器及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁性电容器及其制作方法，磁性电容器包括卷芯；卷芯包括依次层叠的第一磁性层、第一顺磁金属颗粒层、第一介电层、共用导电层、第二介电层、第二顺磁金属颗粒层及第二磁性层；卷芯还包括第一导电装置、第二导电装置及第三导电装置，第一导电装置设置于共用导电层的一端，第二导电装置设置于第一磁性层及第一顺磁金属颗粒层的一端，第三导电装置设置于第二顺磁金属颗粒层及第二磁性层的一端。该发明的有益效果为：通过各层的相互作用，增加磁性电容器的容量；将原有的长方形平板磁电容绕卷成卷曲的形态以减小体积，便于制作。

Description

一种磁性电容器及其制作方法

技术领域

本发明涉及电能储存技术领域，尤其涉及一种磁性电容器及其制作方法。

背景技术

电容装置尤其是电容的容量，影响电子装备的执行效能和作业时间，尤其是发展电能存储量大的电池，或者大容量电容取代电池，不但有重量轻、体积小、无污染等优势，也能极大改善现今人们的生活。

磁电容的结构中包含的磁性层具有磁南极和磁北极，磁极化是磁体中磁畴综合反映的结果，请参照图1，图1中绘制的是因磁电容中磁性物质不均匀等原因导致磁畴的极化方向不同，磁极化方向是众多磁畴综合反映的结果，值得注意的是磁铁边缘存在磁力线，而这种磁力线因为磁铁内部磁畴的分布而闭合。

由于现有技术中的磁电容体积较大、质量大且容量小。因此，提供一种容量大，体积小，重量轻的电容，有实际需求。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中磁电容体积较大、质量大且容量小的问题，提供一种磁性电容器及其制作方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一方面，提供一种磁性电容器，包括卷芯；

所述卷芯包括依次层叠的第一磁性层、第一顺磁金属颗粒层、第一介电层、共用导电层、第二介电层、第二顺磁金属颗粒层及第二磁性层；

所述第一介电层及所述第二介电层用于储存电能；所述第一磁性层用于对所述第一顺磁金属颗粒层进行磁化；所述第一顺磁金属颗粒层用于对所述第一介电层的表面产生磁化；所述第二磁性层用于对所述第二顺磁金属颗粒层进行磁化；所述第二顺磁金属颗粒层用于对所述第二介电层的表面产生磁化；

所述卷芯还包括第一导电装置、第二导电装置及第三导电装置，所述第一导电装置设置于所述共用导电层的一端，所述第二导电装置设置于所述第一磁性层及所述第一顺磁金属颗粒层的一端，所述第三导电装置设置于所述第二顺磁金属颗粒层及所述第二磁性层的一端。

在本发明所述的磁性电容器中，所述卷芯为卷状结构。

在本发明所述的磁性电容器中，所述第一磁性层的磁极化方向与所述第二磁性层的磁极化方向平行；所述第一磁性层的磁极化方向及所述第二磁性层的磁极化方向垂直于所述第一介电层或所述第二介电层所在的平面；其中，所述第一磁性层的磁极化方向与所述第二磁性层的磁极化方向相同或相反。

在本发明所述的磁性电容器中，所述第一导电顺磁颗粒层及所述第二导电顺磁颗粒层均具有顺磁金属颗粒堆积结构。

在本发明所述的磁性电容器中，当该磁性电容器被充电时，所述第一导电装置作为第一电极，所述第二导电装置及所述第三导电装置作为第二电极，通过所述第一电极及第二电极与一电源耦接。

在本发明所述的磁性电容器中，当该磁性电容器被放电时，所述第一导电装置作为第一电极，所述第二导电装置及所述第三导电装置作为第二电极，通过所述第一电极及第二电极与一负载耦接。

在本发明所述的磁性电容器中，所述卷芯还包括第一绝缘层及第二绝缘层，所述第一绝缘层设置于所述第一磁性层外侧，所述第二绝缘层设置于所述第二磁性层外侧。

在本发明所述的磁性电容器中，所述第一绝缘层及所述第二绝缘层均包括一至多层绝缘薄膜。

在本发明所述的磁性电容器中，所述第一磁性层及所述第二磁性层均包括一至多层磁性薄膜；

所述第一介电层及所述第二介电层均包括一至多层介电薄膜；

所述共用导电层包括一至多层导电薄膜。

另一方面，提供一种磁性电容器的制作方法，包括：

依次层叠第一磁性层、第一顺磁金属颗粒层、第一介电层、共用导电层、第二介电层、第二顺磁金属颗粒层及第二磁性层；通过所述第一介电层及所述第二介电层储存电能；通过所述第一磁性层对所述第一顺磁金属颗粒层进行磁化；通过所述第一顺磁金属颗粒层对所述第一介电层的表面产生磁化；通过所述第二磁性层对所述第二顺磁金属颗粒层进行磁化；通过所述第二顺磁金属颗粒层对所述第二介电层的表面产生磁化；

将第一导电装置设置于所述共用导电层的一端，将第二导电装置设置于所述第一磁性层及所述第一顺磁金属颗粒层的一端，将第三导电装置设置于所述第二顺磁金属颗粒层及所述第二磁性层的一端；从而将所述第一磁性层、所述第一顺磁金属颗粒层、所述第一介电层、所述共用导电层、所述第二介电层、所述第二顺磁金属颗粒层、所述第二磁性层、所述第一导电装置、所述第二导电装置及所述第三导电装置组成卷芯；

将所述卷芯绕制成卷状结构以形成磁性电容器。

上述公开的一种磁性电容器及其制作方法具有以下有益效果：通过各层的相互作用，增加磁性电容器的容量；将原有的长方形平板磁电容绕卷成卷曲的形态以减小体积，便于制作。

附图说明

图1为永磁铁和磁性物质磁极表面磁畴的磁极方向示意图；

图2为本发明一实施例提供的卷芯的结构剖面图；

图3为本发明一实施例提供的一种磁性电容器的卷状结构示意图；

图4为本发明一实施例提供的充电电路的连接示意图；

图5为本发明一实施例提供的放电电路的连接示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种磁性电容器10及其制作方法，其目的在于，通过构造有精细结构的薄膜层，内部总共有9层，其中中间7层包括第一磁性层101、第二磁性层107、第一顺磁金属颗粒层102、第二顺磁金属颗粒层106、共用导电层104、第一介电层103及第二介电层105，第一磁性层101和第二磁性层107的磁极化方向平行，且第一磁性层101对第一顺磁金属颗粒层102进行磁化，进而第一顺磁金属颗粒层102对第一介电层103表面产生磁极化，从而增加第一介电层103介电常数，第二磁性层107对第二顺磁金属颗粒层106进行磁化进而第二顺磁金属颗粒层106对第二介电层105表面产生磁极化作用，从而增加第二介电层105介电常数，这样增加了作为磁性电容器10的介电质的介电常数，同时第一顺磁金属颗粒层102和第二顺磁金属颗粒层106采用纳米金属颗粒堆积或生长的方式，增加了磁性电容器10的极板表面积。在以上共同作用下，增加了该型磁性电容器10的容量。此外，整个磁电容原为一张长方形的平板磁电容，利用卷曲的形态减小体积，便于制作。

参见图2，图2为本发明一实施例提供的卷芯100的结构剖面图，该种磁性电容器10包括卷芯100；所述卷芯100包括依次层叠的第一磁性层101、第一顺磁金属颗粒层102、第一介电层103、共用导电层104、第二介电层105、第二顺磁金属颗粒层106及第二磁性层107；所述卷芯100还包括第一导电装置108、第二导电装置109及第三导电装置110，所述第一导电装置108设置于所述共用导电层104的一端，所述第二导电装置109设置于所述第一磁性层101及所述第一顺磁金属颗粒层102的一端，所述第三导电装置110设置于所述第二顺磁金属颗粒层106及所述第二磁性层107的一端。

第一磁性层101和第二磁性层107磁极化方向平行，可以同向平行，也可以反向平行，同时该磁极化方向垂直于第一介电层103或第二介电层105所在的平面。第一介电层103和第二介电层105分别配置于第一顺磁颗粒层和共用导电层104以及共用导电层104和第二顺磁金属颗粒层106之间，用于储存电能。利用第一顺磁颗粒层和第二顺磁颗粒层分别对第一介电质和第二介电质的磁化效应，分别增加第一介电层103和第二介电层105的介电常数，同时由于第一顺磁金属颗粒层102和第二顺磁金属颗粒层106采用纳米金属颗粒堆积的方式，可以增加磁性电容器10的极板表面积。通过以上结构可以增加该磁性电容器10的容量。

第一磁性层101和第二磁性层107可以用铁基、镍基或钴基合金等材料制成；第一顺磁金属颗粒层102和第二顺磁金属颗粒层106可以用铁基、镍基或钴基合金等材料纳米粉末制备；共用导电层104可由银或铜薄膜制成，也可以用顺磁金属物质制备；第一绝缘层111和第二绝缘层112可以用陶瓷薄膜或绝缘塑料的等制备；第一介电层103和第二介电层105可以由相对介电常数大的材料如钛酸钡或钛的氧化物制成；第一导电装置108、第二导电装置109及第三导电装置110由电阻率低的导电材料制备。

其中第一顺磁金属颗粒层102和第二顺磁金属颗粒层106可以通过化学沉淀的方法或金属生长的方式制备，由于金属颗粒细微，通过这种方式可以最大程度的增加第一顺磁金属颗粒层102和第二顺磁金属颗粒层106的表面积，加上该些顺磁金属颗粒层连接紧密，具有导电能力，电子会被约束在金属颗粒层之间，增加磁电容的电容量。同时，由于第一磁性层101对第一顺磁金属颗粒层102有磁化作用，使得第一顺磁金属颗粒层102的磁极化方向和第一磁性层101的磁极化方向相同，此时第一顺磁金属颗粒层102会形成同第一磁性层101磁极化方向相同的磁偶极，该磁偶极将对同第一顺磁金属颗粒层102贴近的第一介电层103一面产生磁极化，从而增加了第一介电层103的介电常数，也就是说在这种结构下能提高电容的容量。同样，第二磁性层107对第二顺磁金属颗粒层106有磁化作用，使得第二顺磁金属颗粒层106的磁极化方向和第二磁性层107的磁极化方向相同，此时第二顺磁金属颗粒层106会形成同第二磁性层107刺激房方向相同的磁偶极，该磁偶极将对同第二顺磁金属颗粒层106贴近的第二介电层105一面产生磁极化，从而增加了第二介电层105的介电常数，同样，在这种结构下能提高电容的容量。

第一磁性层101和第二磁性层107的磁极化方向平行，利用外加磁场进行磁化的时候，应沿着法向方向磁化，以保证其长时间保留磁性。在一具体的制程中，可以利用溅镀制程将铁基、镍基或钴基合金制作出上述具有沿着法线方向的磁极化方向。在具体制备的过程中，只要求磁极化方向平行，并不要求方向一致，可以同向，也可以反向。

参见图3，图3为本发明一实施例提供的一种磁性电容器10的卷状结构示意图，所述卷芯100为卷状结构。

参见图4，图4为本发明一实施例提供的充电电路200的连接示意图，配置于第一磁性层101、第一顺磁金属颗粒层102和第二磁性层107、第二数次金属颗粒层之间的第二导电装置109及第三导电装置110用导线相连，和配置于共用导电层104的第一导电装置108配置在一起形成并联的电容，该些导电装置用于充电和放电。当该磁性电容器10被充电时，所述第一导电装置108作为第一电极，所述第二导电装置109及所述第三导电装置110作为第二电极，通过所述第一电极及第二电极与一电源201耦接。此时电能会由电源201输入到第一介电层103和第二介电层105中。

当充电后，第一顺磁金属颗粒层102和第二顺磁金属颗粒层106磁性将会变强，此时它们的磁极化方向将最大限度保持相互平行的方向，第一介电层103和第二介电层105中电子旋转方向将会一致，且第一顺磁金属颗粒层102和第二顺磁金属颗粒层106远离介电层的一侧磁场方向会分别接近与第一磁性层101和第二磁性层107平行的状态，此时，电流将难以通过第一绝缘层111和第二绝缘层112，借此将电子约束在第一顺磁金属颗粒层102和第二顺磁金属颗粒层106之中。

共用导电层104同样可以采用溅镀的方式将导电材料，如铜、银等金属以及顺磁金属如铁基、镍基或钴基合金制作成薄层。

参见图5，图5为本发明一实施例提供的放电电路300的连接示意图，当该磁性电容器10被放电时，所述第一导电装置108作为第一电极，所述第二导电装置109及所述第三导电装置110作为第二电极，通过所述第一电极及第二电极与一负载301耦接。此时电能将从第一介电层103和第二介电层105向负载301输出。

当磁性电容器10充电完成后，第一顺磁金属颗粒层102靠近第一磁性层101的一侧，其磁化方向并非完全平行于第一磁性层101的磁极化方向，第一顺磁金属颗粒层102靠近第一介电层103一侧，其磁极化方向才平行于第一磁性层101或第二磁性层107的磁极化方向。同样，第二顺磁金属颗粒层106靠近第二磁性层107的一侧，其磁化方向并非完全平行于第二磁性层107的磁极化方向，第二顺磁金属颗粒层106靠近第二介电层105一侧，其磁化方向才平行于第二磁性层107或第一磁性层101的磁极化方向。

由于存在边界磁力线稀疏，第二导电装置109和第三导电装置110采用了导电金属制成，尤其采用顺磁导电金属利于约束磁场边界效应，利于电子约束在第一顺磁金属颗粒层102和第二顺磁金属颗粒层106之中。此时，利用线路方式，将第二导电装置109和第三导电装置110利用导电相连，并与第一导电装置108形成两个电极。

以上为主要制作方法，此外，由于该些说明不限于单层模式，故而，在制作该型磁性电容器10的时候，第一绝缘层111和第二绝缘层112、第一磁性层101和第二磁性层107、共用导电层104、第一介电层103和第二介电层105即可以为单层纳米级薄层结构，也可以为多层结构。

此外，还可以将第一介电层103和第一顺磁金属颗粒层102以及第二介电层105和第二顺磁金属颗粒层106作为电容的第一电极，共用导电层104可以作为该磁性电容的第二电极(图未示)。

另一方面，本发明还提供一种磁性电容器10的制作方法，包括步骤S1-S3：

S1、依次层叠第一磁性层101、第一顺磁金属颗粒层102、第一介电层103、共用导电层104、第二介电层105、第二顺磁金属颗粒层106及第二磁性层107；通过所述第一介电层103及所述第二介电层105储存电能；通过所述第一磁性层101对所述第一顺磁金属颗粒层102进行磁化；通过所述第一顺磁金属颗粒层102对所述第一介电层103的表面产生磁化；通过所述第二磁性层107对所述第二顺磁金属颗粒层106进行磁化；通过所述第二顺磁金属颗粒层106对所述第二介电层105的表面产生磁化；此外，还可以将第一绝缘层111和第二绝缘层112分别包裹在第一磁性层101及第二磁性层107外侧。

S2、将第一导电装置108设置于所述共用导电层104的一端，将第二导电装置109设置于所述第一磁性层101及所述第一顺磁金属颗粒层102的一端，将第三导电装置110设置于所述第二顺磁金属颗粒层106及所述第二磁性层107的一端；从而将所述第一磁性层101、所述第一顺磁金属颗粒层102、所述第一介电层103、所述共用导电层104、所述第二介电层105、所述第二顺磁金属颗粒层106、所述第二磁性层107、所述第一导电装置108、所述第二导电装置109及所述第三导电装置110组成卷芯100；

S3、将所述卷芯100绕制成卷状结构以形成磁性电容器10。

以上，本发明提供的是一种磁性电容器10，磁场对介电质的作用以及颗粒层表面积的应用，加之可以不考虑磁致伸缩效应，该型电容电池具有很大的电量。

本文提供了实施例的各种操作。在一个实施例中，所述的一个或操作可以构成一个或计算机可读介质上存储的计算机可读指令，其在被电子设备执行时将使得计算设备执行所述操作。描述一些或所有操作的顺序不应当被解释为暗示这些操作必需是顺序相关的。本领域技术人员将理解具有本说明书的益处的可替代的排序。而且，应当理解，不是所有操作必需在本文所提供的每个实施例中存在。

而且，本文所使用的词语“优选的”意指用作实例、示例或例证。奉文描述为“优选的”任意方面或设计不必被解释为比其他方面或设计更有利。相反，词语“优选的”的使用旨在以具体方式提出概念。如本申请中所使用的术语“或”旨在意指包含的“或”而非排除的“或”。即，除非另外指定或从上下文中清楚，“X使用A或B”意指自然包括排列的任意一个。即，如果X使用A；X使用B；或X使用A和B二者，则“X使用A或B”在前述任一示例中得到满足。

而且，尽管已经相对于一个或实现方式示出并描述了本公开，但是本领域技术人员基于对本说明书和附图的阅读和理解将会想到等价变型和修改。本公开包括所有这样的修改和变型，并且仅由所附权利要求的范围限制。特别地关于由上述组件(例如元件等)执行的各种功能，用于描述这样的组件的术语旨在对应于执行所述组件的指定功能(例如其在功能上是等价的)的任意组件(除非另外指示)，即使在结构上与执行本文所示的本公开的示范性实现方式中的功能的公开结构不等同。此外，尽管本公开的特定特征已经相对于若干实现方式中的仅一个被公开，但是这种特征可以与如可以对给定或特定应用而言是期望和有利的其他实现方式的一个或其他特征组合。而且，就术语“包括”、“具有”、“含有”或其变形被用在具体实施方式或权利要求中而言，这样的术语旨在以与术语“包含”相似的方式包括。

本发明实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以多个或多个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。上述的各装置或***，可以执行相应方法实施例中的存储方法。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种磁性电容器，其特征在于，包括卷芯；

所述卷芯包括依次层叠的第一磁性层、第一顺磁金属颗粒层、第一介电层、共用导电层、第二介电层、第二顺磁金属颗粒层及第二磁性层；

所述第一介电层及所述第二介电层用于储存电能；所述第一磁性层用于对所述第一顺磁金属颗粒层进行磁化；所述第一顺磁金属颗粒层用于对所述第一介电层的表面产生磁化；所述第二磁性层用于对所述第二顺磁金属颗粒层进行磁化；所述第二顺磁金属颗粒层用于对所述第二介电层的表面产生磁化；

所述卷芯还包括第一导电装置、第二导电装置及第三导电装置，所述第一导电装置设置于所述共用导电层的一端，所述第二导电装置设置于所述第一磁性层及所述第一顺磁金属颗粒层的一端，所述第三导电装置设置于所述第二顺磁金属颗粒层及所述第二磁性层的一端；

所述第一磁性层的磁极化方向与所述第二磁性层的磁极化方向平行；所述第一磁性层的磁极化方向及所述第二磁性层的磁极化方向垂直于所述第一介电层或所述第二介电层所在的平面；其中，所述第一磁性层的磁极化方向与所述第二磁性层的磁极化方向相同或相反；

所述卷芯还包括第一绝缘层及第二绝缘层，所述第一绝缘层设置于所述第一磁性层外侧，所述第二绝缘层设置于所述第二磁性层外侧。

2.根据权利要求1所述的磁性电容器，其特征在于，所述卷芯为卷状结构。

3.根据权利要求1所述的磁性电容器，其特征在于，所述第一导电顺磁颗粒层及所述第二导电顺磁颗粒层均具有顺磁金属颗粒堆积结构。

4.根据权利要求1所述的磁性电容器，其特征在于，当该磁性电容器被充电时，所述第一导电装置作为第一电极，所述第二导电装置及所述第三导电装置作为第二电极，通过所述第一电极及第二电极与一电源耦接。

5.根据权利要求1所述的磁性电容器，其特征在于，当该磁性电容器被放电时，所述第一导电装置作为第一电极，所述第二导电装置及所述第三导电装置作为第二电极，通过所述第一电极及第二电极与一负载耦接。

6.根据权利要求1所述的磁性电容器，其特征在于，所述第一绝缘层及所述第二绝缘层均包括一至多层绝缘薄膜。

7.根据权利要求1所述的磁性电容器，其特征在于，所述第一磁性层及所述第二磁性层均包括一至多层磁性薄膜；

所述第一介电层及所述第二介电层均包括一至多层介电薄膜；

所述共用导电层包括一至多层导电薄膜。

8.一种磁性电容器的制作方法，其特征在于，包括：

依次层叠第一磁性层、第一顺磁金属颗粒层、第一介电层、共用导电层、第二介电层、第二顺磁金属颗粒层及第二磁性层；通过所述第一介电层及所述第二介电层储存电能；通过所述第一磁性层对所述第一顺磁金属颗粒层进行磁化；通过所述第一顺磁金属颗粒层对所述第一介电层的表面产生磁化；通过所述第二磁性层对所述第二顺磁金属颗粒层进行磁化；通过所述第二顺磁金属颗粒层对所述第二介电层的表面产生磁化；

将第一导电装置设置于所述共用导电层的一端，将第二导电装置设置于所述第一磁性层及所述第一顺磁金属颗粒层的一端，将第三导电装置设置于所述第二顺磁金属颗粒层及所述第二磁性层的一端；从而将所述第一磁性层、所述第一顺磁金属颗粒层、所述第一介电层、所述共用导电层、所述第二介电层、所述第二顺磁金属颗粒层、所述第二磁性层、所述第一导电装置、所述第二导电装置及所述第三导电装置组成卷芯；

将所述卷芯绕制成卷状结构以形成磁性电容器。