具有增强的功率特性的电荷存储器件的制作方法

专利名称：具有增强的功率特性的电荷存储器件的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及一种具有增强的功率特性的电荷存储器件(ECSD，electrical charge storage device)。更具体地说，本发明涉及增加各种装置(诸如电容器、电池、燃料电池和其它电荷存储器件)的电流密度、额定电压、功率转移特性、频率响应和电荷存储密度。例如，本发明的一个方面就是固态和电解电容器，其中，用光滑的结构来增加导体的表面区域，由此缩短分隔各导体的距离，并且通过使用原子、分子和宏观水平上的构建技术，来改善有效的电介质特性。
背景技术：
电容器是通常由被电介质材料分隔的一对导体组成的电荷存储器件。电容器可以用于直流(DC)和交流(AC)应用中用于多种目的，包括能量存储、信号耦合、马达起动、马达运行、功率因数校正、电压调整、伏安效率、调谐、谐振、浪涌抑制和滤波。在交流或直流网络中，可以按照串联、并联和混合配置来安排各电容器，以便提供在瞬态和稳态中的许多运用上的好处。例如，在交流和直流两种应用中，并联电容器可以用作电流源或电压源，并且在交流应用中提供VAR支持和功率因数校正。
在瞬态交流网络中，电容器可以被用来改善在瞬变条件下的功率因数，这导致提高效率或其它所希望的改进。串联电容器的瞬态应用包括电压浪涌保护、马达起动、电流限制和切换操作等。例如，低功率因数瞬态电流与由于马达起动和变压器磁化的故障电流和起动电流有关。串联电容器可以通过改善总的功率因数和瞬变条件下的网络电压调整来减轻这些效应。此外，作为电容器的串联阻抗的结果，串联电容器可以提供瞬变条件的一定程度的电流限制，由此减小故障电流的大小，从而降低对发电机、变压器、开关齿轮、总线和传输线的要求。还有，由于串联电容耦合的存在，与在线路上带来附加生成容量相关的机械应力也得以减轻。尽管串联电容器的这些和许多其它优点已成为人所共知，单价、尺寸要求、电压限制、电流限制、dv/dt限制、di/dt限制、绝缘限制、电介质限制、电机限制和热动力学限制，已经妨碍了串联电容器的推广应用，尤其是在低频应用中。
通过纳入电容器也能改进稳态交流网络的特性。例如，大电容量的串联应用在电容器上施加一个低的稳态交流电压，当结合串联电容器组来使用电传输装置时，这可能是有利的。类似地，通过改变电容量，可以减小电波畸变。通过串联电容器的阻抗匹配或失谐，可以优化某些电路参数。通过使用电容器来提供电流限制和/或分压，就能改进其它电路。稳态串联电容器的应用包括马达运行、滤波、功率因数校正、有效功率传输、电压提升等。串联、并联和混合的电容器安排可以被用来提高马达转矩、速率、效率、功率、功率因数、伏安效率、耦合等。各种电容器组和马达绕组配置还通过向二者提供所需的磁化电流，允许感应发电机向感应马达供电。在这样一种应用中，供电质量可以得到改善，同时降低电网交流电源、应急供电、移动设备和便携式发电机的成本。再有，电容量和容抗在运行中的变化可以被用来增强电网稳态性能。
通过使用电容器，还可以改进直流网络的特性。在直流网络中，电容器可以被用来减缓直流网络电压的快速变化，为按需的突然增加存储能量，以及当直流网络经受电源电流的突然增加或负载电流的减小时，用于吸收能量。电容器被用来阻隔直流。在主要的直流应用和在谐振的直流链路中，电容器还被用来耦合信号。然而，瞬时的和稳态的供电能力对总的存储能量的低比率趋向于限制电容器在直流应用中的运行利用率。高的ESR和过热通常限制了常规的电容器选择的效用，诸如电解电容器在直流和信号耦合中的应用。
电容器典型地被分类为非极性的或极性的；并且每一类都有多种实现方式。非极化的电容器通常可用于直流和交流应用。不幸的是，由于在尺寸、电容量、重量、效率、能量密度和成本等方面的限制，使得非极化的电容器—尤其是在串联配置中—不适用于许多交流和直流应用。由于它们的单向、正向偏置要求，单极化的电容器已经被限制在直流和小交流信号耦合应用中使用。此外，反串联的极化电容器可以用于瞬态应用，诸如马达起动，并且正向偏置的反串联极化电容器可以在交流应用中连续工作。在直流应用中，极化电容器被广泛地用于滤波，诸如在直流电源的输出级。极化电容器也被用于在放大器各级之间耦合信号。最后，从历史上来看，极化电容器已被用作整流器。
非极化电容器通常被构建为由电介质或绝缘体分隔的两个导体。导体典型地用导电性材料制成，诸如铜、铝、其它金属，或者掺杂的半导体。电介质或绝缘体可以由空气、云母、油、纸、塑料或其它化合物构成。非极化电容器也可以被构成为金属化的薄膜电容器，它们由具有金属化表面的塑料薄层构成。非极化电容器的电容量通常受到分离的导体的表面区域、分隔导体的距离以及介电常数的限制。这样的电容器的额定电压受到介电常数、介电强度、材料和制造缺陷的限制。电流和电流的变化率(即di/dt)受到特定电容器材料和结构的ESR、机械强度和热动力学特性的限制。金属化的薄膜电容器在最小电介质厚度方面通常显得不足。随后的烧穿或故障清除有时被称为自愈。或许逐渐自毁可能是这种行为的更精确描述。短路然后烧穿的故障机制在诸如数字装置的敏感电路中可以是破坏性的。还有，金属化的薄膜电容器倾向于散热不良。这将产生内部热点，并且倾向于加速电容器故障。
平行板型电容器通常成为非极化电容器的最普通的商业实现方式。在这样的实施方式中，这种电容器实施例的电介质击穿和失效通常与电荷集中积累在导电板上的四角和尖点处以及材料缺陷和高电场条件下的厚度变化有关。虽然可以设计电容器并选择电介质材料，使得所述电容器理论上应当承受这样的条件，但是常规的宏观制造方法通常不提供为保证生产出来的电容器能履行它的理论上的能力所需的精度和控制。例如，常规的技术不能保证避免导体上的尖角或毛刺，也不能保证电介质材料的厚度在它的整个面积上都是均匀的，也不能保证电介质将以共形的方式被安排在导体上。而且，平行板型电容器的表面区域通常已经被限制为扁平结构以及常规的增加技术，诸如板共享和螺线缠绕封装。
与非极化电容器相比，极化电容器具有增强表面区域，不幸的是，引入了附加的电容器部件、电荷运送机制以及附加的损耗。例如，一种常用的极化电容器—电解电容器—的物理组成包括一个导体、阳极箔、阳极化层、液体浸润纸层、绝缘纸层、阴极和导体。类似地，用于诸如超级电容器、特级电容器和双层电容器的其它极化装置(对称的和不对称的)的构成方法和损耗机制也是众所周知的。然而，极化电容器(还有其它极化电荷存储器件(PECS))与它们的非极化对立物相比，通常具有低的每单位电容量成本和较小的质量和尺寸。这些特性使得极化电容器的使用优先于非极化电容器。
除了这些有利的特性以外，极化电容器通常也具有它们的缺点。由于电子隧道而产生的电气方向性电容量与整流电路行为的关系通常是不利的。作为另一个实例，由于纸/电解质的电阻以及氧化(即，电介质)层中的功率损耗，与非极化电容器相比，极化电容器在电源频率上呈现更高的等效串联电阻(ESR，equivalent series resistance)。再有，电解电容器由于水的电解而除去氢气，以及离子迁移限制和导体终接实践趋向于提供陡峭的频率响应曲线。再有，电解电容器所能耐受的最大交流纹波电流受到ESR、额定电压以及电容器封装的热动力学、机械和通风特性的限制。上述封装允许它能承受所产生的热和压力而不致损坏。还有，最常用的材料，铝，通常为了精炼需要使用大量的能量。阳极刻蚀和成型工艺又需要大量的附加能量输入、化学工艺和处理。用常规方法构成的其它极化电荷存储器件也蒙受无数类似的缺点。
存在一些用于改善极化电容器的热动力学特性的已知方法。这些方法包括通过增加箔的厚度、增加液体体积和使用较厚的外壳材料，来增加热质量。还有可能通过降低对于热流的热阻来增加散热。这通过下列方法来完成把阴极箔压接到外壳上、从内部和外部增加外壳的表面区域以及生成附加热结构，诸如冷凝管、冷镦机块和螺栓安装。另外的已知方法包括风冷、循环水冷和其它外部热控制方法，最后，通过增加电容器的允许工作温度，就能获得增加的热辐射和热传导。这些方法虽然是有效的，但是实质上趋向于增加成本，并且在许多情况下实质上增加了部件的物理尺寸和重量。
典型地，对于极化的和非极化的分立电容器二者来说，由于材料的缺陷、不精确的制造工艺和边界界面问题，无论是理论的介电强度，还是理论的介电常数，都未能有效地实现。反过来，这些因素又限制着一种给定的电容器实施方式可能达到的最大额定电压和电容量。再有，导通电流和位移电流能力的不平衡连同不一致的材料特性，限制着一个给定电容器的瞬态和持续的电流能力。结构热动力学限制还趋向于限制瞬态和稳态的电流能力以及电容器的工作寿命。因此，存在提供一种能增加电容量、额定电压和电流以及功率传递的改进的电容器和制造电容器的方法的需求。
众所周知，平板电容器的电容量由下面的方程式给出C＝E0ERA/d式中，E0为自由空间的介电常数，ER为电介质的相对介电常数，A为导体的公共表面区域，d表示介于导体之间的距离。从上面的方程式可以看出，通过增加导体的公共表面区域A，就能增加电容量。图1示出在一个具有用于导电层的平坦表面的一般化电容器15的导电板10和11上的瞬时电荷积累。电介质中的微观电荷位移允许电流流动。图中示出了正和负电荷。电介质层13被安排在导电板10和11之间。
在图2中可以看到用于增加表面区域的一种已知方法的实例，该图表示一个具有导电箔22和24的极化电解电容器20的一个示例性实施例的放大了的截面图。通过酸蚀刻导体以形成微通道26来增加箔22和24的表面区域。微通道26典型地处于40μm±1μm，并且具有尖锐的边沿。用已知的大尺度制造方法氧化高纯度铝阳极22以生成处于单晶、多晶或非晶形态的氧化铝薄膜，从而形成具有约为9的相对介电常数ER的电介质层28。对应于这样一个介电常数的绝缘额定值通常约为1.1nM/V。
从图2可以看出，作为采用扫帚—麦秆状结构的结果，导电箔的有效表面区域实质上被增加。然而，由于扫帚—麦秆状结构的末端之间的空间距离变化以及伴随的位移电流限制，使得难以对电容器进行充电，特别是在高电压情况下。为了克服这种固有的弱点，以被电解质溶液浸湿的纸的形式，引入附加的电荷传送机制，以便在充电过程中，为电荷提供一条到达导体的扩大表面区域的路径。
图2所示的配置具有多种特性，这些特性最终限定了电容器的性能和长寿性。例如，在充电过程中，从阴极箔通过浸湿的纸迁移到阳极箔的负离子增加了电容器的ESR，并且限制额定纹波电流。在充电过程中，由于水的电解而放出的氢气必须被排出。结构的机械弱点以及所需的阳极化厚度限制电容器的额定电压。并且，虽然微通道可用来增加电容器的表面区域，但是，随着额定电压的增加，这种改进的效果从两个数量级降低到一个数量级。
铝电解电容器的另一个缺点就是在生产时需要大量的能量。铝已经被称为凝固的电。高纯度铝所需的能量，例如阳极箔所需的能量仍然较大。常规的制造工艺典型地要求在一个施加电场的化学槽中首先用强碱然后用强酸进行处理。还需要几次高纯度水的洗涤。需要大量的电功率用于加热、氧化、形成铝箔和接头材料。电解溶液通常是一种石油化工产品，诸如混有水和诸如酸、碱等其它化学品的乙二醇。跟随在缠绕、加湿和填充等项操作之后的是最后的电形成步骤。这些步骤和输入都是高度能量密集的。因此，常规的铝电解电容器的制造技术需要大量的能量。
反串联极化电容器对也蒙受若干缺点。首先，如果所述对是未经偏置的，则一个部件起电容器的作用，而另一个部件则起二极管的作用。这种工作状态每半周期改变一次，并且大大地缩短了电容器组件的寿命，并且它又是谐波电流和地参考电压干扰的一个来源。当相等大小的、反串联的电容器被偏置时，组件的电容量被减少大约一半。由于它们为串联电气叠加现象，所以所述组合的ESR和相关的高耗散因子增加。
制造电容器的小尺度制造技术也是人们所熟知的。例如，在固态集成电路器件中，使用半导体制造技术来生成电容器。由于集成电路存储器设计的目的是生成低压下的短半寿命电路，所以这样的设计通常把注意力集中在减少电容量和有利于降低介电常数，而不是增加电容量和增强功率传送特性。在那些以高介电常数和电流密度为优先目标的场合，在这些应用中，其目的通常是寻求小型化和较低的电容量。去耦电容器用作局部化的低阻抗电压源；由此向同步的集成电路提供无噪声的电源。印制电路板的电气的、热的和机械的限制严格限制了集成电容器的材料和构建技术。使用常规的制造技术也不能容易地控制集成的电容量变化。
其它极化的电荷存储器件研究已经涉及增加总的能量存储，并且已经导致超级电容器、特级电容器或双层电容器的开发。这些电容器旨在跨越电化学电池和极化电容器(诸如液态钽和铝电解电容器)之间的间隙，在超级、特级和双层电容器中，通过使用大尺度制造技术(诸如在题为“Process of Manufacturing a Porous Carbon Materialand Capacitor Having the Same”的美国专利第5,876,787号中所公开的内容)来增加导体的表面区域和体电荷存储能力，从而增加能量存储能力。
然而，超级电容器、特级电容器或双层电容器有许多阻止它们在功率应用中使用的限制特性。例如，这样的电容器具有相对低的额定电压(即，每个单元1V-3V)，并且趋向于具有相对高的ESR，在以功率传送为目的的应用场合中，它们二者都不是积极的属性。还有，所述装置是极化的电荷存储器件，由此限制了它们在交流电源应用场合中的使用。再有，这样的装置通常不能按需传递所存储的全电荷。很多存储的电荷可能保留不可用。此项被观测的特性有一个时间依赖分量和一个时间不变分量。并不是可以被投入使用的所有存储能量都能在瞬间被释放，使得所述装置不适用于快速充电和放电的应用场合。存储电荷保留不可用于方便使用的第二种机理就是捕获能量的现象。由不同大小和充电水平的电容器组成的串联组件在放电结束时将在其内保留一个显著的和可测量的捕获电压。超级、特级和双层电容器的低单元电压需要许多单元来实现共同的系统电压。在电化学电池放电中也能观察到这种现象，并且有时被称为单元倒置。
电源传递和最终使用系统的改进可以对今天的经济和环境产生显著的影响。更具体地说，电动马达目前消耗电表计费有效功率的大约65％。为了说明可以实现的改进，假定一个示例性的马达具有50％的功率因数，同时假定剩余35％的计费负载是纯电阻性的。因此，组合负载的总伏安数(VA)为有效功率的119.27％。并且35％的电阻性负载仅仅是总的伏安负载的29.24％。因此，在本例中，马达负载大于系统总伏安负载的70.75％。按照串联、并联和混合配置方式排列的电容器有助于经济地校正功率因数，并减小与此相伴随的经济和环境后果。而且，某些LC马达设计已经被说明相对于纯磁性设计，能提高马达的效率、转矩、功率因数、振动、相位支线损耗以及其它所希望的马达特性，因此也改善了经济和环境。
通过一种具有增加了的电容量、散热和功率传送能力的增强型分立非极化电容器，可实现在功率传送和最终使用系统的改进以及伴随而来的好处。也可以通过一种具有增加了的电容量、增加了的电压和额定纹波电流、降低了的ESR，以及提高了的散热和功率传送特性的增强型分立非极化电容器，来实现这样的改进。已改进的分立电容器特性和方法也可以有利地应用于集成电路、数字芯片和其它电气装置。

发明内容
如这里所使用的，术语“一个”可以指一个或多个。如在权利要求中所使用的那样，当与字“包括”结合使用时，字“一个”可以指一个或者多于一个。如这里所使用的，“另一个”可以指至少第二个或者更多个。
术语“交流”和“交流源”在广义上被使用。术语“交流”和“交流源”将包括但不限于固定频率、可变频率、固定振幅、可变振幅、调频、调幅和/或脉冲宽度调制的交流。其它信号和通信技术，包括单边带和叠加技术以及其它线性、非线性、模拟或数字信号等都被明确地包括在内。交流源可以包括谐波分量。交流和交流源被认为指的是时变信号。这些信号可以包含数据和/或功率。类似地也包括以多种方法和/或方式改变的混合交流源。参照单个交流源将不被认为是消除多个交流源。
如这里所使用的，术语“粘合”、“粘附”、“已粘合的”和“粘结”将包括但不限于原子到原子、分子到分子和层到层的结合、胶合、胶粘、粘合、吸引、亲和、共享所使用的方法、力、机制、技术和材料，以及用于稳住、固定、结合、连接、互联、编织、交织、锁和钥匙，或者把相似的和或不相似的材料结合在一起的其它方法、力和材料。这种工艺将包括但不限于毫微、微和宏连接与互联。
如这里所使用的，术语“阳极化”指的是，使金属在电解槽的阳极处经受电解作用，以便涂覆一层保护性的、绝缘的或装饰性的薄膜。
如这里所使用的，术语“电容器”指一个基于与电场有关的现象的电路元件。电场的源是电荷或电压的分离。如果电压随时间改变，则电场也随时间改变。时变电场在该电场所占据的空间中产生位移电流。电容量的电路参数将位移电流与电压相关联，能量可以被存储在电场中，因而也被存储在电容器中。电容器的瞬时电压和电流之间的关系以及对电容器的物理效应对于改进电容器来说是关键的。
如这里所使用的，术语“导体”指含有大量实质上自由的电荷载流子的材料，例如金属。然而，术语“导体”不仅限于金属。这些电荷载流子是自由的，可以在导电材料中漂移。它们响应于几乎无限小的电场，并且只要它们经受电场，它们就趋向于继续移动。当通过一个外部能量源在导体中保持稳态电场时，这些自由载流子承载电流。在静态条件下，导体中的电场消失。导体包括但不限于超导体、高温超导体、掺杂半导体、金属化薄膜等，当用于这些用途时，它们都被认为是导体。导电层是形成导体的电容器的一层或多层。可以用导电聚合物来形成所述导电层。
如这里所使用的，术语“共形”指的是，但不局限于，具有一致尺寸的相同的可操作形状。
如这里所使用的，术语“共形涂覆”指的是，但不局限于，把一层接触和/或粘合到另一层。在它们的界面或边界处，这两层的形状将按照实际可能紧密地匹配。如果层“A”在一个区域中是凹的，则层“B”在这个区域中应当是凸的，以便实现此种效果。凸层“B”必须小于凹层“A”以便实现该效果。一般来说，共形涂覆的配合越紧密，共形涂覆的结合强度和一致性越大，并且这提供了边界特性的优势。最好是，共形的涂覆厚度的均匀性是人们所希望的。
如这里所使用的，术语“直流”、“直流电”和“直流电流”可以是生成、引起、提供、支持、或者侧重于包括但不限于电子、离子和孔的一个或多个电荷载流子的单方向或者主要单方向磁通量、位移、传输和/或流动的任何技术、设计、条件、物理条件或设备。
如这里所使用的，术语“直流源”、“直流电压源”或“直流电源”在广义上被使用。这个术语一般地覆盖并包括用于或可用于产生、生产或者通过交流整流来生产直流电的任何方法和设备。直流电源明确地包括、但不局限于直流发电机、电化学电池、光伏器件、整流器、燃料电池、直流量子器件、某些管形器件等。它们将包括稳压的、不稳压的、滤波的和不滤波的等多种类型。直流源明确地包括、但不局限于由非电气隔离源、自耦变压器、隔离变压器和铁磁共振变压器供电的整流器。类似地也包括直流到直流电源、开关式直流电源、脉冲充电器等。单数术语将不被认为是排除处于并联、串联和/或反串联配置的多个和/或冗余直流源。也包括单相和多相整流的直流源和/或充电器。类似地也包括实时调节直流偏置水平的能力。使用“二极管降压装置”和精密调整的浮动直流电源电压可以提供运行上和设计上的好处，尤其是在将电化学电池包括在冗余电源中，或者使用反串联的PEC设备的场合。
如这里所使用的，术语“电介质”指一种物质，在其中，所有的带电粒子被强有力地捆绑在一起以构成分子。响应于电场的作用，这些带电粒子可以轻微移动它们的位置，但是它们不会离开它们的分子附近。实际的电介质呈现出微弱的导电性，但是通常可以被表征为不导电。电场产生一种被施加到每一个带电粒子的力，正电荷沿着电场的方向被推动，负电荷则方向相反，因此，每一个分子的正负两部分都从它们的平衡位置沿着相反的方向位移。电介质增加电容量，增加最大额定电压，并且提供电容器的导电板之间的机械支持。具有可使用的特性的电介质有各种类别。电介质层是形成电容器的电介质的一层或多层。
如这里所使用的，术语“介电常数”指相对于真空的介电常数。
如这里所使用的，术语“介电强度”指电介质在不被击穿的前提下所能承受的最大强度。如果电介质中的电场变得十分强，则它将开始激发大量的电子，使之具有处于导带内的能量。这就把已激发的电子完全地逐出分子之外，并且所述材料在被称为电介质击穿的过程中将变为导电性的。
如这里所使用的，术语“电解质”指一种表现出介于导体和电介质之间的电气特性的材料。在环境温度条件下，电解质典型地处于液相。添加剂和杂质可以改变电解质和电解液的电气特性。
如这里所使用的，术语“增强表面”指在导电层的全部或一部分上，或者在电介质层的全部或一部分上增强表面区域。当增强的表面区域相对于总面积的比例大于或等于所述表面或区域的标称尺寸的2％时，这一部分将被认为被增强。例如，通常有一个环绕着已扩大的表面区域的边界或边界区域，其边界区域不具有增强表面区域。例如，导电或电介质的增强表面区域是一个其表面区域大于由长度乘以宽度所决定的一个平面的面积的特定层(导电或电介质)的表面区域。
如这里所使用的，术语“互补性(moiety)”指两个近似相等部分之一，或者整体的基本和补充部分。
如这里所使用的，术语“半导体”指具有导体和电介质之间的电气特性的材料。在环境温度条件下，半导体典型地处于固相。添加剂、杂质和掺杂物改变半导体的电气特性。
如这里所使用的，术语“极化电容器”将包括但不限于其它极化的电荷存储(PEC)装置，例如电化学电池、燃料电池、液体钽电容器、电解电容器、超级电容器、特级电容器、量子器件等。
如这里所使用的，术语“尖锐(sharpy)”指可以表征为具有尖锐点、角、快速的方向变化、倾角、走向、倾斜以及突然的分界等的表面。
如这里所使用的，术语“光滑的”指一个相对地没有尖锐点、角、快速的方向变化、倾角、走向、倾斜以及最不明显的分界等的表面。
如这里所使用的，术语“地形表面(topographical surface)”指一个具有三维形状的表面。该三维表面可以包括从所述表面延伸的任何结构或突出物。
如这里所使用的，术语“起伏”指波浪式的上升和下降。起伏表面将呈现波浪形的外形、表面、边界或边缘。
如这里所使用的，术语“均匀”就一段距离而言，它表示导电层和电介质层的相对表面之间的距离是相等的距离，就电介质层的厚度而言，它指该层具有相对恒定的厚度。
以下的讨论包括用于实施本发明的各优选实施例。然而，没有限制性的实例。在实施本发明的过程中，其它实例和方法也是可能的。
本发明涉及通过用光滑结构增加导体表面区域、缩短分隔导体的距离和通过使用原子和分子级的构建技术来改善有效电介质特性，来增强固态或电解电容器的电流密度、额定电压、功率传送特性和电荷存储密度。
本发明一般地涉及具有增强的功率特性的电荷存储器件(ECSD)。更具体地说，本发明涉及增强各种装置(诸如电容器、电池、燃料电池和其它电荷存储器件)的电流密度、额定电压、功率传送特性和电荷存储密度。电荷存储器件的电气功能包括传导电流和位移电流。它们还可以包括通过电化学方法的质量迁移、离子迁移和电荷产生。电荷存储器件的热功能包括热产生、热传导和热辐射。例如，本发明的一个方面就是固态和电解电容器，其中，用光滑结构来增加导体的表面区域，由此缩短分隔各导体的距离，并且通过使用原子、分子和宏观级的构建技术来改善有效电介质特性。当使用电解质化学成分时，形成导体和电介质的原子和分子的大小，物理的、量子的和电气的特性将大大地改变。类似地，温度、压力、机械力和体积限制的应用要求将在宽范围内发生变化。电气应用在电压、电流、频率、所需电容量、瞬态要求、稳态要求、频率响应、所希望的稳定性以及运行变化的优先选择等方面也将类似地在宽范围内发生变化。因此，在本发明的多种优选的实施方式和实施例中，将使用许多特定的材料、材料特性、结构、拓扑、表面区域增强方法、温度控制机制、强度、构建机制、尺度、大小和封装方法。
本发明的一个方面是一个呈现出增强的功率特性的电荷存储器件。
本发明的另一个方面是增加空间区域或体积内的表面区域。
本发明的又一个方面是与电荷分隔距离的缩短相结合的表面区域的增加。
本发明的再一个方面是呈现出增加的结构强度的电荷存储器件。
诸如晶体的固态物质的基本物理特性取决于在一个特定空间尺度上(典型地处于纳米体制)固体的周期性。这些物理特性包括介电常数、介电强度、电导率、能带间隙、电离电位、熔点和磁饱和强度。精细地控制诸如毫微晶体、多晶体、晶体、填隙子、非晶材料、金属和合金等固态物质的尺寸和表面，就能调节它们的特性。原子和分子的组合技术可以生成新的材料并且产生诸如基于填隙子、毫微晶体和毫微多晶体的材料。
在本发明的一种实施方式中，通过改变下层材料的各层和层的数目而改变分子构成，以实现用于建立电荷存储机制的导电的和不导电的结构。
在一种实施方式中，本发明具有从力学上互相支持的导电层和电介质层，由此提供增加了的强度。当一个电位被施加到本发明之上时，将不具有在其上积累电荷的锐角转角。在发生短路、马达电源电路重新闭合、马达起动、马达锁定转子和变压器激励起动功率的过程中，设备的机械强度将有助于防止机械损坏。对电容能力的增加电流将允许更大的电流而不会发生热损坏。在本发明中，通过减少空隙、杂质、增加一半，并结合逐个原子构建方法和量子力，将起到附加的作用以增加强度。
超过一个临界的原子数时，一种特定的结合几何形状；一种扩展的固体的特性“锁定”。随着附加的原子被添加进来，表面原子的数目和空间体积改变，但是在该集群中的化学键的基本特性没有改变。根据尺度定律和直观推断，毫微晶体特性缓慢地和平滑地外推到较大的尺度。
在一个实施例中，有一种宏观地被视为平板电容器、同轴电容器/导体或其它电波导的电荷存储器件，它们被这样构建，以便增加电容器、导体或波导的表面区域。
在一个实施例中，有一种宏观地被视为平板电容器、同轴电容器/导体或其它波导的电荷存储器件，它们被这样构建，以便增强电容器、导体或波导的电气特性。
在一个实施例中，有一种宏观地被视为平板电容器、同轴电容器/导体或其它波导的电荷存储器件，它们被这样构建，以便增强电容器、导体或波导的热力学特性。
在一个实施例中，有一种宏观地被视为平板电容器、同轴电容器/导体或其它波导的电荷存储器件，它们被这样构建，以便增强电容器、导体或波导的机械特性。
在一个实施例中，有一种电荷存储器件，它包括至少一个光滑的、起伏的、导电的基板表面。一个由电介质构成的第二光滑层以和导电层密切接触的方式被制造，所述电介质层共形地覆盖基板。基本上在每一点，电介质的起伏表面与导电基板保持互补性。一个由导电的光滑的起伏材料构成的第三光滑层，以和电介质密切接触的方式被制造。在整个表面上保持互补性，使得这3层以三维匹配方式起伏。一种简单的结构可以从概念上被图解为用一块波纹状的塑料片隔开的两块波纹状的铁片的重新组合。对给定的电介质相对介电常数来说，电介质厚度和强度的变化将改变电容器的额定电压。大小和周期的变化将改变平板上的表面区域增大。对给定电压来说，电介质的相对介电常数的变化将改变所需的分隔距离。电容量取决于相对介电常数、有效表面区域和分隔距离。容抗还取决于电源频率、材料的结构和频率响应。另一方面，如果这两块波纹状的铁片被一块刚性的塑料平片所分隔，并且波纹状铁片的顶层和底层的相对峰彼此相邻，则存在增强表面区域，但是不存在扩大了的有用表面区域。
在本发明的一个实施例中，存在电荷存储器件，具有第一导电层，上述第一导电层含有第一导电表面；具有相对的第一和第二电介质表面的电介质层，第一电介质表面具有与第一导电表面基本上共形的表面；以及具有被安排与第二电介质表面相邻的第二导电表面的第二导电层。第一和/或第二导电表面具有一个具有被构成为光滑的增加了的表面区域的导电基板。此外，一个共形光滑电介质层以与基板密切接触的方式被安排。然后，以与共形电介质层的开放一侧密切接触(互补)的方式来制造一个共形的第二导电层或基板，以形成一个电容器单元。当电位被施加在所述电介质层两端时，区域性地对称的电介质层将产生位移电流。至少两个导电基板可以被终接，以便电连接到其它电路元件。或者，在替代方案中，这一过程可以继续，以建立一个附加的电容器层，用于串联或并联连接。
在本发明的另一个实施例中，存在电荷存储器件，具有至少一个第一导电层，上述第一导电层具有一个导电曲线表面；具有导电曲线表面的至少一个第二导电层；以及至少一个电介质层被安排在第一导电曲线表面和第二导电曲线表面之间。
在本发明的又一个实施例中，存在电荷存储器件，具有第一导电层，上述第一导电层具有第一导电曲线表面，具有相对的第一和第二电介质曲线表面的电介质层，第一电介质曲线表面被安排最接近第一导电曲线表面，并且跨越其区域基本上跟随第一导电曲线表面，以及具有第二导电曲线表面的第二导电层，所述第二导电曲线表面被安排在相邻第二电介质曲线表面并且跨越其区域基本上跟随第二导电曲线表面。
在本发明的再一个实施例中，存在电荷存储器件具有第一导电层，上述第一导电层具有第一导电光滑的、增强表面；具有相对的第一和第二电介质表面的电介质层，第一电介质的光滑的、增强表面被安排在最接近所述第一导电光滑的、增强表面并且基本上跟随第一导电光滑的、增强表面，以及具有第二导电光滑的、增强表面的第二导电层，第二导电光滑的、增强表面被安排在相邻所述第二电介质表面并且基本上跟随第二导电光滑的、增强表面。
在本发明的再一个实施例中，存在电荷存储器件，具有第一导电层，上述第一导电层具有第一导电表面；具有相对的第一和第二电介质表面的电介质层，第一电介质表面具有基本上与第一导电表面共形的表面；以及具有第二导电表面的第二导电层，第二导电表面被安排在相邻所述第二电介质表面。
在所述电荷存储器件的另一个实施例中，存在电荷存储器件，具有第一导电层，上述第一导电层具有第一导电表面；电介质层，具有相对的第一和第二电介质表面，第一电介质表面基本上保持与第一导电表面的互补性；以及第二导电层，它具有被安排相邻第二电介质表面的第二导电表面。
在所述电荷存储器件的又一个实施例中，至少一个第一导电层具有一个成型的地形表面，至少一个第二导电层具有导电成形的拓扑表面；以及被安排在第一导电的成形的拓扑表面和第二导电曲线表面之间的至少一个电介质层。
在一个实施例中，电荷存储器件具有基本上共形的第一导电表面以及第一电介质表面。
在一个实施例中，电荷存储器件具有基本上共形的第二导电表面以及第二电介质表面。
在一个实施例中，电荷存储器件具有基本上与第一电介质表面保持互补性的第一导电表面。
在一个实施例中，电荷存储器件具有基本上与第二电介质表面保持互补性的第二导电表面。
在一个实施例中，电荷存储器件具有至少2％的第一导电表面区域与相邻的第一电介质表面区共形。由于这个特定百分比的区域共形，电荷存储器件应当呈现出增强的功率特性。最好是，这两个区域应当基本上共形。然而，在某些实例中，这些表面可以这样来构成，使得它们精确地共形。例如，这两个区域应当互为实质上精确的镜像。然而，这些区域可以基本上共形，以便获得所述装置的增强了的功率特性。
在一个实施例中，电荷存储器件具有至少2％的第一导电表面区域与相邻的第一电介质表面区域保持互补性。此外，第二导电表面区域最好是与相邻的第二电介质表面区域保持互补性。由于这个特定百分比的区域保持互补性，所以电荷存储器件应当呈现出增强的功率特性。最好是，这两个区域应当保持精确的互补性。然而，这些区域可以基本上保持互补性，以便获得所述装置的增强的功率特性。例如，通常有一个环绕所述界面区的边界或边界区，其中电介质表面区域、厚度、范围、宽度和/或深度将超过相关的导电层。类似地，从电气连接或者吸热区的观点来看，导电层通常可以在尺寸上不同于电介质层。
在一个实施例中，电荷存储器件具有至少2％的第一导电表面区域被安排离开相邻的第一电介质表面区域基本上均匀的距离。对于给定的区域，导电表面的每一个原子或分子与所述电介质表面的相对的原子或分子保持基本上均匀的距离。
在一个实施例中，电荷存储器件具有至少2％的第一导电表面区域被安排在离开第一电介质表面区域从0.0001μm到2000μm的选定距离。此外，在另一个实施例中，最好是，第二导电表面区域被安排在离开第二电介质表面区域从0.0001μm到2000μm的选定距离。不同实施例的从0.0001μm到2000μm的选定距离可选择用于特定的电荷存储器件。对于给定的选定距离来说，所选定的距离可以改变特定的可选容限。
在一个实施例中，电荷存储器件可以具有用于本创新性装置的导电层或电介质层的光滑增强表面区域。最好是，邻接的导电层和电介质层的表面具有相似的光滑表面区域结构。在本创新性装置的不同的实施例中，光滑的增强表面区域结构可以是i)气泡状(像生物的肺)，ii)正弦曲线行状，iii)以可垂直渗透方式嵌入(像一块海绵)，iv)抛物面状，v)倒置或外翻(即，它可能是凹的或凸的)，vi)螺线状，vii)随机旋涡状，vii)类似随机旋涡状，viii)可以用数学方法定义(例如，sin(X)sin(Y)，(A)sin(bX)sin(bY)，抛物面，圆锥面等)，ix)管状，x)环状，xi)螺旋管。
在电荷存储器件的一个实施例中，所述装置通过使用光滑结构来减少电介质发热。
在电荷存储器件的另一个实施例中，在一块基板和相邻的共形的电介质层之间构建一块共形的过滤介质。所述共形的过滤介质用已知成分的电解液来湿润相邻的基板和电介质。共形的过滤介质将允许离子迁移，以便使位移电流穿过共形的电介质层发生，然后，以与所述结构密切接触的方式来制造第二共形的导电基板，以完成电解电容器单元。至少两块导电基板可以被终接，以便电连接到其它电路元件。或者在替代方案中，这一过程可以继续，以建立一个附加的电容器层。
在电荷存储器件的一个实施例中，在构建或制造过程中，用于导电层和电介质层的材料被互相粘合在一起。
在电荷存储器件的一个实施例中，粘附参数的变化被用来改变装置的结构。
在电荷存储器件的一个实施例中，至少一个导电层由一种合金和/或金属构成，包括但不限于铝、铁、铜、银、金或者它们的组合。
在电荷存储器件的另一个实施例中，用一块包括但不限于下列各项的基板来构建所述装置铁基板、铝基板、陶瓷基板、硅基板和碳基板，或者它们的组合。
在电荷存储器件的一个实施例中，用下列各项中的任何一项来构建电介质层一种结晶物质、一种多晶物质，或者一种非晶物质。
在本发明的一个实施例中，用处于结晶形式(例如蓝宝石)、多晶形式、分层形式、非晶形式(类似于玻璃)或者处于混合形式的氧化铝电介质层来构建所述装置。
在本发明的一个实施例中，选择导电表面材料的分子取向和结构以允许最大的电导。
在本发明的一个实施例中，选择导电表面材料的分子取向和结构，以便提供最小的电导。
在电荷存储器件的不同的实施例中，用由下列各项中任何一项构成的电介质层来构建所述装置二氧化硅电介质、陶瓷电介质、钛氧陶瓷电介质、含钛的陶瓷电介质、钛酸钡电介质、钛酸锶电介质、锆钛酸铅电介质、金刚石电介质、金刚石基质电介质、有机电介质、聚合物电介质或者有机物质。
在电荷存储器件的一个实施例中，所述装置被形成为一个电容器。
在电荷存储器件的一个实施例中，所述装置被形成为一个电池。
在电荷存储器件的一个实施例中，所述装置被形成为一个燃料电池。
在电荷存储器件的一个实施例中，所述装置被形成为一个分立的电容器。
在电荷存储器件的一个实施例中，所述装置被形成为一个化学的双层电容器。
在电荷存储器件的一个实施例中，至少一个导电层由半导体构成。
在电荷存储器件的一个实施例中，安排了多层电介质，以便同时增加介电常数和介电强度。
在电荷存储器件的一个实施例中，安排了一种复合的电介质，以便同时增加介电常数和介电强度。
在一个实施例中，本发明的装置含有或还包括一种过滤结构。
在一个实施例中，所述电荷存储器件含有或还包括一种离子迁移结构。
在一个实施例中，所述电荷存储器件含有或还包括一种电解质。
在一个实施例中，所述电荷存储器件支持离子迁移。
在一个实施例中，所述电荷存储器件支持电荷分隔。
在一个实施例中，所述电荷存储器件支持电传导。
在一个实施例中，所述电荷存储器件支持位移电流。
在一个实施例中，电压被施加到所述电荷存储器件的两侧。
在一个实施例中，在所述电荷存储器件中形成一个电场。
在一个实施例中，所述电荷存储器件的体积密度被增加超过传统的平板电容器的体积密度。
在一个实施例中，所述电荷存储器件的额定电压被增加超过传统的电解电容器的额定电压。
在一个实施例中，所述电荷存储器件含有或还包括处于25℃(二十五摄氏度)的固体或者处于25℃的液体。
在一个实施例中，所述电荷存储器件含有或还包括处于25℃(二十五摄氏度)的超冷却液体。
在一个实施例中，所述电荷存储器件含有或还包括处于25℃(二十五摄氏度)的气体。
在一个实施例中，所述电荷存储器件的电介质层的充电过程受助于诸如酒精、水或聚合物的电解质。
在一个实施例中，电介质层的充电受助于含有或还包括下列各项中任何一项的电解质碱、溶剂、盐、酸、氧化剂或还原剂。
在一个实施例中，所述电介质层由云母构成。
在电荷存储器件的一个实施例中，所述装置通过与至少一个导电层密切接触来降低电介质发热。
在电荷存储器件的一个实施例中，所述装置通过与至少一个散热器密切接触来降低电介质发热。
在电荷存储器件的一个实施例中，所述装置通过与至少一个热交换器操作连接来降低电介质发热。
在电荷存储器件的一个实施例中，所述装置通过与至少一个致冷机构操作连接来降低电介质发热。
在电荷存储器件的一个实施例中，所述装置通过与至少一个低温致冷机构操作连接来降低电介质发热。
在电荷存储器件的一个实施例中，通过与至少一个致冷机构操作连接来改变所述装置的电气特性。
在电荷存储器件的一个实施例中，通过与至少一个致冷或低温致冷机构操作连接来改变所述装置的电气特性。
在电荷存储器件的一个实施例中，通过与至少一个致冷或低温致冷机构操作连接来改变所述装置的电介质电气特性。
在电荷存储器件的一个实施例中，通过与至少一个致冷或低温致冷机构操作连接来改变第一和/或第二导电层的电气特性。
在电荷存储器件的一个实施例中，通过一个温度变化机构来改变所述装置的电气特性。
在电荷存储器件的一个实施例中，所述装置通过与至少一个散热器密切接触来降低电解质发热。
在电荷存储器件的一个实施例中，所述装置通过与至少一个热交换器操作连接来降低电解质发热。
在电荷存储器件的一个实施例中，所述装置通过与至少一个致冷机构操作连接来降低电解质发热。
在电荷存储器件的一个实施例中，所述装置通过缩短离子迁移距离来降低电解质发热。
在电荷存储器件的一个实施例中，所述装置通过改进离子迁移路径来降低电解质发热。
在电荷存储器件的一个实施例中，通过掺杂来改变至少一个导电层的电导率。
在电荷存储器件的一个实施例中，通过掺杂来改变所述电介质层的电气特性。
在电荷存储器件的一个实施例中，至少一个原子被粘合到至少一个原子或分子。
在电荷存储器件的一个实施例中，至少一个分子被粘合到至少一个原子或分子。
在电荷存储器件的一个实施例中，至少一个导电的原子或分子被粘合到至少一个电介质原子或分子。
在电荷存储器件的一个实施例中，至少一个原子被粘合到至少一块基板。
在电荷存储器件的一个实施例中，所述基板被粘合到所述电介质层。
在电荷存储器件的一个实施例中，至少一种粘合剂把至少一个导电层粘合到至少一个电介质层。
在电荷存储器件的一个实施例中，所述装置还包括至少一个导电沟道，以便把电流传送到第一导电层和第一电介质层的界面。
在电荷存储器件的一个实施例中，所述装置还包括至少一个导电沟道，以便把电流传送到第二导电层和第二电介质层的界面。
在电荷存储器件的一个实施例中，所述装置还包括至少一个导电沟道，以便把至少一个离子传送到导电层/电解质层界面。
在电荷存储器件的一个实施例中，所述装置具有至少一个在其边缘上绝缘的导电层，以减小边缘效应。
在电荷存储器件的一个实施例中，至少一个导电层在其边缘上被绝缘，以防止起弧。
在电荷存储器件的一个实施例中，至少一个导电层被连接到至少一根导线。
在电荷存储器件的一个实施例中，至少一个导电层被绝缘，以防止电容器短路。
在电荷存储器件的一个实施例中，包括至少一个减压孔。
在电荷存储器件的一个实施例中，包括一道密封(密封垫材料或橡胶等)。
在电荷存储器件的一个实施例中，至少一个接头被连接到至少一个导电层。接头是一个薄的金属带，用于把极化电荷存储器件(诸如一个电解电容器)的正端连接到阳极箔。其它接头可以把阴极箔连接到负端。
本创新性装置与其它装置的组合本发明的电荷存储器件可以和各种各样的装置和其它电子设备配合使用。这里所描述的各实施例并不意味着去限制所述电荷存储器件的使用，而是指明本发明的电容器的某些关系密切的使用。
在电荷存储器件的一个实施例中，至少一个导电层可操作地连接到至少一根导线。
在电荷存储器件的一个实施例中，至少一个电荷存储器件可操作地连接到至少一个附加电容器和/或至少一个其它电荷存储器件。
在一个实施例中，所述装置被配置为一个分立的电容器，并且可操作地连接到至少一个被配置为一个分立的电容器的附加创新性装置。
在电荷存储器件的一个实施例中，至少一个导电层可操作地连接到一个直流源。
在电荷存储器件的一个实施例中，至少一个导电层可操作地连接到一个交流源。
在电荷存储器件的一个实施例中，至少一个导电层可操作地连接到一个直流源和一个交流源。
在电荷存储器件的一个实施例中，至少一个导电层可操作地连接到一个直流偏置源和一个交流源。
在电荷存储器件的一个实施例中，至少一对极化电容器以反串联配置方式连接。
在电荷存储器件的一个实施例中，所述装置的至少一个导电层可操作地连接到至少一个散热器。
在电荷存储器件的一个实施例中，所述装置可操作地连接到至少一个电气部件。
在电荷存储器件的一个实施例中，所述装置可操作地连接到至少一个电阻器。
在电荷存储器件的一个实施例中，所述装置可操作地连接到至少一个半导体。
在电荷存储器件的一个实施例中，所述装置可操作地连接到至少一个二极管。
在电荷存储器件的一个实施例中，所述装置可操作地连接到至少一个整流器。
在电荷存储器件的一个实施例中，所述装置可操作地连接到至少一个受控整流器。
在电荷存储器件的一个实施例中，所述装置可操作地连接到至少一个电感器。
在电荷存储器件的一个实施例中，通过外部方法来设置和保持所述装置的工作温度。
在电荷存储器件的一个实施例中，通过外部方法来设置和保持所述装置的工作压力。
在电荷存储器件的一个实施例中，通过外部方法来设置和保持所述装置的工作方向。
本创新性装置的构建方法与技术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个宏观尺度器件来构建所述电荷存储器件。可以按照这样一种方式来构建本创新性装置，使得按照逐个原子、逐个分子或者它们的组合的方式来构建或制造本发明的装置的各个部件。可以按照逐层或者逐个原子的方式来制造导电层和电介质层。最好是，利用毫微技术工艺和技术来生成本电荷存储器件。然而，可以使用宏观技术来获得强化的能量存储和功率特性、增强的表面区域互补性等等。毫微技术和宏观技术应当被认为是说明性的，而不是限制性的。可以按照任何次序来完成导电层和电介质层的构建次序或顺序，包括各层的同时构建。
可以按照宏观方式，逐层地、或者逐个原子地制造本创新性装置的导电层和电介质层，以复制增强表面区域、缩短的电荷分隔距离和提高的功率特性的结果。
在构建本创新性装置的一种方法中，逐个分子地制造导电层和电介质层。在构建本创新性装置的另一种方法中，逐个原子地制造导电层和电介质层。
在制造本电荷存储器件的一种方法中，所述工艺包括下列各步骤构建具有一个导电曲线表面的至少一个第一导电层、构建具有一个导电曲线表面的至少一个第二导电层，以及构建被安排在第一导电曲线表面和第二导电曲线表面之间的至少一个电介质层。
在制造本电荷存储器件的另一种方法中，所述工艺包括下列各步骤构建具有一个第一导电曲线表面的第一导电层，构建具有相对的第一和第二电介质曲线表面的电介质层，第一电介质曲线表面被安排紧接着第一导电曲线表面，并且跨越其区域基本上跟随第一导电曲线表面；构建具有第二导电曲线表面的第二导电层，第二导电曲线表面被安排紧接着第二电介质曲线表面，并且跨越其区域基本上跟随第二导电曲线表面。
在制造本电荷存储器件的另一种方法中，所述工艺包括下列各步骤构建具有第一导电光滑增强表面的第一导电层；构建具有相对的第一和第二电介质表面的电介质层，第一电介质光滑增强表面被安排紧接着第一导电光滑增强表面，并且基本上跟随第一导电光滑增强表面；构建具有第二导电光滑增强表面的第二导电层，第二导电光滑增强表面被安排相邻第二电介质表面，并且基本上跟随第二导电光滑增强表面。
在制造本电荷存储器件的另一种方法中，所述工艺包括下列各步骤构建具有第一导电表面的第一导电层、构建具有相对的第一和第二电介质表面的电介质层，第一电介质表面具有与第一导电表面基本上共形的表面；构建具有第二导电表面的第二导电层，第二导电表面被安排与第二电介质表面相邻。
在制造本电荷存储器件的另一种方法中，所述工艺包括下列各步骤构建具有第一导电表面的第一导电层、构建具有相对的第一和第二电介质表面的电介质层，第一电介质表面与第一导电表面基本上保持互补性；构建具有第二导电表面的第二导电层，第二导电表面被安排与第二电介质表面相邻。
在制造本电荷存储器件的另一种方法中，所述工艺包括下列各步骤构建具有第一导电表面的第一导电层、构建具有相对的第一和第二电介质表面的电介质层，第一电介质表面具有与第一导电表面基本上共形的表面；构建具有第二导电表面的第二导电层，第二导电表面被安排与第二电介质表面相邻。
在制造本电荷存储器件的另一种方法中，所述工艺包括下列各步骤构建具有第一表面的第一导电层、构建具有相对的第一和第二电介质表面的电介质层，第一电介质表面被安排在紧接着第一表面，并且基本上跟随第一表面；构建具有一个表面的第二导电层，第二导电表面被安排与第二电介质表面相邻，并且基本上跟随所述第二表面；其中，第一和/或第二电介质表面的至少一部分具有尖锐结构。
在构建或制造本电荷存储器件的一种方法中，淀积电介质薄膜。
在构建或制造本电荷存储器件的一种方法中，淀积多孔介质。在电解质型电荷存储器件的充液部分内，所述多孔介质像一层纸那样，允许离子迁移，并且可以被视为类似于海绵。它使各层润湿并允许电流流动。在这些多孔介质中，可以使用各种电化学(如同在汽车电池、钽电容器、电解电容器、超级电容器、特级电容器、燃料电池等，即，在所有的PECS装置中那样)。
在构建或制造本电荷存储器件的一种方法中，淀积可渗透介质。在一种电解质类型的电荷存储器件的充液部分内，所述可渗透介质像一层纸那样，允许离子迁移，并且可以被视为类似于海绵。它使各层润湿并允许电流流动。在这些可渗透介质中，可以使用各种电化学(如同在汽车电池、钽电容器、电解电容器、超级电容器、特级电容器、燃料电池等，即，在所有的PECS装置中那样)。
在构建本电荷存储器件的一种方法中，各项化学参数在时间和空间上可控制地发生改变，以便改变装置的物理结构。
在构建本电荷存储器件的一种方法中，使用化学汽相淀积(CVD)工艺。
在构建本电荷存储器件的一种方法中，使用等离子体增强的化学汽相淀积(PECVD)工艺。
在构建本电荷存储器件的一种方法中，进行固化/退火工艺。
在构建本电荷存储器件的一种方法中，使用一种反应氧源。
在构建本电荷存储器件的一种方法中，使用毫微处理技术、设备和工艺来构建引线、导体、电解质、润湿机构或电介质中的任何一种。
在构建本电荷存储器件的一种方法中，使用微尺度组装技术、设备和工艺来构建引线、导体、电解质、润湿机构或电介质中的任何一种。
在构建本电荷存储器件的一种方法中，使用平版印刷术工具、设备和工艺来构建引线、导体、电解质、润湿机构或电介质中的任何一种。
在构建本电荷存储器件的一种方法中，使用蚀刻工具、设备和工艺来构建引线、导体、电解质、润湿机构或电介质中的任何一种。
在构建本电荷存储器件的一些实施例中，可以使用下列各项中的一项或多项微机电装置、至少一个微传感器、至少一个毫微传感器、至少一个阵列探头、至少一个阵列毫微管、至少一个电磁场、至少一个可控制电磁场和/或至少一个毫微机电装置。
在构建本电荷存储器件的一种方法中，采用表面涂覆。
在构建本电荷存储器件的一种方法中，使用粘附。
在构建本电荷存储器件的一种方法中，使用粘附参数的可控制的变化来改变装置的物理结构。
在构建本电荷存储器件的一种方法中，使用蚀刻工具、设备和工艺来构建引线、导体和电介质。
在构建本创新性装置的过程中，可以使用下列设备和工艺i)大尺度设备和工艺，ii)小尺度设备和工艺，iii)微尺度设备和工艺，或iv)毫微尺度设备和工艺。
在本电荷存储器件的一个实施例中，所述装置还包括一个润湿机构。在另一个实施例中，所述润湿机构包括至少一个微流体通道网络。
在本电荷存储器件的一个实施例中，所述装置还包括一个由至少一个毫微管组成的润湿机构。
在构建本电荷存储器件的一种方法中，使用一个光敏基板。
在构建本电荷存储器件的一种方法中，淀积一个光敏层。
在构建本电荷存储器件的一种方法中，淀积一个光敏区。
在构建本电荷存储器件的一种方法中，使用一个掩模图案。
在构建本电荷存储器件的一种方法中，可操作地将一个电极连接到第一和/或第二导电层。
在构建本电荷存储器件的一种方法中，可操作地将一个电极连接到一个导电基板。
在构建本电荷存储器件的一种方法中，可操作地将一个电极连接到一个半导体。
在构建本电荷存储器件的一种方法中，可操作地将一个电极连接到一个电介质。
在构建本电荷存储器件的一种方法中，使用一个探头。
在构建本电荷存储器件的一种方法中，使用一种试剂。
在构建本电荷存储器件的一种方法中，构建一个晶片。
在构建本电荷存储器件的一种方法中，进行微流体分析。
在构建本电荷存储器件的一种方式中，通过一根毫微管向所述装置输送材料。
在构建本电荷存储器件的一种方式中，通过单层毫微管向所述装置输送材料。
在构建本电荷存储器件的一种方式中，通过多层毫微管向所述装置输送材料。
在构建本电荷存储器件的一种方式中，使用一个激光器。
在构建本电荷存储器件的一种方式中，通过一个激光器把材料熔化到所述装置。
在构建本电荷存储器件的一种方式中，可以使用下列各项中的任何一项或多项显微镜、热源或散热器。
在构建本电荷存储器件的一种方式中，通过一根毫微管来监测所述各种材料。
在构建本电荷存储器件的一种方式中，通过一根毫微管来利用所述材料。
在构建本电荷存储器件的一种方式中，测量材料温度。
在构建本电荷存储器件的一种方式中，测量材料化学特性。
在构建本电荷存储器件的一种方式中，测量材料的电气特性。
在构建本电荷存储器件的一种方式中，测量材料的物理特性。
在构建本电荷存储器件的一种方式中，测量材料的量子特性。
在构建本电荷存储器件的一种方式中，使用一种腐蚀工艺。
在构建本电荷存储器件的一种方式中，使用一种蚀刻工艺。
在构建本电荷存储器件的一种方式中，各导电层和电介质层被并入印制电路板内。
在构建本电荷存储器件的一种方式中，各导电层和电介质层被并入集成电路内。
在构建本电荷存储器件的一种方式中，各导电层和电介质层i)被装入一个封装，或ii)被密封。
在构建本电荷存储器件的一种方式中，导电层和电解质被装入一个封装中。
在构建本电荷存储器件的一种方式中，所述装置被装入一个金属封装中、一个塑料封装中、一个基于硅的封装中、一个基于碳的封装中或者一个陶瓷封装中。
在构建本电荷存储器件的至少一种方法中，所述工艺包括生长各种微观结构，诸如晶体、垫、过滤垫、底座、网和粒子云。
可以按照任何适当的形状来构建本发明的装置，诸如扁平形、圆柱形、球形或者扁平形以外的形状。
可以按照这样一种形状来构建本发明的装置，例如先是扁平形的、并且随后卷绕或加工成任何其它适当的形状，诸如扁平形、圆柱形、球形或者扁平形以外的形状。
本发明装置的封装一旦本发明的装置被构建或制造出来，本装置就可以被卷绕，特别是，为了最后的封装目的而采取扁平形的形状。一个或多个发明的装置可以被存储或收藏在封装容器之中。所述封装容器可以是圆柱形的、环状区域、正六面体的，以及其它容器形状。所述容器可以是防水的，额定压力的或者振动安装的(冲击安装的)。
具有带绒毛状小结构的光滑电容器的电荷存储器件在本发明的一种实施方式中，构建了一种具有绒毛状微结构的光滑整体结构。保持了光滑整体结构的整体机械强度。在小区域内，引入尖的短粗纤维。这些为增加强度和表面区域而构建的短粗纤维用来分布和积累大的电荷浓度。考虑一座光滑的大山。每一个缓和的斜率曲线轻微地蜿蜒着。这里有起伏、山谷、山脊、高原和绝顶。无论是从东西南北，都可以容易地走到山上的每一点。无论是登山、下山或者横越，都要作出差不多相等的努力。但是等一下，让我们更近地调查一下。用草铺成的绿色地毯进入我们的视野。在更近的观察中，明显光滑的山体结构在最小层次中断。草的茎和叶中断了我们的高山草原的连续性和光滑性。为了摄取能量，这些草寻找最大的日照。草的小枝并没有降低山体的强度，这些小枝已经大量地增加了山的表面区域。
在本发明的一种实施方式中，构建了一种具有绒毛状毫微结构的光滑整体结构。在《飘》一书中，Scarlet O′Hare穿着从窗帘再加工的天鹅绒服装来拜访Rhett Butler。相爱的一对仅把注意力放在如上所述的最细小的层次上，他们只看见scarlet的形象的光滑线条被天鹅绒的绒毛粗暴破坏了。天鹅绒的极端长绒毛并没有降低Leigh小姐对Gable先生的魅力。事实上，柔软的天鹅绒绒毛发出它的全部力量。细小的但是可见的短粗纤维产生一种大多数其它纺织物无法匹配的深度。按照类似的方式，绒毛状毫微结构为本发明的电容器提供了针对电荷积累、故障状态和电压强度的强有力的机械结构。
在电荷存储器件的一种实施方式中，导电层和电介质层被构建成具有光滑的整体结构、具有绒毛状微结构和具有绒毛状毫微结构。保持了高的机械强度和有效介电强度。通过使用一种尖锐拓扑结构，就能得到大的表面区域，从而得到高的电荷浓度和积累。由此遇到以高电压和大电流状态为特征的各种力、力矩、应力和热活动，而不发生电容器显著降质。
具有尖锐结构的电荷存储器件电荷存储器件的另一方面就是具有尖锐结构的电荷存储器件。在一个实施例中，有一种电荷存储器件，在所述装置的导电层和/或电介质层的至少一部分上具有尖锐结构。
在一个实施例中，一个电荷存储器件有具有第一表面的第一导电层，具有相对的第一和第二电介质表面的电介质层，第一电介质表面被安排紧接着第一表面，并且基本上跟随第一表面；具有一个表面的第二导电层，第二导电表面被安排与第二电介质表面相邻，并且基本上跟随第二表面；其中，第一和/或第二电介质表面的至少一部分具有尖锐结构。
在电荷存储器件的一个实施例中，所述存储装置包括具有第一表面的第一导电层、具有相对面的第一和第二电介质表面的电介质层。导电层的第一表面被安排紧接着电介质层的第一表面，并且基本上跟随所述电介质表面。本装置还包括具有一个表面的第二导电层，第二导电表面被安排与第二电介质表面相邻，并且基本上跟随第二电介质表面。
本装置的一个方面就是，第一和/或第二导电表面的至少一部分具有尖锐结构。此外，第一或第二电介质表面的至少一部分也可以具有尖锐结构。没有限制地说，这些结构中的某一些包括枝状晶体结构、诸如一种实质上树和叶的结构、一种实质上神经状结构、一种实质上突触状结构，或者一种实质上的血管和毛细管状结构。
在电荷存储器件的一种实施方式中，所述导电层和电介质层被构成为具有光滑的整体结构，具有枝状晶体、菲涅尔、树和叶以及其它尖角形结构。导体的交织的、绝缘的随机纠缠(像一个装满蛇的袋子或者一个装满细面条的漏勺那样)。这些不同的结构提供了增强的功率特性。
在电荷存储器件的一种实施方式中，通过使用尖锐结构，扩大了所述电容器的表面区域。
在电荷存储器件的一种实施方式中，通过使用尖锐结构，增加了电荷存储密度。
在电荷存储器件的一种实施方式中，通过使用尖锐结构，增加了所述电容器的总电荷密度。
在电荷存储器件的一种实施方式中，通过使用尖锐结构，增加了所述电容器的瞬时电流容量。
在电荷存储器件的一种实施方式中，通过使用尖锐结构，增加了所述电容器的电荷积累速率。
在电荷存储器件的一种实施方式中，通过使用粘附来抵消排斥力。
在电荷存储器件的一种实施方式中，通过使用粘附来抵消熵。
在本发明的一种实施方式中，通过使用粘附，使电容器材料保持在适当的位置。
在本发明的一个实施方式中，通过使用粘附，使电容器材料集合在一起。
在本发明的一个方面中，电介质层和导电层之间的互补性促进了本发明电容器的冷却。
应当注意的是，虽然以上说明了本发明的大多数实施例的概要，但是其它各实施例均在权利要求书中加以陈述。在发明内容一节中，这些实施例均通过参考而并入。
以上已经相当广泛地列举了本发明的特征和技术上的优点，以便读者能更好地理解随后的本发明的详细说明。构成本发明的权利要求书的主题的附加的特征和优点将在下文中加以叙述。本领域的技术人员应当理解，所公开的概念和特定的实施例可以被容易地用来作为修改或设计用于实行本发明的相同目的的其它结构的基础。本领域的技术人员还应当认识到，这样的等效的结构并不离开在所附的权利要求书中所陈述的精神实质和范围。从以下的结合附图的说明中，将能更好地理解作为本发明的新颖的特征的它的组成和操作方法，连同进一步的目的和优点。然而，有待于明确地理解的是，每一张图都仅仅是为了图解和说明的目的而提供的，作者不打算将其用于规定对本发明的限制。


为了更完整地理解本发明，现在参照下列结合附图的说明，在附图中图1示出在一个具有平面用于导电层的通用电容器的导电板上的瞬时电荷积累；图2表示一个现有技术的、具有导电金属箔的极化电解电容器的一个示例性实施例的放大了的截面图；图3表示一个光滑的二维图形；图4表示一个光滑的三维结构；图5图解互补性的情况，表明顶部和底部结构是共形的；
图6表示此项技术的电能存储特性与功率转移方面之间的相互关系；图7表示在一个并联的电容器组合中，能减少导电层的数目的一种构建方法；图8表示在一个串联的电容器组合中，能减少导电层和互连的数目的一种构建方法；图9A-9B表示在一个反串联的电容器组合中，能减少导电层和互连的数目的一种构建方法；图10表示一个具有增加了的表面区域的任意尺度的电容器设计；图11表示一种具有尖角的毫微结构；图12表示一个具有正弦拓扑的增强表面区域；以及图13表示一个增强表面区域区域，在其中，峰和谷在性质上是矩形平行六面体，展示一种单元锯齿或金字塔拓扑。
具体实施例方式
本领域的技术人员通常用数学方法来描述电容器。通常使用的单位制和换算方法有好几种。在各个系统中跳来跳去也并不少见。基本的物理和数学定义和关系如下。在可应用的场合，使用无源符号电路约定Q＝8.9874×109Nm2Cou2(电荷单位，库仑)E0＝8.854×1012Cou2/NM2(自由空间的介电常数)C＝Q/Vv＝(1/C)∑idt+vt0(从t0到tf求和或积分)i＝C dv/dtp＝vi＝Cv dv/dtw＝Cv2/2C＝E0ER(A/d)(平行板电容器的几何尺寸)电容器的特征在于某些定性的电路动作和反应。此种电路的行为归纳为下列直观推断i)电容器将允许端电流的瞬时变化，ii)电容器将反对端电压的瞬时变化，以及iii)已充电的电容器对恒定(DC)电压表现为开路。
图3表示一个光滑的二维图形。可以用一个光滑表面来形成一个或多个导电层的表面。此外，可以用一个相似的光滑表面来形成电介质层。二维光滑图形的一种数学模型就是正弦波。如同下面将要进一步地说明和图4所示那样，光滑的谷31和峰33可以物理地扩展为几个光滑的三维表面。例如，该图可以被认为是一个光滑的三维沟或山和谷结构的侧视图。
图4表示一个可以用于本发明的光滑的三维结构。此种结构可以被认为是谷31和峰33结构，或者一个正弦波，或者在一个平面中线性延伸的类似起伏。只要梯度的变化是逐渐的，这种结构就可以被认为是光滑的。可以进行所述表面斜率的逐渐变化。
图5表示各层之间的互补性的概念。顶部和底部的结构是共形的。图5所显示的强调了顶部41和底部43这两半部之间的距离分隔。如图所示，在第一表面45和第二表面47之间，这两个表面保持互补性。在本发明的某些实施例中，导电层与电介质层保持互补性。
图6表示电荷存储器件的许多目的其中之一，一个目的就是增强电荷存储器件的功率特性。图6意味着它是说明性的而不是限制性的。图6示出本发明的电荷存储器件的电能存储特性与功率传送方面之间的相互关系。该图在y轴上表示能量61，并且在x轴上表示功率62。被称为“感兴趣的区域”的框通常表示与其它现成可用的技术相比，本发明的技术的一种实施方式所处的位置。据信，“感兴趣的区域”的框67表示，与其它现有技术相比，本发明的电荷存储器件在能量与功率图中所处的区域。如图所示，在每一种技术之间存在显著的变化。例如，铅钙电池63可以是具有高能量存储设计的深度循环类型。另一方面，一个相同安时的起动电池将不存储全部能量，而是可以提供显著地较大的瞬时功率。类似地，有各种各样对称的和非对称的超级和特级的电容器设计64，它具有宽广地发散的能量密度和功率密度分布。还有，钽电容器65具有各种功率和能量特性。非极化的电容器66可能具有良好的功率特性，然而低的能量存储。电荷存储器件表现出相对于现有技术来说的功率与能量增加。
图7表示在一个并联的电容器组合中，减少导电层的数目的一种构建方法。减少导电层的数目是本发明的一个目的。
图8表示在一个串联的电容器组合中，减少导电层和互连的数目的一种构建方法。
图9A和9B表示在一个反串联的电容器组合中，减少导电层和互连的数目的一种构建方法。此种技术可以应用于在连续交流应用中使用正向偏置的极化电容器。
图10表示一个增加了表面区域的任意尺度的电容器设计。这种类型的总体结构用于增加体电荷存储。图10展现了某些尖角，并且可以被认为是一种尖锐结构。
图11表示一种具有尖角的结构。在某些实施例中，本发明的电荷存储器件利用一种枝状晶体结构，它趋向于使电荷积累和能量存储最大化。枝状晶体结构包括树和叶、神经和突触、血管和毛细管。这样的尖锐结构适用于高能量密度的电容器。
图12表示一个增强表面积，其中，Z＝A Sin(bX)Sin(bY)，一种正弦拓扑。在某些实施例中，导电层和电介质层利用曲线表面。对于诸如Z＝A[Sin(bX)Sin(bY)]的连续简单数学表面的情形来说，可以精确地导出积分。上述表面的表面区域的增加是幅度A以及周期bX和bY的函数。在图中，bX和bY的周期是相同的。具有类似这样的光滑曲线表面的物体(其中，有一个共形的电介质层和第二共形的导电层)，相对于出现在电解电容器中的脆弱结构来说，可以被表示为具有高的物理强度。一个单位正弦对周期的线积分(长度)具有2π的长度。因此，正弦单位结构的面积分为4π2。如上面所示，Z的更一般的情形包括常数A和b。表面区域将与常数A的大小呈正比地增加，并由于面积分的数学特性，它将与常数b呈反比地增加。表面积的增加在物理上类似于能量随着波幅度的增加而增加，以及随着波长的减小(频率的增加)而增加。Z＝A Sin(bX)Sin(bY)的正弦拓扑是光滑的，并且由于导体而呈现出高的物理强度。一种强力结合的、物理上强的共形的电介质将填充分隔空间，提供强有力的力学支持。一种具有良好热传导特性和耐热性的电介质，诸如结晶形式的碳(金刚石)将允许大的位移电流。在曲线表面的每一点上，共形的层拓扑结构为电荷在电介质中的位移提供最短距离，成为从导体到导体的正交路径。因此，材料强度、拓扑、热动力学特性与介电常数和介电强度相结合，来确定一个电容器的可允许瞬态和稳态电流密度。只有结构尺寸相对于所涉及的原子和分子是大的，就能保持对均匀的共形的涂覆的高度近似。
图13表示一个增强表面区域区域，在其中，峰和谷在性质上是矩形平行六面体，呈现出一种单元锯齿或金字塔拓扑。在本电荷存储器件的某些实施例中，导电和电介质表面具有增强表面区域。锯齿状二维曲线的线积分为4，而三维表面的表面区域为6。因此，三维锯齿拓扑表现为平坦表面的表面区域的6倍，但是其表面区域显著地小于正弦拓扑。这种形状可以被描述为多个轻微地位移的、倾斜的半个方形盒子。图13的拓扑结构表现出高的物理强度与增加了的表面区域相结合。如同在上面的正弦拓扑的情形中那样，金字塔型结构的表面区域将随着幅度与频率的增加而增加。同样，位移电流矢量通常保持上面的正弦结构的正交的和最短路由特性。相对平直的可实现表面和边缘符合晶体和多晶生长结构。
在本说明书中所说明的所有专利和公报对于与本发明有关的本领域的技术人员的水平来说是陈述性的。所有专利和公报在这里都在相同程度上通过参考而并入，就好像每一个单独的公报都被专门地和个别地表明作为参考而并入。
美国专利文献美国专利第5,362,526号，题为“Plasma-Enhanced CVD ProcessUsing TEOS for Depositing Silicon Oxide”，在这里通过参考而并入。
美国专利第5,876,787号，题为“process of manufacturing aporous carbon material and capacitor having the same”，Avarbz等人，1999。
美国专利第5,081,559号，题为“enclosed ferroelectric stackedcapacitor”，Fazan等人，1992。
已公开的美国专利申请US PTO 20020017893 W.B.Duff，Jr.已公开于2002年2月14日Method and Circuit for Using Polarized Device In ACApplicationsUS PTO 20030006738 W.B.Duff，Jr.已公开于2003年1月9日Method and Circuit For Using Polarized Device In ACApplications非临时的美国申请系列号第09/170,998号，题为“Method andCircuit For Using Polarized Device in AC Applications”，2000年11月9日提交，该申请书主张2000年1月4日提交的临时申请书系列号第60/174,433号，题为“Method and Circuit For Using PolarizedDevice in AC Applications”的优先权。
USPTO 20030010910 Colbert，Daniel T.，等人，已公开于2003年1月9日Continuous Fiber of Single Wall Carbon Nanotubes其它参考文献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虽然已经详细地说明了本发明及其优点，但是，应当理解，在不离开由所附的权利要求书所规定的本发明的精神实质和范围的前提下，在这里可以作出各种各样的变动、替换和更改。而且，作者不打算将本申请书的范围局限于本申请书中所描述的工艺、机器、制造、事物的组成、装置、方法和步骤的特定的实施例的范围内。正如本领域的技术人员从本发明的公开中容易理解的那样，根据本发明，可以利用现成的或者有待于以后开发的、基本上执行相同功能或者基本上获得相同于在这里所描述的相应的实施例的结果的工艺、机器、制造、事物的组成、装置、方法和步骤。因此，作者打算在所附的权利要求书中，将这些工艺、机器、制造，事物的组成、装置、方法和步骤都纳入到本发明的范围之中。
权利要求
1.一种电荷存储器件，包括具有导电曲线表面的至少一个第一导电层；具有导电曲线表面的至少一个第二导电层；以及被安排在第一导电曲线表面和第二导电曲线表面之间的至少一个电介质层。
2.如权利要求1所述的电荷存储器件，其中，所述电介质层具有相对的第一和第二电介质曲线表面，第一电介质曲线表面被安排紧接着所述第一导电曲线表面，并且跨过其区域基本上跟随第一导电曲线表面。
3.如权利要求1或2中任何一项所述的电荷存储器件，第二导电层具有第二导电曲线表面，所述第二导电曲线表面被安排与第二电介质曲线表面相邻，并且跨过其区域基本上跟随第二导电曲线表面。
4.如权利要求1或2中任何一项所述的电荷存储器件，其中，第一导电表面和第一电介质表面基本上是共形的。
5.如权利要求1或2中任何一项所述的电荷存储器件，其中，第二导电表面和第二电介质表面基本上是共形的。
6.如权利要求1或2中任何一项所述的电荷存储器件，其中，第一导电表面和第一电介质表面基本上保持互补性。
7.如权利要求1或2中任何一项所述的电荷存储器件，其中，第二导电表面和第二电介质表面基本上保持互补性。
8.如权利要求1或2中任何一项所述的电荷存储器件，其中，第一导电表面区域的至少2％和第一电介质表面的一个区域基本上共形。
9.如权利要求1或2中任何一项所述的电荷存储器件，其中，第一导电表面区域的至少2％和第一电介质表面的一个区域基本上保持互补性。
10.如权利要求8-9中任何一项所述的电荷存储器件，其中，第一导电表面区域被安排离开第一电介质表面区域一个基本上均匀的距离。
11.如权利要求8-10中任何一项所述的电荷存储器件，其中，第一导电表面区域被安排离开第一电介质表面区域从0.0001μm到2000μm范围内的一个选定距离，所述选定距离在一个可选择的容限内改变。
12.如权利要求1或2中任何一项所述的电荷存储器件，其中，第二导电表面区域的至少2％和第二电介质表面的一个区域基本上共形。
13.如权利要求1或2中任何一项所述的电荷存储器件，其中，第二导电表面区域的至少2％和第二电介质表面的一个区域基本上保持互补性。
14.如权利要求12-13中任何一项所述的电荷存储器件，其中，第二导电表面区域被安排离开第二电介质表面区域一个基本上均匀的距离。
15.如权利要求12-14中任何一项所述的电荷存储器件，其中，第二导电表面区域被安排离开第二电介质表面区域从0.0001μm到2000μm范围内的一个选定距离，所述选定的距离在一个可选择的容限内改变。
16.如权利要求1或2中任何一项所述的电荷存储器件，其中，第一和第二导电曲线表面和电介质曲线表面中的每一个具有基本上光滑的结构。
17.如权利要求16所述的电荷存储器件，其中，第一和第二导电曲线表面和电介质曲线表面中的每一个包括形成在任何表面的至少一部分光滑结构上的绒毛状结构，所述绒毛状结构相对于所述光滑结构具有小尺度。
18.如权利要求16所述的电荷存储器件，其中，第一和第二导电曲线表面和电介质曲线表面中的每一个包括形成在任何表面的至少一部分光滑结构上的枝状结构，所述枝状结构相对于所述光滑结构具有小尺度。
19.一种电荷存储器件，包括具有第一导电光滑增强表面的第一导电层；具有相对的第一和第二电介质表面的电介质层，第一电介质光滑增强表面被安排紧接着第一导电光滑增强表面，并且基本上跟随第一导电光滑增强表面；以及具有第二导电光滑增强表面的第二导电层，第二导电光滑增强表面被安排与第二电介质表面相邻，并且基本上跟随第二导电光滑增强表面。
20.如权利要求19所述的电荷存储器件，其中，第一电介质光滑增强表面被安排紧接着第一导电光滑增强表面，并且基本上跟随第一导电光滑增强表面。
21.如权利要求19和20中任何一项所述的电荷存储器件，其中，第一导电表面和第一电介质表面基本上是共形的。
22.如权利要求19和20中任何一项所述的电荷存储器件，其中，第二导电表面和第二电介质表面基本上是共形的。
23.如权利要求19和20中任何一项所述的电荷存储器件，其中，第一导电表面和第一电介质表面基本上保持互补性。
24.如权利要求19和20中任何一项所述的电荷存储器件，其中，第二导电表面和第二电介质表面基本上保持互补性。
25.如权利要求19和20中任何一项所述的电荷存储器件，其中，第一导电表面区域的至少2％基本上和第一电介质表面的一个区域共形。
26.如权利要求19和20中任何一项所述的电荷存储器件，其中，第一导电表面区域的至少2％基本上和第一电介质表面的一个区域保持互补性。
27.如权利要求25和26中任何一项所述的电荷存储器件，其中，第一导电表面区域被安排离开第一电介质表面区域一个基本上均匀的距离。
28.如权利要求25和26中任何一项所述的电荷存储器件，其中，第一导电表面区域被安排离开第一电介质表面区域从0.0001μm到2000μm范围内的一个选定距离，所述选定的距离在一个可选择的容限内改变。
29.如权利要求19和20中任何一项所述的电荷存储器件，其中，第二导电表面区域的至少2％和第二电介质表面的一个区域基本上共形。
30.如权利要求19和20中任何一项所述的电荷存储器件，其中，第二导电表面区域的至少2％和第二电介质表面的一个区域基本上保持互补性。
31.如权利要求29和30中任何一项所述的电荷存储器件，其中，第二导电表面区域被安排离开第二电介质表面区域一个基本上均匀的距离。
32.如权利要求19和20中任何一项所述的电荷存储器件，其中，第一和第二导电光滑增强表面和电介质光滑增强表面中的每一个具有基本上光滑的结构。
33.如权利要求32所述的电荷存储器件，其中，第一和第二导电光滑增强表面和电介质光滑增强表面中的每一个包括形成在任何表面上的至少一部分所述光滑结构上的一个绒毛状结构，所述绒毛状结构相对于所述光滑结构具有小尺度。
34.如权利要求32所述的电荷存储器件，其中，第一和第二导电光滑增强表面和电介质光滑增强表面中的每一个包括形成在任何表面上的至少一部分光滑结构上的一个枝状结构，所述枝状结构相对于所述光滑结构具有小尺度。
35.一种电荷存储器件，包括具有成形的地形表面的至少一个第一导电层；具有导电成形的地形表面的至少一个第二导电层；以及被安排在第一导电成形的地形表面和第二导电成形的地形表面之间的至少一个电介质层。
36.如权利要求35所述的电荷存储器件，其中，所述电介质层具有相对的第一和第二电介质地形表面，第一电介质地形表面被安排紧接着所述第一导电地形表面，并且跨越其区域基本上跟随第一导电地形表面。
37.如权利要求35和36中任何一项所述的电荷存储器件，其中，第一导电表面和第一电介质表面基本上是共形的。
38.如权利要求35和36中任何一项所述的电荷存储器件，其中，第二导电表面和第二电介质表面基本上是共形的。
39.如权利要求35和36中任何一项所述的电荷存储器件，其中，所述第一导电表面和所述第一电介质表面基本上保持互补性。
40.如权利要求35和36中任何一项所述的电荷存储器件，其中，所述第二导电表面和所述第二电介质表面基本上保持互补性。
41.如权利要求35和36中任何一项所述的电荷存储器件，其中，第一导电表面区域的至少2％具有成形的地形表面，所述2％的区域定义一种光滑结构。
42.如权利要求35和36中任何一项所述的电荷存储器件，其中，第二导电表面区域的至少2％具有成形的地形表面，所述2％的区域定义一种光滑结构。
43.如权利要求41-42中任何一项所述的电荷存储器件，其中，第一电介质表面区域的至少2％具有成形的地形表面，所述2％的区域定义一种光滑结构。
44.如权利要求41-42中任何一项所述的电荷存储器件，其中，第二电介质表面区域的至少2％具有成形的地形表面，所述2％的区域定义一种光滑结构。
45.如权利要求41-42中任何一项所述的电荷存储器件，其中，第一导电表面区域的至少2％和第一电介质表面的一个区域基本上共形。
46.如权利要求41-42中任何一项所述的电荷存储器件，其中，第一导电表面区域的至少2％和第一电介质表面的一个区域基本上保持互补性。
47.如权利要求43-46中任何一项所述的电荷存储器件，其中，第一导电表面区域被安排离开第一电介质表面区域一个基本上均匀的距离。
48.如权利要求43-47中任何一项所述的电荷存储器件，其中，第一导电表面区域被安排离开第一电介质表面区域从0.0001μm到2000μm范围内的一个选定距离，所述选定距离在一个可选择的容限内改变。
49.如权利要求41和42中任何一项所述的电荷存储器件，其中，第二导电表面区域的至少2％和第二电介质表面的一个区域基本上共形。
50.如权利要求41和42中任何一项所述的电荷存储器件，其中，第二导电表面区域的至少2％和第二电介质表面的一个区域基本上保持互补性。
51.如权利要求49和50中任何一项所述的电荷存储器件，其中，第二导电表面区域被安排离开第二电介质表面区域一个基本上均匀的距离。
52.如权利要求49-51中任何一项所述的电荷存储器件，其中，第二导电表面区域被安排离开第二电介质表面区域从0.0001μm到2000μm范围内的一个选定距离，所述选定距离在一个可选择的容限内改变。
53.如权利要求41和42中任何一项所述的电荷存储器件，其中，第一和第二导电表面和电介质表面中的每一个具有基本上光滑的结构。
54.如权利要求53所述的电荷存储器件，其中，第一和第二导电表面和电介质表面中的每一个包括形成在任何表面的至少一部分所述光滑结构上的一个绒毛状结构，所述绒毛状结构相对于所述光滑结构具有小尺度。
55.如权利要求53所述的电荷存储器件，其中，第一和第二导电表面和电介质表面中的每一个包括形成在任何表面的至少一部分光滑结构上的一个枝状结构，所述枝状结构相对于所述光滑结构具有小尺度。
56.如权利要求16-18，32-34，41-44和53-55中任何一项所述的电荷存储器件，其中，光滑结构的至少一部分具有重复的图案。
57.如权利要求16-18，32-34，41-44和53-55中任何一项所述的电荷存储器件，其中，第一和/或第二导电层的光滑结构的至少一部分具有下列形状的一个区域，即气泡形、正弦行形、抛物面形、倒置形、外翻形、凹形、凸形、螺线形、随机的旋涡形、准随机的旋涡形、数学上定义为(A)Sin(bX)Sin(bY)的形状、数学上定义为抛物面的形状、数学上定义为圆锥面的形状、管形、环形或螺旋管形，或者以一种可渗透垂直样式被嵌入。
58.如权利要求16-18，32-34，41-44和53-55中任何一项所述的电荷存储器件，其中，电介质层的光滑结构的至少一部分具有采取下列形状的一个区域，即气泡形、成行的正弦波形、抛物面形、倒置形、外翻形、凹形、凸形、螺线形、随机的旋涡形、准随机的旋涡形、数学上定义为(A)Sin(bX)Sin(bY)的形状、数学上定义为抛物面的形状、数学上定义为圆锥面的形状、管形、环形或螺旋管形，或者以一种可渗透垂直样式被嵌入。
59.一种电荷存储器件，包括具有第一表面的第一导电层；具有相对的第一和第二电介质表面的电介质层，所述第一电介质表面被安排紧接着第一表面并且基本上跟随第一表面；具有一个表面的第二导电层，所述第二导电表面被安排与所述第二电介质表面相邻，并且基本上跟随第二表面；以及其中，第一和/或第二电介质表面的至少一部分具有尖锐结构。
60.如权利要求59所述的电荷存储器件，其中，第一和/或第二电介质层的表面区域的至少2％具有尖锐结构。
61.如权利要求59-60中任何一项所述的电荷存储器件，其中，跨越所述至少2％的表面区域重复地图形化相似形状的尖锐结构。
62.如权利要求59-60中任何一项所述的电荷存储器件，其中，跨越所述至少2％的表面区域重复地图形化不同形状的尖锐结构。
63.如权利要求59-62中任何一项所述的电荷存储器件，其中，第一和/或第二导电表面的至少一部分具有尖锐结构。
64.如权利要求59-63中任何一项所述的电荷存储器件，其中，所述尖锐结构是一种枝状结构。
65.如权利要求64所述的电荷存储器件，其中，所述枝状结构是一种基本上树和叶的结构、一种基本上类似于神经的结构、一种基本上类似于突触的结构、一种基本上类似血管和毛细管的结构。
全文摘要
本发明一般地涉及具有增强的功率特性的电荷存储器件(ECSD)。更具体地说，本发明涉及增强各种装置，诸如电容器、电池、燃料电池和其它电荷存储器件的电流密度、额定电压、功率传送特性、频率响应和电荷存储密度。例如，本发明的一个方面就是固态和电解电容器，其中，利用光滑结构来增加导体的表面区域，由此缩短分离导体的距离，并且通过使用基于原子、分子和宏观水平的构建技术来改善有效电介质特性。
文档编号H01G9/04GK1781201SQ200480006035
公开日2006年5月31日 申请日期2004年3月4日 优先权日2003年3月5日
发明者威廉B·朵夫二世 申请人:威廉B·朵夫二世