本發(fā)明涉及脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域，具體而言涉及的是一種石墨烯基高壓脈沖薄膜電容器，特別涉及卷繞型及疊層型脈沖薄膜電容器熱性能的改良。

背景技術(shù)：

高壓脈沖電容器一般多指金屬化有機(jī)薄膜類電容器或陶瓷類電容器，在電磁發(fā)射、激光電源、儲(chǔ)能焊接、高壓電技術(shù)等領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。一般而言，高壓脈沖電容器主要有兩種結(jié)構(gòu)，其一為將鋁箔作為電極與塑料膜或絕緣材料和膜構(gòu)成的復(fù)合介質(zhì)繞制或?qū)盈B為電容器；另一種是全膜金屬化結(jié)構(gòu)，即將塑料膜或絕緣材料在真空狀態(tài)下蒸鍍一層極薄的金屬層構(gòu)成電極，再將其卷繞或?qū)盈B構(gòu)成電容器。

專利201010250002.8公開(kāi)了一種改良的薄膜電容器，將多個(gè)電介質(zhì)和至少一個(gè)金屬蒸鍍膜疊層構(gòu)成薄膜電容器，實(shí)現(xiàn)電容器的小型化和大容量化。專利00118948.4公開(kāi)了一種薄膜電容器及其制作方法，即在真空狀態(tài)下采用金屬氣相沉積法制作薄膜電容器母版，并采用層疊法制成薄膜電容器，以實(shí)現(xiàn)降低電容器體積和造價(jià)，提高電容器電性能的目的。

在電磁發(fā)射及激光電源等應(yīng)用領(lǐng)域，由于高壓脈沖電容器在大電流連續(xù)工作條件下內(nèi)阻發(fā)熱及磁場(chǎng)效應(yīng)等原因致熱，加之電容器結(jié)構(gòu)緊湊，散熱不良，會(huì)使電容器電極出現(xiàn)較嚴(yán)重的熱累積現(xiàn)象，或?qū)е码娙萜麟娊橘|(zhì)材料軟化形變而擊穿，同時(shí)電極溫度升高會(huì)降低電容器電場(chǎng)，使電容器的有效儲(chǔ)能密度降低，極大影響脈沖電容器的工作可靠性與電學(xué)性能。從公開(kāi)的高壓脈沖電容器現(xiàn)有技術(shù)情況可以看出，雖然通過(guò)各種技術(shù)手段有效降低了電容器的容積，提高電容器的儲(chǔ)能密度，實(shí)現(xiàn)電容器小型化與大容量化，但均未能有效解決電容器電極的熱累積及熱管理等熱問(wèn)題，在實(shí)際應(yīng)用中均存在電容器電極發(fā)熱使電容器溫度升高及性能與可靠性降低等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種石墨烯基高壓脈沖薄膜電容器，以解決現(xiàn)有高壓脈沖薄膜電容器電極發(fā)熱、散熱及冷卻效果不良所導(dǎo)致的電容器工作性能與可靠性降低等問(wèn)題。

本發(fā)明的目的和任務(wù)通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明提供的一種石墨烯基高壓脈沖薄膜電容器，是由多個(gè)電介質(zhì)層和多個(gè)石墨烯電極層交替疊層方式構(gòu)成，所述的電介質(zhì)層為樹(shù)脂薄膜，其材質(zhì)可為聚丙烯或聚乙烯；所述的石墨烯電極層由連接的金屬化膜和石墨烯薄膜組成。

進(jìn)一步的，所述的電介質(zhì)層與石墨烯電極層的金屬化膜連接。

進(jìn)一步的，所述的電介質(zhì)層與石墨烯電極層的石墨烯薄膜連接。

進(jìn)一步的，所述的多個(gè)電介質(zhì)層和多個(gè)石墨烯電極層交替疊層進(jìn)行卷繞得到卷繞型電容器或多個(gè)電介質(zhì)層與石墨烯電極層交替層疊構(gòu)成疊層型或平板型電容器。

進(jìn)一步的，金屬化膜的材質(zhì)為銅或鋁。

進(jìn)一步的，石墨烯薄膜為單層或多層石墨烯薄膜。

進(jìn)一步的，在電介質(zhì)層的一個(gè)表面真空蒸鍍或熱噴涂金屬銅或鋁形成金屬化膜，再在所述的金屬化膜表面層采用cvd（化學(xué)氣相沉積法）生成石墨烯薄膜。

進(jìn)一步的，在所述的電介質(zhì)層表面采用化學(xué)氣相沉積法（cvd）生成石墨烯薄膜，再在石墨烯薄膜的一個(gè)表面真空蒸鍍或熱噴涂金屬銅或鋁形成金屬化膜。

進(jìn)一步的，在石墨烯薄膜的一個(gè)表面真空蒸鍍或熱噴涂金屬銅或鋁形成金屬化膜，再將石墨烯薄膜的一個(gè)表面或金屬化膜的一個(gè)表面貼敷在電介質(zhì)層的一個(gè)表面。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)與突出性效果：1）本發(fā)明在電容器電極表面增設(shè)石墨烯薄膜層，可以利用石墨烯薄膜優(yōu)良的面導(dǎo)熱性能，將電容器層間電極的熱量快速轉(zhuǎn)移至電容器電極外，以顯著降低電容器內(nèi)電極的熱積累，實(shí)現(xiàn)對(duì)電容器內(nèi)電極的溫度控制與熱管理；2）本發(fā)明采用石墨烯薄膜增強(qiáng)電容器電極的散熱，有利于降低電容器脈沖工作時(shí)電極的溫度，避免電容器電介質(zhì)材料的軟化與形變，有效避免電容器電介質(zhì)的電擊穿，提高電容器的耐壓強(qiáng)度與工作可靠性；3）本發(fā)明采用石墨烯薄膜強(qiáng)化電容器電極的熱管理，降低電容器因溫升導(dǎo)致的電場(chǎng)強(qiáng)度的損耗，有利于穩(wěn)定脈沖電容器的儲(chǔ)能量，便于實(shí)現(xiàn)電容器的小型化與大容量化。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明提供的一種卷繞型石墨烯基高壓脈沖薄膜電容器結(jié)構(gòu)及其局部放大圖。

圖2為本發(fā)明提供的另一種卷繞型石墨烯基高壓脈沖薄膜電容器局部放大圖。

圖3為本發(fā)明提供的一種疊層型石墨烯基高壓脈沖薄膜電容器結(jié)構(gòu)圖。

圖4為本發(fā)明提供的另一種疊層型石墨烯基高壓脈沖薄膜電容器結(jié)構(gòu)圖。

其中：2-石墨烯薄膜；3-金屬化膜；4-電介質(zhì)層。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明內(nèi)容的具體實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。

如圖1-4，本發(fā)明提供的一種石墨烯基高壓脈沖薄膜電容器，是由多個(gè)電介質(zhì)4和多個(gè)石墨烯電極層交替疊層方式構(gòu)成，所述的多個(gè)電介質(zhì)層4和多個(gè)石墨烯電極層交替疊層進(jìn)行卷繞得到卷繞型電容器或多個(gè)電介質(zhì)層4與石墨烯電極層交替層疊構(gòu)成疊層型或平板型電容器。所述的電介質(zhì)層4為樹(shù)脂薄膜，其材質(zhì)可為聚丙烯或聚乙烯；所述的石墨烯電極層由連接的金屬化膜3和石墨烯薄膜2組成，所述的電介質(zhì)層4與石墨烯電極層的金屬化膜3連接，或所述的電介質(zhì)層4與石墨烯電極層的石墨烯薄膜2連接。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在電介質(zhì)層4的一個(gè)表面真空蒸鍍或熱噴涂金屬銅或鋁形成金屬化膜3，再在所述的金屬化膜3一個(gè)表面層采用cvd（化學(xué)氣相沉積法）生成石墨烯薄膜2。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在所述的電介質(zhì)層4表面采用化學(xué)氣相沉積法（cvd）生成石墨烯薄膜2，再在石墨烯薄膜2的一個(gè)表面真空蒸鍍或熱噴涂金屬銅或鋁形成金屬化膜3，金屬化膜3的厚度可根據(jù)電容器設(shè)計(jì)工藝要求的膜電阻值來(lái)確定。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在石墨烯薄膜2的一個(gè)表面真空蒸鍍或熱噴涂金屬銅或鋁形成金屬化膜3，再將石墨烯薄膜2的一個(gè)表面或金屬化膜3的一個(gè)表面貼敷在電介質(zhì)層4的一個(gè)表面。

圖1和圖2為卷繞型石墨烯基高壓脈沖薄膜電容器結(jié)構(gòu)圖：其中，圖1采用緊密卷繞方式將多個(gè)電介質(zhì)層4與多個(gè)石墨烯電極層交替疊放構(gòu)成所述的電容器，可將電介質(zhì)層4作為內(nèi)側(cè)或外側(cè)，并在規(guī)定的卷芯上卷繞一圈或數(shù)圈，形成卷繞型電容器。

圖3和圖4分別為平板型石墨烯基高壓脈沖薄膜電容器結(jié)構(gòu)圖：可將石墨烯電極層面朝上或朝下再與多個(gè)電介質(zhì)4依次緊密疊放，形成疊層型或平板型石墨烯高壓脈沖薄膜電容器。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種石墨烯基高壓脈沖薄膜電容器，所述電容器由1個(gè)以上電介質(zhì)層和1個(gè)以上石墨烯電極層交替疊層方式構(gòu)成，所述的石墨烯電極層由連接的金屬化膜和石墨烯薄膜組成。本發(fā)明在電容器電極表面增設(shè)石墨烯薄膜，可以利用石墨烯薄膜優(yōu)良的面導(dǎo)熱性能，將電容器層間電極的熱量快速轉(zhuǎn)移至電容器電極外，以顯著降低電容器內(nèi)電極的熱積累，實(shí)現(xiàn)對(duì)電容器內(nèi)電極的溫度控制與熱管理，降低電容器因溫升導(dǎo)致的電場(chǎng)強(qiáng)度損耗，有利于穩(wěn)定脈沖電容器的儲(chǔ)能量，便于實(shí)現(xiàn)電容器的小型化與大容量化。

技術(shù)研發(fā)人員：董健年;余延順;張軍;崔艷麗;臧敏
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.24
技術(shù)公布日：2017.10.20