CN108269689B - 一种液态金属可变电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种液态金属可变电容器，包括：第一电极、绝缘介质薄膜和第二电极；所述第一电极为固体电极；所述绝缘介质薄膜镀在所述第一电极表面；所述第二电极的材料为液态金属；所述第一电极浸入所述第二电极中，所述第一电极和所述第二电极沿竖直方向可相对移动。本发明提供的液态金属可变电容器，通过将第二电极的材料设计为液态金属，第一电极浸入第二电极中，第一电极和第二电极沿竖直方向可相对移动，提高了可变电容器的容量密度和调节范围。
Description
技术领域
本发明涉及电子器件技术领域，尤其涉及一种液态金属可变电容器。
背景技术
可变电容器是一种电容量可以在一定范围内调节的电容器，它是变频振荡器、可调放大器、移相器、阻抗匹配电路等中的重要部件。可变电容器的容量密度、调节范围等参数直接决定了其应用范围，因此，设计出体积小、容量大、调节范围大的可变电容器是本领域长期要解决的问题。
现有技术中的可变电容包括两类：空气介质可变电容器和空气薄膜可变电容器。空气介质可变电容器是一种典型的传统可变电容器，它是通过改变两个电极间相对的有效面积来改变电容值的。空气介质可变电容器的电极由两组金属片组成。两组电极中固定不变的一组为定片，能转动的一组为动片，动片与定片之间以空气作为介质。当转动空气介质可变电容器的动片使之全部旋进定片间时，其电容量为最大；反之，将动片全部旋出定片间时，电容量最小。塑料薄膜介质可变电容器在空气介质可变电容器的基础上做了一些改进，在定片上敷贴一层塑料薄膜介质，制成小型化空气薄膜可变电容器。
现有技术中的空气介质可变电容器，由于空气介质介电常数小，因此带来体积大、重量重、结构复杂、容易引起“机震”等缺点。空气薄膜可变电容器的稳定性差，使用寿命短，容量密度也较小，电容的可调节范围小。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种液态金属可变电容器，解决了现有技术中的可变电容的容量密度小和可调范围小的技术问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种液态金属可变电容器，包括：第一电极、绝缘介质薄膜和第二电极；
所述第一电极为固体电极；
所述绝缘介质薄膜镀在所述第一电极表面；
所述第二电极的材料为液态金属；
所述第一电极浸入所述第二电极中，所述第一电极和所述第二电极沿竖直方向可相对移动。
进一步地，所述第一电极的形状为片状。
进一步地，所述第一电极的形状为片状，且为螺旋形。
进一步地，所述第二电极的材料为镓、汞、镓基合金、铟基合金、铋基合金、汞基合金或钠钾合金。
进一步地，所述绝缘介质薄膜的材料为聚酯、聚丙烯、聚苯硫醚、聚碳酸酯、聚苯乙烯、氧化铝、氧化钽、陶瓷、聚四氟乙烯、玻璃或云母。所述绝缘介质薄膜与第二电极无缝接触，并且绝缘介质薄膜的厚度尽可能薄，以减小第一电极和第二电极之间的距离，进而提高可变电容器的容量密度。
进一步地，所述绝缘介质薄膜的厚度为0.01微米-100微米。
进一步地，所述绝缘介质薄膜的厚度为0.1微米-10微米。
进一步地，所述第一电极的厚度为0.01微米-10微米。
进一步地，还包括：容器；
所述容器包括第一子容器、第二子容器、活塞和连接杆，所述第一子容器的底部和所述第二子容器的底部连通；
所述第二电极容纳于所述第一子容器和所述第二子容器中，所述第一电极容纳于所述第一子容器中；
所述活塞的边缘与所述第二子容器的内壁接触，所述连接杆与所述活塞连接。
进一步地，还包括：容器、轨道和滑块；
所述第二电极容纳于所述容器中；
所述轨道竖直固定在所述容器的侧边，所述滑块可滑动的设置在所述轨道上；
所述滑块与所述第一电极的上端部连接。
(三)有益效果
本发明提供的液态金属可变电容器，通过将第二电极的材料设计为液态金属，第一电极浸入第二电极中，第一电极和第二电极沿竖直方向可相对移动，提高了可变电容器的最大容量、容量密度和调节范围。
附图说明
图1为依照本发明实施例的液态金属可变电容器的结构示意图；
图2为依照本发明实施例的第一电极的形状示意图；
图3为依照本发明另一实施例的液态金属可变电容器的结构示意图；
图4为依照本发明再一实施例的液态金属可变电容器的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
图1为依照本发明实施例的液态金属可变电容器的结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供一种液态金属可变电容器，包括：第一电极1、绝缘介质薄膜2和第二电极3；
所述第一电极1为固体电极；
所述绝缘介质薄膜2镀在所述第一电极1表面；
所述第二电极3的材料为液态金属；
所述第一电极1浸入所述第二电极3中，所述第一电极1和所述第二电极3沿竖直方向可相对移动。
具体的，液态金属可变电容器包括第一电极1、绝缘介质薄膜2和第二电极3，第一电极1为固体电极，绝缘介质薄膜2镀在所述第一电极1表面，第二电极3的材料为液态金属，第二电极3容纳于容器4中，第一电极1和第二电极2分别通过导线连接到电极引出端5上，其中，电极引出端5包括第一电极引出端和第二电极引出端，第一电极1通过导线连接到第一电极引出端上，第二电极2通过导线连接到第二电极引出端上。
第一电极1浸入第二电极3中，第一电极1和第二电极3沿竖直方向可相对移动，以改变第一电极1的浸入深度。当需要调节可变电容器的容值时，可通过调节第二电极3的液面高度和/或调节第一电极1的浸入深度，来调节第一电极1和第二电极3的正对面积，从而调节可变电容器的容值。
进一步地，所述第一电极1的形状为片状。
具体的，为了增大第一电极1和第二电极3的正对面积，提高可变电容器的容量密度，第一电极1的形状制作成片状。
进一步地，所述第一电极1的形状为片状，且为螺旋形。
具体的，图2为依照本发明实施例的第一电极的形状示意图，如图2所示，为了进一步增大第一电极1和第二电极3的正对面积，提高可变电容器的容量密度，第一电极1的形状制作成片状，并且卷绕成螺旋形，以减小第一电极的体积，增大可变电容器的最大电容量，进而提高可变电容器的容量密度和调节范围。
进一步地，所述第二电极3的材料为镓、汞、镓基合金、铟基合金、铋基合金、汞基合金或钠钾合金。
具体的，第二电极3选择常温下为液态的金属，优选的，第二电极3的材料为镓、汞、镓基合金、铟基合金、铋基合金、汞基合金或钠钾合金。
进一步地，所述绝缘介质薄膜2的材料为聚酯、聚丙烯、聚苯硫醚、聚碳酸酯、聚苯乙烯、氧化铝、氧化钽、陶瓷、聚四氟乙烯、玻璃或云母。所述绝缘介质薄膜2与第二电极3无缝接触，并且绝缘介质薄膜2的厚度尽可能薄，以减小第一电极1和第二电极3之间的距离，进而提高可变电容器的容量密度。
具体的，绝缘介质薄膜2选择相对介电常数较大的固体材料，优选的，绝缘介质薄膜2的材料为聚酯、聚丙烯、聚苯硫醚、聚碳酸酯、聚苯乙烯、氧化铝、氧化钽、陶瓷、聚四氟乙烯、玻璃或云母。
进一步地，所述绝缘介质薄膜2的厚度为0.01微米-100微米。
进一步地，所述绝缘介质薄膜2的厚度为0.1微米-10微米。
具体的，绝缘介质薄膜层2的厚度优选0.01微米-100微米，进一步优选为0.1微米-10微米。
电极1的材料可选择金、银、铂、铝、镍、铜、钛、铬等金属，或上述金属形成的合金，优选的，第一电极1的材料选择金属铂。
进一步地，所述第一电极1的厚度为0.01微米-10微米。
具体的，若第一电极1制作成片状，其厚度为0.01微米-10微米。
本发明实施例提供的液态金属可变电容器的工作原理为：通过改变第一电极1、绝缘介质薄膜2和液态金属第二电极3的液面的相对位置从而改变液态金属第二电极3和第一电极1的正对面积，进而调节可变电容器的电容值。
根据平板电容器的电容值计算公式：
其中，ε0为真空的介电系数，ε为极板间介质的相对真空的介电系数，S为电容器的极板正对面积，d为极板间的距离。
本发明实施例提供的液态金属可变电容器的电容值与液态金属第二电极3和第一电极1的正对面积大小成正比，减小液态金属第二电极3和第一电极1的正对面积可以减小电容器的电容值，增加液态金属第二电极3和第一电极1的正对面积可以增加电容器的电容值。因此，通过改变第一电极1、绝缘介质薄膜2和液态金属第二电极3的液面的相对位置就可以实现对电容器电容值的连续调节。
本发明提供的液态金属可变电容器，通过将第二电极的材料设计为液态金属，第一电极浸入第二电极中，第一电极和第二电极沿竖直方向可相对移动，提高了可变电容器的最大容量、容量密度和调节范围。
实施例2：
图3为依照本发明另一实施例的液态金属可变电容器的结构示意图，如图3所示，本发明实施例提供一种液态金属可变电容器。
本实施例与实施例1基本相同，为了描述的简要，在本实施例的描述过程中，不再描述与实施例1相同的技术特征，仅说明本实施例与实施例1不同之处：
进一步地，液态金属可变电容器还包括：容器；
所述容器包括第一子容器、第二子容器、活塞7和连接杆6，所述第一子容器的底部和所述第二子容器的底部连通；
所述第二电极3容纳于所述第一子容器和所述第二子容器中，所述第一电极1容纳于所述第一子容器中；
所述活塞7的边缘与所述第二子容器的内壁接触，所述连接杆6与所述活塞7连接。
具体的，液态金属可变电容器还包括：容器4，该容器4包括第一子容器、第二子容器、活塞7和连接杆6，第一子容器的底部和第二子容器的底部连通。从形状来看，所述容器4为U形，U形的两个分支分别为第一子容器和第二子容器。
第二电极3容纳于第一子容器和第二子容器中，第一电极1容纳于第一子容器中。
活塞7的边缘与第二子容器的内壁接触，连接杆6与活塞7连接。当需要调节可变电容器的电容值时，通过连接杆6推动活塞7挤压第二电极3，从而调节第一子容器中的第二电极3的液面高度，即可实现对电容值的连续调节。
本发明提供的液态金属可变电容器，通过将第二电极的材料设计为液态金属，第一电极浸入第二电极中，第一电极和第二电极沿竖直方向可相对移动，提高了可变电容器的最大容量、容量密度和调节范围。
实施例3：
图4为依照本发明再一实施例的液态金属可变电容器的结构示意图，如图4所示，本发明实施例提供一种液态金属可变电容器。
本实施例与实施例1基本相同，为了描述的简要，在本实施例的描述过程中，不再描述与实施例1相同的技术特征，仅说明本实施例与实施例1不同之处：
进一步地，液态金属可变电容器还包括：容器4、轨道9和滑块8；
所述第二电极3容纳于所述容器4中；
所述轨道9竖直固定在所述容器4的侧边，所述滑块8可滑动的设置在所述轨道9上；
所述滑块8与所述第一电极1的上端部连接。
具体的，容器4外侧沿竖直方向布置导轨9，导轨9上设置有滑块8，滑块8与第一电极1的上端部连接。通过上下移动滑块8的位置，可以改变第一电极1浸入液态金属第二电极3中的深度，从而改变液态金属第二电极3和第一电极1的正对面积大小，进而实现对电容值的连续调节。
本发明提供的液态金属可变电容器，通过将第二电极的材料设计为液态金属，第一电极浸入第二电极中，第一电极和第二电极沿竖直方向可相对移动，提高了可变电容器的最大容量、容量密度和调节范围。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种液态金属可变电容器，其特征在于，包括：第一电极、绝缘介质薄膜和第二电极；
所述第一电极为固体电极；
所述绝缘介质薄膜镀在所述第一电极表面；
所述第二电极的材料为液态金属；
所述第一电极浸入所述第二电极中，所述第一电极和所述第二电极沿竖直方向可相对移动；
还包括：容器；所述容器包括第一子容器、第二子容器、活塞和连接杆，所述第一子容器的底部和所述第二子容器的底部连通；所述第二电极容纳于所述第一子容器和所述第二子容器中，所述第一电极容纳于所述第一子容器中；所述活塞的边缘与所述第二子容器的内壁接触，所述连接杆与所述活塞连接；
或者还包括：容器、轨道和滑块；所述第二电极容纳于所述容器中；所述轨道竖直固定在所述容器的侧边，所述滑块可滑动的设置在所述轨道上；所述滑块与所述第一电极的上端部连接。
2.根据权利要求1所述的液态金属可变电容器，其特征在于，所述第一电极的形状为片状。
3.根据权利要求1所述的液态金属可变电容器，其特征在于，所述第一电极的形状为片状，且为螺旋形。
4.根据权利要求1-3任一项所述的液态金属可变电容器，其特征在于，所述第二电极的材料为镓、汞、镓基合金、铟基合金、铋基合金、汞基合金或钠钾合金。
5.根据权利要求1-3任一项所述的液态金属可变电容器，其特征在于，所述绝缘介质薄膜的材料为聚酯、聚丙烯、聚苯硫醚、聚碳酸酯、聚苯乙烯、氧化铝、氧化钽、陶瓷、聚四氟乙烯、玻璃或云母。
6.根据权利要求1-3任一项所述的液态金属可变电容器，其特征在于，所述绝缘介质薄膜的厚度为0.01微米-100微米。
7.根据权利要求1-3任一项所述的液态金属可变电容器，其特征在于，所述绝缘介质薄膜的厚度为0.1微米-10微米。
8.根据权利要求2或3所述的液态金属可变电容器，其特征在于，所述第一电极的厚度为0.01微米-10微米。
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