CN109461585B - 一种真空电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及真空电容领域，提供一种真空电容器，用于提高电容的使用寿命问题。本发明提供的一种真空电容器，包括固定电极、可动电极、可动电极轴和外壳；所述的可动电极同可动电极轴连接，所述的可动电极轴同外壳内部的顶部和底部连接，所述的固定电极设置在外壳内部。采用新式的固定电极，电极的温度可以得到有效的控制，电容的能量效率有了一定的提高，可以显著增加电容的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及真空电容领域，具体涉及一种真空电容器。
背景技术
很多真空电容器应用于例如半导体制造系统中使用的高频供电电路中。在将真空电容器按其结构宽泛地归类时，有两种类型的真空电容器：电容值固定的固定型真空电容器以及电容值可变的可变型真空电容器。
作为可变型真空电容器的例子，已知一种电容器，其中固定电极和可动电极布置于真空外壳中并且在通过使用波纹管等保持真空外壳中的真空状态的同时通过移动可动电极来使电容变化。作为真空外壳，提供由绝缘材料（比如陶瓷材料）制成的绝缘管本体以及由铜等材料制成的密封元件，并且绝缘管本体的每个开口端侧由所述密封元件封闭，从而形成真空外壳。每个密封元件主要由设置于绝缘管本体的开口端侧处的管元件和封闭管元件的盖元件形成。
固定电极由直径彼此不同并且同心地布置的多个基本上圆柱形电极元件所形成（例如，这些圆柱形电极元件以一定间距布置）。固定电极设置在真空外壳内密封元件之一（下文中，称为一侧密封元件，并且另一个称为另一侧密封元件）处。与固定电极相同，可动电极由直径彼此不同并且同心地布置的多个基本上圆柱形电极元件所形成（例如，这些圆柱形电极元件以一定间距布置）。在真空外壳内设置可动电极以使得可动电极的每个电极元件能以可动电极的每个电极元件与固定电极的电极元件非接触的方式插入固定电极的电极元件之间的间隙和从该间隙中抽出（可动电极的电极元件以交错构造布置以便插入固定电极的电极元件之间的间隙和从该间隙中抽出并且交替地与固定电极的电极元件重叠）。该可动电极由沿真空外壳的轴向移动的可动电极轴（可动电极轴移动以便能调节可动电极相对于固定电极的插入/抽出程度）支撑。
目前，真空电容器产品在使用过程中，易出现产品内部发热高，温升变化大的现象。加之，产品的小型化，内部空间的减少，温升变化大的现象直接导致产品内部重复打火烧伤、微爆炸，存在严重的质量隐患。
发明内容
本发明解决的技术问题为提高电容的使用寿命问题，提供一种真空电容器。
为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：
一种真空电容器，包括固定电极、可动电极、可动电极轴和外壳；所述的可动电极同可动电极轴连接，所述的可动电极轴同外壳内部的顶部和底部连接，所述的固定电极设置在外壳内部； 所述的固定电极制备方法包括： 取氧化石墨烯10~25质量份，酸化碳纳米管5~10质量份加入到无水乙醇50~80质量份中，超声分散，得到悬浮液； 将悬浮液同100~150质量份的硝酸镁溶液混合，搅拌均匀，超声分散25min，得到电解液，所述的硝酸镁溶液中包含10~15质量份的硝酸镁； 将两组铝箔分别平行对称放置入电解液中，在成对的两组铝箔之间加入直流电，电泳10min，将铝箔取出干燥，60~100℃下真空烘烤后得到改性铝箔；将改性铝箔在氨气气氛中焙烧，得到固定电极。
采用新式的固定电极，电极的温度可以得到有效的控制，电容的能量效率有了一定的提高，可以显著增加电容的使用寿命。
电容的使用寿命得到了显著的提高，电容内温度得到了有效的控制。
优选地，所述的固定电极的制备方法包括： 取氧化石墨烯15~25质量份，酸化碳纳米管8质量份加入到无水乙醇60质量份中，超声分散，得到悬浮液； 将悬浮液同120~150质量份的硝酸镁溶液混合，搅拌均匀，超声分散25min，得到电解液，所述的硝酸镁溶液中包含12~15质量份的硝酸镁； 将两组铝箔分别平行对称放置入电解液中，在成对的两组铝箔之间加入直流电，电泳10min，将铝箔取出干燥，80~100℃下真空烘烤后得到改性铝箔； 将改性铝箔在氨气气氛中焙烧，得到固定电极。在此范围内的制作的电极应用到真空电容中可以进一步提高电容的使用寿命。
优选地，所述的固定电极的制备方法包括： 取氧化石墨烯15质量份，酸化碳纳米管8质量份加入到无水乙醇60质量份中，超声分散，得到悬浮液； 将悬浮液同120质量份的硝酸镁溶液混合，搅拌均匀，超声分散25min，得到电解液，所述的硝酸镁溶液中包含12质量份的硝酸镁； 将两组铝箔分别平行对称放置入电解液中，在成对的两组铝箔之间加入直流电，电泳10min，将铝箔取出干燥，80℃下真空烘烤后得到改性铝箔； 将改性铝箔在氨气气氛中焙烧，得到固定电极。按此方式制作的电极应用到真空电容中可以更进一步提高电容的使用寿命。
优选地，所述的焙烧过程中，氨气的流量为80~100ml/min，焙烧温度为500℃，焙烧3h。氨气的流量决定了铝箔上负载的N的含量，在一定程度上决定了电极的性能。
优选地，所述的焙烧过程中，氨气的流量为90ml/min。按此流量制作的电极的性能更佳。
优选地，所述的氧化石墨烯为改性氧化石墨烯，所述的改性氧化石墨烯的制备方法为： 将石墨粉和硝酸钠加入到浓硫酸中充分搅拌，冷却至0~5℃，搅拌，得到混合液，加入高锰酸钾进行反应，控制高锰酸钾的加入速度为0.15~4g/h，控制混合液的温度不超过20℃，反应1~4h后，在35~45℃下水浴2h，加入等体积且与水浴温度等温度的去离子水稀释2~4次后，再在80~110℃下油浴0.5h后加入双氧水，得到悬浮液，冷冻干燥后得到氧化石墨，取氧化石墨0.2~0.5质量份加入去离子水100~150质量份中进行超声剥落1h，得到中间分散液； 在氮气保护下，将1.5~2质量份的NH4Fe(SO4)2·12H2O和0.5~1质量份的(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O加入去离子水中，搅拌溶解后，加入25%的氨水，调节pH为10，在80℃下搅拌40min，过滤，将滤渣用去离子水清洗至中性，重新分散在100~150质量份的去离子水中，得到颗粒分散液； 将颗粒分散液同中间分散液混合均匀后抽滤，取滤渣干燥后得到改性氧化石墨烯。改性氧化石墨烯可以显著的改善电极的性能，进而提高电容的效率，提高电容的使用寿命。
优选地，所述的中间分散液的制备方法为：将石墨粉和硝酸钠加入到浓硫酸中充分搅拌，冷却至0~5℃，搅拌，得到混合液，加入高锰酸钾进行反应，控制高锰酸钾的加入速度为0.5g/h，控制混合液的温度不超过20℃，反应2h后，在40℃下水浴2h，加入等体积且与水浴温度等温度的去离子水稀释3次后，再在100℃下油浴0.5h后加入双氧水，得到悬浮液，冷冻干燥后得到氧化石墨，取氧化石墨0.3质量份加入去离子水120质量份中进行超声剥落1h，得到中间分散液。按此投加量配置的中间分散液制成的电极的性能更好。
优选地，所述的颗粒分散液的制备方法为：在氮气保护下，将1.6质量份的NH4Fe(SO4)2·12H2O和0.8质量份的(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O加入去离子水中，搅拌溶解后，加入25%的氨水，调节pH为10，在80℃下搅拌40min，过滤，将滤渣用去离子水清洗至中性，重新分散在120质量份的去离子水中，得到颗粒分散液。按此投加量配置的颗粒分散液可以更进一步的提高电极的性能。
优选地，所述石墨粉0.1~2质量份，所述硝酸钠0.01~0.05质量份，所述浓硫酸1.5~50质量份，所述双氧水0.5~11质量份，所述双氧水的质量分数为25wt%。在此投加范围内制备的氧化石墨烯可以进一步的提高电极的性能。
优选地，所述石墨粉0.5质量份，所述硝酸钠0.03质量份，所述浓硫酸20质量份，所述双氧水6质量份。按此投加范围内制备的氧化石墨烯可以更进一步的提高电极的性能。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：采用新式的固定电极，电极的温度可以得到有效的控制，电容的能量效率有了一定的提高，可以显著增加电容的使用寿命；改性氧化石墨烯可以显著的改善电极的性能，进而提高电容的效率，提高电容的使用寿命。
具体实施方式
以下实施列是对本发明的进一步说明，不是对本发明的限制。
实施例1
一种真空电容器，包括固定电极、可动电极、可动电极轴和外壳；所述的可动电极同可动电极轴连接，所述的可动电极轴同外壳内部的顶部和底部连接，所述的固定电极设置在外壳内部； 所述的固定电极的制备方法包括： 取氧化石墨烯15质量份，酸化碳纳米管8质量份加入到无水乙醇60质量份中，超声分散，得到悬浮液； 将悬浮液同120质量份的硝酸镁溶液混合，搅拌均匀，超声分散25min，得到电解液，所述的硝酸镁溶液中包含12质量份的硝酸镁； 将两组铝箔分别平行对称放置入电解液中，在成对的两组铝箔之间加入直流电，电泳10min，将铝箔取出干燥，80℃下真空烘烤后得到改性铝箔； 将改性铝箔在氨气气氛中焙烧，得到固定电极。所述的焙烧过程中，氨气的流量为90ml/min，焙烧温度为500℃，焙烧3h。所述的氧化石墨烯为改性氧化石墨烯，所述的改性氧化石墨烯的制备方法为： 所述的中间分散液的制备方法为：将石墨粉和硝酸钠加入到浓硫酸中充分搅拌，冷却至0~5℃，搅拌，得到混合液，加入高锰酸钾进行反应，控制高锰酸钾的加入速度为0.5g/h，控制混合液的温度不超过20℃，反应2h后，在40℃下水浴2h，加入等体积且与水浴温度等温度的去离子水稀释3次后，再在100℃下油浴0.5h后加入双氧水，得到悬浮液，冷冻干燥后得到氧化石墨，取氧化石墨0.3质量份加入去离子水120质量份中进行超声剥落1h，得到中间分散液；所述的颗粒分散液的制备方法为：在氮气保护下，将1.6质量份的NH4Fe(SO4)2·12H2O和0.8质量份的(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O加入去离子水中，搅拌溶解后，加入25%的氨水，调节pH为10，在80℃下搅拌40min，过滤，将滤渣用去离子水清洗至中性，重新分散在120质量份的去离子水中，得到颗粒分散液。所述石墨粉0.5质量份，所述硝酸钠0.03质量份，所述浓硫酸20质量份，所述双氧水6质量份。 将颗粒分散液同中间分散液混合均匀后抽滤，取滤渣干燥后得到改性氧化石墨烯。
采用新式的固定电极，电极的温度可以得到有效的控制，电容的能量效率有了一定的提高，可以显著增加电容的使用寿命。
电容的使用寿命得到了显著的提高，电容内温度得到了有效的控制。氨气的流量决定了铝箔上负载的N的含量，在一定程度上决定了电极的性能。改性氧化石墨烯可以显著的改善电极的性能，进而提高电容的效率，提高电容的使用寿命。
实施例2
实施例2同实施例1不同之处在于，包括固定电极、可动电极、可动电极轴和外壳；所述的可动电极同可动电极轴连接，所述的可动电极轴同外壳内部的顶部和底部连接，所述的固定电极设置在外壳内部； 所述的固定电极制备方法包括： 取氧化石墨烯10质量份，酸化碳纳米管5质量份加入到无水乙醇50质量份中，超声分散，得到悬浮液； 将悬浮液同100质量份的硝酸镁溶液混合，搅拌均匀，超声分散25min，得到电解液，所述的硝酸镁溶液中包含10质量份的硝酸镁； 将两组铝箔分别平行对称放置入电解液中，在成对的两组铝箔之间加入直流电，电泳10min，将铝箔取出干燥，60℃下真空烘烤后得到改性铝箔； 将改性铝箔在氨气气氛中焙烧，得到固定电极。
实施例3
实施例3同实施例1不同之处在于，包括固定电极、可动电极、可动电极轴和外壳；所述的可动电极同可动电极轴连接，所述的可动电极轴同外壳内部的顶部和底部连接，所述的固定电极设置在外壳内部； 所述的固定电极制备方法包括： 取氧化石墨烯25质量份，酸化碳纳米管10质量份加入到无水乙醇80质量份中，超声分散，得到悬浮液； 将悬浮液同150质量份的硝酸镁溶液混合，搅拌均匀，超声分散25min，得到电解液，所述的硝酸镁溶液中包含15质量份的硝酸镁； 将两组铝箔分别平行对称放置入电解液中，在成对的两组铝箔之间加入直流电，电泳10min，将铝箔取出干燥，100℃下真空烘烤后得到改性铝箔； 将改性铝箔在氨气气氛中焙烧，得到固定电极。
实施例4
实施例4同实施例1不同之处在于，所述的焙烧过程中，氨气的流量为80ml/min，焙烧温度为500℃，焙烧3h。
实施例5
实施例5同实施例1不同之处在于，所述的氧化石墨烯为改性氧化石墨烯，所述的改性氧化石墨烯的制备方法为： 将石墨粉和硝酸钠加入到浓硫酸中充分搅拌，冷却至0~5℃，搅拌，得到混合液，加入高锰酸钾进行反应，控制高锰酸钾的加入速度为0.15g/h，控制混合液的温度不超过20℃，反应1h后，在35℃下水浴2h，加入等体积且与水浴温度等温度的去离子水稀释2次后，再在80℃下油浴0.5h后加入双氧水，得到悬浮液，冷冻干燥后得到氧化石墨，取氧化石墨0.2质量份加入去离子水100质量份中进行超声剥落1h，得到中间分散液； 在氮气保护下，将1.5质量份的NH4Fe(SO4)2·12H2O和0.5质量份的(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O加入去离子水中，搅拌溶解后，加入25%的氨水，调节pH为10，在80℃下搅拌40min，过滤，将滤渣用去离子水清洗至中性，重新分散在100质量份的去离子水中，得到颗粒分散液；将颗粒分散液同中间分散液混合均匀后抽滤，取滤渣干燥后得到改性氧化石墨烯。所述石墨粉0.1质量份，所述硝酸钠0.01质量份，所述浓硫酸1.5质量份，所述双氧水0.5质量份，所述双氧水的质量分数为25wt%。
实施例6
实施例6同实施例1不同之处在于，所述的氧化石墨烯为改性氧化石墨烯，所述的改性氧化石墨烯的制备方法为： 将石墨粉和硝酸钠加入到浓硫酸中充分搅拌，冷却至0~5℃，搅拌，得到混合液，加入高锰酸钾进行反应，控制高锰酸钾的加入速度为4g/h，控制混合液的温度不超过20℃，反应4h后，在45℃下水浴2h，加入等体积且与水浴温度等温度的去离子水稀释4次后，再在110℃下油浴0.5h后加入双氧水，得到悬浮液，冷冻干燥后得到氧化石墨，取氧化石墨0.5质量份加入去离子水150质量份中进行超声剥落1h，得到中间分散液；在氮气保护下，将2质量份的NH4Fe(SO4)2·12H2O和1质量份的(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O加入去离子水中，搅拌溶解后，加入25%的氨水，调节pH为10，在80℃下搅拌40min，过滤，将滤渣用去离子水清洗至中性，重新分散在150质量份的去离子水中，得到颗粒分散液； 将颗粒分散液同中间分散液混合均匀后抽滤，取滤渣干燥后得到改性氧化石墨烯。所述石墨粉2质量份，所述硝酸钠0.05质量份，所述浓硫酸50质量份，所述双氧水11质量份，所述双氧水的质量分数为25wt%。
实施例7
实施例7同实施例1不同之处在于，所述的氧化石墨烯未改性。
实施例8
实施例8同实施例1不同之处在于，所述的改性氧化石墨烯中不含颗粒分散液。
实施例9
实施例9同实施例1不同之处在于，所述的焙烧过程中，氨气的流量为100ml/min，焙烧温度为500℃，焙烧3h。。
对比例1
对比例1同实施例1不同之处在于，所述的固定电极为通用电极。
对比例2
对比例2同实施例1不同之处在于，所述固定电极制作过程中未在氨气下焙烧。
实验例
分别测试实施例1~8和对比例1~2制成的真空电容经1000小时耐久试验后容量；另进行耐纹波试验，测量电容内部的温度。实施例1~8和对比例1~2对应的电容的容量为50~1500pF，下表的容量指的是最大容量。
从上表可知，实施例1~6和9中的电容器的性能显著优于对比例，对比例的容量损耗较大，可见加入了改性氧化石墨烯可以有效提高电容的寿命。
实施例1的容量损耗最小、内部温度较低，是较优的实施方案。
实施例7的用未改性的氧化石墨烯，其效果较差，表明纳氧化石墨烯改性的必要性；实施例7中的电容的性能较差，表明掺杂了颗粒分散液对电极的性能有较大的影响，进而会更加影响电容的性能。
对比例1采用的是普通的电极，容量损耗较大，内部温度也较高，表面电极上覆膜或者负载改性氧化石墨烯的重要性；对比例2电极制作过程中为采用焙烧工艺，其效果明显较差，表明本申请中的电极制作过程中焙烧是较为重要的工艺，可显著改善电容的性能。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，以上实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。
Claims (2)
1.一种真空电容器，其特征在于，包括固定电极、可动电极、可动电极轴和外壳；所述的可动电极同可动电极轴连接，所述的可动电极轴同外壳内部的顶部和底部连接，所述的固定电极设置在外壳内部；
所述的固定电极制备方法包括：
取氧化石墨烯15质量份，酸化碳纳米管8质量份加入到无水乙醇60质量份中，超声分散，得到悬浮液；
将悬浮液同120质量份的硝酸镁溶液混合，搅拌均匀，超声分散25min，得到电解液，所述的硝酸镁溶液中包含12质量份的硝酸镁；
将两组铝箔分别平行对称放置入电解液中，在成对的两组铝箔之间加入直流电，电泳10min，将铝箔取出干燥，80℃下真空烘烤后得到改性铝箔；
将改性铝箔在氨气气氛中焙烧，得到固定电极；所述的焙烧过程中，氨气的流量为80~100ml/min，焙烧温度为500℃，焙烧3h；
所述的氧化石墨烯为改性氧化石墨烯，所述的改性氧化石墨烯的制备方法为：
将石墨粉0.5质量份和硝酸钠0.03质量份加入到浓硫酸20质量份中充分搅拌，冷却至0~5℃，搅拌，得到混合液，加入高锰酸钾进行反应，控制高锰酸钾的加入速度为0.5g/h，控制混合液的温度不超过20℃，反应2h后，在40℃下水浴2h，加入等体积且与水浴温度等温度的去离子水稀释3次后，再在100℃下油浴0.5h后加入双氧水6质量份，得到悬浮液，冷冻干燥后得到氧化石墨，取氧化石墨0.3质量份加入去离子水120质量份中进行超声剥落1h，得到中间分散液；
在氮气保护下，将1.6质量份的NH4Fe(SO4)2·12H2O和0.8质量份的(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O加入去离子水中，搅拌溶解后，加入25%的氨水，调节pH为10，在80℃下搅拌40min，过滤，将滤渣用去离子水清洗至中性，重新分散在120质量份的去离子水中，得到颗粒分散液；
将颗粒分散液同中间分散液混合均匀后抽滤，取滤渣干燥后得到改性氧化石墨烯。
2.根据权利要求1所述的一种真空电容器，其特征在于，所述的焙烧过程中，氨气的流量为90ml/min。
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| CN105696312A (zh) * | 2016-01-28 | 2016-06-22 | 西北工业大学 | 酸化辅助电泳沉积引发氧化石墨烯沉积改性碳纤维的方法 |
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