CN112400235A - 电压转换装置和方法 - Google Patents

Abstract

作用在第一导电材料内的移动电荷载体上的每单位质量的体积力配置为在第一材料的至少一部分内诱发电荷累积的至少一个区域。第一种材料中两个给定点之间电压的相关变化幅度是该材料相关电特性的函数。第二导电材料可以通过第一电触点电耦合到第一材料。第二材料的相关电特性可以配置为不同于第一材料的相关电特性。第一材料中两点之间的电压差可以不同于第二材料中两个等效点之间的电压差。电压差的差异可用于相对于所述电路的另一部分增加开路或闭合电路的一部分内的移动电荷载体的电压。例如，电压转换装置和方法可以用于将热能转换成电能。

Description

电压转换装置和方法

优先权要求

本专利申请是非临时的，并要求美国临时专利申请号62/763，638的优先权，该申请通过引用整体结合于此。

技术领域

本发明涉及用于改变移动电荷载体的势能的装置和方法。

背景技术

在诸如电压调节器或DC-DC转换器的传统电压转换装置中，输出功率通常小于或等于输入功率。

在传统的热电发电机中，为了将热能转换成电能，需要第一储热器和第二储热器之间的温差。

发明内容

本发明提供了一种用于电压转换的装置和方法。作用在第一导电材料内的移动电荷载体上的每单位质量的体积力配置为在第一材料的电绝缘部分的至少一部分内诱发电荷累积的至少一个区域。电荷积累区域可以带正电荷或负电荷，并且可以包括移动电荷载体的耗尽或积累。第一材料可以包括第一电触点和第二电触点，其中第一电触点处于与第二电触点不同的电压。第一和第二触点之间的电压差的至少一部分可以与电荷累积区域相关联。第一材料内两个给定点之间电压变化的幅度是该材料相关电特性的函数。

第二导电材料可以通过第一电触点电连接到第一材料。第二材料的相关电特性可以配置为不同于第一材料的相关电特性。至少在理论上，第一材料中的第一触点和第二电触点之间的电压差可以不同于第二材料中的两个等效点之间的电压差。电压差的这种差异可用于相对于所述电路的另一部分增加开路或闭路的一部分内的移动电荷载体的电压。

类似于p型和n型半导体界面处的移动电荷载体的耗尽，电荷积累区域在这里被称为“耗尽区”。注意，这里使用的耗尽区也可以包括移动电荷载体的积累。

该组相关的电学特性可以包括材料内每单位体积的供体原子的数量，其中供体原子可以提供移动电荷载体，例如电子，并且在该过程中变成带正电或离子化。该组相关的电学特性可以包括材料内每单位体积的受体原子的数量，其中受体原子可以接受移动电荷载体，例如电子，并且在该过程中变成带负电或离子化。受体原子也可以被认为是空穴的供体。请注意，“空穴”是带正电的准粒子，如半导体领域所述。

该组相关的电特性可以包括材料内每单位体积的移动电荷载体的标称数量。例如，一组相关的电特性可以包括材料内每单位体积的自由电子数或传导电子数。例如，标称情况可以是材料内没有净电荷积累的情况。例如，在中性带电的铝中，每个原子有三个传导电子，在中性带电的铜中，每个原子有一个传导电子。该组相关电特性可以包括每个移动电荷载体的平均电荷量。

该组相关的电特性可以包括材料的温度。该组相关的电特性可以包括材料内的绝对介电常数。

对于实施例的子集，该组相关电特性可以包括多种其他特性，例如材料的电阻率、移动电荷载体的有效质量或材料的热导率。

一般而言，该组相关电特性可以包括沿着移动电荷载体通过电荷累积区域的平均路径在特定材料内的电荷累积区域的长度或范围，即穿过所谓的耗尽区。耗尽区的长度或范围在这里被称为耗尽区的“厚度”。注意，耗尽区的厚度也是外部施加的电场的函数。因此，相关电特性的收集不限于材料本身的特性。

例如，移动电荷载体可以是电子、空穴或带正电荷或负电荷的离子。例如，单位质量的物体积力可以是电磁的、惯性的或重力的。第一材料可以包括导电材料，例如金属、半导体或包含带正电荷或负电荷的离子的液体溶液。第一材料还可以包括气体，例如热等离子体或非热等离子体。

例如，电压转换装置和方法可用于发电机、电压放大器或电压调节器。例如，电压转换装置和方法也可以用于将热能转换成电能。单个储热器的热能足以发电。

附图说明

这里描述的附图仅用于说明目的。附图无意限制本发明的范围。

图1示出了本发明一个实施例的剖视图。

图2示出了几个物理参数的近似值作为位置的函数的曲线图。

具体实施方式

图1示出了本发明一个实施例的剖视图。

散装材料1是电绝缘体，例如玻璃或陶瓷。散装材料1还为与其连接的电导体提供结构支撑。在其他实施例中，与该实施例的其他导体相比，散装材料1也可以是具有低电导率的半导体。

图1所示的特定实施例包括多个负电荷收集，例如第一顶部电荷收集4、第二顶部电荷收集5，以及多个正电荷收集，例如第一底部电荷收集6和第二底部电荷收集7。在其他实施例中，极性可以颠倒，即顶部电荷收集可以带正电，底部电荷收集可以带负电。

当沿着Y方向观察时，每个电荷收集，例如电荷收集4，具有矩形横截面。在其他实施例中，当沿着Y方向或Z方向观察时，电荷收集可以具有任何几何形状，例如正方形或多边形横截面几何形状。例如，电荷收集可以是圆柱形的，当沿Y方向观察时具有圆形横截面。

在所示的实施例中，第一顶部电荷收集4与第二顶部电荷收集5具有相同的构造，第一底部电荷收集6与第二底部电荷收集7也具有相同的构造。在其他实施例中，则不必如此。

在所示的实施例中，电荷收集包括导电材料，例如金属，例如铜或银。在其他实施例中，电荷收集可以包括任何导电材料，例如石墨烯。在其他实施例中，电荷收集可以包括绝缘材料，单个电荷嵌入所述材料中。换句话说，在一些实施例中，绝缘材料相对于电荷收集的嵌入电荷的导电性可以忽略不计。例如，电荷收集可以包括嵌入电绝缘体(例如玻璃)中的带正电或带负电的离子。

在标称操作期间，电荷收集中的电荷量可以保持基本恒定。在图1所示的实施例中，电荷收集(例如电荷收集4)中的电荷量也可以被调节或控制。这对于调节由该实施例产生的电压转换的幅度是有用的。电荷收集中的电荷量，即电荷密度可以通过电导体(例如铜线)将电荷收集装置连接到单独的电压源来调节。通过改变独立电压源的电压，可以控制电荷收集中的电荷量。例如，电压源的负端可以电连接到第一顶部电荷收集4，电压源的正端可以电连接到第一底部电荷收集6。有多种方法可用于调节这种独立电压源的电压。请注意，顶部和底部电荷收集可被视为电容器的充电极板，由单独的电压源供电。在其他实施例中，电压源不需要分开。在这样的实施例中，顶部电荷收集和相应的底部电荷收集之间的电压差的至少一部分可以由实施例本身产生，即通过站33和站26之间的电压差。因此，顶部和底部电荷收集可以被认为是电容器的相反电荷收集，该电容器并联连接到连接第一外部触点34和第二外部触点35的电路。

电导体20将第一外部触点34与第一导体8相连。电导体20可以是诸如石墨烯的导体，或者诸如铜的金属。在一些实施例中，电导体20也可以被认为是超导体。在图1中，为了简单起见，电导体20被示为粗线，并且可以被认为是电线。在一些实施例中，电导体20和第一导体8不需要区分。换句话说，电导体20和第一导体8可以由相同的材料制成，例如铜，并且可以具有基本相同的纵向横截面积和几何形状。

第一导体8可以包括导电材料，例如石墨烯，或者金属，例如铜或银。第一导体8也可以是本征半导体。第一导体8也可以是非本征半导体，即n型或p型半导体。第一导体8也可以掺杂有n型和p型掺杂剂，这两种掺杂剂都增加了半导体的导电性。

当沿着Y方向观察时，第一导体8具有矩形横截面。在其他实施例中，当沿着Y方向观察时，第一导体8可以具有任何横截面几何形状，例如圆形、正方形或多边形横截面几何形状。

电导体22配置成经由电触点(例如触点23)将第一导体8的站29连接到第二导体14的站30。如在电导体20的上下文中提到的，电导体22可以由与第一导体8相同的材料制成，并且可以具有相同的纵向横截面积。电导体21以与图1所示实施例中的电导体20相似的方式构造。

注意，术语“顶部”和“底部”仅指相对于由这些电荷收集产生的势阱的位置，并不旨在指示相对于空间坐标框架(例如所示的XYZ框架)的位置。第一导体8或第二导体14中的多数移动电荷载体的势能被定义为底部比顶部低。例如，当电荷收集的极性颠倒时，在其他条件不变的情况下，术语颠倒，即“顶”可以用“底”代替，反之亦然。默认情况下，电荷载流子被假定为带负电荷。然而，在一些实施例中，至少一部分电荷载流子可以带正电。

第二导体14可以包括导电材料，其中沿着通过导体长度的电流路径的导体的平均电导率小于与第一导体8相关联的相同平均电导率。第二导体14可以由与第一导体8相似类型的材料制成，反之亦然。例如，第二导体14可以是半导体，例如硅，第一导体8可以是金属，例如铜。第一导体8也可以是掺杂的半导体，其中掺杂已经将第一导体8的电导率增加到大于第二导体14的电导率的值。为了简化制造，可能希望第一导体8和第二导体14由相同的原始材料制成，例如硅或砷化镓。在这种情况下，掺杂量可以配置为在第一导体8中更大，使得第一导体8的电导率大于第二导体14的电导率。或者，掺杂剂材料的类型，即杂质的分子种类可以配置成实现与第一导体8和第二导体14的相对电导率相同的效果。只要满足该条件，第二导体14和第一导体8可以由任何材料制成，例如掺杂半导体材料、本征半导体材料或导电材料，例如金属。其它方法可用于相对于第二导体14的材料配置或选择第一导体8的材料，使得第一导体8的电导率大于第二导体14的电导率。如本领域中已知的，材料的电导率由许多因素决定，例如每单位体积的移动电荷载体的浓度，或导体内移动电荷载体的平均自由程，或导体的温度，以及其他参数。注意，在一些实施例中，假设应用了本发明的原理，第一导体8和第二导体14可以由相同的材料制成。例如，移动电荷可以是电子或离子。在后一种情况下，第一导体8或第二导体14也可以是液体或气体，离子能够通过其扩散。

当沿着Y方向观察时，第二导体14具有矩形横截面。在其他实施例中，当沿着Y方向观察时，第二导体14可以具有任何横截面几何形状，例如圆形、正方形或多边形横截面几何形状。

第一组件2包括第一顶部电荷收集4、第一导体8和第一底部电荷收集6。第二组件3包括第二顶部电荷收集5、第二导体14和第二底部电荷收集7。

电导体20、第一导体8、电导体22、第二导体14、电导体21形成电路的一部分，表示为“转换部分”。在图1所示的实施例中。为了简单起见，该电路被示为闭合电路。在一些实施例中，可以在站33和站26之间形成开路。在一些实施例中，表示为“负载部分”36的独立电路可以并联到转换部分。负载部分的两个端子可以连接到转换部分的两个端子，即连接到第一外部触点34和第二外部触点35。对于一些实施例，可以使电流流过转换部分。例如，在标称操作期间，电流可以从第二外部触点35通过电导体21、第二导体14、电导体22、第一导体8和电导体20流到第一外部触点34，其中标称操作涉及稳定的电流流动。为了闭合电流回路，在该特定示例中，电流也从第一外部触点34通过负载部分36流向第二外部触点35。在一些实施例中，与第二外部触点35相比，至少一部分电流是第一外部触点34处的较大电压的结果，其中较大电压是图1所示实施例的配置的结果。

负载部分可以包括任何电气装置。例如，负载部分可以包括电阻率不可忽略的导体。在一些实施例中，负载部分也可以被认为包括单个常规电阻器。负载部分还可以包括诸如晶体管、电容器或电感器的电气装置。负载部分还可以包括配置成产生电磁波的天线。负载部分还可以包括数字电子器件，例如微处理器或计算机。负载部分还可以包括配置成进行机械功“WOUT”的电动机39。注意，电动机通常包括热交换器，例如热交换器40，以便于电导体和外部环境之间的热“QIN”流动。在移动电荷载体做功WOUT的情况下，热量QIN可以从外部环境流向移动电荷载体。以这种方式，导体在标称操作期间保持在合适的温度，其中合适性由特定应用的目标和约束以及实施例的配置来确定。在图1所示的简化实施例中。如图1所示，热交换器40包括几个鳍片，例如鳍片43。鳍片可以包括薄的圆形金属板，例如，其中移动电荷载体可以流过金属板，并且其中平板的表面法线平行于X轴。例如，外部环境可以包括大气中的空气。在一些实施例中，例如，可以通过自然对流、强制对流、热辐射或热传导在热交换器和外部环境之间进行热交换。流过转换装置和电负载36的电流可以配置为也流过热交换器40，以便于热交换器和移动电荷载体之间的热传递。负载部分可以包括当不可忽略的电流流过负载部分时能够维持电压降的任何电气装置。负载部分可以包括发光二极管。

在以下段落中，将解释第一外部触点34和第二外部触点35之间的电压差的来源。为简单起见，在整个解释中，转换部分是开路，即没有电流流过转换部分。注意，在电流通过负载部分从第一外部触点34流向第二外部触点35的情况下，与图1所示的开路情形相比，第一外部触点34和第二外部触点35之间的电压差的幅度通常增加。这种降低是由于转换部分内的电压降，该电压降是由转换部分内导体的内阻和流经转换部分的电流引起的。

考虑第一个组件2。当孤立地考虑时，第一顶部电荷收集4和第一底部电荷收集6产生电场。在这种“孤立的情况”下，第一顶部电荷收集4和第一底部电荷收集6被真空包围。考虑一个简化的场景，其中假设场线始终平行于Y轴。在这种情况下，电场线在第一顶部电荷收集4和第一底部电荷收集6之间的区域中指向正Y方向。在这个简化的场景中，其他地方的场为零。实际上，由于顶部和底部电荷收集的有限尺寸，场在大小和方向上是不均匀的，特别是在电荷收集的边缘和它们之间的“投影体积”的边界处，即顶部电荷收集的边界沿Y方向投影到底部电荷收集的边界所围成的体积。然而，上述简化方案描述或反映了该领域的一般特性。总而言之，在简化方案中的孤立情况下，第一顶部电荷收集4和第一底部电荷收集6的投影体积中的电场幅度在空间和时间上是均匀的，并且平行于Y轴。

在从孤立情况转换到图1所示的实际情况时，考虑“简化情况”，如图1所示，其中通过将第一导体8放置在第一顶部电荷收集4和第一底部电荷收集6之间来增强孤立情况。在简化的情况下，电导体20和22不存在。由于第一顶部电荷收集4和第一底部电荷收集6的电场，第一导体8内的一部分移动电荷经受单位质量的体积力。结果，第一导体8内的负移动电荷密度在带正电的第一底部电荷收集6附近增加。请注意，在理想导体中，负电荷的积累在Y方向上可以忽略不计。在这种情况下，可以认为电荷聚集在面对第一底部电荷收集6的第一导体8的表面上。出于说明的目的，在图1所示的实施例中，第一导体8不是完美的导体，导致第一底部累积区12沿Y方向的小范围，表示为累积区的“厚度”。第一底部边界13示意性地表示第一底部累积区域12的大致范围。类似地，由于电荷守恒，存在带正电的第一顶部耗尽区10，其具有第一顶部边界11。在其他实施例中，第一顶部耗尽区10和第一底部积累区12的厚度不需要相同。由于由第一顶部耗尽区10和第一底部积累区12产生的电场叠加在由第一顶部电荷收集4和第一底部电荷收集6产生的电场上，第一导体8的剩余部分在该配置中被中性充电。该部分被表示为第一中性区域9。

站27位于第一导体8中，几乎不靠近第一导体8的顶面，即面向电荷4的第一顶部收集的表面，如图1中的站27的标签的位置所示。站28位于所示位置的第一中性区9中。站29位于第一导体8中，几乎不靠近第一导体8的底面，即面向第一底部电荷收集6的表面。

第二组件3在简化情况下的构造可以以类似的方式描述。由第二顶部电荷收集5和第二底部电荷收集7产生的电场导致第二导体14内移动电荷载体的重新分布。这种重新分布表现为带有第二顶部边界17的带正电荷的第二顶部耗尽区16和带有第二底部边界19的带负电荷的第二底部积累区18的形式。由于由第二顶部耗尽区16和第二底部积累区18产生的电场叠加在由第二顶部电荷收集5和第二底部电荷收集7产生的电场上，第二导体14的剩余部分在该配置中被中性充电。该部分被表示为第二中性区域15。

站30位于第二导体14中，几乎不靠近第二导体14的底面，即面向第二底部电荷收集7的表面，如图1中的站30的标签的位置所示。站31位于第二中性区15中所示的位置。站32位于第二导体14中，几乎不靠近第二导体14的顶面，即面向第二顶部电荷收集5的表面。

根据本发明的一些实施例，第二顶部耗尽区16的厚度大于第一顶部耗尽区10的厚度。根据本发明的一些实施例，第二底部累积区18的厚度大于第一底部累积区12的厚度。根据本发明的一些实施例，第二底部积累区18和第二顶部耗尽区16的厚度之和大于第一底部积累区12和第一顶部耗尽区10的厚度之和。

在一些实施例中，这至少部分地通过与第二导体14相比与第一导体8相关联的更大的电导率和外部施加的电场来实现。在图1所示的实施例中，该外部场由第一顶部电荷收集4、第二顶部电荷收集5、第一底部电荷收集6和第二底部电荷收集7产生。

在一些实施例中，第一顶部耗尽区10的厚度基本上等于第二顶部耗尽区16的厚度，而第一底部积累区12的厚度小于第二底部积累区18的厚度。在一些实施例中，第一顶部耗尽区10的厚度小于第二顶部耗尽区16的厚度，而第一底部积累区12的厚度基本上等于第二底部积累区18的厚度。

从简化的情况过渡到图1所示的实际情况，需要考虑电导体22。通过电导体22在站29和30之间的电连接可以影响第一底部积聚区域12和第二底部积聚区域18的厚度和形状。例如，在从简化情况到实际情况的概念转变中，与站30相比，在简化情况下站29处更大密度的移动电荷载体(例如电子)可导致电荷从站29扩散到站30，例如，通过闭合站29和站30之间的假设开关。与简化的情况相比，这增加了第二底部累积区18的厚度，并且与简化的情况相比，减小了第一底部累积区12的厚度。与简化的情况相比，这可以增加第二中性区15中带负电的移动电荷的势能。类似地，与简化的情况相比，这可以减少第一中性区9中带负电的移动电荷的势能。结果，在第一中性区域9和第二中性区域15之间会出现净电压差。第二积累区18的增加的厚度和第一底部积累区12的减少的厚度导致在第一导体8和第二导体14之间、站29和站30之间的界面处产生电场。作为该场的结果，存在从站30到站29的移动电荷的漂移电流，这抵消了由于站29和站30之间的前述电荷密度差异而导致的从站29到站30的移动电荷的扩散电流。一旦达到这个新的平衡，从理论的简化情况到实际的、描绘的、开路的情况的概念转变可以被认为是完成了。

注意，在开路的实际情况下，第一中性区9和第二中性区15之间的净电压差可以为零或负，因为该电压差考虑了在所考虑的开路情况下第一导体8和第二导体14之间的接触电势。然而，一旦电路闭合，与由电导体22建立的第一导体8和第二导体14之间的电接触相关的任何电压差被由电导体21和20建立的相同第二导体14和相同第一导体8之间的电接触以及闭合电路的负载部分抵消。换句话说，接触电势在闭合电路中相互抵消。

注意，在一些实施例中，电荷从站29到站30的净扩散经过从简化情况到实际情况的概念转变也可以是零或负的。例如，第一导体8和第二导体14之间的接触电势可以在站30和站29之间的扩散电流路径上产生电场，这防止了站29和站30之间的电荷的净运动，在概念上从简化情况过渡到图1所示的实际开路情况。在这样的配置中，在简化的情况下，第一导体8和第二导体14中的电荷分布可以基本上等于实际情况下的电荷分布。

注意，通过图1中实施例的电流路径为U型，势阱为\-型。换句话说，势阱的深度在负Y方向上增加，因为在隔离情况下电场中的移动电荷载体的势能在负Y方向上减小。在其他实施例中，电流路径可以是单向的，即I字形，势阱可以是>-形。注意，在这两种类型的实施例中，沿着电流路径的势阱是>-形的。后一个实施例可以解释如下。第二导体的中心轴可以与第一导体的中心轴重合，两个导体在Y方向上偏移。第一导体和第二导体之间的连接可以由平行于Y轴的电导体形成，类似于平行于X轴的电导体22。所述电导体穿过底部电荷收集的绝缘部分。或者，第一导体和第二导体可以直接物理接触，其中接触的位置被绝缘的底部电荷收集所包围。换句话说，底部电荷收集可以配置为围绕第一和第二导体之间的接触区域，如同环形围绕中心圆柱体。注意，底部电荷收集以及第一和第二导体需要以这样的方式配置，其中每个导体的底部积累区，即当沿Y方向观察时，第一导体和第二导体都横跨每个导体的整个横截面积。换句话说，两个底部累积区域的厚度的最小和应该是非零的，其中最小值是在沿Y方向观察的第一或第二导体的横截面上计算的。在这样的实施例中，第一顶部电荷收集位于第一和第二导体的I形布置的顶部，第二顶部电荷收集位于I形布置的底部，当第一和第二导体沿着Y方向的长度相同时，底部电荷收集位于沿着I形布置的中途。

在一些实施例中，散装材料1与周围环境静电绝缘。这种绝缘可以包括导电材料，例如金属。在这种情况下，该实施例可以以这样的方式配置，其中在标称操作期间封闭在散装材料1内的净电荷为零。这可以减轻任何外部电场对散装材料1内的顶部或底部电荷收集所产生的场的任何静电干扰。

在一些实施例中，第一顶部电荷收集4和第二顶部电荷收集5结合在一起以形成单个顶部电荷收集。类似地，单个底部电荷收集可以以相同的方式配置。

在一些实施例中，可以仅是单一类型的电荷收集。例如，一些实施例仅包括一个或多个底部电荷收集，而不存在单个顶部电荷收集。在一些实施例中，顶部和底部电荷收集不需要包含相同数量的电荷。

图2显示了几个物理参数的近似值作为位置的函数的曲线图。

为了简单起见，假设第二导体14和第一导体8之间的接触电势在第二导体14和第一导体8之间的接触电势之间产生电场，使得当从图1所示的简化情况过渡到实际情况时，没有移动电荷载体从第一导体8扩散到第二导体14，或者反之亦然。换句话说，第二底部积累区18和第一底部积累区12的厚度对于前述理论上的减小的情况和所描述的实际开路情况基本相同。

平行于X轴的轴50表示对应于特定线的物理参数值的大小。平行于Y轴的轴51表示特定直线的物理参数值沿Y轴的位置，该位置相对于轴50和轴51的原点进行测量。

线52表示沿Y轴给定位置的第一顶部电荷收集4或第二顶部电荷收集5中的平均电荷密度值。在这个简化模型中，第一次顶部电荷收集中每单位体积的电荷量被假定为在整个电荷收集期间是恒定的。在一些实施例中，或者在实践中，情况不必如此。例如，电荷密度可以在正Y方向的整个顶部电荷收集中降低。

线53表示沿Y轴给定位置的第一底部电荷收集6或第二底部电荷收集7中的平均电荷密度。如前所述，底部电荷收集中的电荷密度假定为常数。在一些实施例中，或者在实践中，电荷密度可以在正Y方向的整个底部电荷收集中增加。

线54表示在沿着Y轴的给定位置处第一导体8中的第一耗尽区10中的平均电荷密度。线55表示在沿着Y轴的给定位置处第一导体8中的第一累积区域12中的平均电荷密度。线56表示在沿着Y轴的给定位置处第二导体14中的第二耗尽区16中的平均电荷密度。线57表示在沿着Y轴的给定位置处第二导体14中的第二累积区域18中的平均电荷密度。如前所述，在实践中或在其他实施例中，耗尽或积累区域中的平均电荷密度不需要是均匀的。例如，平均电荷密度可以在朝向相应导体的中性区的方向上，或者在朝向相应导体的其它积累区或其它耗尽区的方向上逐渐减小。例如，在一些实施例中，如线56所示，在第二顶部耗尽区16中，平均电荷密度的大小可以基本恒定，但是在第二底部累积区18中，在负Y方向上以增加的速率增加.在一些实施例中，增加以指数方式发生。对于其他实施例，平均电荷密度的大小可以在顶部累积区域中在正Y方向上以增加的速率增加。在一些实施例中，在特定导体(例如第二导体14)的积累区和耗尽区中，平均电荷密度的大小以增加的速率增加，其中增加是相对于中性区或积累区和耗尽区之间的界面来测量的。

在标称操作期间，本发明的一些实施例以这样的方式配置，其中在站32和27，或站30和29，或站33和26处有足够数量的移动电荷载体，通过在第一外部触点34和第二外部触点35之间连接负载部分，一旦形成闭合电路，电流就流过转换部分。

在一些实施例中，电导体20不在站27处附接到第一导体8，而是在站28处。换句话说，电导体20电连接到第一中性区9。在一些实施例中，与站32相对，电导体21在站31处附接到第二导体14。换句话说，电导体21电连接到第二中性区15。当大多数移动电荷带负电荷时，例如在移动电荷是电子的情况下，这种配置可以降低转换装置的内阻，其中内阻是与流过所示转换部分的电流相关联的电阻。注意，在一些实施例中，内阻的减小也适用于大多数移动电荷带正电的情况。在其他实施例中，电导体20、21和22可以在沿着Y方向的任何合适的位置，即沿着势阱的深度，连接到第一或第二导体。

在一些实施例中，第一导体8中的电触点23不需要位于电荷累积区域12中，而是可以位于第一导体8的中性带电区域9中。在这样的实施例中，例如，第一导体8可以是金属。在这样的实施例中，电耦合22可以将第一导体8中的标称中性带电区域，例如站28处的区域，与第二导体14中的标称带电区域，例如电荷累积区域18连接。在这样的实施例中，例如，第二导体可以是半导体。在这样的实施例中，转换装置的内部电阻可以进一步减小，因为诸如铜的金属的电阻与半导体的电阻相比通常较小。

注意，包含在整个第一累积区域12和整个第二累积区域18内的沿Y轴观察的每单位横截面积的电荷总量基本相同。第一耗尽区10和第二耗尽区16也是如此。这是高斯定律和上述简化方案中采用的假设的结果。

电荷的收集以及积累和耗尽区产生电场。与第一组件2相关的电场值由线58和线59表示。这些线表示指向负Y方向的电场分量，其中沿着平行于Y轴的第一导体8的纵向中心线测量电场。类似地，与第二组件3相关联的电场值由线60和线61表示。

线62表示从站26通过站27、28、29、30、31和32扩散到站33的带负电的移动电荷的势能。站33的势能大于站26的势能。因此，当开路被负载部分闭合时，移动负电荷将通过负载部分从站33移动到站26，并通过所示的转换部分从站26移动到站33以完成电路。

站27的电压大于站32的电压。由于对称性，该电压差保持在第一外部触点34和第二外部触点35之间，第一外部触点34和第二外部触点35距离电荷收集(例如第一顶部电荷收集4)足够远，使得环境电场可以忽略。注意，在一些实施例中，诸如第二中性区域15的中性区域的厚度为零。因此，站33处的低电压可以被认为已经被本发明的实施例转换成站34处的高电压。

在一些实施例中，几个转换部分，例如图1所示的转换部分，串联电连接。换句话说，第一转换部分的第二外部电触点35连接到第二转换部分的第一外部电触点34。

在一些实施例中，几个转换部分，例如图1所示的转换部分，并联电连接。换句话说，第一转换部分的第二外部电触点35连接到第二转换部分的第二外部电触点35，并且第一转换部分的第一外部电触点34连接到第二转换部分的第一外部电触点34。通常，给定转换部分的负载部分可以包括与给定转换部分相同或相似类型的至少一个其他转换部分。

在一些实施例中，导体(例如第一导体8)在Y方向上的范围，表示为导体“高度”，大约为一纳米。在一些实施例中，该长度约为1微米。在一些实施例中，该长度在一微米的几个数量级内。在一些实施例中，该长度大约为一厘米。在一些实施例中，该长度大约为一米。在其他实施例中，该长度可以取任何合适的值。

在一些实施例中，导体(例如第一导体8)在X方向上的范围(表示为导体“宽度”)在一纳米的数量级。第一导体8的宽度不必等于第二导体14的宽度。宽度可以取任何合适的值。在一些实施例中，沿着Y方向观察的导体(例如第一导体8)的横截面积在平方厘米的数量级。在一些实施例中，该面积大约为一平方米。面积可以取任何合适的值。

本发明的实施例可以使用多种方法和过程来制造。例如，这种方法在半导体制造领域是已知的。

扩散或移动通过电荷积累区域(例如耗尽区10、积累区12、耗尽区16或积累区18)的移动电荷载体的势能的变化是多种“相关特性”或“相关参数”的函数。根据本发明的一些实施例，第一导体8的至少一个相关特性不同于第二导体14中的相同相关特性。以这种方式，对于由体积力产生装置形成的势阱中的给定位置变化，在第一导体和第二导体中，移动或扩散通过电荷累积区域的移动电荷载体的势能变化是不同的。在图1的实施例中，体积力产生装置由电场产生装置实现，该电场产生装置包括电荷收集4、5、6和7。体积力产生装置配置成产生作用在第一导体8和第二导体14中的移动电荷载体上的每单位质量的电体积力。

在其他实施例中，每单位质量的其他类型的体积力可以配置为作用在导体内的移动电荷载体上。例如，体积力产生装置可以包括磁场产生装置，其中作用在第一和/或第二导体中的可移动电荷载体上的每单位质量的体积力的至少一部分本质上可以是磁性的。

体积力产生装置可以包括重力场产生装置，其中作用在第一和/或第二导体中的可移动电荷载体上的每单位质量的体积力的至少一部分本质上可以是重力的。在移动电荷载体携带净电荷的实施例中，如在带正电荷的原子核的固定晶格中的移动电子的情况，在储器的相对端上的电荷累积区域，例如由第一导体8形成的储器，在储器的剩余部分内产生电场，其中电场抵消作用在移动电荷载体上的每单位质量的体积力，例如每单位质量的重力体积力。在这样的实施例中，储存器的带中性电荷的部分，例如带中性电荷的部分28，可以包括电场，这与图1所示的带中性电荷的部分28形成对比，其中体积力产生装置包括电场产生装置。注意，一般来说，一种类型的移动电荷载体的迁移率不同于材料中另一种类型的移动电荷载体的迁移率就足够了。一般来说，如果两种电荷载体的相关特性不同，那么储器中带正电荷的电荷载体和带负电荷的电荷载体都可以是移动电荷载体。这确保了在作用于两种类型的移动电荷载体上的每单位质量的体积力相同的情况下，体积力产生装置可以配置成在储器内产生净电荷累积的区域。

体积力产生装置可以包括加速度产生装置，其中作用在第一和/或第二导体中的可移动电荷载体上的每单位质量的体积力的至少一部分本质上可以是惯性的。例如，可以在惯性参考系中加速移动电荷载体的储存库，例如由第一导体8或第二导体14形成的储存库。因此，包含在容器内的移动电荷载体相对于容器的边界或壁经历有效的或感知的加速度。例如，惯性坐标系中的加速度可能是由于容器的平移加速运动或旋转运动引起的。在后一种情况下，储存器可以绕平行于X轴的轴旋转，其中该轴位于例如站27的正Y方向。在这样的实施例中，例如，第一导体8和/或第二导体可以包括等离子体。

如上所述，该组相关特性可以包括材料的电阻率。第二导体14中的电阻率可以大于第一导体8中的电阻率，导致第二导体14中的电荷累积区域的厚度大于第一导体8中的电荷累积区域的厚度，如图所示，导致移动电荷载体在站31处的势能大于站28处的势能，或者在站32处的势能大于站27处的势能。请注意，电阻率是大量材料特性的函数。例如，第二导体14的横截面积可以小于第一导体8的横截面积，导致第二导体的电阻率比第一导体大。例如，可以沿着电流的方向测量横截面积。

该组相关特性还可以包括材料中每单位体积的移动电荷载体的数量。例如，在图1中，第一导体8中每单位体积的移动电荷载体的数量可以大于第二导体14中的数量。特别地，移动电荷载体累积区域的厚度，例如累积区域12或累积区域18的厚度，是每单位体积移动电荷载体数量的函数。在半导体中，相关特性的收集可以包括每单位体积的施主或受主原子的数量。请注意，半导体中的空穴也可以被认为是移动电荷载体。在金属中，相关特性的收集可以包括每单位体积的自由电子数或导电电子数。例如，在溶液或气体中，相关特性的收集可以包括每单位体积的离子数量。

该组相关特性还可以包括材料中每单位体积的固定电荷载流子的数量。例如，在固体中，固定电荷载体可以是带正电荷的原子核。例如，在图1中，第一导体8中每单位体积的固定电荷载流子的数量可以大于第二导体14中的数量。特别地，移动电荷载体耗尽区的厚度，例如耗尽区10或耗尽区16的厚度，是每单位体积固定电荷载流子数量的函数。例如，在金属或半导体中，相关特性的收集也可以包括每单位体积的原子数量。在掺杂半导体中，相关特性的收集可以包括每单位体积的施主或受主原子的数量。

该组相关特性还可以包括材料的温度。例如，第二导体14中的温度可以大于第一导体8中的温度。结果，在其他条件相同的情况下，第一导体8中电荷累积区域的厚度在第二导体14中可以比在第一导体8中更大。温度在确定移动电荷载体积累区域的厚度时特别重要。在实施例的子集中，例如，所述导体之间的温差可以由热耦合到第一导体8的第一热储存器和热耦合到第二导体14的第二热储存器来保持。第二储热器的温度可以大于第一储热器的温度。在这样的实施例中，电压转换装置可以以与传统热电发电机类似的方式操作，例如采用珀耳帖(Peltier)效应的热电发电机。

该组相关特性还可以包括材料的绝对介电常数。在体积力产生装置包括电场产生装置的情况下，以及在电场产生装置包括固定电荷收集的情况下，第二导体14中的绝对介电常数可以小于第一导体8中的绝对介电常数。在这种情况下，站31处的移动电荷载体的平均势能可以大于站28处的平均势能。注意，在一些实施例中，第二导体14中的积累区域18的厚度可以小于第一导体8中的积累区域12的厚度，尽管移动电荷载体的势能在站31处比在站28处大。

在体积力产生装置包括电场产生装置的情况下，以及在电场产生装置包括可变电荷收集的情况下，例如电导体上的电荷收集，其中电荷由外部电压源如电池提供，第二导体14中的绝对介电常数可以大于第一导体8中的绝对介电常数。在这种情况下，站31处的移动电荷载体的平均势能可以大于站28处的平均势能。在这样的实施例中，第二导体14中的积累区18的厚度可以大于第一导体8中的积累区12的厚度，如图1所示。

该组相关特性还可以包括材料中可移动电荷载体携带的平均电荷量。例如，第二导体14中的移动电荷载体所携带的平均电荷量可以小于第一导体8中的电荷量。这可以导致在开路情况下，在站31处的移动电荷载体的势能比在站28处的更大。

该组相关特性还可以包括材料边界处的电场强度。表示为“第二边界”的第二导体14的边界可以是第二导体14和绝缘材料1在面对电荷收集(例如电荷收集7或电荷收集5)的边界处的边界，即在表面法线平行于Y轴的边界处。表示为“第一边界”的第一导体8的边界可以是第一导体8和绝缘材料1在面对电荷收集(例如电荷收集6或电荷收集4)的边界处的边界，即在表面法线平行于Y轴的边界处。例如，第二边界处的第二导体14内的电场强度可以大于第一导体8内的电场强度。结果，第二导体14中的相关电荷累积区域的厚度可以大于第一导体8中的相关和相应电荷累积区域的厚度，并且站31处的移动电荷载体的平均势能可以大于站28处的移动电荷载体的平均势能。

前述相关特性在电荷累积区域基本等温的情况下尤其相关。在一些实施例中，整个电荷累积区域中的移动电荷载体密度的变化可以被描述为绝热或多变过程。在一些实施例中，例如，密度的变化可以被描述为等压过程。例如，在第一或第二导体的热导率相对较低的情况下，可以在第一或第二导体中发现电荷累积的非等温区域。非热等离子体或半导体可以作为这种行为的例子。注意，在存在净电流的情况下，由于移动电荷载体的势能的变化和移动电荷载体的相关温度变化，以及诸如焦耳加热的其他热效应，电荷累积的区域不太可能是等温的。

该组相关特性还可以包括材料内的移动电荷载体的有效质量。例如，在实施例的子集中，第二导体14中的移动电荷载体的有效质量可以小于第一导体8中的移动电荷载体的有效质量。在一些实施例中，例如，整个电荷累积区域中的移动电荷载体密度的变化可以被描述为绝热过程。

在一些实施例中，电开关也可以位于站33和站26之间，其中该开关可以用于例如调节通过电负载36的电流。可变电阻也可以位于站33和站26之间，其中电阻可以用于调节例如通过电负载36的电流速率，或者电负载两端的电压。在一些实施例中，可以使用电压调节器来调节电负载36两端的电压。

移动电荷载体可以包括电子、空穴或带正电荷或负电荷的离子。

电导体22可以被描述为电耦合。电负载36和热交换器40也可以被认为是电耦合的组成部分。

在其他实施例中，绝缘电荷收集，例如电荷收集4、5、6或7，可以嵌入在第一导体8和第二导体14内。例如，电荷收集可以包括多个绝缘的单独电荷收集。这可以允许移动电荷载流子分别扩散通过第一和第二导体的第一或第二材料，并通过嵌入其中的绝缘电荷集合。

在一些实施例中，电荷收集可以位于第一或第二导体附近，与第一和第二导体的上方和下方相反。换句话说，电荷收集4可以位于第一导体8的正和负的X方向，而不是第一导体8的正的Y方向。例如，电荷收集4可以是环形的，并且可以配置成包围横截面为圆形的第一导体8。在这些实施例的子集中，横截面为圆形的第一导体和第二导体的长轴可以重合和平行。几个这样的第一和第二导体可以串联连接。第一导体和第二导体之间的结可以被环形电荷收集包围，其中相邻结的电荷收集携带的电荷可以是相反的符号，并且其中第一和第二导体穿过环形电荷收集的中心。第一和第二导体可以是圆柱形的，并且在实施例的子集中可以具有相似的半径。在其他实施例中，在其他条件相同的情况下，第二导体的半径可以小于第一导体。在一些实施例中，结处的绝缘电荷收集可以配置为在结的平面上对称。如前所述，电荷的收集可以通过诸如玻璃、塑料或聚氯乙烯的电绝缘体与第一和第二导体电绝缘。在结处，第一导体可以与第二导体直接接触，允许移动电荷载体在第一和第二导体之间移动。如前所述，第二导体中第一导体和第二导体之间的结处的电荷累积区域的厚度可以比第一导体中的大。如前所述，与第一导体相比，移动电荷载体在整个第二导体中的势能会经历更大的变化。如前所述，这可能是由于第二导体的相关特性与第一导体不同。如前所述，外部绝缘电荷收集可以包括嵌入在材料中的固定电荷，或者可以包括由外部电源充电的电导体，例如电池、电容器、电感器或热电发电机。注意，绝缘的电荷收集可以至少部分地由作为其一部分的相同势能转换装置充电，或者由其中电荷收集被用作体积力产生装置的相同电压转换装置充电。

本发明的方面

本发明由以下的方面进一步定义。

方面1.一种势能修改装置，其中势能修改装置包括:体积力产生装置；第一材料，其中所述第一材料是导电的，其中所述体积力产生装置可以配置成在所述第一材料内诱发电荷累积区域，并且其中所述第一材料包括第一点和第二点

方面2.根据方面1所述的装置，其中所述装置进一步包括第二材料，其中所述第二材料是导电的，其中所述体积力产生装置可以配置成在所述第二材料内诱发电荷累积区域，并且其中所述第二材料包括第一点和第二点

方面3.根据方面2所述的装置，其中所述第二材料中的第二点电耦合到所述第一材料中的第二点

方面4.根据方面1所述的装置，其中在开路情况下，第一材料中的第一点处的移动电荷载体平均可以具有与第一材料中的第二点处的移动电荷载体不同的势能

方面5.根据方面2所述的装置，其中在开路情况下，第二材料中的第一点处的移动电荷载体平均可以具有与第二材料中的第二点处的移动电荷载体不同的势能

方面6.根据方面2所述的装置，其中在开路情况下，第二材料中的第一点处的移动电荷载体平均可具有与第二材料中的第二点处的移动电荷载体基本相同的势能

方面7.根据方面1所述的装置，其中所述第一材料中的第二点位于电荷累积区域内

方面8.根据方面2所述的装置，其中所述第二材料中的第二点位于电荷累积区域内

方面9.根据方面2所述的装置，其中所述第二材料中的第二点位于中性带电区域内

方面10.根据方面2所述的装置，其中所述第二材料中的第一点电耦合到所述第一材料中的第一点

方面11.根据方面3所述的装置，其中所述第二材料中的第一点电耦合到所述第一材料中的第一点

方面12.根据方面3、10或11中任一方面所述的装置，其中所述电耦合包括电导体

方面13.根据方面3、10或11中任一方面所述的装置，其中所述电耦合包括电容器

方面14.根据方面3、10或11中任一方面所述的装置，其中所述电耦合包括电感器

方面15.根据方面3、10或11中任一方面所述的装置，其中所述电耦合包括交流电

方面16.根据方面3、10或11中任一方面所述的装置，其中所述电耦合包括直流电流

方面17.根据方面3、10或11中任一方面所述的装置，其中，所述电耦合包括空间或时间上的两点之间的电力传输

方面18.根据方面4所述的装置，其中势能的至少一部分变化是由于第一材料内的电荷累积区域

方面19.根据方面5所述的装置，其中势能的至少一部分变化是由于第二材料内的电荷累积区域

方面20.根据方面1所述的装置，其中所述第一材料中的第一点位于电荷累积区域内

方面21.根据方面1所述的装置，其中所述第一材料中的第一点位于中性带电区域内

方面22.根据方面2所述的装置，其中所述第二材料中的第一点位于电荷累积区域内

方面23.根据方面2所述的装置，其中所述第二材料中的第一点位于中性带电区域内

方面24.根据方面2或3中任一方面所述的装置，其中所述第二材料内的电荷累积区域的厚度小于所述第一材料内的电荷累积区域的厚度

方面25.根据方面2或3中任一方面所述的装置，其中移动通过所述第一材料内的电荷累积区域的移动电荷载体的势能的变化在幅度上大于移动通过所述第二材料内的电荷累积区域的移动电荷载体的势能的变化。

方面26.根据方面2或3中任一方面所述的装置，其中所述第二材料的相关特性不同于所述第一材料的相关特性

方面27.根据方面2或3中任一方面所述的装置，其中所述第二材料的相关材料特性不同于所述第一材料的相关材料特性

方面28.根据方面2或3中任一方面所述的装置，其中移动通过第一材料中的第一点和第一材料中的第二点之间的电荷累积区域的至少一部分的移动电荷载体的势能的变化在幅度上大于移动通过第二材料中的第一点和第二材料中的第二点之间的电荷累积区域的至少一部分的移动电荷载体的势能的变化

方面29.根据方面2或3中任一方面所述的装置，其中所述第一材料的至少一部分与第二材料电绝缘

方面30.根据方面3所述的装置，其中所述体积力产生装置包括电场产生装置，其中所述体积力的至少一部分本质上是电的

方面31.根据方面30所述的装置，其中所述电场产生装置包括电荷收集

方面32.根据方面30所述的装置，其中所述电场产生装置包括电导体，所述电导体能够配置为带正电或负电

方面33.根据方面32所述的装置，其中所述电导体和电源，其中所述电源可以配置为对所述电导体进行正充电或负充电

方面34.根据方面33所述的装置，其中所述电源可以包括电池

方面35.根据方面33所述的装置，其中所述电源可以包括电容器

方面36.根据方面33所述的装置，其中所述电源可以包括电感器

方面37.根据方面33所述的装置，其中所述电源可以包括发电机

方面38.根据方面37所述的装置，其中所述发电机可以包括电动机

方面39.根据方面37所述的装置，其中所述发电机可以包括热电发电机

方面40.根据方面37所述的装置，其中，至少一部分电力由本发明的所有其他方面中的任何一个方面的势能修改装置中的任何一个产生。

方面41.根据方面3所述的装置，其中所述体积力产生装置包括重力场产生装置，并且其中所述体积力的至少一部分本质上是重力的

方面42.根据方面3所述的装置，其中所述体积力产生装置包括磁场产生装置，并且其中所述体积力的至少一部分本质上是磁性的

方面43.根据方面1所述的装置，其中所述体积力产生装置包括电磁场产生装置，并且其中所述体积力的至少一部分本质上是电磁的

方面44.根据方面3所述的装置，其中所述体积力产生装置包括电磁场产生装置，并且其中所述体积力的至少一部分本质上是电磁的

方面45.根据方面3所述的装置，其中所述体积力产生装置包括加速装置，其中所述加速装置配置为在惯性坐标系中加速所述第一材料或所述第二材料，并且其中所述体积力的至少一部分本质上是惯性的

方面46.根据方面45所述的装置，其中加速度本质上是向心的

方面47.根据方面45所述的装置，其中加速度本质上是平移的

方面48.根据方面1所述的装置，其中所述第一材料包括移动电荷载体

方面49.根据方面2所述的装置，其中第二材料包括移动电荷载体

方面50.根据方面1、2、48或49中任一方面所述的装置，其中所述移动电荷载体包括电子

方面51.根据方面1、2、48或49中任一方面所述的装置，其中所述移动电荷载体包括带正电荷或负电荷的离子

方面52.根据方面1、2、48或49中任一方面所述的装置，其中所述移动电荷载体包括空穴

方面53.根据方面1所述的装置，其中所述第一材料包括金属

方面54.根据方面1所述的装置，其中所述第一材料包括半导体

方面55.根据方面1所述的装置，其中所述第一材料包括固体

方面56.根据方面1所述的装置，其中所述第一材料包括流体

方面57.方面56的装置，其中第一材料包括液体

方面58.根据方面56所述的装置，其中所述第一材料包括溶液，其中所述移动电荷载体包括位于所述溶液内的带正电或带负电的离子

方面59.根据方面56所述的装置，其中第一材料包括气体

方面60.根据方面59所述的装置，其中第一材料包括等离子体

方面61.根据方面60所述的装置，其中第一材料包括非热等离子体

方面62.根据方面60所述的装置，其中第一材料包括热等离子体

方面63.根据方面54所述的装置，其中第一材料包括本征半导体

方面64.根据方面54所述的装置，其中第一材料包括n型半导体

方面65.根据方面54所述的装置，其中第一材料包括p型半导体

方面66.根据方面2所述的装置，其中第二材料包括金属

方面67.根据方面2所述的装置，其中第二材料包括半导体

方面68.根据方面2所述的装置，其中第二材料包括固体

方面69.根据方面2所述的装置，其中第二材料包括流体

方面70.根据方面69所述的装置，其中第二材料包括液体

方面71.根据方面69所述的装置，其中所述第二材料包括溶液，其中所述移动电荷载体包括位于所述溶液内的带正电或带负电的离子

方面72.根据方面69所述的装置，其中第二材料包括气体

方面73.根据方面72所述的装置，其中第二材料包括等离子体

方面74.根据方面73所述的装置，其中第二材料包括非热等离子体

方面75.根据方面73所述的装置，其中第二材料包括热等离子体

方面76.根据方面67所述的装置，其中第二材料包括本征半导体

方面77.根据方面67所述的装置，其中第二材料包括n型半导体

方面78.根据方面67所述的装置，其中第二材料包括p型半导体

方面79.根据方面2或3中任一方面所述的装置，其中所述第一材料内每单位体积的移动电荷载体的数量小于所述第二材料内每单位体积的移动电荷载体的数量

方面80.根据方面79所述的装置，其中所述移动电荷载体是电子

方面81.根据方面2或3中任一方面所述的装置，其中第一材料中的电导率小于第二材料中的电导率

方面82.根据方面2或3中任一方面所述的装置，其中所述第一材料或所述第二材料内的移动电荷载体的行为在开路情况下基本上是等温的

方面83.根据方面2或3中任一方面所述的装置，其中所述第一材料或所述第二材料内的移动电荷载体的行为在开路情况下不是等温的

方面84.根据方面2或3中任一方面所述的装置，其中所述第一材料内的绝对介电常数小于所述第二材料内的绝对介电常数

方面85.根据方面2或3中任一方面所述的装置，其中所述第一材料内的绝对介电常数大于所述第二材料内的绝对介电常数

方面86.根据方面84所述的装置，其中所述体积力产生装置包括电场产生装置，其中所述电场产生装置包括电荷收集，所述电荷收集包括在空间和时间上固定的电荷

方面87.根据方面85所述的装置，其中所述体积力产生装置包括电场产生装置，其中所述电场产生装置包括电荷收集，所述电荷收集包括连接到电压源的电导体

方面88.根据方面2、3或84中任一方面所述的装置，其中，第二材料内的电荷累积区域的厚度大于第一材料内的电荷累积区域的厚度

方面89.根据方面86、87、88中任一方面的装置，除了介电常数不同之外，其中第一材料和第二材料的材料特性相同

方面90.根据方面2或3中任一方面所述的装置，其中所述第一材料和所述第二材料包括n型半导体，并且其中所述第二材料中每单位体积的施体原子的数量大于所述第一材料中的施体原子的数量

方面91.根据方面2或3中任一方面所述的装置，其中所述第一材料和所述第二材料包括p型半导体，并且其中所述第二材料中每单位体积的受体原子的数量大于所述第一材料中的受体原子的数量

方面92.根据方面2或3中任一方面所述的装置，其中所述第一材料和所述第二材料包括p型半导体，并且其中所述第二材料中每单位体积的受体原子的数量大于所述第一材料中的受体原子的数量

方面93.根据方面2或3中任一方面所述的装置，其中，每单位体积的原子数量在第二材料中大于在第一材料中

方面94.根据方面2或3中任一方面所述的装置，其中，每单位体积的原子数量在第二材料中大于在第一材料中

方面95.根据方面2或3中任一方面所述的装置，其中所述第一材料包括半导体，并且其中所述第二材料包括金属

方面96.根据方面2或3中任一方面所述的装置，其中所述第一材料中的温度大于所述第二材料中的温度

方面97.根据方面96所述的装置，其中所述第一材料和所述第二材料的材料特性除了温度差异之外是相同的

方面98.根据方面2或3中任一方面所述的装置，其中所述第一材料中的温度小于所述第二材料中的温度

方面99.根据方面98所述的装置，其中，所述第一材料和所述第二材料的材料特性是不同的，即使温度不同也是如此

方面100.根据方面2或3中任一方面所述的装置，其中，第一材料中的移动电荷载体携带的平均电荷小于第二材料中的移动电荷载体携带的平均电荷

方面101.根据方面100所述的装置，除了由移动电荷载体携带的平均电荷存在差异，其中所述第一材料和所述第二材料的材料特性是相同的

方面102.根据方面2或3中任一方面所述的装置，其中，第一材料中的移动电荷载体携带的平均电荷大于第二材料中的移动电荷载体携带的平均电荷

方面103.根据方面102所述的装置，其中所述第一材料和所述第二材料的材料特性不同，即使移动电荷载体所携带的平均电荷不同也是如此

方面104.根据方面2或3中任一方面所述的装置，其中所述移动电荷载体是准粒子

方面105.根据方面2或3中任一方面所述的装置，其中所述移动电荷载体是虚拟粒子

方面106.根据方面2或3中任一方面所述的装置，其中所述体积力产生装置包括电场产生装置，其中所述第一材料的边界处和所述第一材料内的电场强度大于所述第二材料的边界处和所述第二材料内的电场强度，其中所述边界处的电场形成了在材料内电荷累积区域内产生的电场的边界条件，从而确定了电荷累积区域的厚度以及其他参数

方面107.根据方面106所述的装置，其中所述第一材料和所述第二材料的特性相同，除了在所述第一材料的边界和所述第二材料的边界处的电场强度不同

方面108.根据方面107所述的装置，其中所述第一材料中的第二点和所述第二材料中的第二点之间的电耦合包括电导体

方面109.根据方面108所述的装置，其中电导体是金属

方面110.根据方面2或3中任一方面所述的装置，其中所述第一材料中的移动电荷载体的平均有效质量小于所述第二材料中的移动电荷载体的平均有效质量

方面111.根据方面3、10或11中任一方面所述的装置，其中所述电耦合包括超导体

方面112.根据方面3、10或11中任一方面所述的装置，其中所述电耦合包括金属

方面113.根据方面3、10或11中任一方面所述的装置，其中所述电耦合包括电负载

方面114.根据方面3、10或11中任一方面所述的装置，其中所述电耦合包括热交换器

方面115.根据方面113所述的装置，其中所述电负载包括电阻器

方面116.根据方面113所述的装置，其中所述电负载包括电动机

方面117.根据方面113所述的装置，其中所述电负载包括计算机或微处理器方面118.根据方面113所述的装置，其中所述电负载包括电开关

方面119.根据方面114所述的装置，其中所述热交换器配置成将热量从环境传递到所述移动电荷载体

方面119B.根据方面2或3中任一方面所述的装置，其中在第一材料中的第一点处的移动电荷载体的平均势能大于在第二材料中的第一点处的移动电荷载体的平均势能

方面119C.根据方面11所述的装置，其中，移动电荷载体可以从第二材料中的第一点流到第二材料中的第二点，并且经由从第二材料中的第二点到第一材料中的第二点的第一电耦合，以及从第一材料中的第二点到第一材料中的第一点的第二电耦合，从而完成电路。

方面119D.根据方面11所述的装置，其中电流可以从第一材料中的第一点流到第一材料中的第二点，并且经由从第一材料中的第二点到第二材料中的第二点的第一电耦合，以及从第二材料中的第二点流到第二材料中的第一点，并且经由从第二材料中的第一点到第一材料中的第一点的第二电耦合，从而完成电路。

方面119E.根据方面119C或119D中任一方面所述的装置，其中所述移动电荷载体的电能的至少一部分由所述移动电荷载体的热能提供

方面120.一种系统，包括方面1至119和方面119B-E中任一方面的两个或多个势能修改装置

方面121.一种系统，包括两个或多个方面2的势能修改装置

方面122.一种系统，包括两个或更多方面3的势能修改装置

方面123.根据方面122所述的系统，其中第一势能修改装置的第一材料中的第一点电耦合到第二势能修改装置的第二材料中的第一点

方面124.根据方面120所述的系统，其中第一势能修改装置与第二势能修改装置串联电耦合

方面125.根据方面122所述的系统，其中第一势能修改装置的第一材料中的第一点电耦合到第二势能修改装置的第一材料中的第一点，并且其中第一势能修改装置的第二材料中的第一点电耦合到第二势能修改装置的第二材料中的第一点

方面126.根据方面120的系统，其中第一势能修改装置与第二势能修改装置并联电耦合

方面127.一种势能修改的方法，包括:提供方面1至126中任一方面的势能修改装置或系统，包括方面119B-E。

方面128.一种势能修改的方法，包括:提供和操作方面1至126中任一方面的势能修改装置或系统，包括方面119B-E，以及选择或提供方面1至126中任一方面的势能修改装置或系统的材料的材料特性，包括方面119B-E

方面129.一种势能修改方法，包括:提供一个体积力产生装置；提供第一材料，其中所述第一材料是导电的，使用所述体积力产生装置在所述第一材料内诱发电荷累积区域，其中所述第一材料包括第一点和第二点

方面130.根据方面129所述的方法，其中所述方法进一步包括:提供第二材料，其中所述第二材料是导电的，其中所述体积力产生装置可以在所述第二材料内诱发电荷累积区域，其中所述第二材料包括第一点和第二点

方面131.根据方面130所述的方法，其中该方法进一步包括将第二材料中的第二点电耦合到第一材料中的第二点

方面132.根据方面131所述的方法，其中所述方法进一步包括配置所述体积力产生装置，使得所述第一材料中的第一点处的移动电荷载体的平均势能不同于所述第二材料中的第一点处的移动电荷载体的平均势能

方面133.根据方面131所述的方法，其中所述方法进一步包括相对于所述第二材料的材料特性选择或提供所述第一材料的材料特性，使得所述第一材料中的第一点处的移动电荷载体的平均势能不同于所述第二材料中的第一点处的移动电荷载体的平均势能

方面134.根据方面131所述的方法，其中所述方法进一步包括将所述第一材料中的第一点与所述第二材料中的第一点电耦合，从而形成闭合电路

方面135.根据方面133所述的方法，其中相对于所述第二材料的材料特性选择或提供所述第一材料的材料特性包括选择或提供相对于所述第二材料每单位体积具有更多数量的移动电荷载体的第一材料

方面136.根据方面133所述的方法，其中相对于所述第二材料的材料特性选择或提供所述第一材料的材料特性包括选择或提供相对于所述第二材料每单位体积具有更多数量的移动电荷载体的第一材料

方面137.根据方面133所述的方法，其中选择或提供材料特性包括选择或提供电导率小于第二材料的第一材料

方面138.根据方面133所述的方法，其中选择或提供所述材料特性包括将所述第一材料热耦合到第一储热器，以及将所述第二材料热耦合到第二储热器，其中所述第一材料的温度不同于所述第二材料的温度

方面139根据方面133所述的方法，其中选择或提供材料特性包括操纵第一材料或第二材料的温度，使得第一材料的温度不同于第二材料的温度

方面140.根据方面133所述的方法，其中选择或提供材料特性包括选择提供具有与第二材料不同的绝对介电常数的第一材料

方面141.根据方面131所述的方法，其中所述方法进一步包括提供或操纵所述第一材料或所述第二材料的特性，或配置所述体积力产生装置，使得所述第一材料中电荷累积区域的厚度大于所述第二材料中电荷累积区域的厚度

方面141B.根据方面131所述的方法，其中选择或提供材料特性包括选择提供第一材料，该第一材料具有与第二材料不同的每个电荷载流子的平均电荷

方面141C.根据方面131所述的方法，其中选择或提供材料特性包括选择提供第一材料，该第一材料具有与第二材料不同的每电荷载流子平均有效质量

方面142.根据方面134所述的方法，其中所述方法进一步包括允许电流流经所述电路

方面143.根据方面132所述的方法，其中所述方法进一步包括在所述电路内或向所述电路提供电负载

方面144.根据方面143所述的方法，其中电负载包括电动机、微处理器、计算机或电阻器

方面145.根据方面129所述的方法，其中提供体积力产生装置包括提供电场产生装置

方面146.根据方面129所述的方法，其中提供体积力产生装置包括向第一材料提供重力加速度

方面147.根据方面129所述的方法，其中提供体积力产生装置包括向第一材料提供加速度

方面148.根据方面147所述的方法，其中提供体积力产生装置包括向第一材料提供惯性加速度

方面149.根据方面147所述的方法，其中提供体积力产生装置包括旋转第一材料

方面150.根据方面147所述的方法，其中提供所述体积力产生装置包括在惯性坐标系中加速所述第一材料

方面151.根据方面147所述的方法，其中提供体积力产生装置包括提供磁场产生装置

方面152.根据方面147所述的方法，其中所述方法进一步包括在所述电路内或向所述电路提供热交换器，其中所述热交换器配置为向所述电路内的至少一部分移动电荷载体输送热能

方面153.根据方面147所述的方法，其中所述方法进一步包括在所述电路内或向所述电路提供电开关

方面154.根据方面129所述的方法，其中第一材料可以包括固体、液体、气体或等离子体

方面155.根据方面130所述的方法，其中第二材料可以包括固体、液体、气体或等离子体

除非上下文中有明确说明，否则术语“或”在本文中等同于“和/或”。

本文中描述的实施例和方法仅旨在举例说明本发明的原理。本发明可以以几种不同的方式实施，并且不限于本文中描述的或附图中描绘的示例、实施例、布置、配置或操作方法。这也适用于仅描述或描绘一个实施例的情况。本领域的技术人员将能够设计许多替代的示例、实施例、布置、配置或操作方法，尽管在此没有示出或描述，但是这些示例、实施例、布置、配置或操作方法体现了本发明的原理，因此在本发明的精神和范围内。

Claims (40)

1.一种势能修改装置，其中势能修改装置包括:

体积力产生装置；

第一材料，其中所述体积力产生装置能够配置成在所述第一材料内诱发电荷累积区域，其中所述第一材料是导电的，并且其中所述第一材料包括第一点和第二点；和

第二材料，其中所述体积力产生装置能够配置成在所述第二材料内诱发电荷累积区域，其中所述第二材料是导电的，并且其中所述第二材料包括第一点和第二点，

其中第二材料中的第二点电耦合到第一材料中的第二点，并且

其中第二材料的相关特性相对于第一材料中的相同特性是不同的。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一材料中的第二点位于电荷累积区域内。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二材料中的第二点位于电荷累积区域内。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二材料中的第二点位于中性带电区域内。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二材料中的第一点电耦合到所述第一材料中的第一点。

6.根据权利要求1所述的装置，其中电耦合(coupling)包括电导体。

7.根据权利要求1所述的装置，其中电耦合包括在两个指定点之间的电力传输。

8.根据权利要求1所述的装置，其中移动通过第一材料中的第一点和第一材料中的第二点之间的电荷累积区域的至少一部分的移动电荷载体的势能的变化在幅度上大于移动通过第二材料中的第一点和第二材料中的第二点之间的电荷累积区域的至少一部分的移动电荷载体的势能的变化。

9.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二材料内的电荷累积区域的厚度小于第一材料内的电荷累积区域的厚度。

10.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一材料的至少一部分与第二材料电绝缘。

11.根据权利要求1所述的装置，其中所述体积力产生装置包括电场产生装置，其中体积力的至少一部分本质上是电的。

12.根据权利要求1所述的装置，其中所述体积力产生装置包括重力场产生装置，并且其中所述体积力的至少一部分本质上是重力的。

13.根据权利要求1所述的装置，其中所述体积力产生装置包括磁场产生装置，并且其中所述体积力的至少一部分本质上是磁性的。

14.根据权利要求1所述的装置，其中所述体积力产生装置包括电磁场产生装置，并且其中所述体积力的至少一部分本质上是电磁的。

15.根据权利要求1所述的装置，其中所述体积力产生装置包括加速装置，其中所述加速装置配置为在惯性坐标系中加速所述第一材料或所述第二材料，并且其中所述体积力的至少一部分本质上是惯性的。

16.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一材料或第二材料中的移动电荷载体包括电子。

17.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一材料或第二材料中的移动电荷载体包括带正电或带负电的离子。

18.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一材料或第二材料包括金属。

19.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一材料或第二材料包括半导体。

20.根据权利要求1所述的装置，其中所述相关特性包括材料内每单位体积的移动电荷载体的标称数量。

21.根据权利要求1所述的装置，其中相关特性包括材料的标称电导率。

22.根据权利要求1所述的装置，其中相关特性包括材料的绝对介电常数。

23.根据权利要求1所述的装置，其中相关特性包括每单位体积的原子数量。

24.根据权利要求1所述的装置，其中相关特性包括每单位体积掺杂半导体中的施主原子或受主原子的数量。

25.根据权利要求1所述的装置，其中相关特性包括材料的温度。

26.根据权利要求1所述的装置，其中相关特性包括由材料的移动电荷载体携带的平均电荷。

27.根据权利要求1所述的装置，其中相关特性包括材料电荷累积区域边界处的电场强度。

28.根据权利要求1所述的装置，其中相关特性包括材料的移动电荷载体的平均有效质量。

29.根据权利要求1所述的装置，其中电联接件包括电负载。

30.根据权利要求1所述的装置，其中电联接件包括热交换器。

31.根据权利要求29所述的装置，其中所述电负载包括计算机或微处理器、电开关、电动机或天线。

32.根据权利要求30所述的装置，其中所述热交换器配置成将热量从环境传递到移动电荷载体。

33.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一材料中的第一点处的移动电荷载体的平均势能大于所述第二材料中的第一点处的移动电荷载体的平均势能。

34.根据权利要求5所述的装置，其中所述装置能够配置为包括闭合电路，其中移动电荷载体能够从第二材料中的第一点流到第二材料中的第二点，并且经由第一电耦合从第二材料中的第二点流到第一材料中的第二点，并且从第一材料中的第二点流到第一材料中的第一点，并且经由第二电耦合从第一材料中的第一点流到第二材料中的第一点。

35.一种系统，包括两个或多个权利要求1的势能修改装置。

36.根据权利要求35所述的系统，其中第一势能修改装置与第二势能修改装置串联电耦合。

37.根据权利要求35所述的系统，其中第一势能修改装置与第二势能修改装置并联地电耦合。

38.一种势能修改的方法，包括:提供权利要求1的势能修改装置。

39.一种势能修改的方法，包括:

提供体积力产生装置；

提供第一材料，其中第一材料是导电的，并且其中第一材料包括第一点和第二点；

提供第二材料，其中第二材料是导电的，并且其中第一材料包括第一点和第二点；

使用所述体积力产生装置来至少在所述第一材料内诱发电荷积聚区域；

将第二材料中的第二点电耦合到第一材料中的第二点；和

将第二材料的相关特性相对于第一材料中的相同特性配置为不同。

40.根据权利要求39所述的方法，其中该方法还包括将第二材料中的第一点电耦合到第一材料中的第一点。

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