[發(fā)明專利]用作微型電化學(xué)裝置的、薄膜與玻璃陶瓷基底的組合物

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200680046571.2
• 申請日: 2006-10-17
• 公開（公告）號: CN101326670A
• 公開（公告）日: 2008-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: L·J·高克勒;D·貝克爾;U·穆克;P·米勒;J·魯普
• 申請（專利權(quán)）人: 瑞士聯(lián)邦蘇黎世技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: H01M8/12
• 分類號: H01M8/12;H01M4/86
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 柯廣華;劉春元

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種包括薄膜和支持該薄膜并且基本上是平面構(gòu)造的基底(Substrat)的組合元件(Verbundelement)，其中該薄膜由氧化物陶瓷材料、氧化物陶瓷和金屬材料，或者金屬材料的至少兩個不同的層構(gòu)成。本發(fā)明還進一步地涉及一種用于構(gòu)建(struktieren)基底的方法以及這種具有薄膜的組合元件的應(yīng)用。

背景技術(shù)

薄膜，尤其是導(dǎo)電的，由陶瓷和/或金屬材料構(gòu)成的薄膜，引起了越來越多的重視。一般地薄膜由多層尤其三到五層構(gòu)成，其中材料和/或每層的形態(tài)一般都是不同的。薄膜一般是按層沉積在基底上，其中可應(yīng)用普通的薄膜技術(shù)，比如通過化學(xué)氣相沉積、脈沖激光氣相沉積、溶膠凝膠方法，尤其是旋轉(zhuǎn)涂層或者噴霧熱解。進一步的，薄膜可以作為整體地或這樣一層層地沉積到基底上。在沉積期間或之后，這些層或者薄膜全部在一級或者多級過程中被退火，以實現(xiàn)部分的或者全部的微結(jié)構(gòu)。多層薄膜也稱之為層壓膜。

US6896989B2公開了一種沉積于基底之上并且由多層構(gòu)成的薄膜，其可作為電極或者固體電解物應(yīng)用于燃料電池中。這些功能層之間設(shè)置有另外的也是用電極材料制成的層。作為備選地還可以附加由不同材料制成的附加層。根據(jù)該專利的說明書，薄膜的每一層根據(jù)現(xiàn)有的方法來進行沉積，比如射頻濺射、PVD(物理氣相沉積)、CVD(化學(xué)氣相沉積)、電泳技術(shù)。

現(xiàn)有的基底不能滿足對于這種具有多個層并具有相應(yīng)地復(fù)雜機械結(jié)構(gòu)特點的薄膜的要求(裂紋生成、不足的壽命)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明基于這樣的任務(wù)，提供一種機械的并且在較高的溫度下仍然穩(wěn)定的組合元件，其由本文開始時所提到類型的至少一種薄膜和基底來實現(xiàn)，從而使得用這種組合元件所制造的微型電化設(shè)備具有較高的功率密度和較好的材料兼容性。尤其地，提出了一種基底，其可以減輕機械壓力并適用于復(fù)雜的多層結(jié)構(gòu)。

與根據(jù)本發(fā)明的組合元件相關(guān)的任務(wù)可以這樣來解決，即該基底由陶瓷玻璃、玻璃陶瓷、二者的混合物或者二者的中間態(tài)組成。

通過根據(jù)本發(fā)明的多層薄膜和陶瓷玻璃的組合可以實現(xiàn)，即，在生產(chǎn)溫度下，基底可以形成一定的軟化，并且可以避免多層薄膜中所出現(xiàn)的壓力。因為在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)置中基底會由于軟化而與薄膜相匹配，所以由于壓力而產(chǎn)生的層變形不會導(dǎo)致裂縫或者破裂。

本發(fā)明的具體的以及改進的實施例在從屬權(quán)利要求中得到體現(xiàn)。

下面關(guān)于玻璃或者玻璃基底的表述一般包括陶瓷玻璃、玻璃陶瓷、這二者的混合物或二者中間狀態(tài)。

較佳地基底涉及一種感光的、可構(gòu)(strukturierbar)且可蝕刻的玻璃。尤其地，MIKROGLS公司的感光玻璃FOTURAN比較合適。這種特殊玻璃一般是無孔的，其可形成為全部的或者在特定的區(qū)域上是有孔的。這種玻璃的另一較佳的特點是化學(xué)的尺寸及溫度穩(wěn)定性和均勻性。

根據(jù)本發(fā)明而設(shè)置的基底具有處于所適使用薄膜的陶瓷層范圍內(nèi)的熱膨脹系數(shù)。實際上該范圍為(5-20)·10^-6K^-1。目的在于這么一種組合元件，其中，薄膜的熱膨脹系數(shù)在(8-15)·10^-6K^-1的范圍內(nèi)，而基底的熱膨脹系數(shù)在(8-10)·10^-6K^-1的范圍內(nèi)。相鄰的或者相重疊的熱膨脹系數(shù)具有明顯的優(yōu)點，尤其在強烈的溫度變化時體現(xiàn)在該組合的穩(wěn)定性方面。強烈的溫度變化在區(qū)別較大的熱膨脹系數(shù)下會導(dǎo)致?lián)p壞、變形或者毀壞。例如，基于硅的基底的熱膨脹系數(shù)比陶瓷材料薄膜的低三至五倍，這是為什么現(xiàn)有的基底不能再使用。

通過根據(jù)本發(fā)明的進一步的實施方式，可以為薄膜帶來足夠的機械可靠性，支持基底的厚度等于薄膜總厚度的至少五倍，較佳的是至少約十倍。基底的厚度也可以是基底上的層厚度的一百倍或者更多。由任意合適的材料組成的基底可以是柔性的，形成為比如薄片，或者剛性的，形成為比如薄板。該基底的兩種實施方式可以是在整個平面上都是致密的(dicht)，或者其中部分是可滲透的，或者具有任意設(shè)置的孔或者通道，這稱之為結(jié)構(gòu)型基底。這種多孔滲透性區(qū)域的至少一部分以及孔或者通道被薄膜所覆蓋，其在這種功能中被稱之為隔膜。這種通道也用于流體分配，也可以形成為部分通過基底的凹槽。根據(jù)本發(fā)明的特殊實施方式薄膜也可以形成為與基底一樣厚，或者比基底更厚。簡便起見，此處把各種陶瓷層組合物都稱之為薄膜。

通過該基底的孔或通道較佳地大小至少約為100μm²，并且可以是任意較佳的幾何形狀。根據(jù)上面，這些孔或者通道的表面通過作為隔膜而起作用的薄膜的機械穩(wěn)定性來限制。