超級(jí)電容器是介于傳統(tǒng)電容器和充電電池之間的一種新型儲(chǔ)能裝置，它既具有電容器快速充放電的特性，同時(shí)又具有電池的儲(chǔ)能特性。超級(jí)電容器是通過(guò)電極與電解質(zhì)之間形成的界面雙層來(lái)存儲(chǔ)能量的新型元器件。當(dāng)電極與電解液接觸時(shí)，由于庫(kù)侖力、分子間力及原子間力的作用，使固液界面出現(xiàn)穩(wěn)定和符號(hào)相反的雙層電荷，稱其為界面雙層。

　　把雙電層超級(jí)電容看成是懸在電解質(zhì)中的2個(gè)非活性多孔板，電壓加載到2個(gè)板上。加在正極板上的電勢(shì)吸引電解質(zhì)中的負(fù)離子，負(fù)極板吸引正離子，從而在兩電極的表面形成了一個(gè)雙電層電容器。雙電層電容器根據(jù)電極材料的不同，可以分為碳電極雙層超級(jí)電容器、金屬氧化物電極超級(jí)電容器和有機(jī)聚合物電極超級(jí)電容器。

　　以粘土、頁(yè)巖、煤矸石或粉煤灰為原料，經(jīng)成型和高溫焙燒而制得的用于砌筑承重和非承重墻體的磚統(tǒng)稱為燒結(jié)磚。近日，美國(guó)科學(xué)家根據(jù)燒結(jié)磚的多孔結(jié)構(gòu)，采用氣相沉積技術(shù)將燒結(jié)磚改造成為超級(jí)電容器儲(chǔ)能裝置。儲(chǔ)能磚砌成的墻將能儲(chǔ)存大量電能。可為開(kāi)發(fā)具有儲(chǔ)電功能的多用途增值建筑材料帶來(lái)新的思路。

　　什么是“儲(chǔ)能系統(tǒng)”

　　在對(duì)儲(chǔ)能過(guò)程進(jìn)行分析時(shí)，為了確定研究對(duì)象而劃出的部分物體或空間范圍，稱為儲(chǔ)能系統(tǒng)。它包括能量和物質(zhì)的輸入和輸出、能量的轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存設(shè)備。儲(chǔ)能系統(tǒng)往往涉及多種能量、多種設(shè)備、多種物質(zhì)、多個(gè)過(guò)程，是隨時(shí)間變化的復(fù)雜能量系統(tǒng)，需要多項(xiàng)指標(biāo)來(lái)描述它的性能。常用的評(píng)價(jià)指標(biāo)有儲(chǔ)能密度、儲(chǔ)能功率、蓄能效率以及儲(chǔ)能價(jià)格、對(duì)環(huán)境的影響等。能源儲(chǔ)存系統(tǒng)可以儲(chǔ)存多余的熱能、動(dòng)能、電能、位能、化學(xué)能等，改變能量的輸出容量、輸出地點(diǎn)、輸出時(shí)間等。

　　氣相沉積技術(shù)是利用氣相中發(fā)生的物理、化學(xué)過(guò)程，改變工件表面成分，在表面形成具有特殊性能(例如超硬耐磨層或具有特殊的光學(xué)、電學(xué)性能)的金屬或化合物涂層的新技術(shù)。氣相沉積通常是在工件表面覆蓋厚度約0.5~10μm的一層過(guò)渡族元素(鈦、釩、鉻、鋯、鉬、鉭、鈮及鉿)與碳、氮、氧和硼的化合物。

　　按照過(guò)程的本質(zhì)可將氣相沉積分為化學(xué)氣相沉積(CVD)和物理氣相沉積( PVD)兩大類。氣相沉積是模具表面強(qiáng)化的新技術(shù)之一，氣相沉積技術(shù)的應(yīng)用涉及多種領(lǐng)域。僅在改善機(jī)械零件耐磨抗蝕性能方面，其用途就十分廣泛。

　　氣相沉積技術(shù)的發(fā)展前景

　　1、設(shè)備的發(fā)展。如已制出電子束大型連續(xù)蒸鍍?cè)O(shè)備、多種型式磁控濺射設(shè)備、新型弧源離子鍍?cè)O(shè)備、HCD和多弧復(fù)合離子鍍?cè)O(shè)備、各種IBAD設(shè)備及PIII設(shè)備等。

　　2、工藝的進(jìn)展。主要表現(xiàn)膜層種類的增多和膜層性能的提高。如已制備出各種高性能的耐磨、抗蝕膜層、耐高溫腐蝕膜層、熱障膜層、類金剛石和立方氮化硼膜層及多種陶瓷、梯度和多層復(fù)合膜層。

　　3、方法的復(fù)合。較先進(jìn)的氣相沉積工藝多是各種單一PVD，CVD方法的復(fù)合。它們不僅采用各種新型的加熱源，而且充分運(yùn)用各種化學(xué)反應(yīng)高頻電磁(脈沖、射頻、微波等)及等離子體等效應(yīng)來(lái)激活沉積粒子。如反應(yīng)蒸鍍、反應(yīng)濺射、離子束濺射、多種等離子體激發(fā)的CVD等。

　　蒸鍍?cè)O(shè)備

　　簡(jiǎn)稱蒸鍍，是指在真空條件下，采用一定的加熱蒸發(fā)方式蒸發(fā)鍍膜材料(或稱膜料)并使之氣化，粒子飛至基片表面凝聚成膜的工藝方法。蒸鍍是使用較早、用途較廣泛的氣相沉積技術(shù)，具有成膜方法簡(jiǎn)單、薄膜純度和致密性高、膜結(jié)構(gòu)和性能獨(dú)特等優(yōu)點(diǎn)。真空蒸鍍裝置由真空抽氣系統(tǒng)和蒸發(fā)室組成。真空抽氣系統(tǒng)由(超)高真空泵、低真空泵、排氣管道和閥門(mén)等組成。

　　此外，還附有冷阱(用以防止油蒸氣的返流)和真空測(cè)量計(jì)等。蒸發(fā)室大多用不銹鋼制成。在蒸發(fā)室內(nèi)配有真空蒸鍍時(shí)不可缺少的蒸發(fā)源、基片和蒸發(fā)空間。此外，還置有控制蒸發(fā)原子流的擋板，測(cè)量膜厚并用來(lái)監(jiān)控薄膜生長(zhǎng)速率的膜厚計(jì)，測(cè)量蒸發(fā)室的真空變化和蒸發(fā)時(shí)剩余氣體壓力的(超)高真空計(jì)，以及控制薄膜生長(zhǎng)形態(tài)和結(jié)晶性的基片溫度調(diào)節(jié)器等。蒸發(fā)源是用來(lái)加熱膜料使之氣化蒸發(fā)的部件。

　　真空蒸發(fā)使用的蒸發(fā)源主要有電阻加熱、電子束加熱、高頻感應(yīng)加熱、電弧加熱和激光加熱等五大類。真空蒸鍍使用的加熱方式主要有：電阻加熱、電子束加熱。射頻感應(yīng)加熱、電弧加熱和激光加熱等幾種。

　　磁控濺射設(shè)備

　　磁控濺射的基本原理是利用 Ar一O2混合氣體中的等離子體在電場(chǎng)和交變磁場(chǎng)的作用下，被加速的高能粒子轟擊靶材表面，能量交換后，靶材表面的原子脫離原晶格而逸出，轉(zhuǎn)移到基體表面而成膜。電子在電場(chǎng)的作用下加速飛向基片的過(guò)程中與氬原子發(fā)生碰撞，電離出大量的氬離子和電子，電子飛向基片。

　　氬離子在電場(chǎng)的作用下加速轟擊靶材，濺射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子(或分子)沉積在基片上成膜。二次電子在加速飛向基片的過(guò)程中受到磁場(chǎng)洛倫茲力的影響，被束縛在靠近靶面的等離子體區(qū)域內(nèi)，該區(qū)域內(nèi)等離子體密度很高，二次電子在磁場(chǎng)的作用下圍繞靶面作圓周運(yùn)動(dòng)，該電子的運(yùn)動(dòng)路徑很長(zhǎng)。

　　磁控濺射設(shè)備一般根據(jù)所采用的電源的不同又可分為直流濺射和射頻濺射兩種。直流磁控濺射的特點(diǎn)是在陽(yáng)極基片和陰極靶之間加一個(gè)直流電壓，陽(yáng)離子在電場(chǎng)的作用下轟擊靶材，它的濺射速率一般都比較大。但是直流濺射一般只能用于金屬靶材，因?yàn)槿绻墙^緣體靶材，則由于陽(yáng)粒子在靶表面積累，造成所謂的“靶中毒”，濺射率越來(lái)越低。

　　離子鍍?cè)O(shè)備

　　離子鍍是真空鍍膜工藝的一項(xiàng)新發(fā)展。利用氣體放電使氣體或被蒸發(fā)物質(zhì)部分電離，并在氣體離子或被蒸發(fā)物質(zhì)離子的轟擊下，將蒸發(fā)物質(zhì)或其反應(yīng)物沉積在基片上的方法。其中包括磁控濺射離子鍍、反應(yīng)離子鍍、空心陰極放電離子鍍(空心陰極蒸鍍法)、多弧離子鍍(陰極電弧離子鍍)等。普通真空鍍膜(亦稱真空蒸鍍)時(shí)，工件夾固在真空罩內(nèi)，當(dāng)高溫蒸發(fā)源通電加熱后，促使待鍍材料——蒸發(fā)料熔化蒸發(fā)。

　　由于溫升，蒸發(fā)料粒子獲得一定動(dòng)能，則沿著視線方向徐徐上升，最后附著于工件表面上堆積成膜。離子鍍?cè)诤娇展I(yè)及其他部門(mén)的應(yīng)用潛力是很大的，除以上幾種以外，還有許多，比如鍍導(dǎo)電膜、硬化膜、裝飾膜以及用于精密焊接、精微密封、表面修補(bǔ)等。

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