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电容器的历史 – 现代

电容器的历史 – 现代

  • 分类:新闻
  • 发布时间:2023-05-09 11:13
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【概要描述】电容器的历史

电容器的历史 – 现代

【概要描述】电容器的历史

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电容器历史上的开创性岁月是电容器主要用于获得对电的早期了解的时期,甚至早于电子的发现。这也是进行室内演示的时间,例如让一排人手牵手并通过他们放电电容器。电容器的现代时代始于 1800 年代后期,随着电力实际应用时代的到来,需要具有特定性能的可靠电容器。

莱顿罐

Marconi与传输设备,发表于LIFE [公共领域],来自 Wikimedia Commons

其中一个实际用途是马可尼的无线火花隙发射器,从1900年之前开始,进入第一个和第二个十年。变送器在火花隙上建立高电压以放电,因此使用瓷电容器来承受该电压。还需要高频。这些基本上是莱顿罐,为了获得所需的电容需要大量空间。

云母

1909年,William Dubilier发明了更小的云母电容器,然后在接收侧用于无线硬件中的谐振电路。

早期的云母电容器基本上是多层云母和铜箔夹在一起,称为“钳位云母电容器”。不过,这些电容器不是很可靠。由于云母片只是压在金属箔上,云母和箔之间有气隙。这些间隙允许氧化和腐蚀,意味着板之间的距离会发生变化,从而改变电容。

1920 年代,开发了银云母电容器,其中云母的两侧都涂有金属,消除了气隙。使用薄金属涂层而不是较厚的箔片,电容器也可以做得更小。这些都非常可靠。当然,我们并没有就此止步。电容器的现代时代以一个又一个引人入胜的故事的突破为标志。一起来看看吧。

陶瓷

围绕微处理器的MLCC。作者:Elcap [CC BY-SA 3.0],来自 Wikimedia Commons

1920年代,云母在德国并不丰富,因此他们尝试了新的陶瓷电容器系列,发现二氧化钛(金红石)具有用于温度补偿的电容的线性温度依赖性,可以取代云母电容器。它们最初是少量生产的,在 1940 年代是大量生产的。它们由两侧金属化的圆盘组成。

为了获得更高的电容,使用了另一种陶瓷,即钛酸钡,因为它的介电常数是云母或二氧化钛的10倍。然而,它们的电参数不太稳定,只有在稳定性不太重要的情况下才能取代云母。这在第二次世界大战后得到了改善。

1961年美国公司率先推出了多层陶瓷电容器(MLCC),这种电容器更紧凑,电容更高。截至2012年,每年生产超过10^12个钛酸钡MLCC。

铝电解

电解电容器

1890年代,Charles Pollak发现铝阳极上的氧化层在中性或碱性溶液中是稳定的,并于1897年获得了硼砂电解质铝电容器的专利。第一个“湿”电解电容器在1920年代短暂地出现在收音机中,但寿命有限。由于含水量高,它们被称为“湿”。它们基本上是一个带有金属阳极的容器,浸入溶解在水中的硼砂或其他电解质溶液中。容器的外部充当另一个板。这些用于大型电话交换机以减少中继噪声。

电解电容器的现代祖先专利于 1925 年由 Samual Ruben 申请。他在涂有氧化物的阳极和第二块板(金属箔)之间夹入了一种凝胶状电解质,从而不再需要装满水的容器。 结果是“干式”电解电容器。 另一个添加是在箔片的匝之间留出纸空间。 所有这些都显着减小了尺寸和价格。

1936年,Cornell-Dubilier公司推出了他们的铝电解电容器,包括对阳极表面进行粗糙化以增加电容等改进。 AEG公司Hydra-Werke同时在德国柏林开始量产。

第二次世界大战后,广播电视技术的飞速发展导致生产量更大,款式和规模多种多样。改进包括通过使用基于有机物的新型电解质来降低泄漏电流和等效串联电阻(ESR),更宽的温度范围和更长的使用寿命。从1970年代到1990年代的进一步发展还包括降低泄漏电流,进一步降低ESR和更高的温度。

所谓的“电容器瘟疫”发生在2000年至2005年期间,可能是由于使用了被盗的配方,但没有某些稳定物质导致过早失效。

钽电解

表面贴装钽电容器。通过Epop [公共领域],来自 Wikimedia Commons

钽电解电容器最初是在 1930 年代为军事目的制造的。这些使用缠绕钽箔和非固体电解质。在1950年代,贝尔实验室制造了第一个固体电解质钽电容器。他们将钽研磨成粉末并将其烧结为圆柱体。起初使用液体电解质,但后来他们发现二氧化锰可以用作固体电解质。

尽管贝尔实验室做出了基础性发明,但在1954年,斯普拉格电气公司对工艺进行了改进,生产了第一个商业上可行的钽固体电解质电容器。

1975年,聚合物钽电解电容器出现,其导电性更高,取代了二氧化锰,从而降低了ESR。NEC于1995年发布了用于SMD(表面贴装器件)的聚合物钽电容器,Sanyo于1997年紧随其后。

钽矿石受到价格冲击,1980年和2000/2001年发生了两次此类事件。后一种冲击导致了铌电解电容器的发展,其二氧化锰电解质的性能与钽电容器大致相同。

聚合物薄膜

薄膜电容器。Elcap [CC-BY-SA 3.0],通过维基共享资源

金属化纸电容器于1900年由G.F. Mansbridge申请专利。金属化是通过在纸上涂上填充有金属颗粒的粘合剂来完成的。这些电容器在 1900 年代初期通常用作电话(电信)中的去耦电容器。在第二次世界大战期间,博世改进了工艺,并通过在纸张上涂上漆并使用金属真空沉积来涂覆它们来制造它们。大约在1954年,贝尔实验室制造了一种2.5微米厚的金属化漆膜,将其与纸张分开,从而制造出体积小得多的电容器。这可以被认为是第一种聚合物薄膜电容器。

第二次世界大战期间有机化学家对塑料的研究使这一进程进一步发展1954年出现的第一个聚酯薄膜电容器就是其中之一。聚酯薄膜于1952年由Dupont注册商标,是一种非常坚固的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)。1954年,生产了12um金属化聚酯薄膜电容器。到1959年,该清单包括由聚乙烯,聚苯乙烯,聚四氟乙烯,PET和聚碳酸酯制成的电容器。到1970年,电力公司使用无纸薄膜电容器。

双层(超级电容器)

超级电容器,麦克斯韦技术公司[CC BY-SA 3.0],来自 Wikimedia Commons

这就把我们带到了最后一种电容器类型,具有数千法拉电容的相当令人兴奋的电容器类型。在1950年代初期,通用电气的研究人员利用他们在燃料电池和可充电电池方面的背景,对带有多孔碳电极的电容器进行了实验。这导致H. Becker将电容器申请专利为“具有多孔碳电极的低压电解电容器”,而不了解其背后的原理。通用电气没有进一步追究。

俄亥俄州标准石油公司开发了另一个版本,并最终在1970年代将其授权给NEC,NEC最终以商标名称超级电容器将其商业化。它的额定电压为5.5V,电容高达1F。它们的尺寸可达 5 cm^3,用作计算机内存的备用电源。

Brian Evans Conway,Ottawa大学名誉教授,从1975年到1980年从事氧化钌电化学电容器的研究。1991年,他描述了超级电容器和电池在电化学存储中的区别,并在 1999 年再次创造超级电容器一词时给出了完整的解释。

产品和市场增长缓慢,产品名称如Goldcaps,Dynacap和PRIUltracapacitor,后者是Pinnacle Research Institute(PRI)于1982年开发的第一款用于军事目的的低内阻超级电容器。

市场上相对较新的发展包括用锂离子掺杂活性炭阳极的锂离子电容器。它们在4.2V左右具有数千法拉(7位)的电容。

结论

根据您对我们的“电容器历史 - 开拓年代”帖子的评论,不乏使用电容器而不是电容器一词。那么电容器这个术语从何而来呢?这似乎是未知的,但牛津英语词典引用了1922年的BSI(英国标准协会?电气工程术语表说“电容器”是一个“新术语”,并建议使用它以避免与蒸汽“冷凝器”混淆。

来源:HACKADAY

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