包覆衬底和包括该衬底的产品及其制造和使用方法

摘要

本发明涉及包覆衬底和包括该衬底的产品及其制造和使用方法。一种实施例可以包括一种产品，该产品包括衬底和在衬底之上的应力弹簧。应力弹簧可以被构造且设置在衬底上以使得应力弹簧防止或限制由在衬底上执行的后续操作或在衬底后续暴露于高应变条件时所导致的损坏或不良影响。应力弹簧可以包括包含合金或聚合物的层。

权利要求

1.一种方法，所述方法包括提供衬底，所述衬底具有：第一面；附接到所述衬底的层压板，所述层压板包括应力弹簧，所述应力弹簧包括在所述衬底的所述第一面上的第一层；以及，在所述第一层上的第二层，所述第二层被连接到所述第一层和所述衬底；以及，在所述衬底的所述第一面内形成特征以使得所述应力弹簧在所述形成特征期间改变形状以便所述第二层不会断裂或不会变得脱离所述第一层或所述衬底。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一层具有超弹性特性。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一层包括超弹性合金或超弹性聚合物中的至少一种。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一层包括形状记忆合金或形状记忆聚合物中的至少一种。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一层包括含有镍和钛的合金。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一层包括TiNi。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，Ni与Ti的重量比在从20:80至80:20的范围。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二层包括石墨碳。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述石墨碳包括比sp3键合更多的sp2键合。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述形成特征是传导性的以便在所述衬底的所述第一面内产生包括多个垄段和多个通道段的燃料电池反应气体流场。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述形成特征包括所述衬底的冲压、液压成型、电磁成形、脉冲压力成形或超塑性成形中的至少一种。

12.一种方法，所述方法包括在衬底上形成超弹性合金、超弹性聚合物形状记忆合金或形状记忆合金层中的至少一者，以及在所述衬底内形成特征。

13.一种产品，所述产品包括衬底，所述衬底包括具有在其内形成的特征的第一面、在所述衬底的所述第一面上的应力弹簧以及在所述应力弹簧上的第二层，所述应力弹簧包括形状记忆合金、形状记忆聚合物、超弹性合金、超弹性聚合物或超弹性碳纳米管中的至少一者。

14.如权利要求13所述的产品，其特征在于，所述第二层是导电的。

15.如权利要求13所述的产品，其特征在于，所述第二层包括石墨碳。

16.如权利要求15所述的产品，其特征在于，所述第一面上的第一层包括镍和钛。

17.如权利要求16所述的产品，其特征在于，镍与钛的重量比在从20:80至80:20的范围。

18.如权利要求17所述的产品，其特征在于，所述第一层的厚度在从1 nm至500 nm的范围。

19.如权利要求17所述的产品，其特征在于，所述第一层的厚度在从1 nm至50 nm的范围。

20.一种方法，所述方法包括使用包括镍和钛的第一层涂覆衬底、使用包括石墨碳的第二层涂覆所述第一层、冲压在其上具有所述第一层和所述第二层的所述衬底以便形成在所述衬底的第一面内具有多个垄段和通道段的燃料电池反应气体流场，并且其中所述第二层无裂纹。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，镍与钛的重量比在从20:80至80:20的范围。

说明书

包覆衬底和包括该衬底的产品及其制造和使用方法

技术领域

[0001] 本公开内容大体涉及的领域包括包覆衬底、包括包覆衬底的产品及其制造和使用方法。

背景技术

[0002] 可以在衬底上形成涂层以便保护衬底或者提供所需特性和功能。

发明内容

[0003] 本发明的一种实施例可以包括一种方法，其包括提供衬底，该衬底具有：第一面；附接到衬底的层压板，该层压板包括应力弹簧，该应力弹簧包括在衬底的第一面上的第一层；以及在第一层上的第二层，该第二层被连接到第一层和衬底；以及在衬底的第一面内形成特征并且使得所述应力弹簧在所述形成特征期间改变形状以便第二层不会断裂或不会变得脱离第一层或衬底。

[0004] 另一实施例可以包括一种产品，其包括衬底，衬底包括具有在其内形成的特征的第一面、在衬底的第一面上的应力弹簧以及在应力弹簧上的第二层，该应力弹簧包括形状记忆合金、形状记忆聚合物、超弹性合金、超弹性聚合物或超弹性碳纳米管中的至少一者。

[0005] 方法包括在衬底上形成超弹性合金、超弹性聚合物形状记忆合金或形状记忆合金层中的至少一种，并且在衬底内形成特征。

[0006] 另一实施例可以包括一种方法，其包括使用包括镍和钛的第一层涂覆衬底、使用包括石墨碳的第二层涂覆第一层、冲压在其上具有第一层和第二层的衬底以便形成在衬底的第一面内具有多个垄段和通道段的燃料电池反应气体流场，并且其中第二层无裂纹。

[0007] 本发明还提供了以下技术方案。

[0008] 方案1. 一种方法，所述方法包括提供衬底，所述衬底具有：第一面；附接到所述衬底的层压板，所述层压板包括应力弹簧，所述应力弹簧包括在所述衬底的所述第一面上的第一层；以及，在所述第一层上的第二层，所述第二层被连接到所述第一层和所述衬底；以及，在所述衬底的所述第一面内形成特征以使得所述应力弹簧在所述形成特征期间改变形状以便所述第二层不会断裂或不会变得脱离所述第一层或所述衬底。

[0009] 方案2. 如方案1所述的方法，其特征在于，所述第一层具有超弹性特性。

[0010] 方案3. 如方案1所述的方法，其特征在于，所述第一层包括超弹性合金或超弹性聚合物中的至少一种。

[0011] 方案4. 如方案1所述的方法，其特征在于，所述第一层包括形状记忆合金或形状记忆聚合物中的至少一种。

[0012] 方案5. 如方案1所述的方法，其特征在于，所述第一层包括含有镍和钛的合金。

[0013] 方案6. 如方案1所述的方法，其特征在于，所述第一层包括TiNi。

[0014] 方案7. 如方案6所述的方法，其特征在于，Ni与Ti的重量比在从20:80至80:20的范围。

[0015] 方案8. 如方案1所述的方法，其特征在于，所述第二层包括石墨碳。

[0016] 方案9. 如方案8所述的方法，其特征在于，所述石墨碳包括比sp3键合更多的sp2键合。

[0017] 方案10. 如方案1所述的方法，其特征在于，所述形成特征是传导性的以便在所述衬底的所述第一面内产生包括多个垄段和多个通道段的燃料电池反应气体流场。

[0018] 方案11. 如方案1所述的方法，其特征在于，所述形成特征包括所述衬底的冲压、液压成型、电磁成形、脉冲压力成形或超塑性成形中的至少一种。

[0019] 方案12. 一种方法，所述方法包括在衬底上形成超弹性合金、超弹性聚合物形状记忆合金或形状记忆合金层中的至少一者，以及在所述衬底内形成特征。

[0020] 方案13. 一种产品，所述产品包括衬底，所述衬底包括具有在其内形成的特征的第一面、在所述衬底的所述第一面上的应力弹簧以及在所述应力弹簧上的第二层，所述应力弹簧包括形状记忆合金、形状记忆聚合物、超弹性合金、超弹性聚合物或超弹性碳纳米管中的至少一者。

[0021] 方案14. 如方案13所述的产品，其特征在于，所述第二层是导电的。

[0022] 方案15. 如方案13所述的产品，其特征在于，所述第二层包括石墨碳。

[0023] 方案16. 如方案15所述的产品，其特征在于，所述第一层包括镍和钛。

[0024] 方案17. 如方案16所述的产品，其特征在于，镍与钛的重量比在从大约20:80至大约80:20的范围。

[0025] 方案18. 如方案17所述的产品，其特征在于，所述第一层的厚度在从1 nm至500 nm的范围，优选地在从1 nm至50 nm的范围。

[0026] 方案19. 一种方法，所述方法包括使用包括镍和钛的第一层涂覆衬底、使用包括石墨碳的第二层涂覆所述第一层、冲压在其上具有所述第一层和所述第二层的所述衬底以便形成在所述衬底的第一面内具有多个垄段和通道段的燃料电池反应气体流场，并且其中所述第二层无裂纹。

[0027] 方案20. 如方案19所述的方法，其特征在于，镍与钛的重量比在从大约20:80至大约80:20的范围。

[0028] 从下文提供的具体描述将显而易见到本发明的其他示例性实施例。应该理解，虽然指明了本发明的示例性实施例，但是具体描述和特定示例仅旨在用于描述目的并且不试图限制本发明的范围。

附图说明

[0029] 从具体描述和附图中将更加全面地理解本发明的示例性实施例。

[0030] 图1示出了根据本发明一种示意性实施例的包括燃料电池双极板的产品，其具有第一面和第二面，每一面具有在该双极板的第一面上的应力弹簧以及沉积在其上的石墨膜/导电碳膜。

[0031] 图2示出了根据本发明一种示意性实施例的产品，其包括具有第一和第二面的燃料电池双极板，每一面具有在双极板的第一面上的应力弹簧以及沉积在其上的石墨膜/导电碳膜。

[0032] 图3是曲线图，其示出了针对包括根据本发明一种实施例制造的双极板的燃料电池与镀金双极板所执行的比较性测试，其中所述根据本发明一种实施例制造的双极板由涂覆有第一层（中间层）和包含石墨碳的第二层的不锈钢衬底制成。

具体实施方式

[0033] 实施例的下述描述实质上仅是示例性的并且不以任何方式试图限制本发明、其应用或使用。

[0034] 一种实施例可以包括一种产品，该产品包括衬底和在该衬底上的应力弹簧。应力弹簧可以被构造和设置在衬底上以便应力弹簧防止或限制由于在衬底上执行的后续操作所造成的或者在衬底后续暴露于高应变条件时所产生的损坏或不利影响。在其上具有应力弹簧的衬底可以用于各种应用。在此描述并且为了示意性目的提供了这些应用的非限制性示例并且不试图以任意方式限制本发明的范围。

[0035] 在一种实施例中，应力弹簧可以包括合金或聚合物中的至少一种构成的第一层。在一种实施例中，第一层包括形状记忆合金、超弹性合金、形状记忆聚合物或超弹性聚合物中的至少一者。形状记忆合金或形状记忆聚合物可以包括当暴露于外部刺激（包括但不限于热）时能够变形的材料，并且在移除该外部刺激之后形状记忆合金或形状记忆聚合物返回其原始形状或近似原始形状。也就是说，合金或聚合物呈现出具有其原始形状的记忆。形状记忆合金或形状记忆聚合物可以具有超弹性特性并且有时被称为超弹性合金或超弹性聚合物。当合金或聚合物被张紧时典型的形状记忆合金和形状记忆聚合物显示出超弹性。

[0036] 在施加和释放所施加的应力时，相比于常规金属合金，超弹性合金具有在大应变时逆向改变形状的能力。这些超弹性合金由于可逆自诱导相变的原因而能够适应这种大的且可逆的应变。这些相变通常涉及但不限于如下相：奥氏体和马氏体，其中奥氏体在低应力状态是稳定的且马氏体在高应力状态是稳定的。因为相变是应力辅助的，所以总体应力-应变响应是非线性的和不连续的。在低应力时，奥氏体保持稳定并遵循线性弹性（胡克）行为直到到达临界应力，在临界应力之上，奥氏体相开始转变成马氏体。在进一步变形时，超弹性合金继续转变成马氏体并且以恒定应力变形直到所有马氏体均已经完全转变。一旦已经完成相变，则应力再次随应变增加直到材料塑性屈服。

[0037] 恒定应力的区域被称为平台应力，并且对应相变的开始和结束。理论上，相变程度与应变的百分比位置成比例，使得0%转变存在于应力平台的一端，并且100%转变在另一端。就是这个应力平台提供了在弹性-超-弹性应力/应变响应中的最显著应变，并且是形成大多数可逆转变应变的原因，并且因此是形成回到低应力时的指定材料形状的可恢复转变应变的原因。

[0038] 在本发明的一种实施例中，超弹性合金能够被用作非线性应力弹簧来有助于形成双极板。当板材料在室温（或高温）冲压过程中变形时，超弹性材料拉伸并保持比常规金属更加连续，并且能够产生附着的高品质涂层。

[0039] 超弹性聚合物可以是基于新型分子结构的热塑性弹性体。它们的特征在于具有在断裂时非常高的伸长率（例如部分高于1500%）且同时具有非常低的残余应变。某些碳纳米管可以是超弹性的并且可以用作应力弹簧。

[0040] 在一种实施例中，应力弹簧可以是导电的。用于应力弹簧的适当材料的示意性示例包括但不限于，包括镍和钛的合金、包括NiTi的合金或者具有镍和钛及一种或更多种添加元素的合金（包括但不限于NiTiFe或NiTiNb）。这样的合金还可以掺杂有多种材料。掺杂材料的示意性示例包括但不限于铁、铜、氢、磷、钾、二氧化钛可以用于杂化NiTi合金。用于应力弹簧的其他适当材料包括但不限于多晶铁形状记忆合金、AuCd合金、CuZnAl、CuAlNi、NiMnGa或CuZnAl。

[0041] 在一种实施例中，应力弹簧可以包括包含镍和钛的合金，其中镍与钛的重量比在从大约20:80到大约80:20的范围。在一种实施例中，应力弹簧可以包括包含镍和钛的合金，其中镍与钛的重量比在从大约40:60到大约60:40的范围。在一种实施例中，应力弹簧可以包括包含镍和钛的合金，其中镍与钛的重量比在从大约60:40到大约50:50的范围。NiTi层还可以是抗腐蚀的并且可以用在燃料电池里而不会影响燃料电池内的其他部件。
NiTi材料还可以具有良好的抗冲击性和高疲劳强度。

[0042] 在一种实施例中，可以在第一层之上提供第二层。该第二层可以包括可被衬底上执行的后续操作不良影响的各种材料中的任意材料，所述操作包括但不限于将衬底形成另一形状或者在衬底的至少一面上形成特征。在一种实施例中，第二层可以包括石墨材料。在一种实施例中，应力弹簧可以包括石墨碳。在一种实施例中，石墨碳可以具有比sp3键合更多的sp2键合。

[0043] 在一种实施例中，一个或更多个层可以被插在衬底和应力弹簧之间。在另一实施例中，一个或更多个层可以被插在应力弹簧和第二层之间。在一种实施例中，种子层（seed layer）、粘附增强层或分流层中的一个或更多个可以被插在衬底和应力弹簧之间或应力弹簧和第二层之间。在选定的实施例中，包括Ti、Cr、NiCr、Al、TiN或Cu中的至少一者的一个或更多个层可以被插在衬底和应力弹簧之间或者被插在应力弹簧和第二层之间。

[0044] 在一种实施例中，包括衬底且在衬底上具有应力弹簧的产品会经历各种处理操做，包括但不限于将衬底形成或弯曲成另一形状，或者在衬底的第一面内形成特征。应力弹簧可以被用于防止对衬底或可被插在应力弹簧和衬底之间或可覆盖应力弹簧的任意其他涂层或层的损坏。在另一实施例中，包括衬底且在衬底上具有应力弹簧的产品会承受例如由于对衬底的冲击或拉伸所造成的高应变或伸长。

[0045] 一种实施例可以包括制造燃料电池双极板的方法，其包括提供具有第一面和第二面的衬底。可以在衬底的第一面上提供应力弹簧，例如通过形成或沉积包括形状记忆聚合物、形状记忆合金、超弹性合金、超弹性聚合物的层或者超弹性碳纳米管的层。在一种实施例中，可以通过沉积包括镍和钛（例如但不限于NiTi）的层，在衬底的第一面之上提供应力弹簧。包括镍和钛的层可以被沉积或形成为各种厚度。在一种实施例中，包括镍和钛的层的厚度可以在从大约1 nm至大约500 nm的范围。在另一实施例中，包括镍和钛的层的厚度可以在从大约1 nm至大约50 nm的范围。

[0046] 可以在包括镍和钛的第一层之上提供第二层以便例如保护衬底免受由于燃料电池的操作而产生的腐蚀性材料的影响。在一种实施例中，第二层可以包括石墨材料。在一种实施例中，第二层可以包括具有比sp3键合更多的sp2键合的石墨碳。

[0047] 在一种实施例中，可以在衬底的第一面内形成特征，包括冲压衬底，其中该衬底在该衬底的第一面之上具有应力弹簧并且在应力弹簧之上具有第二涂层，以使得应力弹簧防止冲压期间对第二层的损坏。已经公开了，使用被插在第二层之间的应力弹簧（其包括例如在应力弹簧上的石墨碳）来防止第二层断裂、剥落、脱层或从该应力弹簧或衬底断开。包括石墨碳的第二层可以被构造和设置成保护衬底免受燃料电池操作期间产生的腐蚀性材料的影响并且/或者提供其他所需特性或功能。如果第二层断裂、剥落、脱层或与衬底分离，则腐蚀性材料能够接触衬底并且毁坏该衬底。此外，如果第二层断裂、剥落、脱层或与衬底分离，则其会产生空隙，而水会汇聚在该空隙处并会在燃料电池停机期间结冰。

[0048] 在一种实施例中，可以在衬底的第一面上形成特征，例如限定反应气体流场的特征，其包括多个间隔开的垄段和多个间隔开的通道段，燃料电池反应气体可以通过其流动。可以通过包括但不限于冲压、真空拉拔、液压成型或超塑性快速成形的各种工艺中的任一种来形成所述特征。

[0049] 在一种实施例中，衬底可以包括本领域公知的各种材料中的任意材料，包括但不限于不锈钢、铝、钛或聚合物复合材料。

[0050] 在一种实施例中，应力弹簧材料可以以各种方法中的任意方法被沉积在衬底上，所述方法包括但不限于本领域现在已知或将来已知的方法。这些方法的示例包括但不限于溅射（例如磁控、非平衡磁控等等）、化学气相沉积（“CVD”）（例如低压CVD、大气CVD、等离子增强CVD、激光辅助CVD等等）、蒸发（热力、电子束、电弧蒸发等等）等。

[0051] 一种实施例可以包括形成燃料电池双极板的方法，该双极板包括在衬底的第一面内形成的反应气体流场，且具有应力弹簧，该应力弹簧包括被插在衬底和包含石墨碳的第二层之间的第一层。在一种实施例中，衬底可以被提供成线圈（或绕组）的形式。衬底可以具有各种厚度。在一种实施例中，衬底的厚度在从50微米到200微米的范围内。在一种实施例中，衬底可以包括不锈钢线圈。线圈不锈钢可以是展开的和被处理的，例如但不限于减少衬底的表面并去除氧化物和其他杂质。可以检测被预处理的线圈不锈钢以便确定表面是否被恰当地调整成沉积诸如TiNi的应力弹簧材料或者是否需要进一步的预处理。不锈钢衬底可以被运输到涂覆站，例如但不限于电子束蒸发涂覆站，在此不锈钢衬底的第一面被暴露于包含由一个或更多个靶材产生的镍和钛的蒸汽，并且使得TiNi沉积在不锈钢衬底的第一面上。在一种实施例中，不锈钢衬底被屏蔽成使得不锈钢衬底的第二面不暴露于来自电子束过程的蒸汽。之后，在衬底的第一面上具有包括TiNi的层的不锈钢衬底可以被移动到第二涂覆站（其可以与第一涂覆站相同），在此使用对石墨靶材的电子束蒸发，石墨碳层可以被沉积在包括TiNi的层之上。而且，具有包含TiNi的第一层的不锈钢衬底可以被屏蔽成使得石墨碳不沉积在不锈钢衬底的第二面上。在一种实施例中，不锈钢线圈的第一部分可以被涂覆有包括TiNi的第一层且之后具有第一层的不锈钢线圈的第一部分可以被涂覆有石墨碳。之后，不锈钢线圈可以前进，使得第二部分可以按相同方式被涂覆。

[0052] 在另一实施例中，不锈钢线圈可以前进通过涂覆站以便在不锈钢衬底的第一面上沉积包括TiNi的第一层，然后不锈钢线圈可以返回通过该涂覆站且使得不锈钢衬底的第二面暴露于包括镍和钛的靶材以使得不锈钢衬底的第二面被涂覆有TiNi的第二层。之后，可以重复涂覆过程，以使得包括石墨碳的第二层被沉积在衬底的第一面上的包括TiNi的第一层上，然后不锈钢线圈返回通过涂覆站以使得包括TiNi第二层的第二面被暴露于碳靶材并且使得石墨碳被沉积在不锈钢衬底的第二面之上的TiNi第二层之上。

[0053] 这里使用的术语“石墨膜”意味着包括、类似或源自于石墨的膜。可以通过如这里所述的溅射石墨靶材或其他材料来产生石墨膜。石墨膜可以包括非晶导电碳。在本发明一种实施例中，石墨膜是无定形的并且其中膜的拉曼光谱学（Raman spectroscopy）表明存在3 2
比sp更多的sp 碳键合。

[0054] 在本发明的另一实施例中，可以在闭合场非平衡磁控场的影响下在腔内溅射石墨靶材。两个石墨靶材可以被置于强磁控管上，其可以在闭合场磁控设置中以5A-10A范围的-6 -2电流来溅射。溅射腔内的压力可以在从1x10 至1x10 托（Torr）的范围，-400V至-20V的偏置电压，250纳秒至2000纳秒的脉冲宽度，以及400KHz至50KHz频率速率的脉冲DC，以及200 sccm至20 sccm的氩流速（对于10分钟至500分钟时间段而言）。膜可以被沉积成从5 nm至1000 nm或者从10 nm至50 nm范围的厚度。在包括石墨膜/导电碳膜的双极板上进行的测量表明石墨膜/导电碳膜具有低接触电阻。

[0055] 在另一实施例中，溅射腔可以包括至少两种气体，例如但不限于氩气和H2。Ar的流速可以在从20至150 sccm的范围，并且H2气体流速从5至100 sccm。例如，在一种实施例中，两种气体，Ar+H2，可以被用于流速在30 sccm的范围内，其中Ar流动可以保持在20 sccm并且H2流动保持在10 sccm。使用两种气体的方法产生的膜具有改进的导电性。

[0056] 现在参考图1，本发明的另一实施例包括一种双极板，其包括第一薄金属片2和第1
二薄金属片4，每个所述金属片已经被冲压或成形为分别在第一和第二面6、6中提供多个垄12和通道14。冷却通道18可以被分别提供在第一金属片2和第二金属片4的第二面
1 1
8、8内。包括第一层15的应力弹簧可以被形成或沉积在第一面6、6 的整个表面之上，或
1
者可以被选择性地沉积在第一面6、6的部分之上。诸如石墨膜/导电碳膜16的第二层可以被沉积在第一层15的整个表面之上，或者可以被选择性地沉积在第一层15的部分之上。
例如，石墨膜/导电碳膜16可以被选择性地仅沉积在第一金属片2和第二金属片4的垄12上。

[0057] 现在参考图2，本发明的另一实施例包括产品100，其包括实心聚合物电解质隔膜50，其具有第一面52和相对的第二面54。阳极56可以被设置在实心聚合物电解质隔膜50的第一面52之上。第一气体扩散介质层40可以被设置在阳极56之上并且任选地第一微孔层60可以被插在第一气体扩散介质层40和阳极56之间。具有在其第一面内形成的多个垄12和通道14的第一双极板10可以被设置在第一气体扩散介质层40之上。石墨膜/导电碳膜16被插在第一气体扩散介质层40和第一双极板10的第一面6之间。石墨膜/导电碳膜16可以覆盖气体扩散介质层40的整个第一面42，或者石墨膜/导电碳膜16可以覆盖双极板的整个第一面6。任选地，石墨膜/导电碳膜可以被选择性地沉积在双极板10的第一面6的部分上或者被选择性地沉积在气体扩散介质层40的第一面42的部分上。阴
1
极58可以装衬在实心聚合物电解质隔膜50的第二面54下。第二气体扩散介质层40可
1
以装衬在阴极层58下，并且任选地第二微孔层62可以被插在第二气体扩散介质层40和
1 1 1
阴极58之间。提供第二双极板10并且其包括在其第一面6 内形成的多个垄12 和通道
1 1 1 1
14。第二石墨膜/导电碳膜16可以被插在第二双极板10 的第一面6 和第二气体扩散介
1 1 1
质层40之间。第二石墨膜/导电碳膜可以被溅射到第二气体扩散介质层40 的第一面42
1 1
上或者第二双极板10的第一面6 上。应力弹簧层15可以被分别插在衬底2、4和第二层
6、6’之间。

[0058] 在另一实施例中，在沉积了石墨/导电碳涂层之后，可以通过后处理工艺来后处理涂层以便在基底石墨/导电碳结构上引入极性官能部（主体烃基基团、胺和硫的极性基团），从而增强材料亲水性。

[0059] 在本发明的一种实施例中，可以通过使得石墨膜/导电碳膜暴露于活性氧等离子体来完成后处理，其中该活性氧等离子体将通过破坏键并形成羟基、羧基和醛类功能团来激活石墨/导电碳涂层。通过后处理的这种激活还增强了材料的多孔性，其可以进一步增强材料亲水性。

[0060] 在本发明的一种实施例中，可以通过如下方式完成所述后处理，即：使得石墨/导电碳涂层膜暴露于活性（反应性）气体，例如氮气、一氧化氮、二氧化氮、氨气或其混合物，其将通过破坏键并且形成例如胺类、氨化物、重氮基功能团的氮基衍生物来激活石墨/导电碳涂层的涂覆。通过后处理的这种激活还增强材料多孔性，这会进一步增强材料亲水性。

[0061] 在本发明的一种实施例中，可以通过将石墨/导电碳涂层膜暴露于例如硫化氢的活性硫基气体来完成后处理，其中所述气体将通过破坏键并形成例如硫酸盐、亚硫酸盐和硫醇官能团的硫基衍生物来激活石墨/导电碳涂层。通过后处理的这种激活还增强材料多孔性，这会进一步增强材料亲水性。

[0062] 在另一实施例中，涂层可以与化学物发生反应以便产生极性基团。在另一实施例中，可以通过施加亲生涂层的薄层来引入极性基团。

[0063] 在本发明的一种实施例中，后处理工艺可以包括暴露于脉冲DC活性等离子体环境0-10分钟，优选地0.5-3分钟，并且最优选地2分钟。

[0064] 现在参考图3，包括由涂覆有第一层（中间层）和包括石墨碳的第二层的不锈钢衬底制成的双极板的燃料电池在被测试时显示出与镀金双极板相比类似的电池电压退化和高频电阻（HFR）性能。

[0065] 下述被编号的实施例实质上示出了本发明的范围并且不试图以任意方式限制本发明。

[0066] 实施例1可以包括一种方法，其包括提供衬底，该衬底具有：第一面、附接到衬底的层压板，该层压板包括应力弹簧，该应力弹簧包括在衬底的第一面上的第一层；以及，在第一层上的第二层，该第二层被连接到第一层和衬底；以及在衬底的第一面内形成特征以使得所述应力弹簧在所述形成特征期间改变形状以便第二层不会断裂或不会变得脱离第一层或衬底。

[0067] 实施例2可以包括如实施例1所述的方法，其中第一层具有超弹性特性。

[0068] 实施例3可以包括如实施例1-2中任一者所述的方法，其中第一层包括超弹性合金或超弹性聚合物中的至少一种。

[0069] 实施例4可以包括如实施例1-3中任一者所述的方法，其中第一层包括形状记忆合金或形状记忆聚合物中的至少一种。

[0070] 实施例5可以包括如实施例1-4中任一者所述的方法，其中第一层包括含有镍和钛的合金。

[0071] 实施例6可以包括如实施例1-5中任一者所述的方法，其中第一层包括TiNi。

[0072] 实施例7可以包括如实施例1-6中任一者所述的方法，其中Ni与Ti的重量比在从20:80至80:20的范围。

[0073] 实施例8可以包括如实施例1-7中任一者所述的方法，其中第二层包括石墨碳。

[0074] 实施例9可以包括如实施例1-8中任一者所述的方法，其中石墨碳包括比sp3键合更多的sp2键合。

[0075] 实施例10可以包括如实施例1-9中任一者所述的方法，其中所述形成特征是传导性的以便在衬底第一面内产生包括多个垄段和多个通道段的燃料电池反应气体流场。

[0076] 实施例11可以包括如实施例1-10中任一者所述的方法，其中形成特征包括衬底的冲压、液压成型、电磁成形、脉冲压力成形或超塑性成形中的至少一种。

[0077] 实施例12可以包括一种方法，其包括在衬底上形成超弹性合金、超弹性聚合物形状记忆合金或形状记忆合金层中的至少一者，以及在衬底内形成特征。

[0078] 实施例13可以包括一种产品，其包括衬底，衬底包括具有在其内形成的特征的第一面、在衬底的第一面上的应力弹簧以及在应力弹簧上的第二层，该应力弹簧包括形状记忆合金、形状记忆聚合物、超弹性合金、超弹性聚合物或超弹性碳纳米管中的至少一者。

[0079] 实施例14可以包括权利要求1-13中任一者所述的方法或产品，其中第二层是导电的。

[0080] 实施例15可以包括权利要求1-13中任一者所述的方法或产品，其中第二层包括石墨碳。

[0081] 实施例16可以包括权利要求1-14中任一者所述的方法或产品，其中第一层包括镍和钛。

[0082] 实施例17可以包括权利要求1-16中任一者所述的方法或产品，其中镍与钛的重量比在从大约20:80至大约80:20的范围。

[0083] 实施例18可以包括权利要求1-17中任一者所述的方法或产品，其中第一层的厚度范围在从1 nm至50 nm。

[0084] 实施例19可以包括一种方法，其包括使用包括镍和钛的第一层涂覆衬底、使用包括石墨碳的第二层涂覆第一层、冲压在其上具有第一层和第二层的衬底以便形成在衬底的第一面内具有多个垄段和通道段的燃料电池反应气体流场，并且其中第二层无裂纹。

[0085] 实施例20可以包括权利要求1-19中任一者所述的方法或产品，其中镍与钛的重量比在从大约20:80至大约80:20的范围。

[0086] 当关于第一部件或层相对于第二部件或层的相对位置使用术语“之上”、“在……上面”、“在上面”或“之下”、“在……下面”、“在下面”时，这样的术语意味着第一部件或层与第二部件或层直接接触，或意味着额外的层或部件被插在第一部件或层和第二部件或层之间。这里描述的元件和部件可以以各种组合方式结合并且本发明的范围不限制于这里文字列出的特定组合。

[0087] 本发明的实施例的上述描述实质上仅是示例性的，并且因此其变型不应该被看作是背离本发明的精神和范围。