[发明专利]一种时间控制激活化学单元的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种时间控制激活化学单元的方法及其装置，如电学开关，控制单元，电致颜色显示单元，电池和晶体管。

背景技术

作为硅基电子器件的部分代替品，近年来人们一直致力于导电聚合物的研究。现在基于导电聚合物的电化学晶体管已经问世，如有尼尔森等的报道(先进材料14卷，第1期2002，51页)。另外，P.安德森等还展示了基于导电聚合物电化学晶体管与导电聚合物显示单元的结合(先进材料14卷，第20期2002，1460页)。

一般而言，基于导电聚合物电化学器件的响应要比硅器件慢的多。因此，其电化学器件适用于慢速过程，比如说，秒，分，小时，天，星期或者月这样的时间量级。

一个基于导电聚合物电化学器件的应用例子就是显示单元。其显示单元是由局域的，并且化学反应受时间控制的化学电池组成。本质上，化学电池的化学反应可以是化学或电化学过程，其可以改变器件的物理状态。而且，这种物理状态的改变，比如颜色的变化，是非常容易重组的。类似的电化学显示单元已有专利公开，如美国专利5930023(属于威斯康辛Lable公司)。此发明所公开的电化学显示单元的器件结构由两个电极以及与基底有不同面积的电解液组成。此电解液与其中一个电极有大面积接触，但与另外一个薄膜电极只有小部分接触。当激活时，存在一个电化学反应可以快速地增加或减少薄膜电极层占据的面积。薄膜电极层将退回到与电解液层共有的边界，并提供一个速度由电化学反应控制的，并不可逆的变化信号。这就是威斯康辛Label公司的专利利用此显示单元变化的基础。然而，由于只有被电极覆盖的区域可用，其可用激活的区域很小。其激活过程还与电流的流动相关。

发明内容

本发明公开了一种装置，其包含至少一层可以用本装置激活的化学单元。其中装置包含至少一层与迁移层接触的激活层。其迁移层可以与流体相互渗透。在使用中，流体可以导致至少一层激活层中的掺杂浓度变化。连接到本装置的化学单元可以作为显示单元，电学开关，时间控制电阻器，电池，或者以上所列任意组合。因此，本装置可以用作激活显示单元，电池，开关等等。

本发明进一步包含制作本装置的方法。迁移层和激活层相继沉积在基底上，并相互接触。另外，化学单元至少一部分与激活层接触，并可被激活。一旦迁移层与流体发生渗透，其流体与激活层产生接触，并激活化学单元。其激活程度由激活层与流体接触部分和非接触部分的边界显示。在激活层与流体接触部分产生掺杂浓度的变化。其掺杂浓度的变化进一步导致掺杂层与流体接触部分的物理性质的变化。其物理性质的变化可以是颜色的变化，电阻的变化或者电荷的变化。

此物理变化可进一步用来激活化学单元如显示单元，电开关，时间控制电阻器，电池或者以上所列任意组合。显示单元的激活可以随时间开关。同样地，电池可以在一段特定的时间后作为能量存储器外接出去。本发明的一个优点是，当本装置与水蒸气产生接触后能够自动地开始激活化学单元。因此，当存储流体的储液池没有流体注入时，本装置可以长时间地保存。当本装置开始注入流体时，其可进一步同时显示时间和温度。在某些时间和温度起重要作用的样品比如说血液样品而言，本装置具有独到的优点。而且，电阻的变化使本装置可进一步用以时控开关或时控电阻。

本质上，本发明与前述专利的区别在于：由于化学单元是由迁移层而不是电流激活，所以整个激活层都可以被激活。本发明的装置可进一步用以在某一时段后触发电流，其电流大小与激活层中的激活程度相关。本发明的装置还可以实现与温度相关的现象。装置的温度效应是由迁移层中取决于温度的流体迁移速度来体现的。

如果装置包含气体传输路径，其温度效应进一步与取决于温度的气体扩散相关。气体穿过传输路径所需要的时间还与取决于温度的流体蒸汽比率相关。因此，本装置可作为暴露后时间和温度综合指示器。

本发明并不需要电极起作用。流体与接触激活层的迁移层接触，或者直接与激活层接触足够使激活层中发生化学反应。

本发明的另外一个优点是结合了化学单元如化学激活显示单元，电致颜色显示单元，或者电池。其化学单元可以位于或接触于激活层表面的任意位置。其含有电致颜色显示单元并可以将其开启或关闭。比如说，此开关可以用来显示某种激活状态的信息。

另外，本装置还可以包含电池单元作为能量存贮器及使用由于激活层的变化而激活的电池单元。

另外，本装置与射频标签(RFID)系统结合使用，其开关效应可以用来开启或关闭雷达接收器的负载电阻。