[发明专利]可电极化的化合物和电容器

说明书

本发明提供了一种具有以下通式的可电极化的化合物：核心1为芳香多环共轭分子。R1和R1’分别为电子供体和受体，m,m’可以为0,1,2,3,4,5,6，但不能为m＝m’＝0。R2为离子取代基，其中p＝0,1,2,3,4。片段NLE具有非线性极化作用。核心2为自组装导电低聚物，其中n＝0,2或4。R3为离子取代基，其中s＝0,1,2,3,4。R4为电阻取代基，其中k＝0,1,2,3,4,5,6,7,8。

现有技术的声明

本申请要求2016年4月4日提交的美国专利申请15/090,509的优先权，该申请的全部内容以引用方式并入本文。本申请要求2016年5月24日提交的美国专利申请15/163,595的优先权，该申请的全部内容以引用方式并入本文，并且该申请为美国专利申请号15/090,509的部分续接申请。

技术领域

本发明公开总体上涉及电路的被动元件，更具体而言，本发明公开涉及可电极化的化合物以及基于这种材料并意图用于能量储存的电容器。

背景技术

电容器是静电场形式下用于储存能量的被动电子元件，并且包含通过电介质层分开的一对电极。当在两个电极之间存储电势差时，电介质层中存在电场。理想的电容器表征为电容的单一的恒定值，其为各个电极上的电荷与它们之间的电势差的比值。对于高电压应用而言，必须使用更大的电容器。

电介质材料的一个重要特征是其击穿电场。击穿电场相当于这样的电场强度的值，在该电场强度值下，所述的材料遭受灾难性故障并且在电极之间传导电力。对于大多数的电容器几何结构而言，电介质中的电场可以通过两个电极之间的电压除以电极之间的间距来估计，所述的间距通常为电介质层的厚度。由于所述的厚度通常是恒定的，所以其更通常地是指击穿电压，而不是击穿电场。存在多种可以急剧降低击穿电压的因素。具体而言，导电电极的几何形状是影响用于电容器应用的击穿电压的重要因素。特别是，尖锐的边缘或点会大幅增加局部的电场强度，并且可以导致局部击穿。一旦局部击穿在任一点处开始，则击穿将通过电介质层快速“前进”直至其到达相反的电极并导致短路。

电介质层的击穿通常以如下方式发生。电场的强度变得足以高至将电子由电介质材料的原子“拉出”，并使得它们由一个电极至另一个电极传导电流。电介质中杂质的存在或者晶体结构的缺陷可以导致在半导体装置观察到的雪崩击穿。

电介质材料的另一个重要特征是其电介质介电常数。不同类型的电介质材料用于电容器，并且包括陶瓷、聚合物膜、纸和不同种类的电解电容器。最广泛使用的聚合物膜材料为聚丙烯和聚酯。电介质介电常数增加可以增加体积能量密度，这使得其成为重要的技术任务。

有机分子的二阶非线性光学(NLO)效应超过无机晶体的优点已经进行广泛的研究。所研究的性质例如包括它们大的光学非线性、超快的响应速度、高损伤阈值以及低的吸收损耗等。特别地，具有优异的光学性质的有机薄膜在集成光学中具有巨大的潜力，例如光学开关、数据操作和信息处理。在有机NLO分子中，偶氮染料发色团受到许多研究者的特别关注，这是因为它们由于p电子云的离域而具有相对大的分子超极化率(b)。在过去十年中，它们最通常地作为客体被引入聚合物基质(客体-主体聚合物)或者接枝到聚合物基质(官能化的聚合物)中。