[发明专利]可电极化的化合物和电容器

说明书

本发明提供了具有以下通式的可电极化化合物：其中核心1为芳香多环共轭分子，其具有二维平台并且在柱状超分子中通过pi‑pi叠加而自组装；R1为与核心1连接的掺杂基团；R1基团的数量m为1、2、3或4。R2为包含一个或多个离子基团的取代基，其中所述的离子基团与核心1连接；离子基团R2的数量p为0,1,2,3或4。标记为NLE的片段具有非线性极化作用。核心2为在柱状超分子中通过pi‑pi叠加而自组装的导电低聚物，该低聚物的数量n为0,2或4。R3为包含一个或多个离子基团的取代基，其中所述的离子基团与核心2连接；离子基团R3的数量s为0,1,2,3或4。R4为电阻取代基，其提供所述的化合物在溶剂中的溶解性，并且使所述的柱状超分子彼此是电绝缘的。取代基R4的数量k为0,1,2,3,4,5,6,7或8。

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在电势差时，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中观察到的雪崩击穿。

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。

标题为“Synthesis and spectroscopic characterization of analkoxysilane dye containing C.I.Disperse Red 1”(Yuanjing Cui,Minquan Wang,Lujian Chen,Guodong Qian,Dyes andPigments,62(2004)pp.43–47)描述了烷氧基硅烷染料(ICTES-DR1)的合成，其是通过溶胶-凝胶处理而共聚的，从而产生用作二阶非线性光学(NLO)效应的有机-无机混合材料。C.I.分散红1(DR1)通过氨基甲酸酯键与Si原子连接，从而使用三乙胺作为催化剂，通过3-异腈酸丙基三乙氧基硅烷(ICTES)与DR1的亲核加成反应而提供官能化的硅烷。作者发现，三乙胺和二月桂酸二丁基锡作为催化剂几乎是等效的。使用元素分析、质谱、1H-NMR、FTIR、UV-可见光谱和差示扫描量热法(DSC)表征ICTES-DR1的物理性质和结构。ICTES-DR1在普通的有机溶剂中展示优异的溶解性。