YANLI材料及其电解质和电容器制造技术

本发明专利技术提供了一种复合低聚物材料，其包含一个或多个重复主链单元；一个或多个可极化单元，其被引入或连接所述的一个或多个重复主链单元的一个或多个；以及一个或多个电阻尾，其与所述的重复主链单元的一个或多个或者与所述的一个或多个可极化单元连接，其中作为所述的可极化单元上的侧链、连接所述的可极化单元和所述的主链单元的手柄或者直接与所述的主链单元连接。所述的复合低聚物材料可以聚合，从而形成超电介质，其可以加载电极之间从而形成元电容器。

YANLI Materials and Electrolytes and Capacitors

The present invention provides a composite oligomer material comprising one or more repetitive main chain units; one or more polarizable units, which are introduced or connected to one or more of the said repetitive main chain units; and one or more resistance tails connected to one or more of the said repetitive main chain units or to one or more of the said polarizable units. The side chain on the polarizable unit, the handle connecting the polarizable unit and the main chain unit, or the main chain unit directly are connected. The composite oligomer material can be polymerized to form a superdielectric, which can load electrodes to form a metacapacitor.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】YANLI材料及其电解质和电容器优先权的声明本申请要求2017年3月3日提交的美国专利申请No.15/449,587的权益，该申请的全部内容以引用方式并入本文。本申请和美国专利申请No.15/449,587还要求2016年4月4日提交的美国临时申请No.62/318,134的权益，该申请的全部内容以引用方式并入本文。
本专利技术公开总体涉及电路的被动元件，更具体而言，本专利技术公开涉及复合有机化合物以及基于这种材料并且意图用于能量储存的电容器。电容器是一种能量储存装置，其在一段时间内储存施加的电荷，然后将电荷释放。其通过穿过两个电极的电压充电，并通过使两个电极短路而放电。甚至在充电电源移除时，电压仍被保持，直至放电。电容器阻断直流电的流动，并允许交流电流动。电容器的能量密度通常低于蓄电池，但是电容器的功率输出通常高于蓄电池。电容器通常用于多种目的，包括定时、供电平滑、耦合、滤波、调谐和能量储存。蓄电池和电容器通常串联使用，例如在具有闪光灯的照相机中。蓄电池将电容器充电，然后电容器提供闪光灯所需的高功率。同样的想法用于电子和混合动力汽车中，其中蓄电池提供能量，而电容器提供用于启动和加速的功率。
技术介绍
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，电介质层中存储电场。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。电解质材料的一个重要特征是其击穿电场。这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”直至其到达相对的电极并导致短路。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。用于在增加具有高介电常数的电介质的一种方法是使用可高度极化的材料，当将这种材料放置于两个电极之间并经历电场时，其可以更容易地吸附更多的电子，这是由于分子的极化的末端取向相反电荷的电极。美国专利申请15/043,186(代理人案号No.CSI-019A)证明向低聚物中引入可高度极化的分子从而创建这种电介质材料的方法，并且所述的申请的全部内容以引用方式并入本文。标题为“SynthesisandspectroscopiccharacterizationofanalkoxysilanedyecontainingC.I.DisperseRed1”(YuanjingCui,MinquanWang,LujianChen,GuodongQian,DyesandPigments,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。有机分析的二阶非线性光学(NLO)效应超过无机经历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。发色取向是通过施加静电场或者通过光学极化获得的。不管极化过程如何，极化阶的衰减是不可逆的过程，其往往会毁灭材料的NLO响应，并且该过程在较高的温度下加速。对于装置应用而言，最可行的候选物必须展现包括以下的固有性质：(i)在极化过程中耐受加热的高温稳定性；(ii)高的玻璃化转变温度(Tg)，从而在极化后将发色团锁定在它们的偏心阶中。然而，大部分的聚合物具有较低的Tg，或者较差的热稳定性，其使得它们不适用于直接使用。为了克服这些问题，一种引人注目的方法是将非线性光学活性发色团通过共价键引入可聚合的硅烷中，从而产生烷氧基硅烷染料，该染料可以通过溶胶-凝胶处理而共聚化，从而形成有机-无机混合材料。官能化的硅醇盐的水解和冷凝都可以产生刚性的无定形三维网络，这会减慢NLO发色团的松弛。因此，溶胶-凝胶混合非线性光学材料受到显著的关注，并且展现所需的性质。在这种策略下，形成新网络的烷氧基硅烷染料的设计和合成是至关重要的，并且对它们的详细的研究在用于二阶非线性光学的新材料的制造中提供很大的前景，其中所述的材料最终满足建造光学装置的基本需要。在文章“DesignandCharacterizationofMolecularNonlinearOpticalSwitches”(FredericCastetet.al.,ACCOUNTSOFCHEMICALRESEARCH,pp.2656–2665,(2013),Vol.46,No.11)中，Castet等人说明试验和理论工具的相似性，从而设计并表征高效的NLO开关，以及它们的比较过程中的困难。在提供用于评价第一超极化率的不同理论方法的文献评论后，Castet等人报告了两种情况的研究，其中理论模拟为设计具有改进效率的NLO开关提供了指导。第一个实例呈现多个可寻址NLO开关新家族的共同理论/试验特征，其是基于氯化吲哚并-恶唑烷衍生物。第二个实例集中于部花青-螺吡喃系统中的光催化换向，其中利用明显的NLO对比度在新一代的多用途传感装置中用于金属阳离子的鉴定。最终，Castet等人说明环境对NLO开关性质的影响，以及基于苯胺衍生物中酮-烯醇平衡的实例。通过这些代表性实例，Castet等人证明分子NLO开关的合理的设计(其将试验和理论方法结合)达到成熟。其他挑战由将研究目标延伸至超分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合低聚物材料，其包含：一个或多个重复主链单元；一个或多个可极化单元，其被引入或连接所述的一个或多个重复主链单元的一个或多个；以及一个或多个电阻尾，其与所述的重复主链单元的一个或多个或者与所述的一个或多个可极化单元连接，其中作为所述的可极化单元上的侧链、连接所述的可极化单元和所述的主链单元的手柄或者直接与所述的主链单元连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.04 US 62/318,134;2017.03.03 US 15/449,5871.一种复合低聚物材料，其包含：一个或多个重复主链单元；一个或多个可极化单元，其被引入或连接所述的一个或多个重复主链单元的一个或多个；以及一个或多个电阻尾，其与所述的重复主链单元的一个或多个或者与所述的一个或多个可极化单元连接，其中作为所述的可极化单元上的侧链、连接所述的可极化单元和所述的主链单元的手柄或者直接与所述的主链单元连接。2.根据权利要求1所述的复合低聚物材料，其中所述的至少一个可极化单元通过手柄与所述的重复主链连接，部分引入至所述的重复主链单元中，或者作为所述的重复主链单元的全部。3.根据权利要求2所述的复合低聚物材料，其中所述的复合低聚物材料的一般结构选自以下列表：其中“单体”Monol1和Mono2均表示所述的主链单元；“尾”为电阻尾；“极性单元”为所述的可极化单元；“接头”为所述的手柄或连接基团；“m1”、“m2”、“p”和“t”表示分别表明mono1、mono2、极性单元和尾存在数量的整数；以及“1”为等于0或1；“n”为大于或等于1的整数，表示所述的复合低聚物材料的重复单元的数量。4.根据权利要求1所述的复合低聚物材料；其中所述的可极化单元包括掺杂至少一个电子供体和至少一个电子受体的萘嵌苯片段。5.根据权利要求3所述的电容器，其中所述的可极化单元通过下式的任意一个描述：其中R1,R2,R3和R4取代基在各种情况下均独立地选自氢、电子供体、电子受体、电阻尾；RA1,RA’1,RA”1,RA”’1,RA””1和RA””’1均独立地选自由氢、电阻尾、电子供体和电子受体构成的组；并且n1,n2和n3可以为0至8的任意整数，前提条件是不能所有的n1,n2和n3值均等于0。6.根据权利要求1所述的复合低聚物材料，其中所述的可极化单元包含电子供体、共轭桥和电子受体。7.根据权利要求6所述的复合低聚物材料，其中所述的可极化单元为至少一个发色团。8.根据权利要求7所述的复合低聚物材料，其中所述的至少一个发色团由掺杂基团组成，其中所述的掺杂基团能够增强所述的发色团的极化率。9.根据权利要求8所述的复合低聚物材料，其中所述的掺杂基团独立地选自由所述的电子供体和所述的电子受体基团构成的组；并且其中所述的电子供体基团选自胺和烷氧基基团。10.根据权利要求9所述的复合低聚物材料，其中所述的胺基团为类型R-N-R’或R-N-R，其中R和R’独立地选自由氢、电阻尾、与所述的电阻尾连接的接头基团、与所述的一个或多个重复主链单元连接的接头基团、以及所述的一个或多个重复主链单元构成的组。11.根据权利要求1所述的复合低聚物材料，其中所述的电阻尾为烷基链。12.根据权利要求1所述的复合低聚物材料，其中所述的电阻尾是刚性的。13.根据权利要求12所述的复合低聚物材料，其中所述的刚性电阻尾选自由未取代的饱和环烷基、取代的饱和环烷基、未取代的饱和环状烃、以及取代的饱和环状烃构成的组，其中在所述的未取代的饱和环状烃中，所述的烃链可以被选自O、S、N和P的元素中断，并且在所述的取代的饱和环状烃...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·I·拉扎列夫，P·T·富路达，B·K·莎普，李炎，
申请(专利权)人：电容器科学股份公司，
类型：发明
国别省市：美国,US