[发明专利]sharp-聚合物和电容器

说明书

用于电容器的meta‑电介质膜包含具有电阻性外壳的复合分子、电阻性外壳内的可极化核心分子片段，该外壳由具有碳氢或碳氟化合物的烷基低聚单链或支链的低聚物构成。可极化核心具有通过核心分子片段的电子导电性或核心分子片段的离子部分的有限的流动性产生的电子或离子类型的可极化性。

要求优先权

本专利申请要求于2016年2月12日提交的美国申请序列No.15/043,247的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及一种电子电路的无源器件，更详细地说，涉及一种复合有机化合物和基于这种材料而用于储能的电容器。

背景技术

电容是一种无源电子部件，其用于储存静电场形式的能量，包括被介电层分隔的一对电极。在两个电极之间存在电势差时，在介电层出现电场。理想的电容器的特征在于一个单一的固定电容值，其是每个电极上的电荷与它们之间的电势差之比。为了高电压的应用，必须使用非常大的电容器。

介电材料的一个重要特征是它的击穿电场。其对应于电场强度的值，此时该材料会发生灾难性故障，使电极之间导电。对于大多数电容器的几何形状，可以通过两个电极之间的电压除以电极之间的间距来近似电介质中的电场，其该间距通常是电介质层的厚度。由于厚度通常是恒定的，其更常见的是指击穿电压，而不是击穿电场强度。存在几个因素能够极大地降低击穿电压。特别地导电电极的几何形状是影响电容器应用中的击穿电压的重要因素。特别地，尖锐的边缘或尖端会局部地极大提高电场强度并且能够导致局部击穿。一旦在任意一点开始局部击穿，则击穿会很快地“铺满”整个介电层，直到到达相反电极而引起短路。

一般如下地产生介电层的击穿。电场的强度高到将介电材料的电子从原子中“拉”出，使它们将电流从一个电极传导到另一个电极。在半导体器件中会观察到存在于电介质中的杂质或结晶结构的缺陷能够造成雪崩击穿。

介电材料的另一个重要的特征是介电常数。不同种类的介电材料被用于不同类型的电容，包括陶瓷、聚合物膜、纸质、以及电解质电容器。最广泛使用的聚合物膜材料是聚丙烯和聚脂。一个重要的技术课题是提高介电常数，它使得提高体积能量密度。

用掺杂了磺化十二烷基苯(DBSA)的聚丙烯酸(PAA)的水分散体中的苯胺的原位聚合合成了一种超高介电常数的聚苯胺合成物，PAN I-DBSA/PAA(参见Chao-Hsien Hoa等，“High dielectric constant polyaniline/poly(acrylic acid)composites preparedby in situ polymerization”，Synthetic Metals 158(2008),pp.630–637)。水溶PAA起到聚合物稳定剂的作用，保护PANI颗粒不会宏观聚集。包含30％重量的PANI的合成物获得非常高的介电常数ca.2.0*10⁵(1kHz时)。以前研究了PANI含量对合成物的形态学上的、电介质的、电气特性的影响。在频率范围0.5kHz～10MHz下，分析了介电常数的频率依赖性、介电损耗、损耗因数、电气系数。SEM扫描电镜图显示出含有很多纳米级的PANI颗粒的高PANI含量(即20重量％)的合成物均匀分布在PAA矩阵中。高介电常数是由于PANI颗粒的小电容的总和。该材料的缺点是有可能在电场下出现至少一个连续导电路径的渗透和形成，并且在电场增加的情况下，有概率会进一步发展。在至少一个连续路径(途径)穿过形成于电容的电极之间的相邻的导电PANI颗粒时，会降低该电容的击穿电压。