CN112653352A - 元件和用于制造元件的方法 - Google Patents

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CN112653352A CN202011063963.8A CN202011063963A CN112653352A CN 112653352 A CN112653352 A CN 112653352A CN 202011063963 A CN202011063963 A CN 202011063963A CN 112653352 A CN112653352 A CN 112653352A
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菅原智明
名取润一郎
近藤玄章
驹井夕子
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Abstract

一种元件包括一对电极，在该对电极之间的中间层，以及至少一层绝缘层。中间层含有包括未配对电子的硅化合物作为材料。中间层是可变形的。

Description

元件和用于制造元件的方法
技术领域
本发明涉及一种元件和用于制造该元件的方法。
背景技术
迄今为止已经提出了用于将振动转换为电能以有效使用的技术。振动的实例包括诸如道路，桥梁，建筑物和工业机器的结构的振动，诸如汽车，铁路车辆和飞行器的移动体的振动，由人类运动引起的振动，以及环境中常见的环境振动(波浪和风力振动能量)。
用于将这种振动能量转换为电能的发电方法被广泛地分类为使用电磁感应的发电方法，使用压电元件的发电方法和使用静电感应的发电方法。
一种使用电磁感应的方法，包括通过振动改变线圈和磁体的相对位置，以及通过在线圈上发生的电磁感应来发电。使用压电元件的方法主要使用陶瓷压电元件。这种方法利用了这样的现象，即当压电元件由于振动而变形时，在压电元件的表面上感应出电荷。
使用静电感应的方法通常使用半永久地保持电荷的驻极体电介质。驻极体电介质和位于离驻极体电介质一定距离处的电极的相对位置通过振动等改变，由此在电极上静电感应电荷以用于发电。例如，在日本未审查专利申请公开第2017-135775号和日本未审查专利申请公开第2017-126722号中公开了使用这种原理的发电设备。
为了增加使用静电感应的发电装置的发电量，使电介质更薄以增加相对介电常数r是有利的。已知发电性能随着中间层厚度的减小而改善。
然而，与树脂等相比，用作中间层的硅橡胶等通常具有极低的撕裂强度。如果使用硅橡胶等作为中间层并且薄地形成中间层以改善发电性能，因此可能出现缺陷。这引起在制造过程中增加初始失败率和低耐久性的问题。
考虑到上述内容，实现了本发明，并且本发明的目的是降低制造过程中的初始失败率，并且在薄薄地形成具有低撕裂强度的中间层的情况下提高耐久性。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种元件包括一对电极，在该对电极之间的中间层，以及至少一层绝缘层。中间层含有包括未配对电子的硅化合物作为材料。中间层是可变形的。
本发明的一个方面提供了一种效果，即如果薄薄地形成具有低撕裂强度的中间层，则可以降低制造过程中的初始失败率，并且可以提高耐久性。
附图说明
图1是示意性地示出根据实施例的元件的横截面的图；
图2是示意性地示出元件的变型1的横截面的图；
图3是示意性地示出元件的变型2的横截面的图；
图4是示意性地示出元件的变型3的横截面的图；
图5是示出在用于耐久性评估的弯曲测试仪的操作中的预弯曲状态的示例的图；和
图6是显示中间层的ESR测量的实例的图。
附图用于描述本发明的示例性实施例，而不应被解释为限制本发明的范围。在各个附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的部件。
具体实施方式
本说明书描述了一种用于构建模板表示库的系统，代理(例如，机器人代理)可以使用所述模板表示库来与物理环境交互。更具体地，代理可以使用模板表示库来使用模板匹配技术推测感兴趣对象在环境中的位置，并且随后与这些感兴趣对象交互(例如，通过使用机械抓取设备来拾取它们)。
本文所用的术语仅出于描述特定实施例的目的，而不旨在限制本发明。
如本文所用，单数形式“一个”、“一种”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另外清楚地指示。
在描述附图中所示的优选实施例时，为了清楚起见，可以采用特定的术语。然而，本专利说明书的公开内容并不旨在限于这样选择的特定术语，并且应当理解，每个特定元件包括具有相同功能，以类似方式操作并实现类似结果的所有技术等同物。
下面将参考附图详细描述本发明的实施例。下面将参考附图详细描述元件的实施例以及用于制造该元件的方法。
概述
图1是示意性地示出根据本实施例的元件1的横截面的图。元件1包括第一电极2，第二电极3，中间层4和绝缘层5。第一电极2和第二电极3彼此相对。中间层4位于第一电极2和第二电极3之间并且由橡胶或橡胶组合物制成。绝缘层5位于中间层4和第二电极3之间。换句话说，元件1包括作为上电极的第一电极2，中间层4，绝缘层5和作为下层的第二电极3，它们从上方按顺序堆叠。如图1所示，元件1包括彼此成密切接触的中间层4和绝缘层5。
元件1可以包括按顺序堆叠的第一电极2，绝缘层5，中间层4和第二电极3。
元件1还包括适当的其它构件。下面将描述实例。
图2是示意性地示出元件1的变型1的横截面的图。
在图2所示的变型1中，元件1包括插入在第一电极2和中间层4之间的隔离物6。尽管未具体示出，但是元件1可以包括插入在第二电极3和绝缘层5之间的隔离物6。
如果第一电极2，绝缘层5，中间层4和第二电极3以这种顺序堆叠，则元件1可以包括在第二电极3和中间层4之间或在第一电极2和绝缘层5之间的隔离物6。
膨胀的微胶囊或未膨胀级松本微球(Matsumoto Yushi-Seiyaku有限公司)可用作隔离物6。或者，隔离物6可由硅橡胶制成。具有隔离物6的构造有助于中间层4的分离充电，由此可以改善元件1的静电效应。
在作为制造后的稳定状态的初始状态中，元件1通常没有表面电荷或内部电荷。如果垂直负载从外部作用在中间层4上，则最初通过隔离物6与中间层4分离的第一电极2重复接触和分离以引起分离充电。
如果元件1不包括如图1所示的隔离物6，则当元件1在摩擦带电状态下进行弯曲操作时，元件1可以通过电极的移动而产生电压。
通过使用电子束，紫外线等的能量处理，中间层4被赋予电荷保持缺陷，例如未配对的电子。分离充电的电压将电荷注入到电荷保持缺陷中。所存储的电荷和电极通过外部负载或对其的排斥而移动，由此可产生电力。中间层4可以含有具有未配对电子的粒子。这使得中间层4具有更多的未配对的电子，并且它们是电荷保持机制之一，由此可以维持高发电。
中间层4含有包括未配对电子的硅化合物作为材料，因此是可变形的。中间层4的实例可以包括硅橡胶，改性硅橡胶和用高能量照射的二氧化硅粉末，例如电子束，γ射线和紫外线。与树脂等相比，用作中间层4的硅橡胶，改性硅橡胶等通常具有极低的撕裂强度。如果使用硅橡胶，改性硅橡胶等作为中间层4，并且为了改善发电性能而薄薄地形成中间层4，则因此可能出现缺陷。为了解决这种问题，在本实施例中，绝缘层5位于与中间层4接触的位置，以降低制造期间的初始失败率并提高耐久性。
图3是示意性地示出元件1的变型2的横截面的图。
在图3所示的变型2中，元件1还包括堆叠在第一电极2上的绝缘层7。
图4是示意性地示出元件1的变型3的横截面的图。
在图4所示的变型3中，元件1还包括堆叠在第二电极3上的绝缘层8。
详细说明
第一电极和第二电极
第一电极2和第二电极3的材料，形状，尺寸和结构没有特别限制，并且可以根据预期目的适当地选择。
第一电极2和第二电极3的材料，形状，尺寸和结构可以相同或不同，但优选相同。
第一电极2和第二电极3的材料的实例可以包括金属，碳基导电材料，导电橡胶组合物，导电聚合物和氧化物。
金属的实例可以包括金，银，铜，铝，不锈钢，钽，镍和磷青铜。碳基导电材料的实例可以包括碳纳米管，碳纤维和石墨。导电橡胶组合物的实例可包括含有导电填料和橡胶的组合物。导电聚合物的实例可以包括聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)，聚吡咯和聚苯胺。氧化物的实例可以包括氧化铟锡(ITO)，氧化铟-氧化锌(IZO)和氧化锌。
导电填料的实例可以包括碳材料(例如，科琴黑，乙炔黑，石墨，碳纤维(CF)，碳纳米纤维(CNF)，碳纳米管(CNT)，石墨烯等)，金属填料(金，银，铂，铜，铝，镍等)，导电聚合物材料(聚噻吩，聚乙炔，聚苯胺，聚吡咯，聚对亚苯基，和聚对亚苯基亚乙烯基的任何衍生物，或掺杂有由这些衍生物的阴离子或阳离子表示的掺杂剂的那些)，和离子液体。这些可以单独使用或两种或更多种组合使用。
橡胶的实例可以包括硅橡胶，改性硅橡胶，丙烯酸橡胶，氯丁二烯橡胶，聚硫化物橡胶，聚氨酯橡胶，丁基橡胶，氟硅橡胶，天然橡胶，乙烯-丙烯橡胶，丁腈橡胶，氟橡胶，异戊二烯橡胶，丁二烯橡胶，苯乙烯-丁二烯橡胶，丙烯腈-丁二烯橡胶，乙烯-丙烯-二烯橡胶，氯磺化聚乙烯橡胶，聚异丁烯和改性硅酮。这些可以单独使用或两种或更多种组合使用。
第一电极2和第二电极3的形状的实例可以包括薄膜。第一电极2和第二电极3的结构的实例可以包括由纤维碳材料层制成的织物，无纺织物，针织织物，网孔，海绵和无纺织物。
电极的平均厚度不受特别限制，并且可以根据预期目的适当地选择。考虑到导电性和可挠性，平均厚度优选为0.01m-1mm，更优选为0.1m-500m。0.01m或更大的平均厚度提供了适当的机械强度和改进的导电性。1mm或更小的平均厚度使得发电元件能够以良好的发电性能变形。
中间层
中间层4是可挠的。
中间层4满足以下条件(1)和(2)中的至少一个：
条件(1)：当在与中间层4的表面正交的方向上对中间层4加压时，中间层4在第一电极2侧(一侧)的变形量不同于中间层4在第二电极3侧(另一侧)的变形量；和
条件(2)：当将中间层4的第一电极2侧压入10m时的通用硬度(H1)不同于当将中间层4的第二电极3侧压入10m时的通用硬度(H2)。
如果两侧具有如上所述的不同的变形量或不同的硬度，则中间层4可以产生大量的电力。在本发明中，变形量是指在下面将要描述的测量条件下压靠在中间层4上的压头的最大压痕深度。上述中间层的通用硬度仅仅是优选的实例，而不限于上述说明。
通用硬度通过以下方法测定。
测量条件
测量仪器：HM2000，由Fischer Instruments K.K.制造。
压头：顶角为136°的方锥金刚石压头
压痕深度：10m
初始负载：0.02mN
最大负载：100mN
将负载从初始负载增加到最大负载的时间：50秒
通用硬度(H1)与通用硬度(H2)的比率(H1/H2)优选为1.01以上，更优选为1.07以上，最优选为1.13以上。
对比率(H1/H2)没有特别的上限。例如，根据诸如使用条件中所需的可挠性程度和使用条件中的负载等因素来适当地选择比率，而优选1.70或更低。H1代表相对较硬表面的通用硬度，H2代表相对较软表面的通用硬度。
中间层4的材料没有特别的限制，并且可以根据预期的目的适当地选择，并且其实例可以包括橡胶和橡胶组合物。橡胶的实例可以包括硅橡胶，改性硅橡胶，丙烯酸橡胶，氯丁二烯橡胶，聚硫化物橡胶，聚氨酯橡胶，丁基橡胶，氟硅橡胶，天然橡胶，乙烯-丙烯橡胶，丁腈橡胶，氟橡胶，异戊二烯橡胶，丁二烯橡胶，苯乙烯-丁二烯橡胶，丙烯腈-丁二烯橡胶，乙烯-丙烯-二烯橡胶，氯磺化聚乙烯橡胶，聚异丁烯和改性硅酮。这些可以单独使用或两种或更多种组合使用。其中，优选硅橡胶和改性硅橡胶。
硅橡胶不受特别限制，只要它是具有硅氧烷键的橡胶，并且可以根据预期目的适当地选择。硅橡胶的实例可以包括二甲基硅橡胶，甲基苯基硅橡胶，氟硅橡胶和改性硅橡胶(例如，丙烯酸改性，醇酸改性，酯改性和环氧改性的硅橡胶)。这些可以单独使用或两种或更多种组合使用。
橡胶组合物的实例可包括含有填料和橡胶的组合物。其中，含有硅橡胶的硅橡胶组合物是优选的，因为它具有高发电性能。
填料的实例可以包括有机填料、无机填料和有机-无机复合填料。有机填料不受特别限制，只要它是有机化合物，并且可以根据预期目的适当地选择。有机填料的实例可包括丙烯酸细颗粒，聚苯乙烯细颗粒，三聚氰胺细颗粒，氟树脂细颗粒如聚四氟乙烯，硅酮粉(硅酮树脂粉末，硅橡胶粉末和硅氧烷复合粉末)，橡胶粉末，木粉，纸浆和淀粉。无机填料不受特别限制，只要它是无机化合物，并且可以根据预期目的适当地选择。
无机填料的实例可包括氧化物，氢氧化物，碳酸盐，硫酸盐，硅酸盐，氮化物，碳，金属和其它化合物。
氧化物的实例可以包括二氧化硅，硅藻土，氧化铝，氧化锌，氧化钛，氧化铁和氧化镁。
氢氧化物的实例可以包括氢氧化铝，氢氧化钙和氢氧化镁。
碳酸盐的实例可以包括碳酸钙，碳酸镁，碳酸钡和水滑石。
硫酸盐的实例可以包括硫酸铝，硫酸钙和硫酸钡。
硅酸盐的实例可以包括硅酸钙(硅灰石和硬硅钙石)，硅酸锆，高岭土，滑石，云母，沸石，珍珠岩，膨润土，蒙脱石，绢云母，活性粘土，玻璃和中空玻璃珠。
氮化物的实例可包括氮化铝，氮化硅和氮化硼。
碳的实例可以包括科琴黑，乙炔黑，石墨，碳纤维，碳纳米纤维，碳纳米管，富勒烯(包括衍生物)和石墨烯。
金属的实例可以包括金，银，铂，铜，铁，铝和镍。
其它化合物的实例可包括钛酸钾，钛酸钡，钛酸锶，锆钛酸铅，碳化硅和硫化钼。可以对无机填料进行表面处理。
作为有机-无机复合填料，可以使用分子水平上的有机化合物和无机化合物的组合的任何化合物，而没有特别的限制。
有机-无机复合填料的实例可以包括二氧化硅-丙烯酸复合颗粒和倍半硅氧烷。
填料的平均粒度没有特别限制，并且可以根据预期目的适当地选择。平均特定尺寸优选为0.01m至30m，更优选为0.1m至10m。0.01m或更大的平均粒度可以改善发电性能。30m或更小的平均粒度可以使中间层4可变形以提高发电性能。
平均粒度可以通过已知的方法使用已知的粒度分布测量仪器如Microtrac HRA(由Nikkiso有限公司制造)来测量。
填料含量相对于100质量份橡胶优选为0.1-100质量份，更优选为1-50质量份。填充剂含量为0.1质量份或更多可以提高生成性能。100质量份或更少的填充剂含量可以使中间层4可变形以提高发电性能。
其它组分没有特别限制，并且可以根据预期目的适当地选择。实例可以包括添加剂。在不损害本发明的目的的情况下，可以适当地选择其它组件的内容。
添加剂的实例可以包括交联剂、反应控制剂、填料、增强材料、防老化剂、电导率控制剂、着色剂、增塑剂、加工助剂、阻燃剂、紫外线吸收剂、增粘剂和触变剂。
用于制备构成中间层4的材料的方法没有特别限制，并且可以根据预期目的适当地选择。例如，橡胶组合物可以通过混合橡胶，填料，和其它组分(如果需要的话)，并捏合和分散该混合物来制备。
用于形成中间层4的方法没有特别限制，并且可以根据预期目的适当地选择。例如，橡胶组合物的薄膜可以通过以下方式形成：通过刮涂、模涂、浸涂等将橡胶组合物施加到基底上，然后热固化或使用电子束固化橡胶组合物。
中间层4的平均厚度不受特别限制，并且可以根据预期目的适当地选择。考虑到变形可追踪性，平均厚度优选为1m至10mm，更优选为20m至10mm。在优选范围内的平均厚度增强了成膜能力，并且不会干扰变形，从而可以执行令人满意的发电。作为根据本实施例的中间层4的硅橡胶层具有20m的膜厚。
中间层4优选地具有绝缘特性。作为绝缘特性，中间层4优选具有108Ω·cm或更大的体积电阻率，更优选1010Ω·cm或更大。中间层4可以具有多层结构。
绝缘层5(绝缘层7和8)理想地由在其直链或侧链中具有芳环的树脂制成，并具有定向。在本实施例中，绝缘层5(绝缘层7和8)由硅橡胶制成。通过形成具有不易累积电荷的芳族结构的树脂的绝缘层5(绝缘层7和8)，可以抑制电荷的释放。
接下来，将描述元件1的详细结构。
实施例1
如图1所示，元件1包括作为一对电极的第一电极2和第二电极3，可变形中间层4和绝缘层5。中间层4位于第一电极2和第二电极3之间。绝缘层5与中间层4密切接触。
中间层4是通过对硅橡胶构件进行基于电晕放电的表面改性处理而形成的橡胶或橡胶组合物层。
用于中间层4的硅橡胶部件由硅橡胶(由Shin-Etsu化工有限公司.制造的KE-106，双组分透明橡胶)制成，厚度约为20m。换句话说，中间层4包括硅化合物作为材料。
硅橡胶构件通过材料硅橡胶的刮涂和在120℃下高温烧结30分钟，随后用100V的施加电压和500J/cm2的累积能量进行电晕放电处理而形成。将所得物机加工成20mm50mm的矩形形状。在没有表面处理的情况下，没有观察到来自未配对电子的信号。包括E’中心或氧化铁的硅橡胶构件显示出来自E’中心或氧化铁的信号。还通过低温测量来检测过氧化键。
通过在中间层4与绝缘层5处于密切接触的状态下对中间层4进行基于电晕放电的表面改性处理，使得在中间层4中容易地产生未配对的电子。这使得能够产生高电力。
中间层4在这里是含有硅化合物作为材料的橡胶或橡胶组合物层。然而，这种配置不是限制性的。中间层4可以是含有硅化合物作为材料并具有可变形性的任何层。可变形性可以包括可挠性和橡胶弹性。更具体地，可变形性是指该层可通过使用者施加的外力而变形的可变形性程度。
第一电极2被图案化以放置在硅橡胶构件上。
在本实施例中，铝沉积的12m PET膜用作第二电极3。第二电极3是与中间层4接触的连续带状电极。
现在，下面将描述要与元件1进行比较的根据元件1的其它实施例2至7和比较例1至7的处理方法。适当时将省略与实施例1的部分重叠的部分的描述。
实施例2
使用紫外线照射灯(由Vilber Lourmat制造的VL-215.C)代替实施例1中的电晕放电处理，通过在以下条件下进行辐射处理来制造如实施例1中的元件：波长254nm，累积光量300J/cm2，以及具有5000ppm或更低的氧分压的氮气氛。
实施例3
使用电子束辐射源(Hamamatsu Photonics K.K.制造的线发射低能量电子束源)代替实施例1中的电晕放电处理，如实施例1中通过在以下条件下进行辐射处理来制造元件：1MGy的辐射量和具有5000ppm或更低的氧分压的氮气氛。
实施例4
使用橡胶(由Dow Corning Toray有限公司制造的DY35-2083)作为中间层4的硅橡胶构件。橡胶包括氧化铁作为材料，因此在其结构中除了由表面处理产生的硅化合物产生的未配对电子之外，还包括源自氧化铁的未配对电子。
中间层4的硅橡胶(DY35-2083)显示E'中心衍生的信号，以及由于含有氧化铁而具有2.5的g值的宽ESR谱。
实施例5
实施例5包括通过不同方法固定的电极。实施例5是一个实例，其中电极对2和3分别部分地固定到薄膜上。这种电极2和3在弯曲时在绝缘体膜5和中间层4上滑动。
实施例6
实施例6是使用硅橡胶作为绝缘层5的实例。更具体地，使用KE-1950-70作为绝缘层5的硅橡胶。将硅橡胶用30％重量的甲苯稀释并施涂到铝沉积的PET表面上。厚度为20m。
实施例7
实施例7是使用硅橡胶作为绝缘层5的实例。更具体地，使用KE-1950-60作为绝缘层5的硅橡胶。将硅橡胶用30％重量的甲苯稀释并施涂到铝沉积的PET表面上。厚度为20m。
比较例1
与实施例1不同，比较例1包括与中间层4的硅橡胶接触的铝层。
比较例2
与实施例2不同，比较例2包括与中间层4的硅橡胶接触的铝层。
比较例3
与实施例3不同，比较例3包括与中间层4的硅橡胶接触的铝层。
比较例4
与实施例4不同，比较例4包括与中间层4的硅橡胶接触的铝层。
比较例5
与实施例5不同，比较例5包括与中间层4的硅橡胶接触的铝层。
比较例6
与实施例3不同，比较例6包括由聚乙烯制成的绝缘层5。聚乙烯在其直链中不具有任何芳族烃。
比较例7
与实施例6和7不同，比较例7包括由KE-1950-50制成的绝缘体层5作为硅橡胶。
表1示出了通过对如上所述制造的每个元件1进行如下所述的评估而获得的结果。就“评估1：初始失败率”而言，表1中列出的结果仅示出实施例1至7中的实施例1中的一个失败。在比较例2至7的所有测试片中存在多个失败。
就“评估2：耐久性性能”而言，所有实施例1至7通过了10000轮测试。比较例2至7的测试片中没有一个通过了10000轮的测试。
就“评估4：橡胶弹性性能”而言，弹性模量为5.4或更高，未发生初始失败，并且耐久性性能高。通过使绝缘层具有高达或高于中间层的弹性模量的6倍的弹性模量，可以防止破裂。
为了进行表1中所示的评估，通过将20m的硅橡胶层施加到210297mm(A4)铝沉积PET膜的PET表面上，烧结所得膜以进行表面改性，并将210297mm(A4)铝沉积PET膜放置在硅橡胶上，从而制造具有图1中所示构造的元件1。
(评估1)：初始失败率
关于中间层4(例如硅橡胶)，初始失败率表示表面处理和电极材料中的失败率。关于绝缘层5(硅橡胶)，初始失败率表示在表面处理条件下的失败率。初始失败率表示上电极和下电极之间发生短路的初始率。样品的总数为50。
(评估2)：弯曲耐久性性能
图5是示出在用于耐久性评估的弯曲测试仪的操作中的预弯曲状态的示例的图。如图5所示，为了测量形成为单元形状的元件1的弯曲耐久性性能，通过使用台面耐久性测试仪TCDM111LH(由Yuasa System有限公司制造)进行90°弯曲测试。
将元件1的10个样品堆叠在R30夹具之间并串联连接。使样品经受每分钟10次往复的10000轮耐久性测试，并且测量p-p电压值。将样品制成垂直长的膜。
将p-p电压值从初始值下降10％的次数记录在该次数字段中。
(评估3)：电子自旋共振(ESR)测量
图6是显示中间层4的ESR测量的实例的图。通过使用硅橡胶层电子自旋共振光谱仪ESR(JOEL有限公司制造)在中间层4上进行材料评估试验。在图6中，虚线表示在环境温度为室温的情况下的测量T1，而实线表示在环境温度为-150℃的情况下的测量T2。
Figure BDA0002713194100000131
电子自旋共振通常以g值显示，该g值是横轴上的磁场强度和纵轴上的吸收光谱的一阶导数波形的函数。g值是每个ESR信号固有的值，由施加到样品的微波的频率(ν)和共振磁场的强度(H)确定。通过使用g值来识别ESR信号和晶格缺陷。
ESR信号被用于观察由于未配对电子的自旋跃迁引起的微波(具有约9.4GHz的频率和约3cm:X波段电磁波)的吸收而引起的共振现象。ESR信号的检测意味着在样品中存在未配对的电子。换句话说，在横轴上具有g值的测量波形中的峰值的检测意味着对未配对的电子的检测。
图6示出了实施例3中描述的中间层4的ESR信号。
将更详细地描述如何阅读图6。已知各向同性材料显示出关于反转点基本上对称的ESR信号强度。相反，图6所示的波形T1和T2关于反转点Q是不对称的。这表明中间层4具有各向异性结构。
显示为测量T1和T2的ESR信号的峰值gA和gB与从石英玻璃中的缺陷获得的E'中心g⊥(＝2.0014)和E'中心g||(＝2.0004)的测量完全一致。
这种一致被认为是表明表面处理引起硅橡胶中氧O的缺陷，并且在缺陷位置处存在未配对的电子。
在典型的石英玻璃结构中对E'中心g||的两个峰值的检测表明在样品的深度方向，即中间层4的厚度方向上存在各向异性。
因此，根据本实施例的中间层4的测量T1具有在2.004和1.998的g值之间的两个峰值，被认为是表明在中间层4的厚度方向上存在各向异性。
测量T2示出了在2.070和2.001的g值之间的ESR信号的峰值gC。
通常，在-150℃下的低温测量降低了电子的热运动和弛豫时间的影响。这提高了ESR信号的灵敏度，并使得在室温环境中难以观察到ESR信号的测量。
在测量T1中未检测到的测量T2中的峰值gC被认为代表过氧化物自由基。
换句话说，根据本实施例的中间层4，“当通过使用电子自旋共振光谱仪测量时，在2.04至1.98的g值之间具有至少一个峰值”。这种信号由特别可能保留电荷的未配对电子显示，并且可以维持大量的发电。
与中间层4类似，当通过使用电子自旋共振光谱仪测量时，绝缘层5还“在2.04至1.98的g值之间具有至少一个峰值”。这种信号由特别可能保留电荷的未配对电子显示，并且可以维持大量的发电。
从测量T2可以明显看出，当在-150℃下使用电子自旋共振光谱仪测量时，根据本实施例的中间层4“在2.070至2.001的g值之间具有至少一个峰值”。这种信号由特别可能保留电荷的未配对电子显示，并且可以维持大量的发电。
基于前述测量，表1中显示出与根据实施例3的测量T2的光谱一样多或大于80％的负峰值的样品用A标记，30％左右用B标记，并且没有峰值用C标记。
实施例3的样品在表面改性处理后至少六个月再次进行相同的测量，并且发现显示出相似的光谱。也就是说，根据本发明的未配对电子结构稳定地保持在中间层4中。
表2显示了当对硅橡胶和PET进行电晕放电，紫外线照射和电子束照射表面处理时ESR信号的测量。
表2
Figure BDA0002713194100000151
所列的测量样品是通过在第二电极3上形成中间层4，然后进行相应的表面处理而形成的。通过释放相应中间层4获得测量样品。将释放中间层4后剩余的第二电极3的PET部分用作测量样品，其中用稀盐酸将铝从中间层4中溶解出来。
ESR信号分类如下：
无：与背景噪声不可区别；
跟踪：与背景噪声相比，存在明显的信号但难以量化；
低：明显的有可量化的信号；和
高：存在比低信号高一个或多个数字的信号。
(评估4)：橡胶弹性性能
元件1的橡胶弹性性能通过使用下面描述的仪器来测量。橡胶弹性是指包括交联点的聚合物表现出的熵弹性。
首先将描述用于评估弹性模量的方法1。
用于评估弹性模量的方法1
橡胶弹性评估试验通过使用压缩测试仪(Strograph VE5D(由Toyo SeikiSeisaku-sho有限公司制造))在以下条件下进行：
负载范围：50N；
负载范围：100；
测试速度：500mm/min；
卡盘距离：60mm；
测量温度：室温@B3-110
样品：用6号哑铃形刀具冲孔，宽度4mm；和
规格长度：20mm
接下来，将描述用于评估弹性模量的方法2。
评估弹性模量的方法2
通过考虑压头的泊松比和基于Martens硬度的材料的泊松比(ISO14577)进行橡胶弹性评估试验。特别地，通过根据方法2的用于评估弹性模量的技术测量厚度为100m或更小的中间层4。
如上所述，根据本实施例，至少一层绝缘层5位于元件1的一对电极2和3之间。即使出于诸如改进的发电性能的目的而薄薄地形成具有低撕裂强度的中间层4，提供与中间层4接触的绝缘体层5也可降低制造期间的初始失败率并改进耐久性。
由于可以制造成较薄的电介质，因此可以通过铆接大量电介质来提供小尺寸的高输出发电装置。
尽管已经描述了本发明的优选实施例，但是本发明不限于这样的具体实施例。除非在前面的描述中另有说明，否则可以在不脱离权利要求书中阐述的本发明的主旨的情况下进行各种修改和变化。
例如，在前述实施例中所描述的元件不限于发电元件，而是可以用作作为用于检测电信号形式的接触的检测元件的传感器。该元件也可以用作将外力转换为电能的其它元件。
在本发明的实施例中描述的效果仅仅是本发明的一些最合适的效果的实例。因此，本发明的效果不限于在本发明的实施例中描述的效果。
上述实施例是说明性的，并不限制本发明。因此，根据上述教导，许多附加的修改和变化是可能的。例如，在本公开和所附权利要求的范围内，本文中不同的说明性和示例性实施例的至少一个元件可以彼此组合或彼此替换。此外，实施例的部件的特征，例如数量，位置和形状不限于实施例，因此可以优选地设置。因此，应当理解，在所附权利要求的范围内，本发明的公开内容可以以不同于本文具体描述的方式实施。
除非明确地标识为性能顺序或通过上下文清楚地标识，否则本文所述的方法步骤，过程或操作不应被解释为必须需要以所讨论或说明的特定顺序来执行。还应当理解，可以采用附加的或替代的步骤。

Claims (10)

1.一种元件，其特征在于，包括：
一对电极；
在所述一对电极之间的中间层，所述中间层含有包括未配对电子的硅化合物作为材料，所述中间层是可变形的；和
在所述一对电极之间的至少一层绝缘层。
2.根据权利要求1所述的元件，其特征在于，所述绝缘层具有高达或高于所述中间层的弹性模量的六倍的弹性模量。
3.根据权利要求1或2所述的元件，其特征在于，所述绝缘层包括在直链或侧链中具有芳环的树脂，并且具有定向。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的元件，其特征在于，所述中间层含有具有所述未配对电子的粒子。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的元件，其特征在于，当使用电子自旋共振(ESR)光谱仪测量时，所述中间层在2.04至1.98的g值之间具有至少一个峰值。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的元件，其特征在于，当在-150℃的环境温度下使用电子自旋共振(ESR)光谱仪测量时，所述中间层在2.070至2.001的g值之间具有至少一个峰值。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的元件，其特征在于，当使用电子自旋共振(ESR)光谱仪测量时，所述绝缘层在2.04至1.98的g值之间具有至少一个峰值。
8.一种用于制造元件的方法，其特征在于，包括：
在一对电极之间设置至少一层绝缘层，在所述一对电极之间设置中间层，所述中间层含有硅化合物作为材料，所述硅化合物包括未配对电子，并且所述中间层是可变形的。
9.根据权利要求8所述的用于制造元件的方法，其特征在于，在所述中间层与所述绝缘层处于密切接触状态的状态下，对所述中间层进行表面改性处理。
10.根据权利要求9所述的制造元件的方法，其特征在于，对所述中间层进行选自电晕放电处理，紫外线照射处理和电子束照射处理的所述表面改性处理。
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