DE2444885C3 - Kondensator mit veränderlicher Kapazität - Google Patents
Kondensator mit veränderlicher KapazitätInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Kondensator mit veränderlicher Kapazität der zwei durch eine Dielektrikumsschicht
aus organischem Material getrennte Metallagen zweier Beläge aufweist, wie er z. B. aus der
US-PS 33 49 302 bekannt ist.
ElektronendonatorZ-akzeptorkomplexe wurden bisher als organische Halbleiter untersucht Während die
meisten organischen Materialien Isolatoren sind, zeigen diese Komplexe eine relativ hohe elektrische Leitfähigkeit,
und einige von ihnen sind als Photoleiter bekannt Diese Eigenschaft wird z. B. in der Elektrophotographie
gemäß der GB-PS 8 56 770 ausgenutzt, indem PoIy-N-vinylcarbazol mit geringen Chinonzusätzen auf einem
Papierträger als lichtempfindliche Schicht verwendet wird.
Die dielektrischen Eigenschaften dieser Elektronendonator/-akzeptorkomplexe
wurden jedoch noch wenig untersucht, und ihre gezielte Anwendung in Kondensatoren
ist bislang nicht bekannt geworden.
In Kondensatoren wurden bereits stark konjugierte Polymere aus einem Acen wie Terphenyl, Pyren oder
auch Anthrachinon und Pyromellitsäureanhydrid als Dielektrikum mit erstaunlich hoher, jedoch stark
frequenzabhängiger Dielektrizitätskonstanten gemäß der US-PS 33 49 302 verwendet. Diese Materialien
eignen sich jedoch praktisch nur für Kondensatoren, bei denen eine hohe Frequenzabhängigkeit der Kapazität
speziell gewünscht wird, und zeigen keine Verwandtschaft zu den im Kondensator gemäß der Erfindung
verwendeten Polyvinylcarbazol-Chinonkomplexen.
PoIy-N-vinylcarbazol allein wurde zwar bereits mit
Glimmer gemischt (GB-PS 6 32 203) oder als Film auf feuerfestem dielektrischem Material (CH-PS 3 30 644)
als Dielektrikum für Kondensatoren vorgesehen. Auch in der AT-PS 1 45 852 werden als Anwendungsmöglichkeiten
für N-Vinylcarbazolhomo- und -copolymere Isolierbänder und Kondensatorfolien genannt. Auf der
anderen Seite wurde auch Chinon als Zusatz für organische Dielektrika in Kondensatoren vorgeschlagen
(AT-PS 1 79 836), allerdings lediglich als Korrosionsinhibitor in Verbindung mit organischen, insbeson ■
dere aromatischen Halogeniden.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kondensator zu s schaffen, dessen Kapazität in Abhängigkeit vom
Lichteinfall oder von der Größe einer angelegten Gleichspannung veränderlich ist
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Kondensator der eingangs genannten Art, der dadurch gekennzeichnet
ist, daß ein Dielektrikum mit einem Elektronendonator/-akzeptorkomplex
aus N-Vinylcarbazolhomo- oder -copolymeren als Elektronendonator und einem Chinon-Elektronenakzeptor
vorgesehen ist
Es wurde gefunden, daß die eingangs genannten N-Vinylcarbazolhomo- und -copolymer/Chinonkomplexe
besonders günstige Dielektrika darstellen, deren Dielektrizitätskonstante (DK) erstaunlicherweise höher
ist als die jeweilige DK der Komponenten (d. h. von Chinon bzw. Poly-N-vinylcarbazol). Beispielsweise hat
ein 3 Mol-% ElektronendonatorAakzeptorkomplex aus
PoIy-[N-vinylcarbazol] und /Ϊ-Naphthochinon bei 200C
und 1 kHz eine DK von 5,1, was höher ist als die DK sowohl von Poly-[N-vinylcarbazol], nämlich 2,8, als auch
von /J-Njphthochinon, nämlich 3,1. Der Komplex aus
N-Vinylcarbazolhomo- oder -copolymeren und Chinon-Elektronenakzeptoren hat also eine höhere DK als die
jeweiligen Donatoren.
Mit diesen Materialien können Kondensatoren erhalten werden, deren Kapazität in Abhängigkeit vom
Lichteinfall oder einer angelegten Gleichspannung veränderlich ist
Als N-Vinylcarbazolcopolymere sind insbesondere
N-Vinylcarbazol-Styrol-Copolymere,
N- Vinylcarbazol- Vinylacetat-Copolymere,
N-Vinylcarbazol-Methylmethacrylat-Copolymere und
N-Vinylcarbazol-Styrol-Copolymere,
N- Vinylcarbazol- Vinylacetat-Copolymere,
N-Vinylcarbazol-Methylmethacrylat-Copolymere und
N-Vinylcarbazol-Fumaronitril-Copolymere
zu nennen, und als Chinon-Elektronenakzeptoren
zu nennen, und als Chinon-Elektronenakzeptoren
p-Benzochinon, p-Chloranil, p-Bromanil, p-Jodanil, 2,3-Dichlor-5,6-dicyano-p-benzochinon,
Λ-Naphthochinon, 0-Naphthochinon,
Antrachinon oder 9,10-Phenantiirenchinon.
Alle derartigen Chinonverbindungen werden im Rahmen der vorliegenden Beschreibung global als »Chinon bzw. Chinonderivat« bezeichnet.
Λ-Naphthochinon, 0-Naphthochinon,
Antrachinon oder 9,10-Phenantiirenchinon.
Alle derartigen Chinonverbindungen werden im Rahmen der vorliegenden Beschreibung global als »Chinon bzw. Chinonderivat« bezeichnet.
Das Komplexmaterial mit N-Vinylcarbazolhomo-
oder -copolymeren als Elektronendonator kann leicht als Folie oder Film hergestellt und zur Bildung eines
Kondensators auf beiden Seiten mit Metallschichten zweier Beläge versehen werden. Dabei haben N-Vinylcarbazolcopolymere
eine noch höhere Flexibilität als N-Vinylcarbazolhomopolymere, was die Filmbildung
noch weiter erleichtert.
Unter Ausnutzung der Erscheinung, daß die Dielektrizitätskonstante
des Komplexes sich bei Lichteinstrahlung erhöht, ist der erhaltene Kondensator ein
photovariabler Kondensator. Beispielsweise hat ein Komplex aus Poly-[N-vinylcarbazol] und 9,10-Phenanthrenchinon
mit einem Komplexbildungsverhältnis von bo 5 Mol-% im Dunkeln eine DK von 4,2 und bei
Bestrahlung mit Licht einer 100-W-Wolframlampe (in
50 cm Abstand) eine DK von 4,8.
Wird die Kapazität des Kondensators gemäß der Erfindung nach Anlegen von Gleichspannung an den
b'j Kondensator gemessen, so ergibt sich im Vergleich zur
Kapazität, die ohne angelegte Spannung gemessen wird, eine niedrigere Kapazität. Diese Erscheinung ist bei
einer Reihe von Komplexen zu beobachten, die aus
N-Vinylcarbazolhomo- oder -copolymeren und Chinonen bestehea Hierdurch wird ein variabler Kondensator geschaffen, dessen Kapazität sich mit der angelegten
Gleichspannung ändert
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert In den Zeichnungen zeigt
Fig. 1 die Beziehung zwischen der Dielektrizitätskonstanten und dem Komplexbilüungsverhältnis für
verschiedene Elektronenakzeptoren,
F i g. 2 die Beziehung zwischen der Frequenz und der Dielektrizitätskonstanten für verschiedene dielektrische
Materialien, und
F i g. 3 die Beziehung zwischen der Frequenz and dem
dielektrischen Verlust (tan δ) für die verschiedenen dielektrischen Materialien.
/J-Naphthochinon wurde in einer Lösung von
Poly-fN-vinylcarbazol] in Monochlorbenzol zur Bildung
eines Komplexes aufgelöst Ein entsprechender Vorgang wurde für die anderen Elektronenakzeptoren
(siehe Fig. 1) wiederholt Durch Änderung der Menge des aufgelösten Elektronenakzeptors wurde ein gewünschtes Komplexbildungsverhältnis erzielt. Die Lösung wurde dann zur Bildung eines Films auf eine
Aluminiumpiatte gegossen. Auf diesen wurde zur Bildung einer Metallschicht eines oberen Belags
Aluminium aufgedampft Die Dielektrizitätskonstante des Poly-[N-vinylcarbazols] selbst betrug 2,8, die von
p-Chloranil 2,6, die von p-Bromanil 2,5, die von
j3-Naphthochinon 3,1 und die von 9,10-Phenanthrenchinon 3,2. Die Dielektrizitätskonstanten der Komplexmaterialien aus den verschiedenen Elektronenakzeptoren und Poly-[N-vinylcarbazol] mit verschiedenen
Komplexbildungsverhältnissen (Mol-% Akzeptor bezogen auf die N-Vinylcarbazoleinheiten des Polymeren)
sind in Fig. 3 dargestellt. Sie wurden bei 200C und
1 kHz gemessen. Mit wachsendem Komplexbildungsverhältnis nimmt die Dielektrizitätskonstante zu. Eine
entsprechende Charakteristik wurde mit den anderen Elektronenakzeptoren beobachtet.
Durch Radikalpolymerisation gebildetes Poly-[N-vinylcarbazol] mit einem Molekulargewicht von etwa
20 000 und ein 1 :1-Copolymerisat aus N-Vinylcarbazol
und Styrol wurden jeweils durch Umfällung aus Benzol-Methanol-Mischung gereinigt und die resultierenden Produkte in Monochlorbenzol aufgelöst Komplexbildung und Filmbildung erfolgten in gleicher Weise
ίο wie in Beispiel 1.
Das Komplexbildungsverhältnis des N-Vinylcarbazol-Styrol-Copolymerisats ist das prozentuale Molverhältnis des Elektronenakzeptors zu den N-Vinylcarbazoleinheiten im Copolymeren.
F i g. 2 und 3 zeigen die Frequenzcharakteristiken der Dielektrizitätskonstanten bzw. der dielektrischen Verluste für das Poly-N-vinylcarbazol, das 1 :1-Copolymerisat von N-Vinylcarbazol und Styrol und deren
/?-Naphthochinon-Komplexe mit einem Komplexbil-
dungsverhältnis von 5%. Die Beobachtung, daß die Dielektrizitätskonstante durch die Komplexbildung
erhöht wird, erweist sich auch für das Copolymerisat als zutreffend. Das Copoiymerisat hatte einen niedrigeren
dielektrischen Verlust als das Homopolymere. Diese
Erscheinung trifft auch für die anderen Elektronenakzeptoren zu.
Die Kapazitäten von Kondensatoren gemäß der Erfindung sind in der Tabelle wiedergegeben. Es zeigen
sich die folgenden Beziehungen:
wobei C die elektrostatische Kapazität, Cdc die elektrostatische Kapazität bei Anlegen von Gleichspannung und Cphoio die elektrostatische Kapazität unter
Lichteinfall der Kondensatoren sind.
Als Dielektrika dienten Komplexmaterialien aus Poly-[N-vinylcarbazoI] und «-Naphthochinon, Jj-Naphthochinon, Antrachinon, 9,10-Phenanthrenchinon,
^-Dichlor-S.ö-diamino-p-benzochinon, p-Chloranil,
p-Bromanil bzw. p-Benzochinon mit einem Komplexbildungsverhältnis von 5 Mol-%.
| Elektronenakzeptor | C(pF) | Cdc (PF) | Cphoio (PF) |
| a-Naphthochinon | 1820 | 1588 | 2360 |
| jS-Naphthochinon | 2056 | 1737 | 2432 |
| 9,10-Phenanthrenchinon | 1628 | 1411 | 1871 |
| Anthrachinon | 1671 | 1343 | 1897 |
| p-Chloranil | 2297 | 1984 | 2486 |
| p-Bromanil | 1992 | 1803 | 2181 |
| p-Benzochinon | 2143 | 1816 | 2436 |
| 2,3-Dichlor-5,6-diamino-p-benzochinon | 2136 | 1803 | 2517 |
Die durch die angelegte Gleichspannung erhaltene elektrische Feldstärke lag bei 3 bis 7 χ 103 V/cm und die
Messung wurde bei 200C und 1 kHz durchgeführt. Das Licht wurde mit einer 100-W-Wolframlampe aus einem
Abstand von 50 cm aufgestrahlt. Entsprechende Charakteristiken wurden mit einem N-Vinylcarbazolcopolymerkomplex erhalten.
Claims (3)
1. Kondensator mit veränderlicher Kapazität, der zwei durch eine Dielektrikumsschicht aus organischem
Material getrennte Metallagen zweier Beläge aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Dielektrikum mit einem ElektronendonatorAakzeptorkomplex aus N-Vinylcarbazolhomo- oder
-copolymeren als Elektronendonator und einem Chinon-Elektronenakzeptor vorgesehen ist
2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Copolymere ein N-Vinylcarbazol-Styrol-Copolymeres,
ein N-Vuiylcarbazol-Vinylacetat-Copolymeres,
ein N-Vinylcarbazol-Methylmethacrylat-Copolymeres oder ein N-Vinylcarbazol-Fumaronitril-Copolymeres
ist
3. Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Chinon bzw. Chinonderivat
p-Benzochinon, p-Chloranil, p-Bromanil, p-Jodanil,
^,S-Dichlor-S.e-dicyano-p-benzochinon, Ä-Naphthochinon,
/Ϊ-Naphthochinon, Anthrachinon oder 9,1 Q-Phenanthrenchinon ist
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP48107143A JPS5058159A (de) | 1973-09-21 | 1973-09-21 | |
| JP49070578A JPS5250053B2 (de) | 1974-06-19 | 1974-06-19 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2444885A1 DE2444885A1 (de) | 1975-04-10 |
| DE2444885B2 DE2444885B2 (de) | 1981-05-14 |
| DE2444885C3 true DE2444885C3 (de) | 1982-02-11 |
Family
ID=26411711
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE2444885A Expired DE2444885C3 (de) | 1973-09-21 | 1974-09-19 | Kondensator mit veränderlicher Kapazität |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE2444885C3 (de) |
| FR (1) | FR2244792B3 (de) |
| GB (1) | GB1487344A (de) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| AT179836B (de) * | 1938-08-31 | 1954-10-11 | Western Electric Co | Einrichtungen oder Geräte, bei welchen ein Metall in Berührung mit einer halogenierten Verbindung steht, insbesondere elektrische Kondensatoren |
| GB632203A (en) * | 1947-02-14 | 1949-11-17 | Gen Electric | Improvements in and relating to electric capacitors |
| CH330644A (de) * | 1953-11-10 | 1958-06-15 | Amp Inc | Elektrischer Kondensator |
| US3349302A (en) * | 1964-07-21 | 1967-10-24 | Sci Tech Corp | Capacitors |
-
1974
- 1974-09-19 DE DE2444885A patent/DE2444885C3/de not_active Expired
- 1974-09-20 FR FR7431825A patent/FR2244792B3/fr not_active Expired
- 1974-09-20 GB GB41132/74A patent/GB1487344A/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE2444885A1 (de) | 1975-04-10 |
| FR2244792B3 (de) | 1977-07-01 |
| DE2444885B2 (de) | 1981-05-14 |
| FR2244792A1 (de) | 1975-04-18 |
| GB1487344A (en) | 1977-09-28 |
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