JP2019513825A - 電気分極性化合物及びコンデンサー - Google Patents

Abstract

電気分極性化合物が、一般式（Ｉ）を有する。コア１は、芳香族多環式共役分子である。Ｒ１及びＲ１’は、それぞれ電子供与基及び受容基である；ｍ、ｍ’は、０、１、２、３、４、５、６であり得るが、ｍ＝ｍ’＝０ではない。Ｒ２は、イオン性置換基であり、ｐ＝０、１、２、３、４である。フラグメントＮＬＥは、分極の非線形効果を有する。コア２は、自己組織化導電性オリゴマーであり、ｎ＝０、２又は４である。Ｒ３は、イオン性置換基であり、ｓ＝０、１、２、３、４である。Ｒ４は、抵抗性置換基であり、ｋ＝０、１、２、３、４、５、６、７、８である。【選択図】図１Ａ

Description

優先権の主張
本出願は、２０１６年４月４日出願の米国特許出願第１５／０９０，５０９号の優先利益を主張し、その内容全体が、参考として本明細書に組み込まれている。本出願は、２０１６年５月２４日出願の米国特許出願第１５／１６３，５９５号の優先利益を主張し、その内容全体が、参考として本明細書に組み込まれており、これは、米国特許出願第１５／０９０，５０９号の一部継続出願である。

本開示は一般に、電気回路の受動素子及びより詳細には電気分極性化合物及びこの材料に基づき、エネルギーの蓄積を意図したコンデンサーに関する。

コンデンサーは、静電場の形態でエネルギーを蓄積するために使用される受動電子部品であり、誘電体層によって分けられた一対の電極を備える。２つの電極間に電位差が存在するとき、誘電体層に電場が存在する。理想的なコンデンサーは、単一の静電容量の値によって特徴付けられ、それは、それぞれの電極におけるそれらの間の電位差に対する電荷の比率である。高電圧用途用にはるかに大きなコンデンサーを使用しなければならない。

誘電体材料の重要な特徴の１つは、その絶縁電界である。絶縁電界は、材料が、壊滅的な破損を受け、電極間で電気を伝導する電場強度の値に相当する。大部分のコンデンサーの配置に関して、誘電体の電場は、通常、誘電体層の厚みである、電極間の間隔によって分けられる、２つの電極間の電圧によって近似できる。厚みは通常一定なので、絶縁電界よりも絶縁破壊電圧に言及する方がより一般的である。絶縁破壊電圧を急激に減少させる多数の因子がある。特に、導電性の電極の形態が、コンデンサー用途に対する、絶縁破壊電圧に影響する重要な因子である。特に、鋭角又は鋭い先端は、局所的に電場強度が非常に増大し、局所的な絶縁破壊をもたらし得る。局所的な絶縁破壊が、任意の位置で始まると、絶縁破壊は、反対の電極に達し、短絡を引き起こすまで、誘電体層をすぐさま「たどる（ｔｒａｃｅ）」。

誘電体層の絶縁破壊は通常、以下の通り生じる。電場の強度が、誘電体材料の原子から電子を「引き抜く」ほど十分に高くなり、１つの電極から別の電極に電流を伝導させる。誘電体中の不純物の存在又は結晶構造の不完全性は、半導体デバイスで観察されるようにアバランシェ降伏をもたらし得る。

誘電体材料の別の重要な特徴は、その誘電体の誘電率である。異なる種類の誘電体材料が、コンデンサーに使用され、セラミック、ポリマーフィルム、紙及び異なる種類の電解コンデンサーが挙げられる。最も広く使用されるポリマーフィルム材料は、ポリプロピレン及びポリエステルである。誘電体の誘電率が増大することによって、体積エネルギー密度の増大が可能になり、それが重要な技術的課題となっている。

有機分子における２次の非線形光学（ＮＬＯ）効果は、無機結晶を通じたそれらの利点に関して、広範囲にわたって研究されてきた。研究されてきた特性として、例えば、それらの大きな光学非線形性、超高速応答速度、高い損傷閾値及び低い吸収損失等が挙げられる。特に、優れた光学特性を有する有機薄膜は、光学スイッチ、データ操作及び情報処理などの集積型光学素子に非常に大きな可能性を有する。有機ＮＬＯ分子のうち、アゾ染料発色団は、ｐ電子雲の非局在化によるそれらの比較的大きな分子の超分極（ｂ）のため、多くの研究者が、特別の関心を示してきた。それらは、過去１０年間、最も頻繁には、ポリマーマトリックスにゲストとして組み込まれる（ゲスト−ホストポリマー）か又はポリマーマトリックスにグラフト化（官能化ポリマー）されてきた。

有機化合物の超電子分極は、Ｒｏｇｅｒ Ｄ．Ｈａｒｔｍａｎ ａｎｄ Ｈｅｒｂｅｒｔ Ａ．Ｐｏｈｌの「Ｈｙｐｅｒ−ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｉｎ Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｓｏｌｉｄｓ」，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ：Ｐａｒｔ Ａ−ｌ Ｖｏｌ．６，ｐｐ．１１３５−１１５２（１９６８）に詳細に記載されている。超電子分極は、電荷が分子的に分離され、分子的に制限された領域に及ぶ励起子の電荷対との柔軟な相互作用による電気分極の外部電場と見なしてよい。この論文では、４つのポリアセンのキノンラジカルポリマーについて研究された。これらのポリマーは、１００Ｈｚで１８００〜２４００の誘電率を有し、１００，０００Ｈｚで約５８〜１００に減少する。記載された材料の製造方法について本質的な欠点は、誘電率の測定を目的とする試料を形成するために高圧（最大２０ｋｂａｒ）を使用することである。

本開示は、次の一般式（Ｉ）を有する電気分極性化合物を提供する。

コア１は、２次元の平面的な形態を有し、カラム様超分子のｐｉ−ｐｉスタッキングによって自己組織化した芳香族多環式共役分子であり、Ｒ１は、芳香族多環式共役分子（コア１）に結合した電子供与基であり、Ｒ１’は、芳香族多環式共役分子（コア１）に結合した電子受容基であり、ｍは、受容基Ｒ１の数であり、ｍ’は、供与基Ｒ’の数であり、ｍ及びｍ’は、０、１、２、３、４、５又は６に等しく、式中、ｍ及びｍ’の双方が、０に等しくはなく、Ｒ２は、芳香族多環式共役分子（コア１）に直接又は連結基を介して結合した、イオン性液体に使用されるある種類のイオン性化合物からの、１つ以上のイオン基を含む置換基であり、ｐは、イオン基Ｒ２の数であり、０、１、２、３又は４に等しい。少なくとも１つの基Ｒ１及び／又はＲ１’を有するコア１を含有するＮＬＥと印がつけられたフラグメントは、分極による非線形効果を有する。

コア２は、導電性オリゴマーであり、導電性オリゴマーの数ｎは、０、２又は４に等しい。Ｒ３は、導電性オリゴマー（コア２）に直接又は連結基を介して結合した、イオン性液体に使用されるある種類のイオン性化合物からの、１つ以上のイオン基を含む置換基であり、ｓは、イオン基Ｒ３の数であり、０、１、２、３又は４に等しい。

Ｒ４は、溶媒中における有機化合物の溶解性をもたらし、カラム様超分子を互いに電気的に絶縁させ、芳香族多環式共役分子（コア１）及び／又は導電性オリゴマー（コア２）に直接又は連結基を介して結合した抵抗性置換基である。パラメーターｋは、置換基Ｒ４の数であり、０、１、２、３、４、５、６、７又は８に等しい。

一態様では、本開示は、有機溶媒及び少なくとも１種類の開示された電気分極性化合物を含む溶液を提供する。

別の態様では、本開示は、上記に開示されるような電気分極性化合物の混合物を含む結晶メタ誘電体（ｍｅｔａｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）層を提供する。少なくとも１つの基Ｒ１を有する芳香族多環式共役分子を含む非線形フラグメントは、溶媒中における有機化合物の溶解性をもたらし、カラム様超分子を互いに電気的に絶縁させる、抵抗性置換基Ｒ４によって形成される抵抗誘電性エンベロープに設置される。

更に別の態様では、本発明は、互いに平行に位置する２つの金属電極を含むメタコンデンサー（ｍｅｔａ−ｃａｐａｃｉｔｏｒ）を提供し、これは、前記電極間に前記メタ誘電体（ｍｅｔａｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）層を有し、巻いているか又は平面及び平板であり得、メタ誘電体（ｍｅｔａｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）層は、１種類以上の本開示の電気分極体を含む。少なくとも１つの基Ｒ１、導電性オリゴマー及び電子及び／又はイオン型分極率を有するイオン基を有する芳香族多環式共役分子を含む非線形の分極性フラグメントは、溶媒中における有機化合物の溶解性をもたらし、カラム様超分子を互いに電気的に絶縁させる、抵抗性置換基によって形成される抵抗誘電性エンベロープに設置される。
参照による組み込み

本明細書で言及した全ての出版物、特許及び特許出願は、それぞれ個々の出版物、特許又は特許出願が、具体的及び個別に示され、参照により組み込まれるのと同程度に、参照により本明細書に組み込まれる。

本開示の態様による平面的で平板な電極を有するコンデンサーを概略的に示す。 本開示の別の態様による巻いた（円形）電極を有するコンデンサーを概略的に示す。

本発明の様々な実施形態を本明細書に示し、説明したが、こうした実施形態はあくまで例として与えられたものであることは当業者には明らかであろう。当業者であれば、本発明から逸脱することなく多くの変形、変更及び代用を想到し得る。本明細書に記載した本発明の実施形態には、様々な代替例を用い得ることが理解されるべきである。

本開示は、電気分極性化合物を提供する。芳香族多環式共役分子（コア１）における求電子基（アクセプター）及び求核性基（ドナー）の存在は、共役分子における電子密度の不均一分布を促進する。：ある場所（供与帯）における過剰な電子及びその他の場所（受容帯）における電子の不足。共役分子に沿った電子密度の不均一分布への外部電場の影響は、誘起された分極Ｐ_ｉｎｄをもたらす。一般的な場合、誘起された分極は、局所的な電場Ｅ_ｌｏｃの強度の非線形関数である。弱い非線形性の仮定では、誘起された分極を一連の局所的な電場強度に分解することを幾つかの項に限定することが可能であるとき、誘起された分極の（分子の）環境を次の形態で記すことができる。

式中、α−線形分極率、β−二乗分極率である。電場が小さいという過程が必ずしも適切ではないものの、それでもパラメーターα及びβは、本開示の化合物における分極率の定性分析に使用できる。本開示では、本開示の化合物について誘起された分極を増大させる方法、したがって線形分極率α及び二乗分極率βを増大させる方法に主な関心が払われている。一定の双極子及び四極子電気モーメントが、このような共役分子の自己組織化で相互に中性化されているということにより、このような関心が示されている。分析では、線形分極率は、分子の平均電子密度の大きさに依存し、非線形分極率は、電子密度の不均一性の大きさに依存することが示されている。電子供与基及び受容基の非中心対称の配置は、電場の存在下において化合物の電子分極の強い非線形応答をもたらすことができることもまた示されている。線形分極率α及び二乗分極率βに対する化学構造の影響を以下の表１に示す。

本開示の本質的な特徴は、抵抗性置換基としての堅い非共役末端炭素構造の使用である。このような構造は、「太った」尾（アルキル、アリール、置換アルキル、置換アリール、フッ素化アルキル、塩素化アルキル、分岐鎖及び錯体のアルキルなど）によって形成される誘電性構造から区別することで完全に決定され、これは、屈曲（湾曲する）することができ、その電気絶縁破壊をもたらす誘電性構造における電子密度の確率分布をもたらす。したがって、シクロヘキサン、シクロペンタン及び空隙／空間を含有せず、環式分子からタイルとして構築され、；Ｈ及びＦの置換を有するＳＰ３炭素による高密度の充填を有する、平面的構造のような堅い／固定した空間的構造を有する環式炭化水素などの非共役化合物が、抵抗性置換基Ｒ４として使用される。そうでなければ太った尾の使用は、もろい誘電性構造（フィルム、層及びエンベロープ）の形成をもたらす。もろい構造では常に電子密度が、ゼロに等しく、自由電子で占められ得る（電気絶縁破壊をもたらす）、局所的な領域（「ホール」）が発生する可能性がある。１つの分子が、規則的な構造（結晶格子）から「取り除かれる」とき、分子ホールの概念を提起することが可能である。この場合、空の（非占有）エネルギーレベルである、量子物体（量子ホール、量子ポイント）が形成される。一連のこのような物体によって、電子による伝導性及び誘電性構造の電気絶縁破壊の状態が生じる。したがって、本開示では、規則的な結晶誘電層を形成する、明らかにされた構造が、開示されており、その構造では、電子が物質を通り抜けることが不可能である。

導電性オリゴマーの存在は、導電性オリゴマーにおける電子の非常に優れた伝導性のため、本開示の電気分極性化合物における分極率の増大をもたらす。イオン基は、本開示の電気分極性化合物におけるイオン性成分の分極を増大させる。少なくとも１つのドーパント基、導電性オリゴマー及びイオン基を有する芳香族多環式共役分子を含む非線形の分極性フラグメントは、溶媒中における有機化合物の溶解性をもたらし、カラム様超分子を互いに電気的に絶縁させる、抵抗性置換基によって形成される抵抗誘電性エンベロープに設置される。抵抗性置換基は、これら電気分極性化合物の電気強度及びそれらに基づき作製される誘電体層の絶縁破壊電圧を増大させる。

本開示の一実施形態では、芳香族多環式共役分子（コア１）は、リレン（ｒｙｌｅｎｅ）フラグメントを含み、これは、フェニルアミド、ナフタレンアミド及び／又はアントラセンアミドと共役してよい。本開示の電気分極性化合物の別の実施形態では、リレン（ｒｙｌｅｎｅ）フラグメントは、表２に示す１〜１２の構造から選択される。

本開示の一実施形態では、電子供与基及び受容基（Ｒ１）は、求核性基（ドナー）及び求電子基（アクセプター）から選択され、ｍ要素を含有する一連の（様々な）基（Ｒ１）_ｍは、ドナー（Ｒ１’）及び／又はアクセプター（Ｒ１）を含む。求電子基（アクセプター）は、−ＮＯ_２、−ＮＨ_３＋及び−ＮＲ_３＋（第４級窒素の塩）、対イオンＣｌ−又はＢｒ−、−ＣＨＯ（アルデヒド）、−ＣＲＯ（ケト基）、−ＳＯ_３Ｈ（スルホン酸）、−ＳＯ_３Ｒ（スルホン酸塩）、−ＳＯ_２ＮＨ_２（スルホンアミド）、−ＣＯＯＨ（カルボン酸）、−ＣＯＯＲ（カルボン酸側からのエステル）、−ＣＯＣｌ（カルボン酸塩化物）、−ＣＯＮＨ_２（カルボン酸側からのアミド）、−ＣＦ_３、−ＣＣｌ_３、−ＣＮ、−Ｃ（ＣＮ）_２から選択され、式中、Ｒは、アルキル（メチル、エチル、イソプロピル、ｔｅｒｔ−ブチル、ネオペンチル、シクロヘキシル等）、アリル（−ＣＨ_２−ＣＨ＝ＣＨ_２）、ベンジル（−ＣＨ_２Ｃ_６Ｈ_５）基、フェニル（＋置換フェニル）及びその他のアリール（芳香族）基を含む一覧から選択されるラジカルである。求核性基（ドナー）は、−Ｏ−（−ＯＮａ又は−ＯＫのようなフェノキシド）、−ＮＨ_２、−ＮＨＲ、−ＮＲ_２、−ＯＨ、−ＯＲ（エーテル）、−ＮＨＣＯＲ（アミン側からのアミド）、−ＯＣＯＲ（アルコール側からのエステル）、アルキル、−Ｃ_６Ｈ_５、ビニルから選択され、式中、Ｒは、アルキル（メチル、エチル、イソプロピル、ｔｅｒｔ−ブチル、ネオペンチル、シクロヘキシル等）、アリル（−ＣＨ_２−ＣＨ＝ＣＨ_２）、ベンジル（−ＣＨ_２Ｃ_６Ｈ_５）基、フェニル（＋置換フェニル）及びその他のアリール（芳香族）基を含む一覧から選択されるラジカルである。

本開示の電気分極性化合物の更に別の実施形態では、少なくとも１つの連結基が、次の構造（表３に示す１３〜２３、Ｘは、水素（Ｈ）又はアルキル基）を含む一覧から選択される。

本開示の一実施形態では、少なくとも１つの連結基は、ＣＨ_２、ＣＦ_２、ＳｉＲ_２Ｏ、ＣＨ_２ＣＨ_２Ｏの群から選択され、式中、Ｒは、Ｈ、アルキル及びフッ素を含む一覧から選択される。本開示の別の実施形態では、少なくとも１つの連結基は、表４に示す構造２４〜２９からなる群から選択される。

本開示の更に別の実施形態では、抵抗性置換基Ｒ４は、アルキル、アリール、置換アルキル、置換アリール、フッ素化アルキル、塩素化アルキル、分岐鎖及び錯体のアルキル、分岐鎖及び錯体のフッ素化アルキル、分岐鎖及び錯体の塩素化アルキル基並びに任意のそれらの組合せの群から選択され、式中、アルキル基は、メチル、エチル、プロピル、ｎ−ブチル、ｉｓｏ−ブチル及びｔｅｒｔ−ブチル基から選択され、アリール基は、フェニル、ベンジル及びナフチル基若しくはシロキサン並びに／又は直鎖又は分岐鎖としてのポリエチレングリコールから選択される。本開示の更に別の実施形態では、抵抗性置換基Ｒ４は、Ｃ_ＸＱ_２Ｘ＋１であり、式中、Ｘ≧１であり、Ｑは、水素（Ｈ）、フッ素（Ｆ）又は塩素（Ｃｌ）である。

電気分極性化合物の一実施形態では、芳香族多環式共役分子（コア１）及び基（Ｒ１）は、非中心対称性分子構造を形成する。電気分極性化合物の別の実施形態では、芳香族多環式共役分子（コア１）、基（Ｒ１）及び抵抗性置換基（Ｒ４）は、非中心対称性分子構造を形成する。

本開示の一実施形態では、電気分極性化合物は、次の一般式（ＩＩ）を有する。

一般式ＩＩでは、コア１は、芳香族多環式共役分子であり、上述のように、抵抗性置換基Ｒ４は、開示した化合物の非共役部分であり、これは、シクロヘキサン、シクロペンタン、多環式ペルフルオロヘキシル、多環式ペルフルオロペンチル及び環式炭素分子のタイルから構築される構造が挙げられるが、これらに限定されない、堅い空間的構造を有する飽和及び縮合環式炭化水素又は飽和及び縮合環式ハロカーボンであってよい。式中、環式炭素分子のタイルは、Ｈ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒで飽和したＳＰ３炭素の高密度の充填を有する。及び、式中、パラメーターｎ＝ｐ＝ｓ＝０である。電気分極性化合物の別の実施形態では、非共役部分の長さは、その抵抗率が１０^１８ｏｈｍ・ｃｍ超であるように選択される。電気分極性化合物の更に別の実施形態では、抵抗性置換基Ｒ４は、多環式アルキル基及び多環式ハロ−アルキルであり、式中、多環式ハロ−アルキル基では、求電子基（アクセプター）Ｒ１が結合したコア１の先端に結合するか又は求核性基（ドナー）Ｒ１’が結合したコア１の先端に結合するが、両方ではない。電気分極性化合物の更に別の実施形態では、抵抗性置換基Ｒ４は、長いＣ_２５Ｈ_３４及びＣ_２５Ｈ_３５又はＣ_２５Ｆ_３４及びＣ_２５Ｆ_３５を含む一覧から選択され、コア１のフェニル環の先端に位置する抵抗性多環式置換基である。本開示の一実施形態では、電気分極性化合物は、次の一般式（ＩＩＩ）を有する。

一般式ＩＩＩでは、パラメーターｍは、４に等しく、Ｒ１’は、供与基であり、Ｒ１は、受容基であり、ｋは、２に等しい。電気分極性化合物の別の実施形態では、コア１は、繰り返しパラメーターｔが、０〜５で変化する整数である場合、次の構造式を有するリレン（ｒｙｌｅｎｅ）フラグメントである。

式中、一連の電子供与基及び受容基は、分極（ＮＬＥ）の非線形効果を有するフラグメントが、次の化学構造（ｔ＝１のとき）によって示されるように、コア１のフェニル環のリレン（ｒｙｌｅｎｅ）及び／又はフェニル環の先端位置に位置する、２つの供与基−ＮＨ_２及び２つの受容基−ＮＯ_２（ｍは、４に等しい）を含む。

式中、抵抗性置換基（Ｒ４）は、次の種類のアミン構造であり、

次の構造式（ＩＶ）にいたる。

式中、抵抗性置換基は、連結基を介して結合される。

本開示の別の実施形態では、電気分極性化合物は、次の一般式（Ｖ）を有する。

一般式Ｖでは、コア１は、上記の芳香族多環式共役分子であり、ｍは、６に等しく、Ｒ１’は、供与基であり、Ｒ１は、受容基であり、ｋは、２に等しい。電気分極性化合物の更に別の実施形態では、コア１は、繰り返しパラメーターｔが、１〜５で変化する場合、次の構造式を有するリレン（ｒｙｌｅｎｅ）フラグメントである。

式中、一連の電子供与基及び受容基は、分極（ＮＬＥ）の非線形効果を有するフラグメントが、次の化学構造（ｔ＝１のとき）によって示されるように、コア１のフェニル環のリレン（ｒｙｌｅｎｅ）及び／又はフェニル環の先端位置に位置する、３つの供与基−ＮＨ_２及び３つの受容基−ＮＯ_２（ｍは、６に等しい）を含む。

式中、抵抗性置換基（Ｒ４）は、次の種類のアミン構造であり、

次の構造式（ＶＩ）にいたる。

式中、抵抗性置換基は、連結基を介して結合される。

本開示の一実施形態では、電気分極性化合物における誘起された分極Ｐ_ｉｎｄは、一連の局所的な電場Ｅ_ｌｏｃの強度に分解する形で記してよい。

式中、αは、線形分極率を示し、βは、二乗分極率を示す。

一態様では、本開示は、本開示の電気分極性化合物を含む有機溶媒を提供する。一実施形態では、溶液は、異なる電気分極性化合物の混合物を含む。本開示の有機溶媒の別の実施形態では、電気分極性化合物の混合物は、異なる長さのリレン（ｒｙｌｅｎｅ）フラグメントを含む。更に別の実施形態では、有機溶媒は、ケトン、カルボン酸、炭化水素、環式炭化水素、塩化炭化水素、アルコール、エーテル、エステル及び任意のそれらの組合せを含む一覧から選択される。更に別では、有機溶媒は、アセトン、キシレン、トルエン、エタノール、メチルシクロヘキサン、エチルアセテート、ジエチルエーテル、オクタン、クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、トリクロロエテン、テトラクロロエテン、四塩化炭素、１，４−ジオキサン、テトラヒドロフラン、ピリジン、トリエチルアミン、ニトロメタン、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド及び任意のそれらの組合せを含む一覧から選択される。開示された更に別の実施形態では、溶液は、リオトロピック液晶溶液である。

別の態様では、本開示の態様は、少なくとも１種類の本開示の電気分極性化合物を含む結晶メタ誘電体（ｍｅｔａｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）層を提供する。結晶メタ誘電体（ｍｅｔａｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）層は、カスケード結晶化によって本開示の有機化合物から作製される；Ｏｐｔｉｖａプロセスとして既知の薄い結晶フィルム（又は薄い結晶層）の製造方法。米国特許第５，７３９，２９６号及び同第６，０４９，４２８号並びにＰ．Ｌａｚａｒｅｖらの「Ｘ−ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｂｙ Ｌａｒｇｅ Ａｒｅａ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｎａｎｏ−ｆｉｌｍｓ」，Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，１４（４），３０３−３１１（２００１）、及びＢｏｂｒｏｖの「Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｔｈｉｎ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｆｉｌｍ Ｐｏｌａｒｉｚｅｒｓ」，Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，１４（３），１９１−２０３（２００１）を参照のこと。

カスケード結晶化プロセスは、結晶メタ誘電体（ｍｅｔａｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）層形成中における、化学修飾工程及び４つの配列工程を含む。化学修飾工程は、本開示の有機化合物の分子の周辺に親水性基を導入し、本分子に両親媒性特性付与する。両親媒性分子は、互いに超分子へとスタッキングし、これが、第１の配列工程である。ある濃度で、超分子は、液晶状態へと転換し、リオトロピック液晶を形成し、これが、第２の配列工程である。リオトロピック液晶は、せん断力（又はメニスカス）方向が、得られた固体結晶層の結晶軸方向を決定するように、せん断力（又はメニスカス力）の作用下でＭａｙｅｒ Ｒｏｄのせん断技術に基づいて、基材に付着される。リオトロピック液晶に対する外部整列処理は任意のその他の手法を使用して、例えば、通常温度又は高温で、追加の、照度、磁場又は光学的な場（例えば、コヒーレント光起電力効果）とともに又はそれなしで、外部電場を印加することによって行うことができ、；外部整列処理の程度は、リオトロピック液晶の超分子に必要な配向を付与し、誘電体層の結晶格子の基礎として作用する構造を形成するために十分でなければならない。この方向性のある付着は、第３の配列工程であり、基材表面における結晶構造又は多結晶構造の広範囲の配列を示す。カスケード結晶化プロセスにおける最後の第４の工程は、乾燥／結晶化であり、この工程では、リオトロピック液晶を固体結晶誘電体層へと転換させる。用語、カスケード結晶化プロセスは、組合せのプロセスとして化学修飾及び４つの配列工程を意味するために使用される。

カスケード結晶化プロセスは、結晶性メタ誘電体（ｍｅｔａｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）の薄層を作製するために使用される。カスケード結晶化プロセスによって作製された誘電体層は、広範囲の秩序性を有し、これは、基材表面全体にわたる層の結晶軸の方向が、本付着プロセスによって制御されることを意味する。付着した材料の分子は、拡散又は運動の自由が限定された超分子へとパッキングされる。結晶誘電体の薄層は、一光学軸の方向において３．４±０．３オングストローム（Ａ）の格子面間隔によって特徴付けられる。

本開示の一実施形態では、結晶メタ誘電体（ｍｅｔａｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）層は、異なる長さのリレン（ｒｙｌｅｎｅ）フラグメントを含む電気分極性化合物によって形成されるカラム様超分子を含む。リレン（ｒｙｌｅｎｅ）フラグメントの様々な長さによって、スタッキングのランダム性が増大する。本開示における態様の一実施形態では、層の比誘電率は、１０００以上である。一実施形態では、結晶メタ誘電体（ｍｅｔａｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）層について比誘電率（ε’）の実数部分は、次式の１次（ε^（１））及び２次（ε^（２））誘電率を含む。

式中、Ｖ_０は、結晶メタ誘電体（ｍｅｔａｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）層に印加されるＤＣ電圧であり、ｄは、層厚みである。本発明の別の実施形態では、層の抵抗率は、１０^１３ｏｈｍ／ｃｍ以上である。

本開示は、互いに平行に位置する２つの金属電極を含むメタコンデンサー（ｍｅｔａｃａｐａｃｉｔｏｒ）を提供し、これは、巻いているか又は平面及び平板であり得、前記電極間のメタ誘電体（ｍｅｔａｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）層であり得る。この層は、上記に開示されるような電気分極性化合物を含む。

メタコンデンサー（ｍｅｔａｃａｐａｃｉｔｏｒ）は、図１Ａに示すように、第１電極１、第２電極２及び前記第１及び第２電極間に配置されたメタ誘電体（ｍｅｔａｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）層３を備える。電極１及び２は、銅、亜鉛若しくはアルミニウムなどの金属又はグラファイト若しくはカーボンナノ材料などのその他の導電性材料から作製してよく、一般に平板な形状である。

電極１、２は、平面的及び平板であって、互いに平行に位置してよい。あるいは、電極は、平板及び平行であってよいが、平面的である必要はなく、それらは、コイル状か、巻いているか、折れ曲がっているか、折りたたまれているか又はその他の形状であってよく、コンデンサーの全体的な波形率を減少させる。電極は、非平面的、非平板若しくは非平行又はこれらにおける２つ以上の幾つかの組合せもまた可能である。限定されないが例として、電極１及び２間の間隔は、約１００ｎｍ〜約１００μｍの範囲であってよい。電極１及び２間の最大電圧Ｖ_ｂｄは、およそ絶縁電界Ｅ_ｂｄ及び電極間隔ｄの積である。電極１及び２間のＥ_ｂｄ＝０．１Ｖ／ｎｍ及び間隔ｄが、１００マイクロメートル（１００，０００ｎｍ）である場合、最大電圧Ｖ_ｂｄは、１０，０００ボルトになる。

電極１及び２は、互いに同一形状、同一寸法及び同一面積Ａを有していてよい。限定されないが例として、それぞれの電極１及び２の面積Ａは、約０．０１ｍ^２〜約１０００ｍ^２の範囲であってよい。巻いているコンデンサーに関して、限定されないが例として、電極は、最大で、例えば、１０００ｍ長さ及び１ｍ幅である。

これらの範囲は、限定されない。電極間隔ｄ及び面積Ａのその他の範囲は、本開示の態様の範囲内である。

間隔ｄが、電極における特有の直線上の寸法（例えば、長さ及び／又は幅）と比較して小さい場合、コンデンサーの静電容量Ｃは、次式によって近似してよい。

式中、ε_０は、自由空間（８．８５Ｘ１０^−１２クーロン２／（ニュートン−メートル^２））の誘電率であり、εは、誘電体層の誘電率である。コンデンサーのエネルギー蓄積容量Ｕは、次式のように近似してよい。

エネルギーの蓄積容量Ｕは、誘電率ε、面積Ａ及び絶縁電界Ｅ_ｂｄによって決定される。適切な工学技術によって、コンデンサー又はコンデンサーバンクを任意の所望のエネルギー蓄積容量Ｕを有するように設計してよい。限定されないが例として、本開示の態様のコンデンサーについて、誘電率ε、電極面積Ａ及び絶縁電界Ｅ_ｂｄに関して上記に示す範囲は、約５００ジュール〜約２・１０１６ジュールの範囲のエネルギー蓄積容量Ｕを有してよい。

本明細書に記載される種類のコンデンサーは、実施する際にそれほど限定されないものの、例えば、約１００〜約１，０００，０００の範囲の誘電率ε及び例えば、約０．１及び０．５Ｖ／ｎｍ間の定数である絶縁電界Ｅ_ｂｄに対して、約１０Ｗ・ｈ／ｋｇ〜最大約１００，０００Ｗ・ｈ／ｋｇの範囲の、単位質量当たりの比エネルギー容量を有してよい。

本開示は、例えば、図１Ｂに示すようなコイル状である、メタコンデンサー（ｍｅｔａｃａｐａｃｉｔｏｒ）を含む。本実施例では、メタコンデンサー（ｍｅｔａｃａｐａｃｉｔｏｒ）２０は、第１電極２１、第２電極２２及び前記第１及び第２電極間に配置され、本明細書で上記される種類のメタ誘電体（ｍｅｔａｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）材料層２３を備える。電極２１及び２２は、銅、亜鉛若しくはアルミニウムなどの金属又はグラファイト若しくはカーボンナノ材料などのその他の導電性材料から作製してよく、一般に平板な形状である。一実施では、電極及びメタ誘電体（ｍｅｔａｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）材料層２３は、互いに挟まれた材料における長い帯状の形態であり、電極２１及び２２間の電気的短絡を防ぐために、絶縁材料、例えば、ポリプロピレン又はポリエステルなどのプラスチックフィルムに沿ってコイル状に巻き付けられる。

本発明が、より容易に理解され得るために、本発明の例示を意図しているが、範囲を限定することを意図していない次の実施例を参照する。
実施例１：本実施例は、次の構造の機構に従って本開示の有機化合物の合成を記載する。

手順：

テリレン（Ｔｅｒｒｙｌｅｎｅ）無水物１（１当量）及び１−ブロモメタンアミン（１当量）を、イミダゾール中において１３０℃で一晩攪拌した。混合物をＴＨＦに溶解させ、水で３回洗浄した。この有機物質を混ぜ合わせて、ＭｇＳＯ_４上で乾燥した。溶媒を減圧下で除去し、２を得た。

テリレン（Ｔｅｒｒｙｌｅｎｅ）イミド２（１当量）を、ＴＨＦに溶解させ、氷浴で攪拌した。ＴＨＦに溶解した水素化リチウムアルミニウム（５当量）をゆっくりと添加した。混合物を周囲温度まで暖め、１８時間攪拌した。混合物を２ＭＮａＯＨでクエンチし、ろ過し、ＭｇＳＯ_４上で乾燥し、溶媒を減圧下で除去し、３を得た。

テリレン（Ｔｅｒｒｙｌｅｎｅ）３（１当量）及びＰｄ／Ｃ（２０％ｗｔ／ｗｔ）を、Ｈ_２バルーンを取り付けた三つ口フラスコ内のＴＨＦ中で１８時間攪拌した。混合物を、セライトを通してろ過し、溶媒を減圧下で除去し、４を得た。

ブロモアミン４（１当量）、アントラセン５（１当量）、Ｐｄ（Ｐｈ）_４（１０ｍｏｌ％）、Ｋ_２ＣＯ_３（１．５当量）を、トルエン中において７０℃で１８時間攪拌した。混合物を、セライトを通してろ過し、ろ液をＮａＨＣＯ_３及びブラインで洗浄した。この有機物質をＭｇＳＯ_４上で乾燥し、溶媒を減圧下で除去し、６を得た。

ナフタレン無水物７（１当量）及びアントラセン６（１当量）を１３０℃にてイミダゾール中で一晩攪拌した。混合物をＴＨＦに溶解させ、水で３回洗浄した。この有機物質を混ぜ合わせて、ＭｇＳＯ_４上で乾燥した。溶媒を減圧下で除去し、８を得た。

アミジン８（１当量）及びＰｄ／Ｃ（２０％ｗｔ／ｗｔ）をＨ_２バルーンを取り付けた三つ口フラスコ内のＴＨＦ中で１８時間攪拌した。混合物を、セライトを通してろ過し、溶媒を減圧下で除去し、９を得た。

アミジン８（１当量）をＴＨＦ中に溶解させ、−８０℃で攪拌した。Ｎ−ブチルリチウム（１．２当量、ヘキサン中２．５Ｍ）を滴加した。１時間後、トリイソプロピルボランを滴加し、室温まで一晩暖めた。混合物をＮａＨＣＯ_３及びブラインで洗浄し、ＭｇＳＯ_４上で乾燥した。溶媒を減圧下で除去し、１０を得た。

ブロモ−アミジン９（１当量）、アミジンボロン酸エステル１０（１当量）、Ｐｄ（Ｐｈ）_４（１０ｍｏｌ％）、Ｋ_２ＣＯ_３（１．５当量）を、トルエン中において７０℃で１８時間攪拌した。混合物を、セライトを通してろ過し、ろ液をＮａＨＣＯ_３及びブラインで洗浄した。この有機物質をＭｇＳＯ_４上で乾燥し、溶媒を減圧下で除去し、１１を得た。

１．４８ｇ（１３ｍｍｏｌ）のカリウムｔｅｒｔ−ブトキシド、２．３０ｇ（１５．１ｍｍｏｌ）のジアザビシクロ［５．４．０］ウンデカ−７−エン（ＤＢＵ）、２．２ｇで３６．３ｍｍｏｌ）のエタノールアミン及び１．０ｇの１１の混合物を１４０℃まで１１時間加熱した。その後、同一量のカリウムｔｅｒｔ−ブトキシド、ＤＢＵ及びエタノールアミンを添加し、混合物を１４０℃で１８時間維持した。反応混合物を室温まで冷却し、２５０ｍｌの１ＭＨＣｌに注ぎ、ろ過し、中性のｐＨまで洗浄し、次に乾燥し、最終生成物１２を得た。
実施例２：本実施例は、次の構造の機構に従って本開示の有機化合物の合成を記載する。

手順：

ブロモアミン４（１当量）、ナフタレン１４（１当量）、Ｐｄ（Ｐｈ）_４（１０ｍｏｌ％）、Ｋ_２ＣＯ_３（１．５当量）をトルエン中において７０℃で１８時間攪拌した。混合物を、セライトを通してろ過し、ろ液をＮａＨＣＯ_３及びブラインで洗浄した。この有機物質をＭｇＳＯ_４上で乾燥し、溶媒を減圧下で除去し、１５を得た。

ナフタレン無水物１６（１当量）及びナフタレン１５（１当量）をイミダゾール中において１３０℃で一晩攪拌した。混合物をＴＨＦに溶解させ、水で３回洗浄した。この有機物質を混ぜ合わせて、ＭｇＳＯ_４上で乾燥した。溶媒を減圧下で除去し、１７を得た。

アミジン１７（１当量）及びＰｄ／Ｃ（２０％ｗｔ／ｗｔ）をＨ_２バルーンを取り付けた三つ口フラスコ内のＴＨＦ中で１８時間攪拌した。混合物を、セライトを通してろ過し、溶媒を減圧下で除去し、１８を得た。

アミジン１７（１当量）をＴＨＦ中に溶解させ、−８０℃で攪拌した。Ｎ−ブチルリチウム（１．２当量、ヘキサン中２．５Ｍ）を滴加した。１時間後、トリイソプロピルボランを滴加し、室温まで一晩暖めた。混合物をＮａＨＣＯ_３及びブラインで洗浄し、ＭｇＳＯ_４上で乾燥した。溶媒を減圧下で除去し、１９を得た。

ブロモ−アミジン１８（１当量）、アミジンボロン酸エステル１９（１当量）、Ｐｄ（Ｐｈ）_４（１０ｍｏｌ％）、Ｋ_２ＣＯ_３（１．５当量）をトルエン中において７０℃で１８時間攪拌した。混合物を、セライトを通してろ過し、ろ液をＮａＨＣＯ_３及びブラインで洗浄した。この有機物質をＭｇＳＯ_４上で乾燥し、溶媒を減圧下で除去し、２０を得た。

１．４８ｇ（１３ｍｍｏｌ）のカリウムｔｅｒｔ−ブトキシド、２．３０ｇ（１５．１ｍｍｏｌ）のジアザビシクロ［５．４．０］ウンデカ−７−エン（ＤＢＵ）、２．２ｇで３６．３ｍｍｏｌ）のエタノールアミン及び１．０ｇの２０の混合物を１４０℃まで１１時間加熱した。その後、同一量のカリウムｔｅｒｔ−ブトキシド、ＤＢＵ及びエタノールアミンを添加し、混合物を１４０℃で１８時間維持した。反応混合物を室温まで冷却し、２５０ｍｌの１ＭＨＣｌに注ぎ、ろ過し、中性のｐＨまで洗浄し、次に乾燥し、最終生成物２１を得た。

本開示の態様は、高い非線形電気分極率によって特徴付けられる化合物を提供する。このような化合物は、非常に高い静電容量及び非常に高いエネルギー蓄積容量を有するメタコンデンサー（ｍｅｔａ−ｃａｐａｃｉｔｏｒ）用の高い誘電率のメタ誘電体（ｍｅｔａｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）として有用である。上記が、本発明における好ましい実施形態の完成した記載であるものの、様々な代替、修正及び均等物に使用することが可能である。したがって、本発明の範囲は、上記を参照することなく決定されるべきであるが、その代わりに、添付の特許請求の範囲とそれらの完全な範囲の等価物を参照して決定されるべきである。好ましいか又はそうでないかいずれにせよ、本明細書に記載される任意の特徴は、好ましいか又はそうでないかいずれにせよ、本明細書に記載される任意のその他の特徴と組み合わせてよい。以下の特許請求の範囲では、不定冠詞「Ａ」又は「Ａｎ」は、明示的に別段の指定がある場合を除いて、その冠詞に続く品目の１つ以上の量を意味する。本発明で使用する場合、代替要素として列挙されるときの用語「又は」は、明示的に別段の指定がある場合を除いて、論理的に包括する意味で使用され、例えば、「Ｘ又はＹ」は、Ｘのみ、Ｙのみ又はＸとＹの双方一緒を含む。代替として列挙される２つ以上の要素は、共に組み合わせてよい。添付の特許請求の範囲は、語句「〜する手段（ｍｅａｎｓ ｆｏｒ）」を使用する所定の特許請求の範囲でこのような限定が明示されない限り、ミーンズ−プラス−ファンクションの限定を含むと解釈されるべきでない。

Claims (34)

1. 電気分極性化合物であって、次の一般式（Ｉ）を有し、
   

   

   式中、コア１は、２次元の平面的な形態を有し、カラム様超分子のｐｉ−ｐｉスタッキングによって自己組織化した芳香族多環式共役分子であり、Ｒ１は、前記芳香族多環式共役分子（コア１）に結合した電子供与基であり、Ｒ１’は、前記芳香族多環式共役分子（コア１）に結合した電子受容基であり、ｍは、受容基Ｒ１の数であり、ｍ’は、供与基Ｒ’数であり、ｍ及びｍ’は、０、１、２、３、４、５又は６に等しく、式中、ｍ及びｍ’の双方が、０に等しくなく、Ｒ２は、前記芳香族多環式共役分子（コア１）に直接又は連結基を介して結合した、イオン性液体に使用されるある種類のイオン性化合物からの、１つ以上のイオン基を含む置換基であり、ｐは、イオン基Ｒ２の数であり、０、１、２、３又は４に等しく、
   式中、少なくとも１つの基Ｒ１及び／又はＲ１’を有する前記コア１を含有するＮＬＥと印がつけられたフラグメントは、分極の非線形効果を有し、
   式中、コア２は、導電性オリゴマーであり、ｎは、前記導電性オリゴマーの数であり、０、２又は４に等しく、Ｒ３は、前記電気導電性オリゴマー（コア２）に直接又は連結基を介して結合した、イオン性液体に使用されるある種類のイオン性化合物からの、１つ以上のイオン基を含む置換基であり、ｓは、前記イオン基Ｒ３の数であり、０、１、２、３又は４に等しく、
   式中、Ｒ４は、溶媒中における有機化合物の溶解性をもたらし、前記カラム様超分子を互いに電気的に絶縁させ、前記芳香族多環式共役分子（コア１）及び／又は前記導電性オリゴマー（コア２）に直接又は連結基を介して結合した抵抗性置換基であり、ｋは、置換基Ｒ４の数であり、０、１、２、３、４、５、６、７又は８に等しい、電気分極性化合物。
2. 式中、前記芳香族多環式共役分子（コア１）が、１つ以上のリレン（ｒｙｌｅｎｅ）フラグメントを含む、請求項１に記載の電気分極性化合物。
3. 式中、１つ以上の前記リレン（ｒｙｌｅｎｅ）フラグメントが、１つ以上のフェニル基及び／又は１つ以上のナフチル基及び／又は１つ以上のアントリル基と共役している、請求項２に記載の電気分極性化合物。
4. 式中、前記リレン（ｒｙｌｅｎｅ）フラグメントが、構造１〜１２から選択される、請求項２に記載の電気分極性化合物。
   

   

   
5. 式中、前記受容基（Ｒ１’）は、−ＮＯ_２、−ＮＨ_３＋及び−ＮＲ_３＋（第４級窒素の塩）、対イオンＣｌ−又はＢｒ−、−ＣＨＯ（アルデヒド）、−ＣＲＯ（ケト基）、−ＳＯ３Ｈ（スルホン酸）、−ＳＯ_３Ｒ（スルホン酸塩）、−ＳＯ_２ＮＨ_２（スルホンアミド）、−ＣＯＯＨ（カルボン酸）、−ＣＯＯＲ（カルボン酸側からのエステル）、−ＣＯＣｌ（カルボン酸塩化物）、−ＣＯＮＨ_２（カルボン酸側からのアミド）、−ＣＦ_３、−ＣＣｌ_３、−ＣＮ、−Ｃ（ＣＮ）_２から選択され、式中、Ｒは、アルキル（メチル、エチル、イソプロピル、ｔｅｒｔ−ブチル、ネオペンチル、シクロヘキシル等）、アリル（−ＣＨ_２−ＣＨ＝ＣＨ_２）、ベンジル（−ＣＨ_２Ｃ_６Ｈ_５）基、フェニル（＋置換フェニル）及びその他のアリール（芳香族）基を含む一覧から選択されるラジカルである、請求項１に記載の電気分極性化合物。
6. 式中、前記供与基（Ｒ１）が、−Ｏ−（−ＯＮａ又は−ＯＫのようなフェノキシド）、−ＮＨ_２、−ＮＨＲ、−ＮＲ_２、−ＯＨ、−ＯＲ（エーテル）、−ＮＨＣＯＲ（アミン側からのアミド）、−ＯＣＯＲ（アルコール側からのエステル）、アルキル、−Ｃ_６Ｈ_５、ビニルから選択され、式中、Ｒが、アルキル（メチル、エチル、イソプロピル、ｔｅｒｔ−ブチル、ネオペンチル、シクロヘキシル等）、アリル（−ＣＨ_２−ＣＨ＝ＣＨ_２）、ベンジル（−ＣＨ_２Ｃ_６Ｈ_５）基、フェニル（＋置換フェニル）及びその他のアリール（芳香族）基を含む一覧から選択されるラジカルである、請求項１に記載の電気分極性化合物。
7. 式中、少なくとも１つの前記連結基が、次の構造１３〜２３を含む一覧から選択され、式中、Ｘは、水素（Ｈ）又はアルキル基である、請求項１に記載の電気分極性化合物。
   

   

   
8. 式中、少なくとも１つの前記連結基が、ＣＨ_２、ＣＦ_２、ＳｉＲ_２Ｏ、ＣＨ_２ＣＨ_２Ｏの群から選択され、式中、Ｒが、Ｈ、アルキル及びフッ素を含む一覧から選択される、請求項１に記載の電気分極性化合物。
9. 式中、少なくとも１つの前記連結基が、構造２４〜２９から選択される、請求項１に記載の電気分極性化合物。
   

   

   
10. 式中、前記抵抗性置換基Ｒ４が、アルキル、アリール、置換アルキル、置換アリール、フッ素化アルキル、塩素化アルキル、分岐鎖及び錯体のアルキル、分岐鎖及び錯体のフッ素化アルキル、分岐鎖及び錯体の塩素化アルキル基並びに任意のそれらの組合せの群から選択される、請求項１に記載の電気分極性化合物。
11. 式中、前記アルキル基が、メチル、エチル、プロピル、ｎ−ブチル、ｉｓｏ−ブチル及びｔｅｒｔ−ブチル基から選択され、前記アリール基が、フェニル、ベンジル及びナフチル基又はシロキサン並びに／又は直鎖又は分岐鎖としてのポリエチレングリコールから選択される、請求項１０に記載の電気分極性化合物。
12. 式中、前記抵抗性置換基Ｒ４が、Ｃ_ＸＱ_２Ｘ＋１であり、式中、Ｘ≧１及びＱが、水素（Ｈ）、フッ素（Ｆ）又は塩素（Ｃｌ）である、請求項１に記載の電気分極性化合物。
13. 式中、前記芳香族多環式共役分子（コア１）並びに前記の基Ｒ１及びＲ１’が、非中心対称性分子構造を形成する、請求項１に記載の電気分極性化合物。
14. 式中、前記芳香族多環式共役分子（コア１）、前記の基Ｒ１及びＲ１’並びに前記抵抗性置換基（Ｒ４）が、非中心対称性分子構造を形成する、請求項１に記載の電気分極性化合物。
15. 次の一般式（ＩＩ）を有し、
    

    

    式中、前記コア１が、前記芳香族多環式共役分子であり、抵抗性置換基Ｒ４が、化合物ＩＩの非共役部分であり、単環式又は縮合多環式のいずれかであり、式中、前記単環式又は多環式が、Ｈ、Ｆ、Ｃｌ及び／又はＢｒで飽和したＳＰ３炭素の高密度の充填を有する堅い空間的構造を形成する、飽和炭化水素又は飽和ハロ炭素のいずれかであり、式中、ｋが、置換基Ｒ４の数であり、０、１、２、３、４、５、６、７又は８に等しく、パラメーターｎ＝ｐ＝ｓ＝０である、請求項１に記載の電気分極性化合物。
16. 式中、前記非共役部分の長さが、前記電気分極性化合物の抵抗率が、ｌ０^１８ｏｈｍ ｃｍ超であるように選択される、請求項１６に記載の電気分極性化合物。
17. 式中、前記非共役部分の長さが、前記電気分極性化合物の抵抗率が、１０^１８ｏｈｍ・ｃｍ及び１０^２４ｏｈｍ・ｃｍの間であるように選択される、請求項１６に記載の電気分極性化合物。
18. 式中、前記抵抗性置換基Ｒ４が、多環式アルキル基及び多環式ハロ−アルキル基であり、式中、前記多環式ハロ−アルキル基では、前記求電子基（アクセプター）Ｒ１が結合した前記コア１の先端又は前記求核性基（ドナー）Ｒ１’が結合した前記コア１の先端に結合するが、両方ではない、請求項１６に記載の電気分極性化合物。
19. 式中、前記抵抗性置換基Ｒ４が、長いＣ_２５Ｈ_３４及びＣ_２５Ｈ_３５又はＣ_２５Ｆ_３４及びＣ_２５Ｆ_３５を含む一覧から選択され、コア１の前記フェニル、ナフチル又はアントリル環の先端に位置する、抵抗性多環式置換基である、請求項１６に記載の電気分極性化合物。
20. 次の一般式（ＩＩＩ）を有し、
    

    

    式中、Ｒ１’が受容基であり、Ｒ１が供与基である、請求項１６に記載の電気分極性化合物。
21. 式中、ｔが１〜５で変化する繰り返しパラメーターである場合、前記コア１が、次の構造式を有するリレン（ｒｙｌｅｎｅ）フラグメントであり、
    

    

    式中、前記一連の前記電子供与基及び受容基が、分極（ＮＬＥ）の非線形効果を有する前記フラグメントが、次の化学構造（ｔ＝１のとき）によって示されるように、前記コア１のリレン（ｒｙｌｅｎｅ）環若しくはフェニル、ナフチル及び／若しくはアントリル環の先端位置又はリレン（ｒｙｌｅｎｅ）環とフェニル、ナフチル及び／若しくはアントリル環の先端位置の双方に位置する２つの供与基−ＮＨ_２及び２つの受容基−ＮＯ_２（ｍは、４に等しい）を含み、
    

    

    式中、前記抵抗性置換基（Ｒ４）が、次の種類の式を有するアミン構造であり、
    

    

    それによって、前記電気分極性化合物が、次の構造式（ＩＶ）を有し、
    

    

    式中、前記抵抗性置換基Ｒ４が、前記コア１に連結基を介して結合される、請求項２１に記載の電気分極性化合物。
22. 一般式（Ｖ）を有し、
    

    

    式中、前記コア１が、前記芳香族多環式共役分子であり、Ｒ１が、供与基であり、Ｒ１’が、受容基である、請求項１６に記載の前記電気分極性化合物。
23. 式中、繰り返しパラメーターｔが１〜５で変化する場合、前記コア１が、次の構造式を有するリレン（ｒｙｌｅｎｅ）フラグメントであり、
    

    

    式中、前記電子供与基Ｒ１が、３つの供与基−ＮＨ_２を含み、前記電子受容基Ｒ１’が、３つの受容基−ＮＯ_２を含み、式中、前記フラグメントが、次の化学構造（ｔ＝１のとき）によって示されるような分極（ＮＬＥ）の非線形効果を有するように、３つの前記供与基Ｒ１及び３つの前記受容基Ｒ１’が、コア１のフェニル環のリレン（ｒｙｌｅｎｅ）位置又はコア１のフェニル、ナフチル及び／若しくはアントリル環の先端位置に位置し、
    

    

    式中、前記抵抗性置換基（Ｒ４）が、アミン構造であり、
    

    

    それによって、前記電気分極性化合物が、次の構造式（ＶＩ）を有し、
    

    

    式中、前記抵抗性置換基が、連結基を介して結合される、請求項２３に記載の電気分極性化合物。
24. 有機溶媒及び請求項１に記載の少なくとも１種類の電気分極性化合物を含む、溶液。
25. 異なる電気分極性化合物の混合物を含む、請求項２４に記載の溶液。
26. 式中、前記電気分極性化合物の前記混合物が、異なる長さのリレン（ｒｙｌｅｎｅ）フラグメントを含む、請求項２４に記載の溶液。
27. 前記有機溶媒が、ケトン、カルボン酸、炭化水素、環式炭化水素、塩化炭化水素、アルコール、エーテル、エステル及び任意のそれらの組合せを含む一覧から選択される、請求項２４に記載の溶液。
28. 前記有機溶媒が、アセトン、キシレン、トルエン、エタノール、メチルシクロヘキサン、エチルアセテート、ジエチルエーテル、オクタン、クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、トリクロロエテン、テトラクロロエテン、四塩化炭素、１，４−ジオキサン、テトラヒドロフラン、ピリジン、トリエチルアミン、ニトロメタン、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド及び任意のそれらの組合せを含む一覧から選択される、請求項２４に記載の溶液。
29. 式中、前記溶液が、リオトロピック液晶溶液である、請求項２４に記載の溶液。
30. 式中、前記非線形分極性フラグメントが、１つ以上のＲ１基を有する芳香族多環式共役分子を含み、式中、前記１つ以上のＲ１及び／又はＲ１’基が、抵抗性エンベロープを形成して、前記有機化合物を溶媒に溶解させ、前記カラム様超分子を互いに電気的に絶縁させる、請求項１に記載の電気分極性化合物の混合物を含む、メタ誘電体（ｍｅｔａｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）層。
31. 式中、前記カラム様超分子が、異なる長さのリレン（ｒｙｌｅｎｅ）フラグメントを含む前記電気分極性化合物によって形成される、請求項３０に記載のメタ誘電体（ｍｅｔａｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）層。
32. 式中、前記メタ誘電体（ｍｅｔａｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）層の比誘電率が、１０００以上である、請求項３０に記載のメタ誘電体（ｍｅｔａｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）層。
33. 式中、前記層の抵抗率が、１０^１３ｏｈｍ／ｃｍ以上である、請求項３０に記載のメタ誘電体（ｍｅｔａｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）層。
34. メタコンデンサー（ｍｅｔａ−ｃａｐａｃｉｔｏｒ）であって、互いに平行に位置する２つの金属電極を含み、これは、前記電極間に前記メタ誘電体（ｍｅｔａｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）層を有し、巻いているか又は平面及び平板であり得、前記メタ誘電体（ｍｅｔａｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）層が、１種類以上の、請求項１に記載の電気分極性化合物を含み、少なくとも１つの基Ｒ１又はＲ１’、前記導電性オリゴマー及び電子及び／又はイオン型分極率を有する前記イオン基を有する芳香族多環式共役分子を含む前記非線形分極性フラグメントが、溶媒中における前記有機化合物の溶解性をもたらし、前記カラム様超分子を互いに電気的に絶縁させる、抵抗性置換基Ｒ１及び／又はＲ１’によって形成される抵抗誘電性エンベロープに設置される、メタコンデンサー（ｍｅｔａ−ｃａｐａｃｉｔｏｒ）。

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