TW201438908A - 製備電活性物件的方法及其製成的電活性物件 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種製備電活性物件之方法，其包括提供第一電極層之步驟。該方法進一步包括形成毗鄰且實質上平行於該第一電極層之電活性層之步驟。最後，該方法包括形成毗鄰且實質上平行於該電活性層佈置之第二電極層之步驟，由此製備該電活性物件。

Description

製備電活性物件的方法及其製成的電活性物件
本發明概言之係關於製備電活性物件之方法，且更特定而言係關於製備具有極佳機械性質之電活性物件之方法及其形成的電活性物件。
電活性聚合物為業內已知且特徵在於施加電場後其組態(例如大小及/或形狀)發生變化之能力。例如，電活性聚合物當佈置在兩電極之間並在兩電極之間施加電位差時展現組態變化。
使用電活性聚合物製備電活性物件或器件之方法亦為業內已知。例如，習用方法通常將電活性聚合物佈置在用作電極之兩層金屬之間。然而，該等習用方法耗時、昂貴且就輸出而言有限。例如，製備電活性物件之習用方法通常為分批製程且每一電活性物件係個別且單獨地製備。
本發明提供製備電活性物件之方法。該方法包括提供第一電極層之步驟。該方法進一步包括形成毗鄰且實質上平行於第一電極層之電活性層之步驟。最後，該方法包括形成毗鄰且實質上平行於電活性層佈置之第二電極層之步驟，由此製備電活性物件。
本發明亦提供根據該方法形成之電活性物件。
10‧‧‧電活性物件
12‧‧‧第二電極層
14‧‧‧電活性層
16‧‧‧第一電極層
本發明之其他優點及態樣可在結合附圖討論時闡述於以下詳細說明中，其中：
圖1係電活性物件之一實施例之示意性剖視圖。
本發明提供製備電活性物件之方法。電活性物件具有極佳物理性質且適用於許多不同應用及最終用途中。
該方法包括提供第一電極層之步驟。該方法進一步包括形成毗鄰且實質上平行於第一電極層之電活性層。最後，該方法包括形成毗鄰且實質上平行於電活性層佈置之第二電極層之步驟，由此製備電活性物件。例如，如圖1中所圖解說明，在電活性物件10中，在第一電極層16與第二電極層12之間通常夾入電活性層14。若需要，電活性物件可包含其他層，例如電活性物件可包含毗鄰第一及第二電極層中之任一者或兩者之額外電活性層，且額外電極層毗鄰任何額外電活性層佈置。
如下文更詳細闡述，可單獨形成第一電極層、電活性層及/或第二電極層，以在例如捲軸式製程中使用包括組合或組裝各別層之方法來製備電活性物件。
在某些實施例中，電活性層係自電活性聚合物形成。用於形成電活性層之電活性聚合物可係任何具有電活性性質之聚合物。例如，電活性聚合物之特定實例包含介電電活性聚合物、鐵電聚合物、電致伸縮接枝聚醇、液晶聚合物、離子電活性聚合物、電流變流體、離子聚合物-金屬複合物等。適用於本發明方法之電活性層之一特定實例揭示於標題為「ELECTROACTIVE ARTICLE INCLUDING MODIFIED ELECTROACTIVE LAYER」之共同待決美國專利申請案第61/746,584 號中，該申請案之全文以引用方式併入本文中。
第一電極層可藉由購買或獲得第一電極層之其他方式來提供。另一選擇為，第一電極層可在本發明方法中形成。第一及第二電極層可彼此相同或不同。為此，下文共同闡述第一及第二電極層，但應瞭解，第一及第二電極層可獨立地選自下文第一及第二電極層之各個實施例。
第一電極層在電活性物件中可起陽極或陰極作用，且類似地，第二電極層在電活性物件中可起陽極或陰極作用。第一及/或第二電極層可對電磁光譜之可見區域中之光透明或不透明。如本文所使用，術語「透明」意指具體層(例如，第一及/或第二電極層)或組件對電磁光譜之可見區域(例如在400nm至700nm之波長下)中之光具有至少30%、另一選擇為至少60%、另一選擇為至少80%的透光百分數。而且，如本文所使用，術語「不透明」意指具體層或組件對電磁光譜之可見區域中之光具有小於30%的透光百分數。
不論第一電極層在電活性物件中係起陽極抑或陰極作用(且因此不論第二電極層係起陽極抑或陰極作用)，第一及第二電極層仍可獨立地包括任何導電材料。例如，在某些實施例中，第一及/或第二電極層包括金屬、合金或金屬氧化物。該等材料之特定實例包含氧化銦、氧化錫、氧化鋅、氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅、氧化銻錫、摻雜氟之氧化錫、摻雜鋁之氧化鋅、鎳、金、鋼、鈦、科伐合金(covar)、銦鋼、鉭、黃銅、鈮、碳奈米管、石墨及其組合或其複合物。
第一電極層可替代性地或另外包括任何其他合金或複合物，例如Mg-Al、Ag-Mg、Al-Li、In-Mg及Al-Ca。此外另一選擇為，第一及/或第二電極層可自導電聚合物或形成導電固化產物之包含導電添加劑(例如填充劑)之組合物形成。如下文更詳細闡述，當使用組合物形成第一及/或第二電極層時，組合物可經固化以形成彈性物、發泡 體、凝膠、橡膠、樹脂等，只要固化產物導電即可。
在某些實施例中，第一電極層可於基板上提供或形成。例如，第一電極層可於釋放襯裡上提供或形成，且釋放襯裡可在第一電極層形成後自電活性物件移除或分離，或釋放襯裡可在製備電活性物件之前或期間自第一電極層移除或分離。另一選擇為，可以物理及/或化學方式將第一電極層黏合或黏著至基板(例如釋放襯裡)，以使得第一電極層甚至在藉助本發明方法形成電活性物件後黏合至基板。
在包含基板之各個替代性實施例中，基板可包括剛性或撓性材料。可用於形成基板之適宜材料之實例包含(但不限於)石英；熔融石英；氧化鋁；陶瓷；玻璃；聚烯烴，例如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯及聚對苯二甲酸乙二酯；氟碳聚合物，例如聚四氟乙烯及聚氟乙烯；聚醯胺，例如耐綸(Nylon)；聚醯亞胺；聚酯，例如聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(2,6-萘二甲酸乙二酯)及聚對苯二甲酸乙二酯；環氧樹脂；聚醚；聚碳酸酯；聚碸；及聚醚碸。
除其他因素外，基板之存在或不存在通常係基於第一電極層之剛度以及第一電極層係經形成抑或以其他方式提供來確定。例如，當第一電極層具有足夠剛性時(例如金屬或合金板或箔)，第一電極層可用作基板以在其上形成電活性層。另一選擇為，基板甚至可在第一電極層包括金屬或合金板或箔時使用。例如，在某些實施例中，第一電極層之厚度並不能提供用於在其上形成電活性層而無需來自基板之其他支撐之緩行剛度(amble rigidity)。另外，當在本發明方法中形成第一電極層時，第一電極層通常係在基板上形成，但第一電極層可視情況在第一電極層上形成電活性層之前自基板移除或分離。
在某些實施例中，第一及/或第二電極層可藉助沈積裝置來形成。沈積裝置包括物理氣相沈積裝置。在該等實施例中，沈積裝置通常係選自濺鍍裝置、原子層沈積裝置及DC磁控濺鍍裝置。濺鍍裝置 可係例如離子束濺鍍裝置、反應性濺鍍裝置、離子輔助濺鍍裝置等。例如，在某些實施例中，可藉助沈積裝置在電活性層上形成第二電極層。
在某些實施例中，第一及/或第二電極層具有歸因於至少一條導電纖維之導電性。導電纖維可包埋於主體基質中，例如任何聚合、細胞及/或彈性基質。主體基質可導電但無需導電。然而，當使用主體基質時，導電纖維通常存在於第一及/或第二電極之用於在其間傳送電流之相對主表面。在某些實施例中，主體基質係自聚矽氧組合物形成。
當第一及/或第二電極層包括導電纖維時，導電纖維可包括複數條導電纖維，另一選擇為單一導電纖維。第一及/或第二電極層之導電纖維可為編織或非編織纖維。導電纖維可自單一材料製造，另一選擇為自兩種或更多種不同材料之摻合物製造。材料之摻合物可為均質，另一選擇為非均質。此外，導電纖維可包括某些材料之組合及/或複合物。例如，第一及/或第二電極層內之不同導電纖維可獨立地包括不同材料。另外，當在第一及/或第二電極層中採用單一導電纖維時，單一導電纖維之組成可發生變化。
第一及/或第二電極層之導電纖維可獨立地為多孔或無孔，視情況具有一或多個多孔或無孔塗層。
如上文所介紹，第一及/或第二電極層之導電纖維可為編織的、非編織的或其組合。例如，當第一及/或第二電極層之導電纖維為編織纖維時，第一及/或第二電極層之導電纖維可彼此交織，以使得某一或某些導電纖維(或導電纖維之部分)實質上彼此平行(或與同一導電纖維之另一部分平行)，且某一或某些導電纖維(或導電纖維之部分)實質上彼此垂直(或垂直於同一導電纖維之另一部分)。另一選擇為，某一或某些導電纖維之間之角度除直角外可為例如銳角及/或鈍角。因 此，在第一及/或第二電極層之導電纖維為編織纖維時，導電纖維通常具有所定義之圖案。通常，該(等)編織導電纖維稱為布。另一選擇為，當第一及/或第二電極層之導電纖維為非編織纖維時，第一及/或第二電極層之導電纖維通常彼此纏結，以使得第一及/或第二電極層包含以機械、熱及/或化學方式黏合在一起而無所定義圖案之導電纖維網。彼此接觸之毗鄰導電纖維可彼此熔融(例如在其節點處)，另一選擇為彼此接觸但不熔融或以其他方式彼此黏合或其組合。通常，該等非編織導電纖維稱為席或粗紗。此外另一選擇為，導電纖維可係未以機械、熱及/或化學方式黏合在一起之鬆散及個別導電纖維。
導電纖維之特徵亦可在於包含形狀、尺寸、表面積、表面粗糙度、構造等之特徵。該等特徵中之一或多者可一致或不一致。導電纖維之尺寸、具體而言導電纖維之厚度通常係基於第一及/或第二電極層之期望物理性質來選擇。例如，在某些實施例中，第一及/或第二電極層足夠薄以使得電活性物件具有撓性，在該情形下導電纖維通常具有相當小之厚度。此外另一選擇為，導電纖維可包括至少一個尺寸小於約100奈米(nm)之奈米纖維。通常，此尺寸係指垂直於導電纖維長度之最大尺寸。
導電纖維可獨立地具有為橢圓形、球形、正方形、矩形或其他各種形狀之橫截面形狀。橫截面中之導電纖維構造可為單組份，另一選擇為多組份。多組份纖維可為雙組份，另一選擇為3組份或更大。雙組份纖維可具有鞘-芯型、基質-原纖型、海島型或並列型橫截面。
可視情況在使用之前對導電纖維進行熱處理以移除任何有機或其他污染物。例如，可在空氣中在高溫(例如575℃)下將導電纖維加熱適宜時間段(例如2小時)。
導電纖維之組成通常係基於第一及/或第二電極層之期望物理性質來選擇，且可包括任何可用於形成導電纖維之導電材料。此外，除 導電材料外，導電纖維可包括非導電材料。例如，可使用導電材料(例如基於碳或金屬之材料)來浸漬或塗覆非導電天然或合成纖維以賦予天然或合成纖維導電性。另一選擇為，導電纖維可完全導電，即導電纖維可不含非導電材料。
第一及/或第二電極層之導電纖維可藉助已知方法來形成，例如導電纖維可經購買或以其他方式獲得或可自例如紡絲形成。在某些實施例中，可藉助乾式紡絲、熔融紡絲、擠出紡絲、直接紡絲、凝膠紡絲、電紡絲及/或拉伸來紡絲成導電纖維。
可在多種方法中使用導電纖維來形成第一及/或第二電極層。
在多個實施例中，當第一電極層包括導電纖維時，可使導電纖維形成或以其他方式佈置在基板(例如釋放襯裡)上以提供第一電極層。當第一電極層包括主體基質時，可將導電纖維包埋或以其他方式納入用於形成主體基質之膜或組合物中。例如，當主體基質經使用且自聚矽氧組合物形成時，可將聚矽氧組合物佈置在基板上以形成聚矽氧膜，且可將導電纖維佈置、納入或以其他方式包埋於聚矽氧膜中。此外另一選擇為，導電纖維可具有足夠剛度以使得不需要基板(具有或不具有主體基質)。使用導電纖維形成第一電極層之多個實施例更詳細闡述於下文中。
在多個實施例中，當第二電極層包括導電纖維時，可使導電纖維形成或以其他方式佈置在電活性層上以形成第二電極層。端視所使用之具體電活性層，電活性層在使導電纖維形成或佈置於其上以形成第二電極層之前可呈未固化或固化狀態。作為一實例，可將導電纖維直接電紡絲至電活性層上以在電活性層上形成第二電極層，即電活性層可用作電紡絲製程之基板或晶圓。另一選擇為，可將導電纖維電紡絲至代用晶圓上且隨後傳送或佈置於電活性層上。此外另一選擇為，導電纖維可根據除電紡絲外之方法形成或獲得，例如在導電纖維為編 織纖維之情形下，可以任一方式將導電纖維佈置在電活性層上以形成第二電極層。當第二電極層包括主體基質時，可將導電纖維包埋或以其他方式納入用於形成主體基質之膜或組合物中。使用導電纖維形成第二電極層之多個實施例更詳細闡述於下文中。
例如，在第一及/或第二電極層包含主體基質且主體基質係自聚矽氧組合物形成之某些實施例中，可使用聚矽氧組合物來浸漬導電纖維，如上文所介紹。可使用多種方法用聚矽氧組合物來浸漬導電纖維。
例如，對於第一電極層，可將聚矽氧組合物施加至釋放襯裡或其他基板以形成聚矽氧膜。可使用習用塗覆技術將聚矽氧組合物施加至釋放襯裡，例如旋塗、浸塗、噴塗、刷塗或絲網印刷。聚矽氧組合物通常係以足以將導電纖維包埋於其中之量施加至釋放襯裡。釋放襯裡可視情況具有起皺表面以賦予第一電極層具體表面粗糙度或褶皺。另外，釋放襯裡可經塗覆或未經塗覆，且其上可包含一旦與釋放襯裡分離即可傳遞至第一電極層表面中之導電纖維、填充劑或其他添加劑。
可將導電纖維包埋於聚矽氧膜中，由此形成包埋聚矽氧膜。可藉由使導電纖維僅佈置於聚矽氧膜上並使聚矽氧組合物飽和導電纖維來將導電纖維包埋於聚矽氧膜中。然而，可將導電纖維首先沈積在釋放襯裡上，然後將聚矽氧組合物施加至導電纖維上。在另一實施例中，當導電纖維包括編織或非編織織物時，可在不使用釋放襯裡下藉由使導電纖維穿過聚矽氧組合物用聚矽氧組合物來浸漬導電纖維。通常在室溫(約23℃±2℃)下使導電纖維以1cm/s至1,000cm/s之速率穿過聚矽氧組合物。在其他實施例中，導電纖維係藉由電紡絲形成。聚矽氧膜可用作用於電紡絲製程之基板或晶圓以使電紡纖維直接沈積在聚矽氧膜上以形成第一電極層。另一選擇為，電紡纖維可經形成且隨 後佈置在聚矽氧膜中或其上。在可使用多種不同組合物來電紡絲導電纖維的同時，一該實例揭示於美國專利第8,262,980號中，該專利之全文以引用方式併入本文中。
可將包埋聚矽氧膜脫氣以形成經脫氣包埋聚矽氧膜。可在室溫(約23℃±2℃)至60℃之溫度下藉由使包埋聚矽氧膜經歷真空將其脫氣足夠時間段來移除裹入空氣。例如，通常可藉由在室溫下使包埋聚矽氧膜經歷1,000Pa至20,000Pa之壓力達5分鐘至60分鐘來使包埋聚矽氧膜脫氣。
脫氣後，若需要，可將額外量之聚矽氧組合物施加至經脫氣之包埋聚矽氧膜以形成經浸漬聚矽氧膜。如上文所闡述，可使用習用方法將聚矽氧組合物施加至經脫氣之包埋聚矽氧膜。亦可實施脫氣及聚矽氧組合物施加之額外及依序循環。
亦可壓縮經浸漬聚矽氧膜以移除過量聚矽氧組合物及/或裹入空氣，且減小經浸漬聚矽氧膜之厚度。經浸漬聚矽氧膜可使用諸如以下等習用設備來壓縮：不銹鋼輥、液壓機、橡膠輥或層壓輥組。經浸漬聚矽氧膜通常係在1,000Pa至10Mpa之壓力及室溫(約23℃±2℃)至50℃之溫度下來壓縮。
通常，固化經浸漬聚矽氧膜中之聚矽氧組合物以形成第一電極層。各別層一旦組合即可固化聚矽氧組合物以製備電活性物件，或可在組合各別層之前固化或部分固化聚矽氧組合物以製備電活性物件。如本文所定義，「固化」意指將可呈組成部分、混合物、溶液或摻合物形式之聚矽氧組合物暴露於室溫空氣下，在高溫下加熱或暴露於UV、電子束或微波輻射下。可使用任何已知習用方式來加熱，例如藉由將聚矽氧組合物或在此情形下將經浸漬聚矽氧膜置於空氣循環烘箱中來加熱。可在大氣壓力、次大氣壓力或超大氣壓力下加熱經浸漬聚矽氧膜。經浸漬聚矽氧膜通常係在大氣壓力下在室溫(約23℃±2 ℃)至250℃、另一選擇為室溫至200℃、另一選擇為室溫至150℃之溫度下加熱。將經浸漬聚矽氧膜加熱足夠時間長度以使聚矽氧組合物固化(交聯)。例如，通常在150℃至200℃之溫度下將經浸漬聚矽氧膜加熱0.1小時至3小時之時段。
另一選擇為，可在真空中在100℃至200℃之溫度及1,000Pa至20,000Pa之壓力下將經浸漬聚矽氧膜加熱0.5小時至3小時之時間以形成強化聚矽氧膜。可在真空中使用習用真空裝袋製程來加熱經浸漬聚矽氧膜。在典型製程中，在經浸漬聚矽氧膜上方施加洩流器(例如聚酯)，在洩流器上方施加通氣孔(例如耐綸、聚酯)，在通氣孔上方施加配備有真空噴嘴之真空袋膜(例如耐綸)，用膠帶密封總成，向密封總成施加真空(例如1,000Pa)，且如上文所闡述加熱真空袋。
上文所闡述方法之另一選擇為，可使聚矽氧組合物固化形成主體基質，且然後可將導電纖維佈置於主體基質上或包埋於其中以形成第一電極層。
當第二電極層包括主體基質且主體基質係自聚矽氧組合物形成時，可根據上文針對第一電極層闡述之相同方法來形成第二電極層。然而，可將聚矽氧組合物施加至電活性層而非釋放襯裡，該電活性層起基板作用以在其上形成第二電極層。另一選擇為，第二電極層可在其自身基板或釋放襯裡而非電活性層上形成。第二電極層可在製備電活性物件之前或之後自釋放襯裡分離或移除。
另一選擇或除纖維外，可將發泡物件用於或用作第一及/或第二電極層。發泡物件可自導電組合物形成，或發泡物件可經導電添加劑(例如導電填充劑)浸漬或以其他方式含有導電添加劑(例如導電填充劑)，以賦予發泡物件導電性。通常，當發泡物件在該等導電添加劑不存在下不導電時，發泡物件為開孔的。開孔發泡體之特定實例包含聚胺基甲酸酯、聚異氰尿酸酯、聚脲、聚矽氧等。該等開孔發泡物件 為業內已知。例如，包括聚胺基甲酸酯之開孔發泡物件可藉由使異氰酸酯與多元醇在發泡劑存在下反應來形成，該發泡劑可為化學及/或物理發泡劑。
導電發泡體之一實例揭示於美國專利第4,572,917號中，該專利之全文以引用方式併入本文中。
當第一及/或第二電極層包括開孔結構時，第一及/或第二電極層可根據上文關於導電纖維闡述之方法形成。例如，可在導電添加劑存在下形成第一及/或第二電極層，或可將導電添加劑引入發泡物件中以形成第一及/或第二電極。例如，可將包括導電添加劑之載劑溶劑或可固化組合物佈置於發泡物件上或其中以使得載劑溶劑或可固化組合物填滿發泡物件開孔之至少一部分。例如，可使用包括導電添加劑之膠質懸浮液。可視情況使載劑溶劑自第一及/或第二電極揮發並移除，以便將導電添加劑留在第一及/或第二電極層之開孔中。當使用可固化組合物時，可使可固化組合物固化以使得包含導電添加劑之固化產物穿過第一及/或第二電極層之開孔形成連續相。另一選擇為，可使發泡物件穿過、浸沒或佈置於載劑溶劑或可固化組合物中以使得載劑溶劑或可固化組合物至少部分填滿由發泡物件之開孔界定之孔洞。
當第一及/或第二電極層包括發泡物件時，發泡物件可獨立地分別跨越第一及/或第二電極層之整個厚度。另一選擇為，發泡物件可藉由主體基質(例如上文所闡述之主體基質)來囊封，在該情形下第一及/或第二電極層之發泡物件在第一及/或第二電極層之任一表面並不呈現任何開孔。此外另一選擇為，發泡物件可存在於第一及/或第二電極層中以使發泡物件並不囊封於第一及/或第二電極層內。例如，第一及/或第二電極層可包括位於第一及/或第二電極層之一或多個表面之發泡物件，該發泡物件通常將表面粗糙度引入第一及/或第二電 極層。
適用於形成第一及/或第二電極層之導電填充劑之特定實例包含氮化鋁、氧化鋁、三水合鋁、鈦酸鋇、氧化鈹、氮化硼、碳纖維、金剛石、石墨、氫氧化鎂、氧化鎂、金屬微粒、石華(onyx)、碳化矽、碳化鎢、氧化鋅及其組合。導電填充劑可包括金屬填充劑、無機填充劑、可熔融填充劑或其組合。金屬填充劑包含金屬粒子及粒子表面上具有層之金屬粒子。該等層本身通常可導電。適宜金屬填充劑係由選自由以下組成之群之金屬的粒子來例示：鋁、銅、金、鎳、銀及其組合，且另一選擇為鋁。適宜金屬填充劑進一步由在表面上具有選自由以下組成之群之層之上文所列示金屬的粒子來例示：氮化鋁、氧化鋁、氧化銅、氧化鎳、氧化銀及其組合。例如，金屬填充劑可包括在表面上具有氧化鋁層之鋁粒子。
可熔融填充劑可包括Bi、Ga、In、Sn或其合金。可熔融填充劑可視情況進一步包括Ag、Au、Cd、Cu、Pb、Sb、Zn或其組合。適宜可熔融填充劑之實例包含Ga、In-Bi-Sn合金、Sn-In-Zn合金、Sn-In-Ag合金、Sn-Ag-Bi合金、Sn-Bi-Cu-Ag合金、Sn-Ag-Cu-Sb合金、Sn-Ag-Cu合金、Sn-Ag合金、Sn-Ag-Cu-Zn合金及其組合。可熔融填充劑可具有介於50℃至250℃、另一選擇為150℃至225℃範圍內之熔點。可熔融填充劑可為共晶合金、非共晶合金或純金屬。
另一選擇為，導電填充劑可包括使導電層佈置在非導電填充劑周圍之非導電填充劑，例如無機填充劑。在該等實施例中，導電層賦予原本非導電填充劑導電性。
導電填充劑之形狀及大小並不受特定限制，然而，圓形或球形粒子可防止在高負載導電填充劑後黏度增加至不期望值。導熱填充劑粒子可具有用於在第一及/或第二電極層內有利定向之期望縱橫比。
導電填充劑可以單一導電填充劑或兩種或更多種導電填充劑之 組合使用，該兩種或更多種導電填充劑在至少一個諸如粒子形狀、平均粒度、粒度分佈及填充劑類型等性質方面有所不同。
導電填充劑之平均粒度將端視多個因素而定，包含所選導電填充劑之類型及所使用之具體量。類似地，所使用導電填充劑之量端視多個因素而定，包含針對可固化組合物(若使用)選擇之固化機制。
若需要，當將導電填充劑用於可固化組合物中時，可使可固化組合物在施加電位差時固化以使導電填充劑在第一及/或第二電極層內定向。另一選擇或此外，可使可固化組合物在使磁場毗鄰或施加至可固化組合物以有利地定向導電填充劑時，具體而言當該等導電填充劑具有磁性(例如順磁性)時固化。該所施加之場可使得在第一及/或第二電極層中在其視其中之導電填充劑之定向而定之至少一個軸上具有有益結果。
如上文所介紹，在某些實施例中，第一及/或第二電極層之主體基質係自聚矽氧組合物形成。上文所提及之可固化組合物可類似地包括聚矽氧組合物。通常，如上文所闡述，由於聚矽氧為介電性，故將導電纖維及/或導電添加劑納入其中。關於適用於本發明方法之特定聚矽氧組合物之多個實施例闡述於下文中。
當第一及/或第二電極層係自聚矽氧組合物形成時，通常使聚矽氧組合物固化或交聯以形成第一及/或第二電極層。為此，聚矽氧組合物可獨立地選自過氧化物可固化聚矽氧組合物、縮合可固化聚矽氧組合物、環氧可固化聚矽氧組合物、紫外輻射可固化聚矽氧組合物、高能量輻射可固化聚矽氧組合物及矽氫化可固化聚矽氧組合物。
獨立於用於形成第一及/或第二電極層之具體聚矽氧組合物，第一及/或第二電極層可包括矽氧烷單元之任何組合，即第一及/或第二電極層可包括R3SiO1/2單元(即M單元)、R2SiO2/2單元(即D單元)、RSiO3/2單元(即T單元)及SiO4/2單元(即Q單元)之任何組合，其中R通常 係經取代或未經取代之烴基。當第一及/或第二電極層包括橡膠或凝膠時，用於形成第一及/或第二電極層之聚矽氧組合物通常包括至少一種包含重複D單元之聚合物，即直鏈或具支鏈聚合物。當第一及/或第二電極層包括樹脂時，用於形成第一及/或第二電極層之聚矽氧組合物通常包含具有T及/或Q單元之聚矽氧樹脂。
第一及/或第二電極層係自聚矽氧組合物形成且第一及/或第二電極層具有樹脂性結構之某些實施例闡述於下文中。
在多個實施例中，當第一及/或第二電極層係自矽氫化可固化聚矽氧組合物形成時，矽氫化可固化聚矽氧組合物包括樹脂(A)、交聯劑(B)及矽氫化觸媒(C)。聚矽氧樹脂(A)在每一分子中具有矽鍵結之烯基或矽鍵結之氫原子。聚矽氧樹脂(A)通常係包含R2SiO3/2單元(即T單元)及/或SiO4/2單元(即Q單元)與R1R2 2SiO1/2單元(即M單元)及/或R2 2SiO2/2單元(即D單元)組合之共聚物，其中R1係C1至C10烴基或經鹵素取代之C1至C10烴基，二者皆不含脂肪族不飽和，且R2係R1、烯基或氫。例如，聚矽氧樹脂可為DT樹脂、MT樹脂、MDT樹脂、DTQ樹脂、MTQ樹脂、MDTQ樹脂、DQ樹脂、MQ樹脂、DTQ樹脂、MTQ樹脂或MDQ樹脂。如本文所使用，術語「不含脂肪族不飽和」意指烴基或經鹵素取代之烴基不含有脂肪族碳-碳雙鍵或碳-碳三鍵。
由R1表示之C1至C10烴基及經鹵素取代之C1至C10烴基更通常具有1至6個碳原子。含有至少3個碳原子之非環狀烴基及經鹵素取代之烴基可具有具支鏈或不具支鏈的結構。由R1表示之烴基之實例包含(但不限於)烷基，例如甲基、乙基、丙基、1-甲基乙基、丁基、1-甲基丙基、2-甲基丙基、1,1-二甲基乙基、戊基、1-甲基丁基、1-乙基丙基、2-甲基丁基、3-甲基丁基、1,2-二甲基丙基、2,2-二甲基丙基、己基、庚基、辛基、壬基及癸基；環烷基，例如環戊基、環己基及甲基環己基；芳基，例如苯基及萘基；烷芳基，例如甲苯基及二甲苯基； 及芳烷基，例如苄基及苯乙基。由R1表示之經鹵素取代之烴基之實例包含(但不限於)3,3,3-三氟丙基、3-氯丙基、氯苯基、二氯苯基、2,2,2-三氟乙基、2,2,3,3-四氟丙基及2,2,3,3,4,4,5,5-八氟戊基。
由在聚矽氧樹脂內可相同或不同之R2表示之烯基通常具有2至10個碳原子，另一選擇為2至6個碳原子，且係由例如乙烯基、烯丙基、丁烯基、己烯基及辛烯基來例示。在一實施例中，R2主要為烯基。在此實施例中，在聚矽氧樹脂中通常至少50mol%、另一選擇為至少65mol%、另一選擇為至少80mol%的由R2表示之基團為烯基。在另一實施例中，R2主要為氫。在此實施例中，在聚矽氧樹脂中通常至少50mol%、另一選擇為至少65mol%、另一選擇為至少80mol%的由R2表示之基團為氫。R2中氫之mol%定義為聚矽氧樹脂中矽鍵結氫之莫耳數對該樹脂中R2基團之總莫耳數之比率乘以100。
根據第一實施例，聚矽氧樹脂(A)具有下式：(R1R2 2SiO1/2)w(R2 2SiO2/2)x(R2SiO3/2)y(SiO4/2)z (I)
其中R1及R2係如上文所闡述及例示，且w、x、y及z為莫耳分率。通常，由式(I)表示之聚矽氧樹脂具有每分子平均至少兩個矽鍵結烯基。更特定而言，下標w通常具有0至0.9、另一選擇為0.02至0.75、另一選擇為0.05至0.3之值。下標x通常具有0至0.9、另一選擇為0至0.45、另一選擇為0至0.25之值。下標y通常具有0至0.99、另一選擇為0.25至0.8、另一選擇為0.5至0.8之值。下標z通常具有0至0.85、另一選擇為0至0.25、另一選擇為0至0.15之值。而且，比率y+z/(w+x+y+z)通常為0.1對0.99，另一選擇為0.5對0.95，另一選擇為0.65對0.9。另外，比率w+x/(w+x+y+z)通常為0.01對0.90，另一選擇為0.05對0.5，另一選擇為0.1對0.35。
當R2主要為烯基時，由上式(I)表示之聚矽氧樹脂之特定實例包含具有下式之樹脂： (Vi2MeSiO1/2)0.25(PhSiO3/2)0.75、(ViMe2SiO1/2)0.25(PhSiO3/2)0.75、(ViMe2SiO1/2)0.25(MeSiO3/2)0.25(PhSiO3/2)0.50、(ViMe2SiO1/2)0.15(PhSiO3/2)0.75(SiO4/2)0.1及(Vi2MeSiO1/2)0.15(ViMe2SiO1/2)0.1(PhSiO3/2)0.75，其中Me係甲基，Vi係乙烯基，Ph係苯基，且括號外部之數字下標表示對應於如上文針對式(I)闡述之莫耳分率w、x、y或z。前式中單元之順序並不視為以任何方式限於本發明之範疇。
當R2主要為氫時，由上式(I)表示之聚矽氧樹脂之特定實例包含具有下式之樹脂：(HMe2SiO1/2)0.25(PhSiO3/2)0.75、(HMeSiO2/2)0.3(PhSiO3/2)0.6(MeSiO3/2)0.1及(Me3SiO1/2)0.1(H2SiO2/2)0.1(MeSiO3/2)0.4(PhSiO3/2)0.4，其中Me係甲基，Ph係苯基，且括號外部之數字下標表示莫耳分率。前式中單元之順序並不視為以任何方式限於本發明之範疇。
由式(I)表示之聚矽氧樹脂通常具有500至50,000、另一選擇為500至10,000、另一選擇為1,000至3,000之數量平均分子量(Mn)，其中分子量係採用低角度雷射光散射檢測器或折射率檢測器及聚矽氧樹脂(MQ)標準物藉由凝膠滲透層析來測定。
由式(I)表示之聚矽氧樹脂在25℃下之黏度通常為0.01Pa．s至100,000Pa．s，另一選擇為0.1Pa．s至10,000Pa．s，另一選擇為1Pa．s至100Pa．s。
如藉由29Si NMR所測定，由式(I)表示之聚矽氧樹脂通常包含小於10%(w/w)、另一選擇為小於5%(w/w)、另一選擇為小於2%(w/w)的矽鍵結羥基。
矽氫化可固化聚矽氧組合物進一步包含具有能夠與聚矽氧樹脂中矽鍵結烯基或矽鍵結氫原子反應之矽鍵結氫原子或矽鍵結烯基的交 聯劑(B)。交聯劑(B)具有每分子平均至少兩個矽鍵結氫原子或矽鍵結烯基，另一選擇為每分子至少三個矽鍵結氫原子或矽鍵結烯基。
通常，聚矽氧樹脂(A)包含矽鍵結烯基，且交聯劑(B)包含矽鍵結氫原子。當每分子聚矽氧樹脂(A)中烯基之平均數與每分子交聯劑(B)中矽鍵結氫原子之平均數的和大於4時發生交聯。交聯劑(B)係以足以使聚矽氧樹脂(A)固化之量存在。
交聯劑(B)通常為有機矽化合物且可進一步定義為有機氫矽烷、有機氫矽氧烷或其組合。有機矽化合物之結構可為直鏈、具支鏈、環狀或樹脂。在非環狀聚矽烷及聚矽氧烷中，矽鍵結氫原子可位於末端、側基或末端及側基二者之位置處。環矽烷及環矽氧烷通常具有3至12個矽原子，另一選擇為3至10個矽原子，另一選擇為3至4個矽原子。
有機氫矽烷可為單矽烷、二矽烷、三矽烷或聚矽烷。當R2主要為烯基時，適用於本發明目的之有機氫矽烷之特定實例包含(但不限於)二苯基矽烷、2-氯乙基矽烷、雙[(對-二甲基矽基)苯基]醚、1,4-二甲基二矽基乙烷、1,3,5-叁(二甲基矽基)苯、1,3,5-三甲基-1,3,5-三矽烷、聚(甲基亞矽基)伸苯基及聚(甲基亞矽基)亞甲基。當R2主要為氫時，適用於本發明目的之有機氫矽烷之特定實例包含(但不限於)具有下式之矽烷：Vi4Si、PhSiVi3、MeSiVi3、PhMeSiVi2、Ph2SiVi2及PhSi(CH2CH=CH2)3，其中Me係甲基，Ph係苯基，且Vi係乙烯基。
有機氫矽烷亦可具有下式：HR1 2Si-R3-SiR1 2H (III)
其中R1係如上文所定義及例示，且R3係不含脂肪族不飽和之伸烴基，其具有選自以下結構之式： 其中g為1至6。
具有R1及R3係如上文所闡述及例示之式(III)的有機氫矽烷之特定實例包含(但不限於)具有選自以下結構之式之有機氫矽烷：
有機氫矽氧烷可為二矽氧烷、三矽氧烷或聚矽氧烷。R2主要為氫時適於用作交聯劑(B)之有機矽氧烷之實例包含(但不限於)具有下式之矽氧烷：PhSi(OSiMe2H)3、Si(OSiMe2H)4、MeSi(OSiMe2H)3及Ph2Si(OSiMe2H)2，其中Me係甲基，且Ph係苯基。
R2主要為烯基時適用於本發明目的之有機氫矽氧烷之特定實例包含1,1,3,3-四甲基二矽氧烷、1,1,3,3-四苯基二矽氧烷、苯基叁(二甲基 矽氧基)矽烷、1,3,5-三甲基環三矽氧烷、三甲基矽氧基封端之聚(甲基氫矽氧烷)、三甲基矽氧基封端之聚(二甲基矽氧烷/甲基氫矽氧烷)、二甲基氫矽氧基封端之聚(甲基氫矽氧烷)及包含HMe2SiO1/2單元、Me3SiO1/2單元及SiO4/2單元之樹脂，其中Me係甲基。
有機氫矽氧烷亦可為有機氫聚矽氧烷樹脂。有機氫聚矽氧烷樹脂通常係包含R4SiO3/2單元(即T單元)及/或SiO4/2單元(即Q單元)與R1R4 2SiO1/2單元(即M單元)及/或R4 2SiO2/2單元(即D單元)組合之共聚物，其中R1係如上文所闡述及例示。例如，有機氫聚矽氧烷樹脂可為DT樹脂、MT樹脂、MDT樹脂、DTQ樹脂、MTQ樹脂、MDTQ樹脂、DQ樹脂、MQ樹脂、DTQ樹脂、MTQ樹脂或MDQ樹脂。
由R4表示之基團為R1或具有至少一個矽鍵結氫原子之有機矽基烷基。由R4表示之有機矽基烷基之實例包含(但不限於)具有選自以下結構之式之基團： 、-CH2CH2SiMe2H、-CH2CH2SiMe2CnH2nSiMe2H、-CH2CH2SiMe2CnH2nSiMePhH、-CH2CH2SiMePhH、-CH2CH2SiPh2H、-CH2CH2SiMePhCnH2nSiPh2H、-CH2CH2SiMePhCnH2nSiMe2H、-CH2CH2SiMePhOSiMePhH及-CH2CH2SiMePhOSiPh(OSiMePhH)2，其中Me係甲基，Ph係苯基，且下標n具有2至10之值。通常，有機氫聚矽氧烷樹脂中至少50mol%、另一選擇為至少65mol%、另一 選擇為至少80mol%的由R4表示之基團為具有至少一個矽鍵結氫原子之有機矽基烷基。如本文所使用，有機矽基烷基R4之mol%定義為聚矽氧樹脂中矽鍵結有機矽基烷基之莫耳數對該樹脂中R4基團之總莫耳數之比率乘以100。
有機氫聚矽氧烷樹脂通常具有下式：(R1R4 2SiO1/2)w(R4 2SiO2/2)x(R4SiO3/2)y(SiO4/2)z (IV)
其中R1、R4、w、x、y及z各自係如上文所定義及例示。
由上式(IV)表示之有機氫聚矽氧烷樹脂之特定實例包含(但不限於)具有下式之樹脂：((HMe2SiC6H4SiMe2CH2CH2)2MeSiO1/2)0.12(PhSiO3/2)0.88、((HMe2SiC6H4SiMe2CH2CH2)2MeSiO1/2)0.17(PhSiO3/2)0.83、((HMe2SiC6H4SiMe2CH2CH2)2MeSiO1/2)0.17(MeSiO3/2)0.17(PhSiO3/2)0.66、((HMe2SiC6H4SiMe2CH2CH2)2MeSiO1/2)0.15(PhSiO3/2)0.75(SiO4/2)0.10及((HMe2SiC6H4SiMe2CH2CH2)2MeSiO1/2)0.08((HMe2SiC6H4SiMe2CH2CH2)Me2SiO1/2)0.06(PhSiO3/2)0.86，其中Me係甲基，Ph係苯基，C6H4表示對伸苯基，且括號外部之數字下標表示莫耳分率。前式中單元之順序並不視為以任何方式限於本發明之範疇。
有機氫聚矽氧烷樹脂之特定實例包含(但不限於)具有下式之樹脂：((HMe2SiC6H4SiMe2CH2CH2)2MeSiO1/2)0.12(PhSiO3/2)0.88、((HMe2SiC6H4SiMe2CH2CH2)2MeSiO1/2)0.17(PhSiO3/2)0.83、((HMe2SiC6H4SiMe2CH2CH2)2MeSiO1/2)0.17(MeSiO3/2)0.17(PhSiO3/2)0.66、((HMe2SiC6H4SiMe2CH2CH2)2MeSiO1/2)0.15(PhSiO3/2)0.75(SiO4/2)0.10及((HMe2SiC6H4SiMe2CH2CH2)2MeSiO1/2)0.08((HMe2SiC6H4SiMe2CH2CH2)Me2SiO1/2)0.06(PhSiO3/2)0.86，其中Me係甲基，Ph係苯基，C6H4表示對 伸苯基，且括號外部之數字下標表示莫耳分率。前式中單元之順序並不視為以任何方式限於本發明之範疇。
交聯劑(B)可為單一有機矽化合物或包括兩種或更多種各自如上文所闡述之不同有機矽化合物之混合物。例如，交聯劑(B)可為單一有機氫矽烷、兩種不同有機氫矽烷之混合物、單一有機氫矽氧烷、兩種不同有機氫矽氧烷之混合物或有機氫矽烷與有機氫矽氧烷之混合物。具體而言，交聯劑(B)可為包括以下之混合物：基於交聯劑(B)之總重量至少0.5%(w/w)、另一選擇為至少50%(w/w)、另一選擇為至少75%(w/w)之量之具有式(IV)之有機氫聚矽氧烷樹脂，且交聯劑(B)進一步包括有機氫矽烷及/或有機氫矽氧烷，後者不同於有機氫聚矽氧烷樹脂。
交聯劑(B)之濃度要足以使聚矽氧樹脂(A)固化(交聯)。交聯劑(B)之確切量端視期望固化程度而定。交聯劑(B)之濃度通常足以為聚矽氧樹脂(A)中之每莫耳烯基提供0.4莫耳至2莫耳矽鍵結氫原子，另一選擇為0.8莫耳至1.5莫耳矽鍵結氫原子，另一選擇為0.9莫耳至1.1莫耳矽鍵結氫原子。
矽氫化觸媒(C)包含至少一種促進聚矽氧樹脂(A)與交聯劑(B)之間之反應的矽氫化觸媒。矽氫化觸媒(C)可係包括鉑族金屬(即鉑、銠、釕、鈀、鋨及銥)或含有鉑族金屬之化合物之任一熟知矽氫化觸媒。通常，鉑族金屬係鉑，此係基於其在矽氫化反應中之高活性。
適用於(C)之特定矽氫化觸媒包含由Willing於美國專利第3,419,593號中揭示之氯鉑酸與某些含有乙烯基之有機矽氧烷之複合物，該專利中提及矽氫化觸媒之部分以引用方式併入本文中。此類型之觸媒係氯鉑酸與1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二矽氧烷之反應產物。
矽氫化觸媒亦可係包括位於其表面上之具有鉑族金屬之固體載 體之經支撐矽氫化觸媒。經支撐觸媒可藉由例如過濾反應混合物方便地與由式(IV)表示之有機氫聚矽氧烷樹脂分離。經支撐觸媒之實例包含(但不限於)碳載鉑、碳載鈀、碳載釕、碳載銠、二氧化矽載鉑、二氧化矽載鈀、氧化鋁載鉑、氧化鋁載鈀及氧化鋁載釕。
此外或另一選擇為，矽氫化觸媒(C)亦可係包括囊封於熱塑性樹脂中之鉑族金屬之含有微囊封鉑族金屬的觸媒。包含微囊封矽氫化觸媒之矽氫化可固化聚矽氧組合物在環境條件下長時間穩定，通常達數月或更長，但在高於熱塑性樹脂之熔點或軟化點之溫度下固化相對較快。微囊封矽氫化觸媒及其製備方法為業內所熟知，如美國專利第4,766,176號及其中所引用之參考文獻以及美國專利第5,017,654號中所例示。矽氫化觸媒(C)可係單一觸媒或包括兩種或更多種至少一個性質(例如結構、形式、鉑族金屬、錯合配體及熱塑性樹脂)不同之不同觸媒之混合物。
在另一實施例中，矽氫化觸媒(C)可係至少一種光活化矽氫化觸媒。光活化矽氫化觸媒可係在波長為150nm至800nm之輻射下暴露後能夠催化聚矽氧樹脂(A)與交聯劑(B)之矽氫化的任何矽氫化觸媒。光活化矽氫化觸媒可係包括鉑族金屬或含有鉑族金屬之化合物的任一熟知矽氫化觸媒。鉑族金屬包含鉑、銠、釕、鈀、鋨及銥。通常，鉑族金屬係鉑，此係基於其在矽氫化反應中之高活性。用於本發明聚矽氧組合物中之具體光活化矽氫化觸媒之適宜性可容易地藉由常規實驗來確定。
適用於本發明目的之光活化氫矽化觸媒之特定實例包含(但不限於)鉑(II)β-二酮酸酯錯合物，例如鉑(II)雙(2,4-戊二酸酯)、鉑(II)雙(2,4-己二酸酯)、鉑(II)雙(2,4-庚二酸酯)、鉑(II)雙(1-苯基-1,3-丁二酸酯、鉑(II)雙(1,3-二苯基-1,3-丙二酸酯)、鉑(II)雙(1,1,1,5,5,5-六氟-2,4-戊二酸酯)；(η-環戊二烯基)三烷基鉑錯合物，例如(Cp)三甲基 鉑、(Cp)乙基二甲基鉑、(Cp)三乙基鉑、(氯-Cp)三甲基鉑及(三甲基矽基-Cp)三甲基鉑，其中Cp表示環戊二烯基；三氮烯氧化物-過渡金屬錯合物，例如Pt[C6H5NNNOCH3]4、Pt[p-CN-C6H4NNNOC6H11]4、Pt[p-H3COC6H4NNNOC6H11]4、Pt[p-CH3(CH2)x-C6H4NNNOCH3]4、1,5-環辛二烯.Pt[p-CN-C6H4NNNOC6H11]2、1,5-環辛二烯.Pt[p-CH3O-C6H4NNNOCH3]2、[(C6H5)3P]3Rh[p-CN-C6H4NNNOC6H11]及Pd[p-CH3(CH2)x-C6H4NNNOCH3]2，其中x為1、3、5、11或17；(η-二烯烴)(σ-芳基)鉑錯合物，例如(η4-1,5-環辛二烯基)二苯基鉑、η4-1,3,5,7-環辛四烯基)二苯基鉑、(η4-2,5-降莰二烯基)二苯基鉑、(η4-1,5-環辛二烯基)雙-(4-二甲基胺基苯基)鉑、(η4-1,5-環辛二烯基)雙-(4-乙醯基苯基)鉑及(η4-1,5-環辛二烯基)雙-(4-三氟甲基苯基)鉑。通常，光活化矽氫化觸媒係Pt(II)β-二酮酸酯錯合物，且更通常觸媒係鉑(II)雙(2,4-戊二酸酯)。矽氫化觸媒(C)可係單一光活化矽氫化觸媒或包括兩種或更多種不同光活化矽氫化觸媒之混合物。
矽氫化觸媒(C)之濃度要足以催化聚矽氧樹脂(A)與交聯劑(B)之加成反應。基於聚矽氧樹脂(A)與交聯劑(B)之組合重量，矽氫化觸媒(C)之濃度要足以提供通常0.1ppm至1000ppm之鉑族金屬，另一選擇為0.5ppm至100ppm之鉑族金屬，另一選擇為1ppm至25ppm之鉑族金屬。
視情況，矽氫化可固化聚矽氧組合物進一步包含具有選自(i)R1R2 2SiO(R2 2SiO)aSiR2 2R1及(ii)R5R1 2SiO(R1R5SiO)bSiR1 2R5之群之式的聚矽氧橡膠(D)；其中R1及R2係如上文所定義及例示，R5係R1或-H，下標a及b各自具有1至4、另一選擇為2至4、另一選擇為2至3之值，且w、x、y及z亦如上文所定義及例示，限制條件係聚矽氧樹脂及聚矽氧橡膠(D)(i)各自具有每分子平均至少兩個矽鍵結烯基，聚矽氧橡膠(D)(ii)具有每分子平均至少兩個矽鍵結氫原子，且聚矽氧橡膠 (D)中之矽鍵結烯基或矽鍵結氫原子對聚矽氧樹脂(A)中之矽鍵結烯基之莫耳比係0.01至0.5。
適於用作組份(D)(i)之聚矽氧橡膠之特定實例包含(但不限於)具有下式之聚矽氧橡膠：ViMe2SiO(Me2SiO)aSiMe2Vi、ViMe2SiO(Ph2SiO)aSiMe2Vi及ViMe2SiO(PhMeSiO)aSiMe2Vi，其中Me係甲基，Ph係苯基，Vi係乙烯基，且下標a具有1至4之值。聚矽氧橡膠(D)(i)可係單一聚矽氧橡膠或包括兩種或更多種各自滿足(D)(i)之式的不同聚矽氧橡膠之混合物。
適於用作聚矽氧橡膠(D)(ii)之聚矽氧橡膠之特定實例包含(但不限於)具有下式之聚矽氧橡膠：HMe2SiO(Me2SiO)bSiMe2H、HMe2SiO(Ph2SiO)bSiMe2H、HMe2SiO(PhMeSiO)bSiMe2H及HMe2SiO(Ph2SiO)2(Me2SiO)2SiMe2H，其中Me係甲基，Ph係苯基，且下標b具有1至4之值。組份(D)(ii)可係單一聚矽氧橡膠或包括兩種或更多種各自滿足(D)(ii)之式的不同聚矽氧橡膠之混合物。
聚矽氧橡膠(D)中之矽鍵結烯基或矽鍵結氫原子對聚矽氧樹脂(A)中之矽鍵結烯基之莫耳比通常為0.01至0.5，另一選擇為0.05至0.4，另一選擇為0.1至0.3。
當聚矽氧橡膠(D)係(D)(i)時，交聯劑(B)之濃度係使得交聯劑(B)中矽鍵結氫原子之莫耳數對聚矽氧樹脂(A)及聚矽氧橡膠(D)(i)中矽鍵結烯基莫耳數之和的比率通常為0.4至2，另一選擇為0.8至1.5，另一選擇為0.9至1.1。此外，當聚矽氧橡膠(D)係(D)(ii)時，交聯劑(B)之濃度係使得交聯劑(B)及聚矽氧橡膠(D)(ii)中矽鍵結氫原子莫耳數之和對聚矽氧樹脂(A)中矽鍵結烯基之莫耳數的比率通常為0.4至2，另一選擇為0.8至1.5，另一選擇為0.9至1.1。
製備含有矽鍵結烯基或矽鍵結氫原子之聚矽氧橡膠之方法為業內所熟知；該等化合物中之許多市面上有售。
在本發明之另一實施例中，矽氫化可固化聚矽氧組合物包括藉由使聚矽氧樹脂(A)與至少一種選自具有下式之橡膠之聚矽氧橡膠(D)(iii)在矽氫化觸媒(c)及視情況有機溶劑存在下反應製備的(A1)經橡膠修飾之聚矽氧樹脂：R5R1 2SiO(R1R5SiO)cSiR1 2R5及R1R2 2SiO(R2 2SiO)dSiR2 2R1，其中R1及R5係如上文所定義及例示，且c及d各自具有4至1000、另一選擇為10至500、另一選擇為10至50之值，限制條件係聚矽氧樹脂(A)具有每分子平均至少兩個矽鍵結烯基，聚矽氧橡膠(D)(iii)具有每分子平均至少兩個矽鍵結氫原子，且聚矽氧橡膠(D)(iii)中之矽鍵結氫原子對聚矽氧樹脂(A)中之矽鍵結烯基之莫耳比係0.01至0.5。「至少一種聚矽氧橡膠」意指僅一種由該式表示之橡膠為(D)(iii)所必需，且可使用由該式表示之橡膠之組合。當存在有機溶劑時，經橡膠修飾之聚矽氧樹脂(A1)可混溶於有機溶劑中，且並不形成沈澱或懸浮液。
如業內已知，本發明之矽氫化可固化聚矽氧組合物可包括其他成份。其他成份之實例包含(但不限於)矽氫化觸媒抑制劑，例如3-甲基-3-戊烯-1-炔、3,5-二甲基-3-己烯-1-炔、3,5-二甲基-1-己炔-3-醇、1-乙炔基-1-環己醇、2-苯基-3-丁炔-2-醇、乙烯基環矽氧烷及三苯基膦；助黏劑，例如美國專利第4,087,585號及第5,194,649號中所教示之助黏劑；染料；顏料；抗氧化劑；熱穩定劑；UV穩定劑；阻燃劑；流動控制添加劑；及稀釋劑，例如有機溶劑及反應性稀釋劑。
在其他實施例中，第一及/或第二電極層係自縮合可固化聚矽氧組合物形成。縮合可固化聚矽氧組合物通常包含具有矽鍵結氫原子、矽鍵結羥基及/或矽鍵結可水解基團之聚矽氧樹脂(A2)，視情況包含具 有矽鍵結可水解基團之交聯劑(B1)，且視情況包含縮合觸媒(C1)。縮合可固化聚矽氧樹脂(A2)通常係包括R1SiO3/2單元(即T單元)及/或SiO4/2單元(即Q單元)與R1R6 2SiO1/2單元(即M單元)及/或R6 2SiO2/2單元(即D單元)組合之共聚物，其中R1係如上文所闡釋，R6係R1、-H、-OH或可水解基團。例如，聚矽氧樹脂可為DT樹脂、MT樹脂、MDT樹脂、DTQ樹脂、MTQ樹脂、MDTQ樹脂、DQ樹脂、MQ樹脂、DTQ樹脂、MTQ樹脂或MDQ樹脂。
根據一實施例，聚矽氧樹脂(A2)具有下式：(R1R6 2SiO1/2)w'(R6 2SiO2/2)x'(R6SiO3/2)y'(SiO4/2)z' (V)
其中R1與R6係如上文所定義及例示，w'係0至0.8、另一選擇為0.02至0.75、另一選擇為0.05至0.3，x'係0至0.95、另一選擇為0.05至0.8、另一選擇為0.1至0.3，y'係0至1、另一選擇為0.25至0.8、另一選擇為0.5至0.8，且z'係0至0.99、另一選擇為0.2至0.8、另一選擇為0.4至0.6。聚矽氧樹脂(A2)具有每分子平均至少兩個矽鍵結氫原子、羥基或可水解基團。如本文所使用，術語「可水解基團」意指矽鍵結基團與水在觸媒不存在下在室溫(約23℃±2℃)至100℃之任一溫度下在若干分鐘(例如30分鐘)內反應形成矽醇(Si-OH)基團。由R6表示之可水解基團之實例包含(但不限於)-Cl、-Br、-OR7、-OCH2CH2OR7、CH3C(=O)O-、Et(Me)C=N-O-、CH3C(=O)N(CH3)-及-ONH2，其中R7係C1至C8烴基或經鹵素取代之C1至C8烴基。
由R7表示之烴基及經鹵素取代之烴基通常具有1至8個碳原子，另一選擇為3至6個碳原子。含有至少3個碳原子之非環狀烴基及經鹵素取代之烴基可具有具支鏈或不具支鏈的結構。由R7表示之烴基之實例包含(但不限於)不具支鏈及具支鏈烷基，例如甲基、乙基、丙基、1-甲基乙基、丁基、1-甲基丙基、2-甲基丙基、1,1-二甲基乙基、戊基、1-甲基丁基、1-乙基丙基、2-甲基丁基、3-甲基丁基、1,2-二甲基 丙基、2,2-二甲基丙基、己基、庚基及辛基；環烷基，例如環戊基、環己基及甲基環己基；苯基；烷芳基，例如甲苯基及二甲苯基；芳烷基，例如苄基及苯乙基；烯基，例如乙烯基、烯丙基及丙烯基；芳基烯基，例如苯乙烯基；及炔基，例如乙炔基及丙炔基。由R7表示之經鹵素取代之烴基的實例包含(但不限於)3,3,3-三氟丙基、3-氯丙基、氯苯基及二氯苯基。
通常，在聚矽氧樹脂(A2)中至少1mol%、另一選擇為至少5mol%、另一選擇為至少10mol%的R6基團為氫、羥基或可水解基團。如本文所使用，R6基團之mol%定義為聚矽氧樹脂(A2)中矽鍵結基團之莫耳數對聚矽氧樹脂(A2)中R6基團之總莫耳數的比率乘以100。
自聚矽氧樹脂(A2)形成之固化聚矽氧樹脂之特定實例包含(但不限於)具有下式之固化聚矽氧樹脂：(MeSiO3/2)0.9(Me(HO)SiO2/2)0.1、(PhSiO3/2)0.7(Ph(MeO)SiO2/2)0.3、(Me3SiO1/2)0.8(SiO4/2)0.15(HOSiO3/2)0.05、(MeSiO3/2)0.67(PhSiO3/2)0.23(Ph(HO)SiO2/2)0.1、(MeSiO3/2)0.45(PhSiO3/2)0.24(Ph(HO)SiO2/2)0.16(Ph2SiO2/2)0.1(PhMeSiO2/2)0.05、(PhSiO3/2)0.3(Ph(HO)SiO2/2)0.1(MeSiO3/2)0.4(Me(HO)SiO2/2)0.05(PhSiO3/2)0.1(PhMeSiO2/2)0.05及(PhSiO3/2)0.3(Ph(MeO)SiO2/2)0.1(MeSiO3/2)0.1(PhMeSiO2/2)0.5，其中Me係甲基，Ph係苯基，括號外部之數字下標表示莫耳分率，且下標n具有使聚矽氧樹脂之數量平均分子量通常為500至50,000之值。前式中單元之順序並不視為以任一方式限於本發明之範疇。
如上文所闡釋，由式(V)表示之聚矽氧樹脂(A2)通常具有500至50,000之數量平均分子量(Mn)。另一選擇為，聚矽氧樹脂(A2)可具有至少300、另一選擇為1,000至3,000之Mn，其中分子量係採用低角度 雷射光散射檢測器或折射率檢測器及聚矽氧樹脂(MQ)標準物藉由凝膠滲透層析來測定。
聚矽氧樹脂(A2)在25℃下之黏度通常為0.01Pa．s至固體，另一選擇為0.1Pa．s至100,000Pa．s，另一選擇為1Pa．s至1,000Pa．s。
在第二實施例中，聚矽氧樹脂(A2)可具有與上文所闡釋相同之式(V)，但下標x及z之值不同，且限制條件係R6SiO3/2單元與SiO4/2單元之和大於0，且又一限制條件係第二實施例之聚矽氧樹脂(A2)含有每分子至少兩個矽鍵結氫原子、至少兩個矽鍵結羥基或至少兩個矽鍵結可水解基團。更特定而言，對於第二實施例之聚矽氧樹脂(A2)，w'、y'、R1及R6與上文所闡釋保持相同，x'通常具有0至0.6、另一選擇為0至0.45、另一選擇為0至0.25之值，z'通常具有0至0.35、另一選擇為0至0.25、另一選擇為0至0.15之值，且y'+z'之和大於0且通常為0.2至0.99、另一選擇為0.5至0.95、另一選擇為0.65至0.9。另外，w'+x'之和可為0，但通常為0.01至0.80，另一選擇為0.05至0.5，另一選擇為0.1至0.35。通常，在第二實施例之聚矽氧樹脂(A2)中1mol%至30mol%、另一選擇為1mol%至15mol%的R6基團為氫、羥基或可水解基團。
第二實施例之縮合可固化聚矽氧樹脂(A2)之實例包含(但不限於)具有下式之聚矽氧樹脂：(Me(MeO)Si2/2)x'(MeSiO3/2)y'、(Ph(HO)SiO2/2)x'(PhSiO3/2)y'、(Me3SiO1/2)w'(CH3COOSiO3/2)y'(SiO4/2)z'、(Ph(MeO)SiO2/2)x'(MeSiO3/2)y'(PhSiO3/2)y'、(Ph(MeO)(HO)SiO1/2)w'(MeSiO3/2)y'(PhSiO3/2)y'(Ph2SiO2/2)x'(PhMeSiO2/2)x'、(PhMe(MeO)SiO1/2)w'(Ph(HO)SiO2/2)x'(MeSiO3/2)y'(PhSiO3/2)y'(PhMeSiO2/2)x'及(Ph(HO)SiO2/2)x'(PhSiO3/2)y'(MeSiO3/2)y'(PhMeSiO2/2)x'
其中Me係甲基，Ph係苯基，其中w'、x'、y'及z'係如上文所定 義，且下標y'具有使聚矽氧樹脂之數量平均分子量為500至50,000之值。前式中單元之順序並不視為以任一方式限於本發明之範疇。
第二實施例之縮合可固化聚矽氧樹脂(A2)之特定實例包含(但不限於)具有下式之聚矽氧樹脂：(Me(MeO)Si2/2)0.05(Me3SiO1/2)0.75(SiO4/2)0.2、(Ph(HO)SiO2/2)0.09(MeSiO3/2)0.67(PhSiO3/2)0.24、(Ph(MeO)SiO2/2)0.05(MeSiO3/2)0.45(PhSiO3/2)0.35(Ph2SiO2/2)0.1(PhMeSiO2/2)0.05、(PhMe(MeO)SiO1/2)0.02(PhSiO3/2)0.4(MeSiO3/2)0.45(PhSiO3/2)0.1(PhMeSiO2/2)0.03及(Ph(HO)SiO2/2)0.04(PhMe(MeO)SiO1/2)0.03(PhSiO3/2)0.36(MeSiO3/2)0.1(PhMeSiO2/2)0.47
其中Me係甲基，Ph係苯基，且括號外部之數字下標表示莫耳分率。前式中單元之順序並不視為以任何方式限於本發明之範疇。
如上文所闡釋，第二實施例之縮合可固化聚矽氧樹脂(A2)通常具有500至50,000之數量平均分子量(Mn)。另一選擇為，縮合可固化聚矽氧樹脂(A)可具有500至10,000、另一選擇為800至3,000之Mn，其中分子量係採用折射率檢測器及聚矽氧樹脂(MQ)標準物藉由凝膠滲透層析來測定。
第二實施例之縮合可固化聚矽氧樹脂(A2)在25℃下之黏度通常為0.01Pa．s至固體，另一選擇為0.1Pa．s至10,000Pa．s，另一選擇為1Pa．s至100Pa．s。如藉由29Si NMR所測定，由式(V)表示之縮合可固化聚矽氧樹脂(A)通常包含小於20%(w/w)、另一選擇為小於10%(w/w)、另一選擇為小於2%(w/w)的矽鍵結羥基。
製備由式(V)表示之聚矽氧樹脂(A2)之方法為業內所熟知；該等樹脂中之許多市面上有售。由式(V)表示之聚矽氧樹脂(A2)通常係藉 由在有機溶劑(例如甲苯)中共水解氯矽烷前體之適宜混合物來製備。例如，包含R1R6 2SiO1/2單元及R6SiO3/2單元之聚矽氧樹脂可藉由在甲苯中共水解具有式R1R6 2SiCl之第一化合物及具有式R6SiCl3之第二化合物來製備，其中R1與R6係如上文所定義及例示。關於矽氫化可固化聚矽氧組合物之共水解製程闡述於上文中。共水解反應物可進一步「稠化(body)」至期望程度以控制可交聯基團之量及黏度。
若需要，可在有機溶劑中使用縮合觸媒進一步處理由式(V)表示之聚矽氧樹脂(A2)以減小矽鍵結羥基之含量。另一選擇為，可共水解含有除氯基團外之可水解基團(例如-Br、-I、-OCH3、-OC(O)CH3、-N(CH3)2、NHCOCH3及-SCH3)之第一或第二化合物以形成聚矽氧樹脂(A2)。聚矽氧樹脂(A2)之性質端視第一及第二化合物之類型、第一與第二化合物之莫耳比、縮合程度及處理條件而定。
式(V)中之Q單元在聚矽氧樹脂(A2)中可呈離散粒子形式。粒度通常為1nm至20μm。該等粒子之實例包含(但不限於)直徑為15nm之二氧化矽(SiO4/2)粒子。
在另一實施例中，縮合可固化聚矽氧組合物包括藉由使選自(i)具有式(R1R6 2SiO1/2)w'(R6 2SiO2/2)x'(R6SiO3/2)y'(SiO4/2)z'之聚矽氧樹脂、(ii)(i)之可水解前體之有機矽化合物與(iii)在水存在下具有式R8 3SiO(R1R8SiO)mSiR8 3之聚矽氧橡膠、(iv)縮合觸媒及(v)有機溶劑反應製備之經橡膠修飾之聚矽氧樹脂(A3)，其中R1與R6係如上文所定義及例示，R8係R1或可水解基團，m係2至1,000、另一選擇為4至500、另一選擇為8至400，且w'、x'、y'及z'係如上文所定義及例示。聚矽氧樹脂(i)具有每分子平均至少兩個矽鍵結羥基或可水解基團。聚矽氧橡膠(iii)具有每分子平均至少兩個矽鍵結可水解基團。聚矽氧橡膠(iii)中之矽鍵結可水解基團對聚矽氧樹脂(i)中之矽鍵結羥基或可水解基團之莫耳比係0.01至1.5，另一選擇為0.05至0.8，另一選擇為0.2至0.5。
如上文所闡釋，縮合可固化聚矽氧組合物可進一步包括交聯劑(B1)。交聯劑(B1)可具有式R7 qSiX4-q，其中R7係C1至C8烴基或經鹵素取代之C1至C8烴基，X係可水解基團，且q係0或1。由R7表示之烴基及經鹵素取代之烴基以及由X表示之可水解基團係如上文所闡述及例示。
交聯劑(B1)之特定實例包含(但不限於)烷氧基矽烷，例如MeSi(OCH3)3、CH3Si(OCH2CH3)3、CH3Si(OCH2CH2CH3)3、CH3Si[O(CH2)3CH3]3、CH3CH2Si(OCH2CH3)3、C6H5Si(OCH3)3、C6H5CH2Si(OCH3)3、C6H5Si(OCH2CH3)3、CH2=CHSi(OCH3)3、CH2=CHCH2Si(OCH3)3、CF3CH2CH2Si(OCH3)3、CH3Si(OCH2CH2OCH3)3、CF3CH2CH2Si(OCH2CH2OCH3)3、CH2=CHSi(OCH2CH2OCH3)3、CH2=CHCH2Si(OCH2CH2OCH3)3、C6H5Si(OCH2CH2OCH3)3、Si(OCH3)4、Si(OC2H5)4及Si(OC3H7)4；有機乙醯氧基矽烷，例如CH3Si(OCOCH3)3、CH3CH2Si(OCOCH3)3及CH2=CHSi(OCOCH3)3；有機亞胺基氧基矽烷，例如CH3Si[O-N=C(CH3)CH2CH3]3、Si[O-N=C(CH3)CH2CH3]4及CH2=CHSi[O-N=C(CH3)CH2CH3]3；有機乙醯胺基矽烷，例如CH3Si[NHC(=O)CH3]3及C6H5Si[NHC(=O)CH3]3；胺基矽烷，例如CH3Si[NH(s-C4H9)]3及CH3Si(NHC6H11)3；及有機胺基氧基矽烷。
交聯劑(B1)可係單一矽烷或兩種或更多種各自如上文所闡述之不同矽烷之混合物。而且，製備三-及四官能基矽烷之方法為業內所熟知；該等矽烷中之許多市面上有售。
若存在，縮合可固化聚矽氧組合物中交聯劑(B1)之濃度足以使縮合可固化聚矽氧樹脂固化(交聯)。交聯劑(B1)之確切量端視期望固化程度而定，該量通常隨交聯劑(B1)中矽鍵結可水解基團之莫耳數對聚矽氧樹脂(A2)中矽鍵結氫原子、羥基或可水解基團之莫耳數的比率之 增加而增加。通常，交聯劑(B1)之濃度要足以為聚矽氧樹脂(A2)中之每莫耳矽鍵結氫原子、羥基或可水解基團提供0.2至4莫耳矽鍵結可水解基團。交聯劑(B1)之最佳量可容易地藉由常規實驗來測定。
縮合觸媒(C1)可係通常用於促進矽鍵結羥基(矽醇)基團縮合以形成Si-O-Si鍵結之任何縮合觸媒。縮合觸媒之實例包含(但不限於)胺；及鉛、錫、鋅及鐵與羧酸之錯合物。具體而言，縮合觸媒(C1)可選自錫(II)及錫(IV)化合物，例如二月桂酸錫、二辛酸錫及四丁基錫；及鈦化合物，例如四丁醇鈦。
若存在，基於聚矽氧樹脂(A2)之總重量，縮合觸媒(C1)之濃度通常為0.1%(w/w)至10%(w/w)，另一選擇為0.5%(w/w)至5%(w/w)，另一選擇為1%(w/w)至3%(w/w)。
當縮合可固化聚矽氧組合物包含縮合觸媒(C1)時，縮合可固化聚矽氧組合物通常係兩部分組合物，其中聚矽氧樹脂(A2)與縮合觸媒(C1)位於單獨部分中。
本發明之縮合可固化聚矽氧組合物可包括其他成份，如業內已知且如上文針對矽氫化可固化聚矽氧組合物所闡述。
在又一實施例中，第一及/或第二電極層係自自由基可固化聚矽氧組合物形成。自由基可固化聚矽氧組合物之實例包含過氧化物可固化聚矽氧組合物、含有自由基光起始劑之輻射可固化聚矽氧組合物及高能量輻射可固化聚矽氧組合物。通常，自由基可固化聚矽氧組合物包括聚矽氧樹脂(A4)及視情況交聯劑(B2)及/或自由基起始劑(C2)(例如自由基光起始劑或有機過氧化物)。
聚矽氧樹脂(A4)可係任何可藉由至少一種選自以下之方法固化(即交聯)之聚矽氧樹脂：(i)在自由基光起始劑存在下將聚矽氧樹脂暴露於波長為150nm至800nm之輻射下，(ii)在有機過氧化物存在下加熱聚矽氧樹脂(A4)，及(iii)將聚矽氧樹脂(A4)暴露於電子束下。聚 矽氧樹脂(A4)通常係含有T矽氧烷單元及/或Q矽氧烷單元與M及/或D矽氧烷單元組合之共聚物。
例如，聚矽氧樹脂(A4)可具有式(R1R9 2SiO1/2)w"(R9 2SiO2/2)x"(R9SiO3/2)y"(SiO4/2)z"，其中R1係如上文所定義及例示，R9係R1、烯基或炔基，w"係0至0.99，x"係0至0.99，y"係0至0.99，z"係0至0.85，且w"+x"+y"+z"=1。
由可相同或不同之R9表示之烯基係如上文R2之說明中所定義及例示。
由可相同或不同之R9表示之炔基通常具有2個至約10個碳原子，另一選擇為2至6個碳原子，且由(但不限於)乙炔基、丙炔基、丁炔基、己炔基及辛炔基例示。
聚矽氧樹脂(A4)通常具有至少300、另一選擇為500至10,000、另一選擇為1,000至3,000之數量平均分子量(Mn)，其中分子量係採用折射率檢測器及聚矽氧樹脂(MQ)標準物藉由凝膠滲透層析來測定。
如藉由29Si NMR所測定，聚矽氧樹脂(A4)可含有小於10%(w/w)、另一選擇為小於5%(w/w)、另一選擇為小於2%(w/w)的矽鍵結羥基。
適用於本發明目的之聚矽氧樹脂(A4)之特定實例包含(但不限於)具有下式之聚矽氧樹脂：(Vi2MeSiO1/2)0.25(PhSiO3/2)0.75、(ViMe2SiO1/2)0.25(PhSiO3/2)0.75、(VIMe2SiO1/2)0.25(MeSiO3/2)0.25(PhSiO3/2)0.50、(ViMe2SiO1/2)0.15(PhSiO3/2)0.75(SiO4/2)0.1及(Vi2MeSiO1/2)0.15(ViMe2SiO1/2)0.1(PhSiO3/2)0.75，其中Me係甲基，Vi係乙烯基，Ph係苯基，且括號外部之數字下標表示莫耳分率。前式中單元之順序並不視為以任何方式限於本發明之範疇。
本發明方法之自由基可固化聚矽氧組合物可包括其他成份，包含(但不限於)聚矽氧橡膠；不飽和化合物；自由基起始劑；有機溶劑；UV穩定劑；敏化劑；染料；阻燃劑；抗氧化劑；填充劑，例如強化填充劑、延伸填充劑及導電填充劑；及助黏劑。
自由基可固化聚矽氧組合物可進一步包括選自以下之不飽和化合物：(i)至少一種具有每分子至少一個矽鍵結烯基之有機矽化合物，(ii)至少一種具有每分子至少一個脂肪族碳-碳雙鍵之有機化合物，及(iii)包括(i)及(ii)之混合物，其中不飽和化合物具有小於500之分子量。另一選擇為，不飽和化合物具有小於400或小於300之分子量。而且，不飽和化合物可具有直鏈、具支鏈或環狀結構。
有機矽化合物(i)可為有機矽烷或有機矽氧烷。有機矽烷可為單矽烷、二矽烷、三矽烷或聚矽烷。類似地，有機矽氧烷可為二矽氧烷、三矽氧烷或聚矽氧烷。環矽烷及環矽氧烷通常具有3至12個矽原子，另一選擇為3至10個矽原子，另一選擇為3至4個矽原子。在非環狀聚矽烷及聚矽氧烷中，矽鍵結烯基可位於末端、側基或末端及側基二者之位置處。
有機矽烷之特定實例包含(但不限於)具有下式之矽烷：Vi4Si、PhSiVi3、MeSiVi3、PhMeSiVi2、Ph2SiVi2及PhSi(CH2CH=CH2)3，其中Me係甲基，Ph係苯基，且Vi係乙烯基。
有機矽氧烷之特定實例包含(但不限於)具有下式之矽氧烷：PhSi(OSiMe2Vi)3、Si(OSiMe2Vi)4、MeSi(OSiMe2Vi)3及Ph2Si(OSiMe2Vi)2，其中Me係甲基，Vi係乙烯基，且Ph係苯基。
有機化合物可係含有每分子至少一個脂肪族碳-碳雙鍵之任何有機化合物，限制條件係該化合物並不阻止聚矽氧樹脂(A4)固化形成聚 矽氧樹脂膜。有機化合物可為烯烴、二烯、三烯或聚烯。另外，在非環狀有機化合物中，碳-碳雙鍵可位於末端、側基或末端及側基二者之位置處。
除脂肪族碳-碳雙鍵外，有機化合物可含有一或多個官能基。適宜官能基之實例包含(但不限於)-O-、>C=O、-CHO、-CO2-、-C≡N、-NO2、>C=C<、-C≡C-、-F、-Cl、-Br及-I。用於本發明之自由基可固化聚矽氧組合物中之具體不飽和有機化合物之適宜性可容易地藉由常規實驗來測定。
有機化合物在室溫下可呈液體或固體狀態。而且，有機化合物可溶、部分可溶或不溶於自由基可固化聚矽氧組合物。端視化合物中官能基之分子量、結構以及數目及性質，有機化合物之正常沸點可在寬範圍內變化。通常，有機化合物之正常沸點高於組合物之固化溫度。另一方式為，可藉由在固化期間揮發來移除適量有機化合物。
含有脂肪族碳-碳雙鍵之有機化合物之實例包含(但不限於)1,4-二乙烯基苯、1,3-己二烯基苯及1,2-二乙烯基環丁烷。
不飽和化合物可為單一不飽和化合物或包括兩種或更多種各自如上文所闡述之不同不飽和化合物之混合物。例如，不飽和化合物可係單一有機矽烷、兩種不同有機矽烷之混合物、單一有機矽氧烷、兩種不同有機矽氧烷之混合物、有機矽烷與有機矽氧烷之混合物、單一有機化合物、兩種不同有機化合物之混合物、有機矽烷與有機化合物之混合物或有機矽氧烷與有機化合物之混合物。
自由基起始劑通常係自由基光起始劑或有機過氧化物。另外，自由基光起始劑可係在波長為200nm至800nm之輻射下暴露後能夠起始聚矽氧樹脂之固化(交聯)之任何自由基光起始劑。
自由基光起始劑之實例包含(但不限於)二苯甲酮；4,4’-雙(二甲基胺基)二苯甲酮；鹵代二苯甲酮；苯乙酮；α-羥基苯乙酮；氯苯乙 酮，例如二氯苯乙酮及三氯苯乙酮；二烷氧基苯乙酮，例如2,2-二乙氧基苯乙酮；α-羥基苯烷基酮，例如2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮及1-羥基環己基苯基酮；α-胺基苯烷基酮，例如2-甲基-4'-(甲基硫)-2-嗎啉代苯丙酮；安息香；安息香醚，例如安息香甲基醚、安息香乙基醚及安息香異丁基醚；偶苯醯縮酮，例如2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮；醯基膦氧化物，例如二苯基(2,4,6-三甲基苯甲醯基)膦氧化物；呫噸酮衍生物；硫呫噸酮衍生物；茀酮衍生物；乙醛酸甲基苯基酯；萘乙酮；蒽醌衍生物；芳香族化合物之磺醯氯；及O-醯基α-肟基酮，例如1-苯基-1,2-丙烷二酮-2-(O-乙氧基羰基)肟。
自由基光起始劑亦可係聚矽烷，例如由West在美國專利第4,260,780號中定義之苯基甲基聚矽烷，該專利關於苯基甲基聚矽烷之揭示內容以引用方式併入本文中；由Baney等人在美國專利第4,314,956號中定義之胺化甲基聚矽烷，該專利關於胺化甲基聚矽烷之揭示內容以引用方式併入本文中；由Peterson等人在美國專利第4,276,424號中定義之甲基聚矽烷，該專利關於甲基聚矽烷之揭示內容以引用方式併入本文中；及由West等人在美國專利第4,324,901號中定義之聚矽雜苯乙烯(polysilastyrene)，該專利關於聚矽雜苯乙烯之揭示內容以引用方式併入本文中。
自由基光起始劑可係單一自由基光起始劑或包括兩種或更多種不同自由基光起始劑之混合物。基於聚矽氧樹脂(A4)之重量，自由基光起始劑之濃度通常為0.1%(w/w)至6%(w/w)，另一選擇為1%(w/w)至3%(w/w)。
自由基起始劑亦可為有機過氧化物。有機過氧化物之實例包含二芳醯基過氧化物，例如二苯甲醯基過氧化物、二-對-氯苯甲醯基過氧化物及雙-2,4-二氯苯甲醯基過氧化物；二烷基過氧化物，例如二-第三丁基過氧化物及2,5-二甲基-2,5-二-(第三丁基過氧基)己烷；二芳 烷基過氧化物，例如二異丙苯基過氧化物；烷基芳烷基過氧化物，例如第三丁基異丙苯基過氧化物及1,4-雙(第三丁基過氧基異丙基)苯；及烷基芳醯基過氧化物，例如過苯甲酸第三丁基酯、過乙酸第三丁基酯及過辛酸第三丁基酯。
有機過氧化物可係單一過氧化物或包括兩種或更多種不同有機過氧化物之混合物。基於聚矽氧樹脂(A4)之重量，有機過氧化物之濃度通常為0.1%(w/w)至5%(w/w)，另一選擇為0.2%(w/w)至2%(w/w)。
自由基可固化聚矽氧組合物可進一步包括至少一種有機溶劑。有機溶劑可係不與聚矽氧樹脂(A4)或其他成份反應且可與聚矽氧樹脂(A4)混溶之任何非質子或偶極非質子有機溶劑。有機溶劑之實例包含(但不限於)飽和脂肪族烴，例如正戊烷、己烷、正庚烷、異辛烷及十二烷；環脂肪族烴，例如環戊烷及環己烷；芳香族烴，例如苯、甲苯、二甲苯及均三甲苯；環醚，例如四氫呋喃(THF)及二噁烷；酮，例如甲基異丁基酮(MIBK)；鹵代烷烴，例如三氯乙烷；及鹵代芳香族烴，例如溴苯及氯苯。如上文所闡述，有機溶劑可係單一有機溶劑或包括兩種或更多種不同有機溶劑之混合物。
基於自由基可固化聚矽氧組合物之總重量，有機溶劑之濃度通常為0%(w/w)至99%(w/w)，另一選擇為30%(w/w)至80%(w/w)，另一選擇為45%(w/w)至60%(w/w)。
當上文所闡述之自由基可固化聚矽氧組合物含有一或多種其他成份(例如自由基起始劑)時，組合物可為包括呈單一部分之聚矽氧樹脂及可選成份之單部分組合物或包括呈兩個或更多個部分之組份的多部分組合物。
適於形成第一及/或第二電極層之另一適宜聚矽氧組合物包括環狀二氫聚矽氧烷，其重量平均分子量之值介於1,500至1,000,000範圍 內，在室溫(約23℃±2℃)下為液體，且包括H2SiO2/2單元。環狀二氫聚矽氧烷可藉由在非極性有機溶劑與水之混合物中使二氯矽烷(H2SiCl2)經歷水解/縮合並自所形成之環狀二氫聚矽氧烷移除揮發性環狀二氫聚矽氧烷來產生。
適於形成第一及/或第二電極層之另一適宜聚矽氧組合物包括具有矽氧烷單元式[H2SiO2/2]x'''[HSiO3/2]y'''[SiO4/2]z'''之氫聚矽氧烷，其中x'''、y'''及z'''表示莫耳分率，0.12x'''<1.0，0y'''0.88，0z'''0.30，y'''及z'''不同時為0，且x'''+y'''+z'''=1。氫聚矽氧烷重量平均分子量之值通常介於500至1,000,000範圍內且在120℃或更低之溫度下為液體。
當在矽氧烷單元式[H2SiO2/2]x'''[HSiO3/2]y'''[SiO4/2]z'''中z'''=0時，氫聚矽氧烷係藉由矽氧烷單元式[H2SiO2/2]x'''[HSiO3/2]y'''來闡述，其中x'''及y'''如上文所闡釋表示莫耳分率，且x'''+y'''=1。當z'''=0時，通常0.15x'''<1.0且0<y'''0.85。
當在矽氧烷單元式[H2SiO2/2]x'''[HSiO3/2]y'''[SiO4/2]z'''中y'''=0時，氫聚矽氧烷係藉由矽氧烷單元式[H2SiO2/2]x'''[SiO4/2]z'''來闡述，其中x'''及z'''如上文所闡釋表示莫耳分率，且x'''+z'''=1。當y'''=0時，通常0.15x'''<1.0且0<z'''0.15。
平均而言，氫聚矽氧烷具有上文所提及之以莫耳分率x'''、y'''及z'''表示之矽氧烷單元式，此並非暗示呈上文所提及矽氧烷單元順序之排列。當矽氧烷單元在氫聚矽氧烷中隨機排列時，可能存在其中存在一些嵌段部分，但該等單元之剩餘部分係以隨機方式排列。由於總是存在[H2SiO2/2]單元，故可存在直鏈嵌段，但由於總是存在[HSiO3/2]單元及/或[SiO4/2]單元，故分子結構至少具支鏈且亦可為網狀或籠狀，即其可為樹脂。當氫聚矽氧烷具有[SiO4/2]單元時，分枝度顯著增加。
上文所提及之環狀二氫聚矽氧烷及氫聚矽氧烷亦可藉由高能量照射來固化。電子束及X射線係該照射之代表性實例。電子束照射之量通常不小於3格裏(Gry)。
上文所闡述之任一聚矽氧組合物可經修飾，以使得各別聚矽氧組合物之固化產物為凝膠或橡膠而非樹脂。該等修飾通常係關於用聚矽氧聚合物替代每一各別聚矽氧組合物之聚矽氧樹脂，即用直鏈或具支鏈聚合物替代三維網路樹脂。可基於凝膠及橡膠之彈性及低交聯密度(此歸因於在固化產物中一般不存在T及/或Q單元)將凝膠及橡膠與樹脂區分開。凝膠具有遠小於橡膠之交聯密度。然而，凝膠、橡膠與樹脂之間之固化機制通常類似。凝膠之一實例揭示於美國專利第6,031,025號中，該專利之全文以引用方式併入本文中。可使用此凝膠之導熱添加劑或用替代性填充劑來替代，或凝膠可不含該等填充劑。
若需要，除任何導電纖維及/或導電添加劑外，第一及/或第二電極層可進一步包括至少一種填充劑，例如強化及/或延伸填充劑，以改良第一及/或第二電極層之機械性質。
該至少一種填充劑可選自呈微粒形式之無機填充劑，例如二氧化矽、氧化鋁、碳酸鈣及雲母。例如，在一實施例中，第一及/或第二電極層包含二氧化矽粒子，例如二氧化矽奈米粒子。二氧化矽奈米粒子之一種尤其可用形式係發煙二氧化矽奈米粒子。可用市售未經修飾之二氧化矽起始材料之實例包含以產品名稱NALCO 1040、1042、1050、1060、2326、2327及2329膠質二氧化矽自Nalco Chemical公司，Naperville,Illinois購得之奈米級膠質二氧化矽、來自Degussa之Aerosil®、來自DuPont之Ludox®、來自Nissan Chemical之Snowtex®、來自Bayer之Levasil®或來自Fuji Silysia Chemical之Sylysia®。適宜發煙二氧化矽包含例如以商標「Aerosil series OX 50」以及產品編號-130、-150及-200自DeGussa AG,(Hanau,Germany) 購得之產品。發煙二氧化矽亦可以Bade名稱「CAB O-SPERSE 2095」、「CAB-O-SPERSE A105」及「CAB-O-SIL M5」自Cabot公司，Tuscola,I購得。彼等熟習此項技術者已瞭解已充分建立之不同製程用以獲得具有不同大小且不同物理性質及不同組成之粒子，例如用於氣相或固相反應之火焰水解(Aerosil製程)、電漿製程、電弧製程及熱壁反應器製程或用於基於溶液之反應的離子交換製程及沈澱製程。
二氧化矽奈米粒子可呈膠質分散液形式。因此，可將二氧化矽奈米粒子分散於極性溶劑中，例如甲醇、乙醇、異丙醇(IPA)、酮(例如甲基異丁基酮)、水、乙酸、二醇及三醇(例如丙二醇、2-甲基-1,3-丙烷二醇HOCH2CH(CH3)CH2OH、1,2-己烷二醇CH3(CH2)3CH(OH)CH2OH及甘油)；甘油酯，例如甘油三乙酸酯(三乙酸甘油酯)、甘油三丙酸酯(三丙酸甘油酯)及甘油三丁酸酯(三丁酸甘油酯)；及聚乙二醇，例如聚乙烯二醇及聚丙烯二醇，尤其PPG-14丁基醚C4H9(OCH(CH3)CH2)14OH。另一選擇為，亦可將二氧化矽奈米粒子分散於諸如甲苯、苯、二甲苯等非極性溶劑中。
二氧化矽粒度通常介於1nm至1000nm、或另一選擇為1nm至100nm、或另一選擇為5nm至30nm範圍內。二氧化矽奈米粒子可係單一類型之二氧化矽奈米粒子或包括至少兩種不同類型二氧化矽奈米粒子之混合物。業內已知二氧化矽奈米粒子可具有純二氧化矽，或其可含有某一量之雜質，例如Al2O3、ZnO及/或諸如Na+、K++、Ca++、Mg++等陽離子雜質。
然而，至少一種填充劑無需為奈米粒子或二氧化矽。例如，至少一種填充劑係由諸如以下等強化及/或延伸填充劑來例示：氧化鋁、碳酸鈣(例如發煙碳酸鈣、研磨碳酸鈣及/或沈澱碳酸鈣)、矽藻土、石英、二氧化矽(例如發煙二氧化矽、研磨二氧化矽及/或沈澱二氧化矽)、滑石、氧化鋅、諸如短KEVLAR®等短纖維或其組合。
某些填充劑之內含物可與某些聚矽氧組合物(例如，彼等含有可水解基團者)進行一些不良反應。為防止此問題，可視情況使用填充劑處理劑來對至少一種填充劑進行表面處理。該至少一種填充劑可在納入第一及/或第二電極層中之前經表面處理或至少一種填充劑可在原位經表面處理。
用於處理至少一種填充劑之填充劑處理劑之量可端視多個因素而變化，包含所使用填充劑之類型及量以及填充劑係在原位用填充劑處理劑進行處理抑或在與聚矽氧組合物組合之前進行預處理。
填充劑處理劑可包括矽烷(例如烷氧基矽烷)、烷氧基官能基寡聚矽氧烷、環狀聚有機矽氧烷、羥基官能基寡聚矽氧烷(例如二甲基矽氧烷或甲基苯基矽氧烷)、硬脂酸鹽或脂肪酸。
烷氧基矽烷填充劑處理劑係由諸如以下各項來例示：己基三甲氧基矽烷、辛基三乙氧基矽烷、癸基三甲氧基矽烷、十二烷基三甲氧基矽烷、十四烷基三甲氧基矽烷、苯基三甲氧基矽烷、苯基乙基三甲氧基矽烷、十八烷基三甲氧基矽烷、十八烷基三乙氧基矽烷及其組合。
亦可使用烷氧基官能寡聚矽氧烷作為填充劑處理劑。烷氧基官能基寡聚矽氧烷及其製備方法為業內已知。例如，適宜烷氧基官能基寡聚矽氧烷包含彼等具有式(R10O)q’Si(OSiR10 2R11)(4-q’)者。在此式中，下標q’為1、2或3，另一選擇為，q’為3。每一R10可獨立地選自具有1至10個碳原子之飽和及不飽和單價烴基團。每一R11可為具有至少11個碳原子之飽和或不飽和單價烴基團。每一R12可為烷基。
另一選擇為，可使用呈離散或與例如烷氧基矽烷組合形式之矽氮烷作為填充劑處理劑。
此外另一選擇為，填充劑處理劑可係通常用於處理二氧化矽填充劑之任一有機矽化合物。有機矽化合物之實例包含(但不限於)有機 氯矽烷，例如甲基三氯矽烷、二甲基二氯矽烷及三甲基單氯矽烷；有機矽氧烷，例如羥基端封阻之二甲基矽氧烷寡聚物、六甲基二矽氧烷及四甲基二乙烯基二矽氧烷；有機矽氮烷，例如六甲基二矽氮烷及六甲基環三矽氮烷；及有機烷氧基矽烷，例如甲基三甲氧基矽烷、乙烯基三甲氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷及3-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷。硬脂酸鹽之實例包含硬脂酸鈣。脂肪酸之實例包含硬脂酸、油酸、棕櫚酸、牛脂、可可脂及其組合。
第一及/或第二電極層可獨立地包括以下各項之任何組合：電纖維、發泡物件、導電添加劑及填充劑，此端視第一及/或第二電極層之期望物理性質而定。第一及/或第二電極層內該等組份之每一者之負載端視多個因素而定，例如第一及/或第二電極層是否係自聚矽氧組合物形成、存在或不存在其他組份及第一及/或第二電極層之期望導電性質。
本發明方法可以分批、半分批或連續製程來實施。在某些實施例中，第一電極層、電活性層及第二電極層係依序形成，即在第一電極層上形成電活性層，且然後在電活性層上形成第二電極層。
在其他實施例中，第一電極層、電活性層及/或第二電極層係單獨形成及組裝或以其他方式層壓以形成電活性物件。在該等實施例中，本發明方法通常稱為捲軸式或捲盤式製造方法。
例如，在捲軸式製造方法中，第一電極層及第二電極層可在釋放襯裡上單獨形成。另一選擇為，可在釋放襯裡上形成第一及/或第二電極層中之一者。類似地，電活性層可在釋放襯裡或第一及/或第二電極層上形成。多個層(即第一電極層、第二電極層及電活性層)可與其各別釋放襯裡分離並層壓以形成電活性物件。該方法提供具有高輸出之有效方法。一旦自多個層層壓電活性物件，即可端視電活性物 件之最終用途將電活性物件切割成期望大小。
藉助本發明方法形成之電活性物件可用於多種應用中，尤其彼等需要在機械能與電能之間進行轉化者。該等應用或最終用途之特定實例包含機器人、幫浦、揚聲器、通用自動化、磁碟驅動器及人造器件。當第一及/或第二電極層係自聚矽氧組合物形成且第一及/或第二電極層包括導電纖維及/或導電添加劑時，第一及/或第二電極層具有極佳物理及機械性質，包含撓性及伸長性。
應理解，隨附申請專利範圍並不限於詳細說明中所闡述之表述及具體化合物、組合物或方法，該等表述及具體化合物、組合物或方法可在屬於隨附申請專利範圍之範疇內的具體實施例之間變化。對於本文用來闡述各個實施例之具體特徵或態樣依賴之任一馬庫西群組(Markush group)，可自獨立於所有其他馬庫西成員之各別馬庫西群組中之每一成員來獲得不同、特定及/或意外結果。馬庫西群組中之每一成員可個別地及/或以組合方式相依賴且充分支持隨附申請專利範圍之範疇內之特定實施例。
另外，在闡述本發明之各個實施例中依賴之任何範圍及子範圍獨立地且共同地屬於隨附申請專利範圍之範疇，且應理解闡述且涵蓋包含其中之整數值及/或分數值之所有範圍，即使該等值並未在本文中有明確書面說明。熟習此項技術者容易地意識到，所列舉之範圍及子範圍足以闡述本發明之各個實施例並使其成為可能，且可將該等範圍及子範圍進一步描繪成相關數值的一半、三分之一、四分之一、五分之一等。僅作為一個實例，可將「0.1至0.9」之範圍進一步描繪成下三之一(即0.1至0.3)、中三之一(即0.4至0.6)及上三之一(即0.7至0.9)，其皆個別地且共同地屬於隨附申請專利範圍之範疇，且可個別地及/或共同地相依賴並充分支持隨附申請專利範圍之範疇內的特定實施例。此外，關於定義或修飾範圍之語言(例如「至少」、「大於」、 「小於」、「不大於」及諸如此類)，應理解該語言包含子範圍及/或上限或下限。作為另一實例，「至少10」之範圍固有地包含至少10至35之子範圍、至少10至25之子範圍、25至35之子範圍等，且每一子範圍可個別地及/或共同地相依賴並充分支持屬於隨附申請專利範圍之範疇內的特定實施例。最後，所揭示範圍內之個別數值可相依賴並充分支持隨附申請專利範圍之範疇內的特定實施例。例如，「1至9」之範圍包含多個個別整數(例如3)以及包含小數點(或分數)之個別數值(例如4.1)，其皆可相依賴且充分支持隨附申請專利範圍之範疇內的特定實施例。
10‧‧‧電活性物件
12‧‧‧第二電極層
14‧‧‧電活性層
16‧‧‧第一電極層

Claims (10)

  1. 一種製備電活性物件之方法，該方法包括以下步驟：提供第一電極層；形成毗鄰且實質上平行於該第一電極層之電活性層；及形成毗鄰且實質上平行於該電活性層佈置之第二電極層，以使得該電活性層夾在該等第一與第二電極層之間，由此製備該電活性物件。
  2. 如請求項1之方法，其中提供該第一電極層之該步驟包括在包括釋放襯裡之基板上形成該第一電極層。
  3. 如請求項1之方法，其中該第二電極層包括導電電紡纖維。
  4. 如請求項1及2中任一項之方法，其中該第二電極層係藉助物理氣相沈積形成。
  5. 如請求項1及2中任一項之方法，其中該等第一及第二電極層中之至少一者係自選自以下之聚矽氧組合物形成：過氧化物可固化聚矽氧組合物、縮合可固化聚矽氧組合物、環氧可固化聚矽氧組合物、紫外輻射可固化聚矽氧組合物、高能量輻射可固化聚矽氧組合物及矽氫化可固化聚矽氧組合物。
  6. 如請求項5之方法，其中該聚矽氧組合物包括包含T及/或Q單元之聚矽氧樹脂。
  7. 如請求項1中任一項之方法，其中該等第一及第二電極層中之至少一者包括發泡體。
  8. 如請求項7之電活性物件，其中該等第一及第二電極層中之該至少一者之該發泡體具有開孔結構，且在該發泡體之整個該開孔結構中具有連續聚矽氧相。
  9. 如請求項1、2、7及8中任一項之方法，其中該等第一及第二電 極層中之至少一者包括至少一條導電纖維及/或導電填充劑。
  10. 一種電活性物件，其係根據如請求項1之方法來形成。
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