用于金属电极的表面改性剂、经表面改性的金属电极及经表面改性的金属电极的生产方法_3

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,而取代基A和/或R1的体积越小,覆盖率可能越高。因 此,从增加覆盖率的观点来看,可W选择体积不大的取代基作为A和/或Ri。
[0048] 根据本实施例的表面改性剂包括由通式(1)代表的具有活性甲娃烷基基团的上 述化合物作为主要成分。该主要成分可W仅由通式(1)代表的具有活性甲娃烷基基团的上 述化合物当中的一个构成,或者可组合的方式混合两种W上的化合物W形成该主要成 分。在组合两种W上的化合物的情况下,该组合可W任意选择。例如,可W从实现电极表 面的期望物理特性的角度,组合几种性质不同改性剂来进行化合物的组合,例如,功函数值 不同的化合物、对电极表面的改性密度与所述表面改性剂不同的的化合物、对电极表面的 反应率与所述改性剂不同的化合物、W及与在只用一种化合物改性表面的情况下具有尺寸 和长度不同的改性剂分子的化合物。所述组合包括,例如,但不限于,3-(五氣苯基)丙基 S甲氧基硅烷和3-(4-氣苯基)丙基S甲氧基硅烷、2-(五氣苯基)己基S甲氧基硅烷和 3- (4-氣苯基)丙基S甲氧基硅烷、3-(五氣苯基)丙基S己氧基硅烷和3-化4-二氣苯基) 丙基S甲氧基硅烷、3-(五氣苯基)丙基S甲氧基硅烷和3-(4-氣苯基)丙基二甲基甲氧 基硅烷、3-(4-氣苯基)丙基S甲氧基硅烷和3-(五氣苯基)丙基(甲基)二甲氧基硅烷、 3-(4-S氣甲基苯基)丙基S甲氧基硅烷和3-(4-氣苯基丙基)S甲氧基硅烷、6-(五氣苯 基)己基S甲氧基硅烷和3-化4,5-S氣苯基)丙基S甲氧基硅烷化及3-(五氣苯基)丙 基=甲氧基硅烷和3-(五氣苯基)丙基二甲氧基二哲基硅烷和3-(五氣苯基)丙基甲氧基 二哲基硅烷。
[0049] 根据本实施例的表面改性剂可W只由主要成分构成而不包括其他成分。在此情况 下,作为主要成分的由通式(1)代表的包括活性甲娃烷基基团的化合物可W在其分子间彼 此水解,形成均一的薄膜,从而与电极表面接触的概率被最大化。特别地,优选该表面改性 剂不包含水或低挥发性离子化合物,其可导致使用前该表面改性剂自缩聚。然而,只要功函 数可保持在适当的值而又不抑制自组装单分子层的形成,不禁止该表面改性剂包含其他成 分。
[0050] 另外,作为增强表面改性剂在分子间水解反应中的反应度的添加剂,可W优选W 5%或更低,更优选W0. 1%至1%的质量百分比添加现有技术中用于制备硅烷偶联剂溶液 的诸如己酸和硝酸等的酸和诸如=己胺等的碱作为催化剂。在添加催化剂的情况下,优选 使用由改性之后可容易地从电极表面去除的挥发性物质构成的催化剂。
[0051] 现在描述根据本实施例的表面改性剂的生产方法。根据本实施例的表面改性剂的 生产方法包括W下步骤;提供作为主要成分的由通式(1)代表的包含活性甲娃烷基基团的 化合物;W及任选地将构成该主要成分的多种化合物与添加剂混合。
[0化2] 作为该主要成分的由通式(1)代表的包含活性甲娃烷基基团的一些化合物可从 商业上获得。因此,该些可商业上获得的化合物可W根据实际情况原样地或者在提纯之后 作为该主要成分。作为选择,本领域的技术人员可W根据现有技术文献合成该些化合物,可 W将该些化合物提纯到表面改性剂所需的程度,例如99%W上,W提供该主要成分。
[0053]可W在金属电极的表面改性方法中使用根据本发明的表面改性剂。在该种情况 下,金属电极的表面改性方法也可称为经表面改性的金属电极的生产方法。下面描述该经 表面改性的金属电极的生产方法。
[0化4] 也就是说,根据另一实施方式,本发明包括使用上述表面改性剂生产经表面改性 的金属电极的方法,该方法包括W下步骤:将表面改性剂与金属电极的表面接触,并且由此 获得经表面改性的金属电极。可选提供在所述接触步骤之后去除表面改性后的金属电极表 面上的多余的表面改性剂并且去除水分的步骤。
[0化5]在根据本实施方式的经表面改性的金属电极的生产方法中,通过表面改性金属电 极的表面进行该生产方法。该金属电极可W由单种金属或者是合金制成。表面改性之前的 构成金属电极的金属的功函数优选在4.OeVW上。该是因为,如果该功函数低于4.OeV,那 么改性后的功函数可能达不到足够高的值。金属的具体例子包括但不限于,金、银、铜、铁、 铅、锋、镶、销、侣、银铜合金和侣锋合金。从导电率的观点来看,特别优选的金属电极是金、 银或者铜。
[0056] 通过将至少一种由通式(1)代表的包含活性甲娃烷基化合物的表面改性剂与上 述金属电极表面接触的步骤进行根据本发明经表面改性的金属电极的生产方法。该步骤在 下文中称为"接触步骤"。由于在本实施方式中能够使用的上述表面改性剂在空气中高度稳 定,接触步骤可在空气中进行W进行沉积。接触方法可W任选,例子包含在液相中使液态表 面改性剂与金属电极接触的方法w及在气相中使表面改性剂的蒸汽与金属电极接触的方 法。在液相的接触方法中的所述液态表面改性剂可W是使其温度升高到使所述表面改性剂 变为液态的温度的表面改性剂,或者可选地,可W是通过用溶剂适当稀释所述表面改性剂 而形成的溶液。
[0057]在W液相进行该接触步骤时,表面改性剂的温度可W在大约0至250°C的范围内 设置,但是,该温度优选为约15至8(TC,并且更优选为约20至6(TC。在W气相进行该接触 步骤的情况下,所述温度和压力设置为使得所述表面改性剂的蒸汽压优选为0. 01化W上, 更优选为0.IPaW上。
[005引在从液相进行该接触步骤的情况下,该步骤的处理周期为1小时到3周,优选为2 小时到2周,更优选为4小时到1周。在W气相进行该接触步骤的情况下,该步骤的处理周 期可能为20小时到3周,优选为10小时到2周,更优选为5小时到1周。
[0059] 在该接触步骤中,在改性的电极的每平方米表面面积使用的表面改性剂的量优选 为1X10-6到lOmol,更优选为1X10 -5到5mol,并且进一步优选为1X10 -4到3mol。从增加 表面改性率的观点来看,优选使用大量过量的表面改性剂。未使用于改性电极的表面改性 剂可W被收集W再利用。在该种情况下,此处的电极表面面积是指电极的有效表面面积。有 效表面面积意味着考虑到电极表面的粗趟度、纹理和精细构型的表面面积。考虑到根据本 发明的表面改性剂的分子尺寸,可W鉴于大约Inm的表面粗趟度和精细形状计算该有效表 面面积,W确定要使用的表面改性剂的量。
[0060] 本发明的表面改性的电极的表面改性层的平均厚度优选为3nm或更低,更优选为 0. 5至Ij3皿,并且进一步优选为1至Ij2. 5皿。在表面改性层厚度低于0. 5皿的情况下,由于功 函数的少量改变而可能不能达到足够的改性效果,反之,在表面改性层厚度大于3nm的情 况下,电极的电荷转移可能被抑制。该厚度取决于根据本发明构成该表面改性剂的由通式 (1)代表的化合物的尺寸和电极表面上的排列和取向状态。测量表面改性层的平均厚度的 方法的例子包含极化分析法(楠圆光度法)。
[0061] 在所述接触步骤中所使用的该表面改性剂优选能使用诸如有机溶剂的溶剂稀释。 在使用用溶剂稀释的溶液的情况下,金属表面可能不能充分改性,且可能不能达到恰当的 效果。
[0062] 进行所述接触步骤时,水可W共存。在与作为主要成分的由通式(1)代表的包含 活性甲娃烷基基团的化合物的娃原子键合的活性基团为烷氧基团或酷哲基团情况下,在水 解反应中形成硅烷醇,W促进由通式(1)代表的包含活性甲娃烷基基团的化合物分子间的 反应。在由通式(1)代表的包含活性甲娃烷基基团的化合物为硅烷醇的情况下,不必添加 水。在液相中进行接触步骤时,可将水添加到液态表面改性剂中。在液相中进行接触步骤 时,可将水添加到液态表面改性剂或其溶液中。在气相中进行接触步骤时,可水蒸汽形 式添加水。作为选择,可W采用接触步骤进行前吸附在电极表面上的水。在此情况下,可不 添加水进行接触步骤。例如,在电极表面上的水接触角度被确定为相当于亲水状态的30° W下的情况下,相信大气中的水蒸气(如果有的话)会补充到电极表面,并且有足量的水分 被吸附在电极表面上。
[0063] 在所述接触步骤中,在将水添加到表面改性剂的情况下待添加的水量优选为,在 所述接触步骤中使用的每mol表面改性剂中通常添加0. 01至IjImol的水,W使该表面改性 剂的自缩聚最小化。
[0064] 在上述接触步骤中,使用至少一种由通式(1)代表的表面改性剂。因此,例如,可 W混合多种表面改性剂进行接触步骤。一种混合多种表面改性剂的接触步骤模式在液相和 气相中类似地进行。作为选择,也可在同时使用多种表面改性剂而不混合的情况下进行接 触步骤。同时使用多种表面改性剂而不混合的接触步骤模式尤其应用于气相接触的情况。 此外,也可使用多种表面改性剂进行连续接触步骤。还可W类似地在液相和气相中进行连 续接触步骤。因为多种表面改性剂可W用于改性金属电极的表面,所W该些方式具有能够 精细调节电极表面的功
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