Устройство и способ активации элементов - RU2458376C2

Чертежи

Показать все 33 чертежа(ей)

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение имеет отношение к способу и устройству для управляемой во времени активации таких элементов, как электрические переключатели, элементы контроля, элементы электрохромного изображения, гальванические элементы и транзисторы.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Проводящие полимеры, изучающиеся уже в течение нескольких лет, являются сегодня кандидатами на частичное замещение электронных систем на основе силикона. Электрохимический транзистор, использующий проводящие полимеры, был открыт, к примеру, Нильсоном и др., Adv. Mater. 14, No. 1, 2002, стр.51. Более того, электрохимический транзистор, использующий проводящие полимеры, был продемонстрирован в комбинации с элементами изображения, содержащими проводящий полимерный материал, П.Андерсоном и др., Adv. Mater. 14, No. 20, 2002, 1460.

Электрохимические устройства, выполненные с использованием проводящих полимеров, действуют медленнее, чем такие же электронные устройства, выполненные из силикона. Таким образом, электрохимические устройства, базирующиеся на проводящих полимерах, по всей вероятности, подходят для медленных процессов, происходящих в секундном, минутном, часовом, дневном, недельном или месячном интервалах.

Примером использования электрохимического устройства, выполненного с использованием проводящих полимеров может служить элемент изображения. Элемент изображения сделан из локального гальванического элемента, в котором химические реакции могут проходить с временной зависимостью. Химические реакции могут по своей природе быть как химическими, так и электрохимическими и изменять физический статус прибора таким образом, чтобы изменения были легко узнаваемыми, например, смена цвета. Такие электрохимические элементы изображения были изобретены, к примеру, в США, патент 5930023 (патентовладелец Wisconsin Label Corporation). Электрохимические элементы изображения, описанные в этот патенте, размещены послойно в два слоя электродов и один слой электролита, занимающие определенные области подложки. Слой электролита перекрывает почти полностью один электродный слой, но соприкасается с небольшим участком другого электродного слоя, выполненным из тонкой пленки. Во время активации электрохимическая реакция поступательно увеличивает область, покрытую слоем тонкой электродной пленки и поступательно уменьшает область, покрытую слоем тонкой электродной пленки. Тонкопленочный электродный слой утончается на границе со слоем электролита и осуществляет необратимым образом индикацию изменения в темпе, зависящем от протекания электрохимической реакции. Следовательно Wisconsin Label использует изменения внутри элемента изображения. Поверхность для активации довольно ограничена. Лишь поверхности, покрытые электродом доступны для активации. Активация зависит от текущего электрического тока.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение представляет устройство, включающее как минимум один элемент, который может быть активирован при использовании устройства.

Устройство включает в себя как минимум один активационный слой, контактирующий с как минимум одним миграционным слоем. Миграционный слой является проницаемым для жидкости и дает жидкости возможность проникнуть вовнутрь. В действии жидкость вызывает изменение уровня легирования в как минимум одном активационном слое. Элементами, подключенными к устройству, могут быть элемент изображения, электрический переключатель, гальванический элемент или комбинация этих элементов. Таким образом, устройство позволяет активировать элементы изображения, гальванические элементы, переключатели и т.п.

Это изобретение включает также способ изготовления указанного устройства. Активационный слой и миграционный слой наносятся на подложку таким образом, что активационный слой контактирует с миграционным слоем. В дальнейшем элемент вступает в контакт с по крайней мере частью активационного слоя так, что элемент может быть приведен в действие.

Как только жидкость проникает в миграционный слой, она касается активационного слоя и приводит таким образом элемент в действие. Степень активации выявляется благодаря границе между участком, контактирующим с жидкостью, и участком активационного слоя, не контактирующим с жидкостью. В секторе активационного слоя, контактирующем с жидкостью, происходит изменение уровня легирования. Изменение уровня легирования меняет физические свойства участка активационного слоя, находящегося в контакте с жидкостью. Такими физическими свойствами могут быть изменение цвета, изменение электрического сопротивления или изменение электрического заряда.

Дополнительно подобное изменение физических свойств может быть использовано для активации таких элементов, как элемент изображения, электрический переключатель, управляемый по времени резистор, гальванический элемент или комбинации элементов. Активация элемента изображения может быть запущена в зависимости от времени. Подобным образом гальванический элемент может быть доступным в качестве накопителя энергии по истечении некоторого периода времени. В другом аспекте изобретения представляется возможным начать активацию элемента автоматически лишь посредством установления контакта устройства с водяным паром. Таким образом устройство может храниться долгое время, не будучи активированным до тех пор, пока емкость для жидкости не будет заполнена. Устройство могло бы дополнительно отображать температурно-временной интеграл, зависящий от истекшего времени и температуры, которой оно подвергается. Это может быть особенно важно для таких образцов, для которых время и температура имеют большое значение, например для образцов крови. Изменение сопротивления позволяет использовать устройство в качестве зависящего от времени переключателя или управляемого по времени резистора.

От прототипа настоящее изобретение отличается тем, что по существу целый активационный слой находится в распоряжении для активации элементов, вызванной миграцией жидкости, а не электрическим током. Изобретенное устройство дополнительно позволяет инициировать запуск электрического включения по истечении определенного времени и зависит от степени активации, достигнутой внутри активационного слоя. Устройство дополнительно позволяет использовать функции управления, которые регулируются степенью активации внутри активационного слоя. Изобретенное устройство позволяет использовать в режиме своей работы температурную зависимость. Температурная зависимость устройства обусловлена температурной зависимостью скорости миграции жидкости внутри миграционного слоя.

Если в устройстве имеется участок для перемещения пара, то на температурную зависимость устройства дополнительно влияет зависимость паровой диффузии от температуры. Время, необходимое паровым составляющим жидкости для прохождения участка для пара, зависит от температуры. Поэтому устройство может быть использовано в качестве идикатора времени и температуры, оказывающей на него влияние.

Настоящее изобретение не требует функциональности электродов. Простой контакт жидкости с миграционным слоем, касающимся активационного слоя, или просто прямой контакт с активационным слоем являются достаточными для начала химической реакции внутри активационного слоя.

Другой аспект изобретенного устройства - его комбинация с такими элементами, как химически активированные элементы изображения или элементы электрохромного дисплея или гальванические элементы. Элементы могут быть размещены где угодно на слое активации и контактировать с его поверхностью. Встраивание элементов электрохромного изображения позволяет применять функцию включения или выключения. Включение может быть использовано, например, для показа информации по достижении определенного состояния активации.

Также возможно включить в устройство гальванические элементы, служащие накопителем энергии после их активации посредством изменения активационного слоя. В комбинации с системой идентификации радиочастот (radio frequency identification system, RFID) эффект включения может быть использован для включения или выключения нагрузочного резистора ретранслятора.

Изобретенное устройство может быть использовано в качестве индикатора времени, изменяющего свойства по истечении некоторого периода времени. Функциональные свойства устройства могут быть применены для входного билета на какое-либо мероприятие, билет изменяет свои характеристики (внешний вид, цвет) по истечении определенного периода времени. Также функциональные свойства могут быть использованы для ограниченной во времени трансляции сообщений, включающих текстовую и графическую информацию. Этот вид функциональных свойств может быть полезным для трасляции рекламной информации, будь то текстовая или графическая информация.

Устройство может быть также использовано в качестве зависимого от температуры интегратора, который управляется временем и температурой, оказывающими влияние на устройство после активации. Это функциональное свойство может быть полезным для обозначения срока годности продуктов или напитков или как ярлык срока годности для лекарств. Дополнительно устройство может быть использовано для отображения температурно-временного интеграла, действию которого оно подвергается после активации. Это может быть полезным для диагностических процедур, а также для физических образцов, для которых крайне важен температурно-временной интеграл, например, для проб крови.

ОПИСАНИЕ РИСУНКОВ

Фиг.1a иллюстрирует первый аспект устройства 1 с окном 52, в горизонтальном сечении.

Фиг.1b иллюстрирует устройство 1 Фиг.1a в поперечном сечении.

Фиг.1c иллюстрирует устройство 1 Фиг.1a и 1b в действии.

Фиг.2a иллюстрирует второй аспект устройства 1, содержащего суженный участок 27 внутри активационного слоя 20, в горизонтальном сечении.

Фиг.2b иллюстрирует устройство 1 Фиг.2a в поперечном сечении.

Фиг.2c иллюстрирует вольтамперные характеристики устройства 1 Фиг.2a и 2b.

Фиг.3a иллюстрирует устройство 1 с открытым участком 46 миграционного слоя в горизонтальном сечении.

Фиг.3b иллюстрирует устройство 1 с открытым участком 46 миграционного слоя в поперечном сечении.

Фиг.3c иллюстрирует различные вольтамперные характеристики.

Фиг.4a иллюстрирует устройство 1 с емкостью для жидкости 110, участком для прохождения пара 120 и открытой частью поверхности 141 на поверхности емкости для жидкости 110.

Фиг.4b иллюстрирует устройство 1 с емкостью для жидкости 110, участком для прохождения пара 120 и капсулой 270, содержащей жидкость 70.

Фиг.5a иллюстрирует прямоугольный активационный слой.

Фиг.5b иллюстрирует активационный слой 20, сужающийся слева направо.

Фиг.5c иллюстрирует активационный слой 20, сужающийся справа налево.

Фиг.5d иллюстрирует изогнутый активационный слой 20, сужающийся слева направо.

Фиг.5e иллюстрирует изогнутый активационный слой 20, сужающийся справа налево.

Фиг.5f иллюстрирует активационный слой, содержащий сегменты, расположенные отдельно друг от друга.

Фиг.6 иллюстрирует устройство 1, содержащее мембрану 160 и участок для прохождения пара 120.

Фиг.7 иллюстрирует устройство 1 с суженным участком 27, расположенным параллельно направлению миграции в горизонтальном (Фиг.7a) и поперечном сечении (Фиг.7b).

Фиг.7c иллюстрирует активационный слой 20 приведенной длины.

Фиг.8a иллюстрирует активационный слой Фиг.2a с двумя гальваническими элементами 210 и 210е и элементом электрохромного изображения 220.

Фиг.8b иллюстрирует активационный слой со множеством элементов изображения 220 и множеством гальванических элементов 210.

Фиг.8c иллюстрирует устройство 1, в которое элемент изображения 220 проникает трансверсально.

Фиг.9 иллюстрирует устройство 1, в котором изменена позиция электрода 225 элемента изображения 220.

Фиг.10a иллюстрирует устройство 1 с газопроницаемой мембраной 160.

Фиг.10b иллюстрирует устройство Фигуры 10a, дополненное элементом изображения, проходящим трансверсально.

Фиг.10c иллюстрирует устройство 1 в другой перспективе.

Фиг.11a иллюстрирует устройство 1 с несколькими гальваническими элементами, содержащими вторые слои 250a, 250b и 250c, приведенные в действие трансверсально.

Фиг.12 иллюстрирует первый пример устройства 1 с вертикальным направлением миграции, включающим миграционные слои 40a, 40b и 40c различной толщины.

Фиг.13 иллюстрирует вариацию устройства 1 с вертикальным направлением миграции, показанным в Фигуре 12.

Фиг.14a иллюстрирует горизонтальное сечение устройства 1, образующее транзистор обедненного типа.

Фиг.14b иллюстрирует поперечное сечение устройства 1, образующее транзистор обедненного типа.

Фиг.14c иллюстрирует горизонтальное сечение устройства 1, образующее транзистор обогащенного типа.

Фиг.14d иллюстрирует поперечное сечение устройства 1, образующее транзистор обогащенного типа.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для полного понимания настоящего изобретения и его преимуществ дается следующее детальное описание со ссылками на фигуры.

Необходимо принять во внимание, что различные аспекты изобретения, обсуждаемые в этом документе, иллюстрируют лишь специфические способы изготовления и использования изобретения и не ограничивают таким образом объем прав изобретения, рассмотренных в рамках формулы изобретения и следующего детального описания.

Также будет принято во внимание, что характерные особенности некоторых аспектов изобретения могут быть скомбинированы с характерными особенностями других аспектов изобретения.

Фиг.1 иллюстрирует первое конструктивное исполнение устройства 1, соответствующего изобретению, в горизонтальном (Фиг.1а) и поперечном (Фиг.1b) сечении. Место поперечного сечения (Фиг.1b) показано на Фиг.1a штрихпунктирной линией, а направление поперечного сечения отмечено двумя стрелками.

Фиг.1 иллюстрирует подложку 10, выполненную из электроизоляционного температуроустойчивого материала, резистентного к органическим растворителям, использующимся в процессе производства устройства 1, а также к жидкости 10, о чем будет сказано позже. Не ограничивая сферу действия исключительного права изобретения, подложка 10 может быть выполнена из таких пластичных материалов, как полиэфир, коэкструдированный полиэтилен, полиэтилентерефталат, полиэтилен-нафталин-дикарбоксилат, полиэтилен, полиамид, полипропилен или поликарбонат. Подложка 10 может быть также выполнена из бумаги, мелованной бумаги, стекла или керамики. Толщина подложки 10 может варьироваться от нескольких миллиметров до нескольких микрометров. Типовое значение толщины подложки находится в диапазоне 200 мкм.

Как минимум один активационный слой 20 расположен на поверхности подложки 10. Могут присутствовать два, три или более активационных слоя. Вторая часть 22 активационного слоя 20 находится в контакте с жидкостью 70. Первая часть 21 активационного слоя 20 изображена, еще не будучи в контакте с жидкостью 70.

Активационный слой 20 выполнен из электропроводящего полимера, предпочтительно активированного полианилина (PANI) или поли-(этилендиокситиофена) (PEDOT), активированного полистирольной сульфокислотой (PEDOT:PSS), а также из любого другого электропроводящего полимера. PANI предлагает фирма «Panipol», Финляндия, под торговой маркой PANIPOL Т [PANI растворен в толуоле - см. http://www.panipol.fi/index.php?option=content&task=view&id=3&Itemid=26, стр. открыта 12-го октября 2007 г.].

Активационный слой 20 может также быть выполнен из электропроводящего поли-(3,4-этилендиокси)тиофена. PEDOT получен в результате окислительной полимеризации мономерного этилендиокситиофена с солями железа (III) в качестве окислителя. PEDOT, активированный полистирольной сульфокислотой (PSS), предлагает фирма «BAYER» под торговой маркой Baytron P. PSS добавляется во время полимеризации PEDOT для образования PEDOT:PSS. Используемое вещество - суспензия PEDOT:PSS, растворенного в воде. Дальнейшую информацию о PEDOT:PSS можно получить на веб-странице http://www.hcstarck.de/index.php?page_id=602, стр. открыта 12-го октября 2007 г., а также в издании A.N.Aleshin, S.R.Williams, A.J.Heeger, Synthetic Materials, 1998, 97, стр.173.

Вещество PEDOT:PSS приготовлено согласно рецепту, приведенному в Lu et al, Journal of Appl. Phys., 2002, 92 No. 10, 6033. 5 мл этиленгликоля смешивают с каплей додецилбензолсульфокислоты (DBSA) и взбалтывают. DBSA предлагается фирмой «Fluka Chemie GmbH». 1 мл полученного раствора смешивают с 5 мл раствора Baytron P и снова все взбалтывают. В результате получается синий раствор, готовый для нанесения на слой подложки 10.

В качестве альтернативы PEDOT:PSS для нанесения на подложку 10 имеется также материал под торговой маркой Orgacon ТМ EL-350, предлагаемый компанией AGFA, [см, например http://www.agfa.com/docs/sp/advanced_materials/Orgacon_EL-350_21006.pdf, стр. открыта 12-го октября 2007]. Orgacon ТМ EL-350 представляет собой вместе со слоем PEDOT:PSS тонкую полиэфирную фольгу толщиной 175 мкм и поверхностным сопротивлением <350 Ом/кв.

Типовая толщина активационного слоя 20 лежит в диапазоне от 50 нм до 500 нм.

Если активационный слой 20 дополнительно содержит композиционные материалы, как объясняется ниже, то толщина активационного слоя 20 может быть от нескольких сот микрометров. Использование нано- или микрочастиц в активационном слое 20 могло бы увеличить объем слоя и ограничить активацию до тонкого слоя поверхности, активационного слоя 20.

Альтернативно для активационного слоя 20 можно использовать комбинацию материалов, например, последовательность слоев, содержащих PEDOT:PSS и PANI. Также возможно депонировать полимерный материал на тонкие металлические слои. Дополнительно можно выполнить активационный слой 20 из материала, который имеет гомогенный уровень легирования после изготовления активационного слоя 20. И, конечно, возможно без какого-либо ограничения использование для активационного слоя таких материалов, которые демонстрируют пространственные вариации уровня легирования. Так, уровень легирования внутри активационного слоя 20 может содержать ступенчатые профили уровня легирования или произвольно сформированные профили уровня легирования, а также уровень легирования N, который изменяется в качестве функции в позиции х внутри активационного слоя 20 как N=f(x).

Дополнительно активационный слой 20 может быть выполнен из тонкого слоя металла, например алюминия. Толщина слоя алюминия, формирующего активационный слой 20, могла бы находиться в диапазоне от нескольких нанометров до нескольких сотен нанометров. Алюминивый слой может быть образован методом нанесения тонкой пленки. Также можно выполнить алюминивый слой из частиц алюминия путем напыления.

Электрод 30 формирует другой слой на верхней грани подложки 10. Электрод 30 выполнен из PANI, PEDOT:PSS или другого электропроводящего материала. В соответствии с одним аспектом изобретения активационный слой 20 и электрод 30 могут быть выполнены из тех же самых электропроводящих полимеров. Другие примеры электропроводящих полимеров, используемых для устройства 1, включают, но этим не ограничиваются, политиофены, полипирроли, полианилины, полиизотианафталины, полифенилен винилены, поли(пара-фенилен), поли(пара-фенилен-винилен) и их кополимеры. Выбранные кополимеры: поли(3,4-метилендиокситиофен), дериваты поли(3,4-метилендиокситиофена), поли(3,4-этилендиокситиофен), дериваты поли(3,4-этилендиокситиофена), поли(3,4-пропилендиокситиофен), дериваты поли(3,4-пропилендиокситиофена), поли(3,4-бутилендиокситиофен), дериваты поли(3,4-бутилендиокситиофен), поли-3-метилтиофен и поли-3,4-диметилтиофен и, кроме этого, кополимеры.

Дальнейшие подходящие материалы в качестве электропроводящих полимеров, используемых для устройства 1 в соответствии с данным изобретением - полимеры или кополимеры 3,4-диэтилен окситиофена, дериваты поли(диэтилен флуорена), цис- и транс-полиацетилен.

Активационный слой 20 и электрод 30 покрыты по крайней мере одним миграционным слоем 40. Может иметься более чем один миграционный слой 40.

Не ограничивая сферу действия исключительного права изобретения, в дальнейшем возможно обратить последовательность миграционного слоя 40 и активационного слоя 20 таким образом, чтобы активационный слой 20 был расположен сверху и контактировал с миграционным слоем 40. В способе изготовления устройства 1 для депонирования последующих слоев материала на подложку 10 для придания устройству 1 формы в соответствии с изобретением применяется in-line процесс или непрерывный процесс. Способами депонирования миграционного слоя 40, активационного слоя 20 и/или электрода 30 на подложку 10 могут быть трафаретная печать, покрытие методом центрифугирования, покрытие методом распыления, набивка и покрытие, наносимое окунанием, а также их комбинации. Шаблоны активационного слоя 20, миграционного слоя 40 и/или электрода 30 могут быть созданы посредством литографии, трафаретной печати или с использованием режущего плоттера.

Миграционный слой 40, как и слой электролитной матрицы 185 элемента изображения 220, как показано на Фиг.8, выполнены из материала, способного абсорбировать жидкость 70. Материалом, способным абсорбировать жидкость 70, может быть любой материал, способный впитывать жидкость. Как известно в технологии, для абсорбирования жидкости 70 подходят некоторые полимеры.

В одном образце миграционный слой выполнен из поливинилового спирта (PVA) в качестве основного ингредиента. Миграционный слой 40 и слой электролитной матрицы 185 могут быть изготовлены следующим образом: 0.2 г CaCl₂·6H₂O растворяются в 10 мл обессоленной воды, и полученный раствор смешивается с 0,6 г поливинилового спирта и перемешивается при 80°C примерно в течение 2-х часов для образования смеси. В остуженную смесь добавляются 0,35 г изопропанола. Смесь депонируется на подложку 10 и высушивается. Способом депонирования миграционного слоя 40 на подложку 10 может быть трафаретная печать, покрытие методом центрифугирования, покрытие методом распыления, набивка, покрытие методом погружения, а также их комбинации. Шаблоны миграционного слоя 40, активационного слоя 20 и электрода 30 могут быть созданы посредством трафаретной печати, литографии или с использованием режущего плоттера.

Типовой толщиной миграционного слоя 40 будет диапазон от нескольких микрометров до 1 см, более предпочтительным является диапазон от нескольких десятков до нескольких сотен микрометров.

В другом аспекте устройства 1 согласно этому изобретению миграционный слой 40 может содержать электролит, желательно гелевый электролит, такой как тетрабутил аммоний гексафлуорофосфат (TBAPF6) / поли(метилметакрилат) (РММА) / пропилен карбонат / ацетонитрил (ACN). Если для миграционного слоя 40 используется смесь TBAPF6 / РММА / PC/ACN, то для нее желательно применить весовое соотношение 3:7:20:70.

Миграционный слой 40 может быть подвержен затвердеванию посредством желатина, деривата желатина, крахмала, полиакриловой кислоты, полиметакриловой кислоты, полигидроксиэтилметакрилата (НЕМА), поли(винилпирролидона), полисахарида, полиакриламида, полиуретана, оксидов полипропилена, оксидов полиэтилена, поли(стеринсульфоновая кислоты), а также их солей и кополимеров, затвердевший в которых гелевый электролит содержит ионную соль. Другими материалами для формирования миграционного слоя 40 или электролитной матрицы 185 элемента изображения 220 являются твердые полимерные электоролиты (SPE), такие как сульфидный кополимер тетрафлуороэтилен (известный в продаже как Nafion®), поли(стеринсульфоновая кислота) (PSSH) или поли(этилен оксид) (РЕО).

В дополнение к уже упомянутым электролитам, используемым в миграционном слое 40 или в слое электролитной матрицы 185, могут быть использованы такие электролиты, как например LiClO₄, растворенный в ацетонитриловой или лимонной кислоте (0,01 М к 1 М) или NaOH (0,01 М к 1 М), растворенный в воде.

Миграционный слой 40, содержащий лимонную кислоту или NaOH, после изготовления высушивается. После активации в миграционный слой 40 проникает электролит, содержащий кислоту или основание, посредством сорбции воды. Электролит, содержащий кислоту или основание, представляет интерес для химического легирования активационного слоя 20.

Температурная зависимость миграционного процесса в миграционном слое 40 обуславливается его составом. Например, можно увеличить содержание соли (к примеру, CaCl₂) или содержание лимонной кислоты или содержание NaOH, чтобы оказать влияние на температурную зависимость процесса миграции в миграционном слое 40.

Более того, материалы, подходящие для формирования миграционного слоя 40, могут также включать капиллярные субстанции, способные впитывать электролит. Подобные капиллярные субстанции включают бумагу, хроматографическую бумагу, тонкий слой адсорбирующего вещества (например силикагель), оксид алюминия или целлюлозу, и не только. Толщина миграционного слоя 40, содержащего капиллярные материалы, находится в диапазоне между 10 мкм и несколькими сотнями микрометров.

В некоторых аспектах изобретения возможно также использовать композитные материалы или их комбинации, содержащие упомянутые выше вещества и капиллярные субстанции. С целью управления свойствами инфильтрации внутри миграционного слоя 40 возможно использовать материалы, содержащие микро- или наночастицы в качестве компонентов миграционного слоя 40. Такими микро- или наночастицами внутри миграционного слоя 40 могут быть оксид титания или оксид кремния.

Также можно изготовить миграционный слой 40 как мультислой. К примеру, миграционный слой 40 может иметь первый слой, выполненный из нейтрального раствора поливинилового спирта (PVA), второй слой из раствора PVA с лимонной кислотой или NaOH. Первый и второй слои наложены друг на друга.

Одинаково возможно компоновать миграционный слой 40 из сегментов с различным составом. Например, первый сегмент миграционного слоя 40 может содержать NaOH, в то время как второй сегмент миграционного слоя 40 NaOH не содержит. Применение различных составов возможно и для других компонентов устройства 1.

Миграционный слой 40 может также быть образован посредством процесса расслоения, запускающимся в действие при использовании устройства 1. Согласно такому аспекту устройства 1 миграционный слой 40, содержащий, например, PVA, может быть опущен.

Процесс расслоения может происходить между герметизационным слоем 50 и активационным слоем 20 и быть запущенным во время контакта электролита с герметизационным слоем 50 и активационным слоем 20. После процесса расслоения активационного слоя 20 и герметизационного слоя 50 электролит как тонкая пленка жидкости 70 может проникать между активационным слоем 20 и герметизационным слоем 50. Медленный процесс просачивания является процессом миграции. Таким образом миграционный слой в соответствии с процессом расслоения самоформируется между границами фаз активационного слоя 20 и герметизационного слоя 50. Подобным образом процесс расслоения может происходить между активационным слоем 20 и подложкой 10.

Возможно также объединить миграционный слой 40 и активационный слой 20. Слияние активационного слоя 20 и миграционного слоя 40 может быть реализовано при использовании какого-либо материала активационного слоя, пригодного для абсорбции жидкости 70. Сорбция или абсорбция жидкости 70 могут быть улучшены при плавном сопряжении материала активационного слоя 20 с материалом миграционого слоя 40. Примером сопряжения материалов активационного слоя 20 и слоя миграционного 40 является композит PANI/PVA.

Фиг.1 также иллюстрирует первый контактный слой 61, касающийся активационного слоя 20. Электрод 30 контактирует со вторым контактным слоем 62, расположенным на верхней грани электрода 30. Первый контактный слой 61 и второй контактный слой 62 могут быть выполнены из серебряной пасты. Первый контактный слой 61 и второй контактный слой 62 могут быть опущены в устройстве 1. Назначение первого контактного слоя 61 и второго контактного слоя 62 - использование разности потенциалов между активационным слоем 20 и электродом 30. Миграционный слой 40 покрыт или запаян герметизационным слоем 50, оставляющим открытой как минимум грань 45 миграционного слоя 40. В качестве открытой грань 45 на Фиг.1b показана левая грань. Выбор левой грани в качестве открытой 45 произволен. На Фиг.1a герметизационный слой 50 не показан для придания прозрачности фигуре. Герметизационный слой 50 выполнен из лакового покрытия, нанесенного таким образом, чтобы были покрыты, по крайней мере, активационный слой 20 и миграционный слой 40. Герметизационный слой 50 может состоять из слоя лака на основе акриловой смолы или ее кополимера. Дополнительно может быть пригодной любая комбинация материалов, которые достаточно герметизируют устройство 1, а также защищают его поверхность. Для депонирования герметизационного слоя 50 на устройство 1 представляется возможным применение тех же методов, что и для депонирования активационного слоя 20 и миграционного слоя 40. Методы депонирования активационного слоя 20 и миграционного слоя 40 описаны выше. Типовая толщина герметизационного слоя 50 лежит в диапазоне от нескольких микрометров до одного сантиметра, желательна толщина в диапазоне от нескольких десятков микрометров до нескольких сотен микрометров. Также возможно формирование герметизационного слоя 50 при помощи пленки термосваривания.

Фиг.1b иллюстрирует открытую грань 45 миграционного слоя 40 с левой строны устройства 1 вместе с открытой гранью 25 активационного слоя 20. Открытая грань 25 активационного слоя может отсутствовать. На Фиг.1b открытая грань 45 и открытая грань 25 могут контактировать с жидкостью 70. Подходящей жидкостью 70 может быть водяной пар, жидкая вода или электоролит на водной основе.

Активация устройства 1 осуществляется при установлении контакта открытой грани 45 миграционного слоя 40 с жидкостью 70. Этот контакт определяет момент начала активации устройства 1. Инфильтрация жидкости 70 внутрь миграционного слоя 40 начинается вместе с активацией устройства 1.

В одном аспекте изобретения жидкость 70 может состоять из водяного пара, а миграционный слой 40 из PVA. Внутри миграционного слоя 40 могут содержаться соляные кристаллы. PVA допускает абсорбцию воды и, как результат, частично растворяется, и электролит на водной основе проникает в миграционный слой 40 до границы 130. На Фиг.1b жидкость 70 показана перемещающейся внутри второго сектора 42 миграционного слоя 40. Первый сектор 41 миграционного слоя 40 не имеет контакта с жидкостью 70. Второй сектор 42 миграционного слоя 40 показан на Фиг.1b в виде заштрихованной площади. Граница 130 проходит между первым сектором 41 и вторым сектором 42. В качестве альтернативы с миграционным слоем 40 могут контактировать вода или электролит на водной основе.

На Фиг.1 порция жидкости 70, перемещающаяся до границы 130 внутри второго сектора 42 миграционного слоя 40, вступает в контакт со вторым сектором 22 активационного слоя 20 и с участком электрода 30, покрытого вторым сектором 42 миграционного слоя 40. Контакт между жидкостью 70 во втором секторе 42 миграционного слоя 40 и вторым сектором 22 активационного слоя 20 создает локальный химический источник тока 85, в котором может быть запущена электрохимическая или химическая реакция. Химическая или электрохимическая реакция вызовут изменение уровня легирования во втором секторе 22 активационного слоя 20 как части локального химического источника тока 85.

Выражение «изменение уровня легирования» может также относиться к изменению состояния окисления активационного слоя 20. Изменение уровня легирования - это, например, окисление активационного слоя 20 или восстановление активационного слоя 20. Так, если активационный слой 20 состоит из алюминия, окисление алюминия до оксида алюминия - это изменение уровня легирования.

Если, например, электрод 30 и активационный слой 20 выполнены из одного и того же материала (к примеру, PEDOT:PSS), тогда электрохимическое восстановление может быть запущено посредством приложения напряжения смещения (к примеру, 1,5 вольт) между контактным слоем 61 и контактным слоем 62.

Если, например, электрод 30 подключен как анод, а активационный слой 20 как катод, то произойдет электрохимическое восстановление во втором секторе 22 активационного слоя 20. Электрохимическое восстановление изменяет уровень легирования во втором секторе 22 активационного слоя 20. Изменение уровня легирования в дальнейшем приводит к электрохромному цветовому изменению, что изменяет цвет второго сектора 22 активационного слоя 20 на синий. На Фиг.1a восстановленная часть второго сектора 22 активационного слоя 20 изображена в виде заштрихованного участка с границей 80 второго сектора 22 активационного слоя 20. Подвижная граница 80 между вторым сектором 22 и первым сектором 20 активационного слоя 20 перемещается, увеличивая второй сектор 22 активационного слоя 20.

Устройство 1 может быть использовано в качестве индикатора времени. Индикатор времени функционирует, отмечая позицию истекшего времени с момента активации при помощи подвижной границы 80 измененного электрохимически второго сектора 22 активационного слоя 20, как показано на Фиг.1c.

Также можно использовать устройство 1 для определения температурно-временного интеграла. Температурно-временной интеграл реализуется гарантией того, что скорость миграции жидкости 70 во втором секторе 42 миграционного слоя 40 зависит от температуры устройства 1.

Устройство 1 в соответствии с Фиг.1a и 1b может иметь герметизационный слой 50, расположенный как показано на Фиг.1b и 1c. Если герметизационный слой 50 включает окно 52, то можно наблюдать по подвижной границе 80 второго сектора 22 активационного слоя 20, как второй сектор 22 изменяет цвет вследствие химической или электорохимической реакции, вызвающей изменение уровня легирования. Для использования окна 52 как оптического дисплея на верхней грани подложки 10 требуется, чтобы материалы, размещенные между окном 52 и активационным слоем 20, были прозрачными.

Герметизационный слой 50 может быть также нанесен в устройстве 1 на обратную сторону подложки 10. В другом аспекте изобретения возможно, чтобы окно 52 было напечатано на подложку 10 с обратной стороны. Для использования окна 52 как оптического дисплея с обратной стороны подложки 10 требуется, чтобы материалы, помещенные между окном 52 и активационным слоем 20, были прозрачными. В этом случае прозрачные материалы используются для подложки 10, для активационного слоя 20 и герметизационного слоя 50. Окно 52 будет видным на верхней грани устройства 1, хотя оно напечатано на обратной стороне подложки.

Согласно следующему аспектру изобретения, в котором активационный слой 20 выполнен из PEDOT:PSS, изменение уровня легирования во втором секторе 22 активационного слоя 20 вызывает не только изменение цвета, но и увеличение электрического сопротивления. Увеличение электрического сопротивления может быть использовано для запуска электрического переключателя в определенный момент времени после начала активации. Использование электрического переключателя более детально показано на Фиг.2a и 2b.

Фиг.2a и 2b иллюстрируют то же устройство, что и Фиг.1a и 1b. Активационный слой 20 на Фиг.2a и 2b имеет не только первый сектор 21 и второй сектор 22, но и дополнительно суженный участок 27. В суженном участке 27 ширина активационного слоя 20 уменьшена относительно других участков слоя 20. Дальнейший контактный слой 63 представлен на Фиг.2a касающимся активационного слоя 20. Герметизационный слой 50 на Фиг.2a не показан с целью придания прозрачности Фигурам 2a и 2b.

Активизация устройства 1 по Фиг.2, происходит тем же способом, который был показан на Фиг.1. Жидкость 70 вступает в контакт с миграционным слоем 40. На Фиг.2 жидкость 70 проникает во второй сектор 42 миграционного слоя 40, что показано в виде заштрихованного участка. Объем инфильтрации во втором секторе 42 миграционного слоя 40 показан только на Фиг.2b с целью придания прозрачности фигурам. Жидкость 70 вступает в контакт с активационным слоем 20, таким образом формируется второй сектор 22 активационного слоя 20.

Если электрод 30 и активационный слой 20 на Фиг.2 состоят из одного и то же материала, желательно PEDOT:PSS, тогда электрохимическая реакция может быть запущена посредством напряжения смещения (например 1,5 вольт) на дополнительном контактном слое 63 и втором контактном слое 62, как описано выше. Для этого достаточно подсоединить контактный слой 63 как катод, а второй контактный слой 62 как анод. Электрохимическое восстановление происходит во втором секторе 22 активационного слоя. Электрохимическое восстановление служит причиной электрохромного изменения цвета, что изменяет цвет второго сектора 22 активационного слоя 20 на синий. Этот электрохимически восстановленный сектор 22 активационного слоя 20, расположенный под миграционным слоем 40 и контактирующий с ним, показан вместе с подвижной границей 80 на Фиг.2a и 2b.

Когда подвижная граница 80 восстановленного электрохимически сектора 22 активационного слоя 20 проходит суженный участок 27, это вызывает увеличение электрического сопротивления. Увеличение электрического сопротивления может быть измерено на первом контактном слое 61 и дополнительном контактном слое 63. Крутизна dR/dt увеличения электрического сопротивления зависит от скорости инфильтрации жидкости 70 внутри миграционного слоя 40 и в дальнейшем в суженном участке 27. Ширина всего миграционного слоя 40 лежит в диапазоне от 1 мкм до нескольких миллиметров, а ширина суженного участка 27 между 1 мкм и несколькими сотнями микрометров.

Кроме того, крутизна dR/dt увеличения электрического сопротивления зависит от скорости, с которой миграционный слой 40 подвержен инфильтрации или растворению, находясь с контакте с жидкостью 70. Возможно, чтобы суженный участок 27 был расположен не только перпендикулярно направлению инфильтрации жидкости 70 внутрь второго сектора 42 миграционного слоя 40. Суженный участок 27 альтернативно может быть расположен параллельно направлению инфильтрации жидкости 70 внутрь второго сектора 42 миграционного слоя 40. Этот аспект устройства 1 показан на Фиг.7. Фиг.7 иллюстрирует суженный участок 27 активационного слоя 20, расположенный параллельно направлению инфильтрации жидкости 70 внутрь второго сектора 42 миграционного слоя 40. Изменение электрического сопротивления может быть использовано для процесса электрического переключения. Примером подобного использования устройства может являться включение или выключение элемента электрохромного изображения. Возможно также применение изменения электрического сопротивления для индуцирования модуляции нагрузки, например в системе радиочастотной идентификации (RFTD, Radio Frequency Identification). Для модуля RFID требуется поддерживающая структура. В качестве поддерживающей структруры удобно использовать подложку 10. Модуляции нагрузки присутствуют со временем на первом контактном слое 61 и последующем контактном слое 63.

На изменениях электрического сопротивления может базироваться функция управления в другом аспекте изобретения. Изменение электрического сопротивления может быть или непрерывным, или следовать очертанию активационного слоя 20. Различные очертания активационного слоя 20 обуславливают различные кривые зависимости dR/dt по времени. Это показано на Фиг.3c.

Фиг.3 иллюстрирует горизонтальное (Фиг.3a) и вертикальное (Фиг.3b) сечение изобретенного устройства 1. Место вертикального сечения помечено штрихпунктирной линией, а направление перспективы отмечено двумя стрелками на Фиг.3a. Активационный слой 20 размещен на подложке 10. Первый сектор 21 активационного слоя 20 пока касается жидкости 70. Второй сектор 22 активационного слоя 20 уже находится в контакте с жидкостью 70. Дополнительный слой на подложке 10 состоит из электрода 100, который может состоять из того же материала, что и активационный слой 20. Активационный слой 20 и электрод 100 покрыты T-образным миграционным слоем 40, включающим второй сектор 42, подвергнутый инфильтрации, и первый сектор 41, не подвергнутый инфильрации. Контактые слои 61 и 62 расположены на активационном слое 20 и касаются его. Дополнительный контактный слой 63 находится на электроде 100. Контактные слои 61, 62 и 63, могут быть выполнены, например, из проводящей серебряной пасты. Контактные слои 61, 62 и 63 могут отсутствовать. Контактные слои 61, 62 и 63 способствуют контакту с активационным слоем 20 или электродом 100 и облегчают применение разницы потенциалов. Миграционный слой 40 частично покрыт герметизационным слоем 50, оставшаяся открытая поверхность 46 миграционного слоя 40 свободна. С целью придания прозрачности Фиг.3a герметизационный слой 50 на ней не указан.

Депонирование жидкости 70 (не показано на Фиг.3) на открытой поверхности 46 миграционного слоя 40 определяет момент начала активации устройства 1. Открытая поверхность 46 может быть запечатана эпоксидной смолой или клейкой лентой, когда жидкость 70 депонирована на открытой поверхности 46. Жидкость 70 начинает проникать внутрь миграционного слоя после активации устройства 1. Электролит распространяет поливиниловый спирт внутри миграционного слоя до границы 130. Как было описано выше, жидкость 70 растворяет поливиниловый спирт внутри миграционного слоя 40. Для придания прозрачности рисунку инфильтрация изображена лишь на Фиг.3b.

После того как электролит наполнит миграционный слой 40 до границы 130, он вступает в контакт как со вторым сектором 22 активационного слоя 20, находящимся под миграционным слоем 40, так и с электородом 100. Это образует локальный гальванический элемент 85, внутри которого может быть запущена химическая и/или электрохимическая реакция. Как обсуждалось выше, порядок расположения активационного слоя 20 и миграционного слоя 40 может быть изменен так, чтобы активационный слой 20 находился над миграционным слоем 40. Такой порядок возможен для всех составляющих миграционного слоя 40 и активационного слоя 20. Достаточно, чтобы активационный слой 20 и миграционный слой 40 касались друг друга.

Если, согласно аспекту устройства 1, показанного на Фиг.3, электрод 100 состоит из того же материала, что и активационный слой 20, то электрохимическая реакция может быть запущена при применении напряжения смещения на контактном слое 61 (или 62) и контактном слое 63, благодаря тому, что контактный слой 63 касается электрода 100. Если электрод 100 подключен как анод, а активационный слой 20 как катод, напряжение смещения вызывает электрохимическое восстановление активационного слоя 20. Электрохимическое восстановление в дальнейшем приводит к увеличению электрического сопротивления между контактными слоями 61 и 62 вместе с изменением электрохромного эффекта, что изменяет цвет второго сектора 22 активационного слоя 20 на синий. На Фиг.3a и 3b обозначены восстановленный сектор 22 активационного слоя 20, подвижная граница 80, а также невосстановленный сектор 21 активационного слоя 20.

Фиг.3c изображает электрическое сопротивление, измеренное между контактными слоями 61 и 62 как зависимость от времени t. Поведение сопротивления R во времени R(t) соответствует характеристикам, изображенным в виде кривой i, если активационный слой 20, как показано на Фиг.3a и Фиг.5а, имеет параллельные грани. Поведение R(t) соответствует кривой j, если грани активационного слоя 20 демонстрируют сужающийся слева направо профиль, как изображено на Фиг.5b или 5d. Поведение R(t) соответствует кривой k в зависимости от контуров, показанных на Фиг.5c или 5e.

Данное изобретение позволяет использовать очертания граней произвольной формы таким образом, чтобы различные очертания контура приводили к различному поведению функции R(t).

Фиг.4a иллюстрирует другой аспект устройства 1 согласно изобретению. Устройство 1 дополнительно включает участок для прохождения пара 120, который изображен в поперечном разрезе. Участок миграционного слоя 40 просто заменен участком для прохождения пара. Участок для прохождения пара 120 выполнен как пустое пространство. Как минимум один из краев участка для прохождения пара 120 касается либо открытой грани 45 миграционного слоя 40, либо, как показано на Фиг.4a, обеих граней - грани 25 активационного слоя 20 и открытой грани 45 миграционного слоя 40. Жидкость 70 проходит участок 120 вследствие диффузии пара. Участок для прохождения пара 120 может быть сформирован путем создания отверстия или щели в миграционном слое 40. Кроме того, возможно сформировать участок для прохождения пара 120 из материала, пропускающего порции жидкости 70. Такими материалами могут быть фильтровальная бумага, обычная бумага, хроматографическая бумага и не только.

Участок для прохождения пара 120 в аспекте изобретения, показанном на Фиг.4, предусматривает режим работы устройства 1, зависящий от времени, и дополнительно, режим работы, зависящий от определенной температуры. Режим работы устройства 1, зависящий от определенной температуры, является дополнительной особенностью по сравнению с режимом работы устройства 1, зависящим от времени и температуры, как раскрыто на Фиг.1-3. Температурная зависимость миграции жидкости 70, как раскрыто на Фиг.1-3, показывает лишь зависимость от невысокой температуры, по сравнению с температурной зависимостью устройства 1 на Фиг.4, имеющего дополнительно участок для прохождения пара 120. Зависимость устройства 1 на Фиг.4 от определенной температуры является результатом зависимости от определенной температуры диффузии пара внутри участка для прохождения пара 120. Следовательно, изменение уровня легирования во втором секторе 22 активационного слоя 20 устройства 1 зависит от температуры в ярко выраженном виде. Таким образом становится возможным установить температурно-временной интеграл, воздействию которого подвергается устройство 1 по Фиг.4, содержащее участок для прохождения пара.

Устройство 1 на Фиг.4a по сути является тем же самым устройством, показанном на Фиг.1-3, за исключением того, на подложке 10 имеется дополнительно участок для прохождения пара 120 и емкость для жидкости 110. Данная емкость для жидкости 110 выполнена из PVA или фильтровальной бумаги. Желательно, чтобы емкость для жидкости 110 состояла из полимерного материала. Более желательно, чтобы емкость для жидкоста 110 состояла из полимера, используемого в миграционном слое 40. Еще более желательно, чтобы емкость для жидкости 110 состояла из комбинации фильтровальной бумаги и PVA. Емкость для жидкости 110 депонируется на подложку 10 как объемный слой. Если емкость для жидкости 110 и миграционный слой 40 состоят из одного и того же материала, то при изготовлении устройства 1 очень удобно депонировать емкость для жидкости 110 вместе с миграционным слоем 40 за один прием депонирования.

Емкость для жидкости 110 частично покрыта герметизационным слоем 50. На поверхности емкости для жидкости 110 присутствует открытый участок 141, не покрытый герметизационным слоем 50. Если открытый участок 141 касается такой жидкости 70, как вода, что не показано на фигуре, то жидкость 70 наполняет объем емкости 110.

Жидкость 70, наполнив объем емкости 110, достигает участка для прохождения пара 120. Пар жидкости 70 перемещается по участку для прохождения пара 120 посредством диффузии пара и касается открытой грани 45 миграционного слоя 40. При инфильтрации второго сектора 42 миграционного слоя 40 жидкость 70 контактирует со вторым сектором 22 активационного слоя 20, который запускает химическую или электрохимическую реакцию. Примечание: второй сектор 22 активационного слоя 20, а также второй сектор 42 миграционного слоя 40 на Фиг.4 не показаны.

Временной или даже температурно-временной режим работы аппарата 1 зависит от скорости миграции жидкости 70 в миграционном слое 40 и, дополнительно, от температуры, обуславливающей диффузию пара вдоль участка для прохождения пара 120. Температурный режим работы устройства 1 может быть настроен при помощи различных параметров, таких как скорость миграции в миграционном слое 40 или зависимость диффузии пара от температуры. Геометрическими параметрами для регулирования временной и/или температурно-временной зависимости устройства 1 будут: объем емкости для жидкости 110, площадь поверхности стенок, ограничивающих участок для прохождения пара 120, а также площадь открытой поверхности 46 (как на Фиг.3a и b) миграционного слоя 40, открытой грани 45 миграционного слоя 40; толщина миграционного слоя 40, длина и объем участка для прохождения пара 120. Оптимизация перечисленных параметров важна для использования устройства 1 в качестве температурно-временного интегратора.

В миграционном слое 40 могут быть использованы дополнительные композитные или капиллярные материалы. Возможны даже комбиции дополнительных композитных или капиллярных материалов с полимером, например PVA.

Такие капиллярные субстанции включают, но этим не ограничиваются, бумагу, хроматографическую бумагу, тонкий слой адсорбирующего материала (к примеру, силикагель), оксид алюминия или целлюлозу. Дополнительно можно добавить в PVA нано- или микрочастицы. Это могут быть нано- или микрочастицы диоксида кремния или оксид титана, но не только. Использование композитных материалов в миграционном слое 40 может содействовать оптимиции временного или температурно-временного режима работы устройства 1.

Устройство 1 Фигуры 4a изменено на Фиг.4b. На фигуре 4b в верхней части емкости для жидкости 110 находится капсула 270 с жидкостью 70, контактирующая с емкостью 110. Оболочка капсулы 270 является хрупкой. При достаточном давлении на верхнюю часть капсулы 270 оболочка капсулы разрывается, и жидкость 70 проникает в емкость 110. Этот контакт инициирует активацию устройства 1 по Фиг.4a. В этом аспекте устройства 1 оболочка капсулы 270 может быть сделана так, чтобы оказанное давление, достачное для ее разрыва, было равным давлению нажатия пальцем.

Капсула 270 может быть выполнена из стекла, пластика или любого другого материала, надежно содержащего жидкость 70 и легко ломающегося при воздействии давления, так чтобы оказанное давление вызвало разрыв оболочки капсулы 270.

Участок для прохождения пара 120 на Фиг.4 может также отсутствовать. В случае отсутствия участка для прохождения пара 120 емкость для жидкости 110 касается открытой грани 45 миграционного слоя 40. Также возможно, чтобы емкость для жидкости 110 распространялась на весь миграционный слой 40. Если емкость для жидкости 110 включает компонент, который может быть растворен и перенесен жидкостью 70, в активационном слое 20 может быть запущена химическая реакция.

На другом примере активационный слой 20 включает PANI в форме эмеральдиновой соли (зеленого цвета), емкость для жидкости 110 включает 0,5М NaOH. После активации водный раствор NaOH просачивается в миграционный слой 40 и превращает PANI посредством химической реакции в форму эмеральдинового основания PANI.

Еще в одном примере активационный слой 20 включает PANI в форме эмеральдинового основания (голубого цвета), а емкость для жидкости 110 содержит 0,5 М лимонной кислоты. После активации водный раствор лимонной кислоты проникает в миграционный слой 40 и превращает PANI посредством химической реакции в форму эмеральдиновой соли (зеленого цвета).

Фиг.5 иллюстрирует различные геометрические формы миграционного слоя 40. Форма, показанная на Фиг.5a, к примеру, соответствует контурам миграционного слоя 40, обсуждаемого касательно Фиг.1-3. Фигуры 5b и 5d иллюстрируют контруры граней, сужающиеся слева направо. Фигуры 5c и 5e иллюстрируют контруры граней, расширяющиеся слева направо. На Фиг.5f миграционный слой 40 показан разделенным на более малые субэлементы. Субэлементы активационного слоя 40 покрыты герметизационным слоем 50 так, чтобы каждый элемент минграционного слоя 40 с левого и правого краев, а также верхняя грань были защищены. Такое расположение элементов миграционного слоя 40 формирует множество участков для прохождения пара 120a. Множество участков для прохождения пара 120а имеет тот же самый эффект, что и участок для прохождения пара 120 на Фиг.4. Скорость изменения уровня легирования зависит не только от скорости миграции жидкости 40 внутри элементов миграционного слоя 40, если он состоит из множества элементов. На скорость изменения уровня легирования также влияет скорость диффузии пара внутри множества участков для прохождения пара, если активационный слой 40 состоит из множества элементов. В этом аспекте устройства 1, содержащем множество участков для прохождения пара 120a в соответствии с Фиг.5f, каждый отдельный участок прохождения пара образован соседними элементами миграционного слоя 40. При помощи устройства 1, соответствующего Фиг.5f, можно отрегулировать температурно-временной режим устройства 1, как было описано касательно Фиг.4.

Возможно, чтобы миграционный слой 40 на Фиг.5b-5e был также разделен на множество секций, как показано на Фиг.5f, на которой миграционный слой 40 дополнительно разделен на секции.

Описанные до настоящего времени активационный слой 20 и миграционный слой 40 имели прямые контуры. Не ограничивая сферу действия исключительного права изобретения устройства 1, активационный слой 20 как и миграционный слой 40 могут иметь не прямые контуры, а следующие очертанию спиральной траектории, изогнутой траектории, траектории, содержащей острые углы. Типовая длина активационного слоя 20 и/или миграционного слоя 40 охватывает диапазон от нескольких сотен микрометров до нескольких сантиметров. Типовая ширина миграционного слоя 40 и/или активационного слоя 20 варьируется от нескольких микрометров до нескольких миллиметров.

Фиг.6 иллюстрирует устройство 1, содержащее газопроницаемую мембрану 160, в поперечном разрезе. Выбор материала для газопроницаемой мембраны 160 зависит от степени ее пропускаемости пара раствора электролита. Жидкий раствор (жидкая составляющая жидкости 70) не должен проникать через газопроницаемую мембрану 160. Экспандированный политетрафторэтилен известен как своей отличной паропроницаемостью, так и своим водотталкивающим свойством, что делает его пригодным для изготовления газопроницаемой мембраны 160 [см. http://www.gore.com/en_xx/products//electronic/battery/datasheet_gas_diffusion_membranes.html, посещение страницы 15-го октября 2007].

Также для газопроницаемой мембраны 160 можно использовать силиконовые и каучуковые материалы. Толщина газопроницаемой мембраны 160 может находиться в диапазоне от нескольких микрометров до нескольких сотен микрометров.

Подложка 10 включает отверстие 150, закрытое газопроницаемой мембраной 160. Поперечный разрез подложки 10 показан в виде заштрихованной площади на Фиг.6. Активационный слой 20 покрыт миграционным слоем 40. Миграционный слой 40 может содержать поливиниловый спирт (PVA). Миграционный слой 40 имеет отрытую грань 45, которая касается участка для прохождения пара 120. Участок для прохождения пара 120 выполнен как пустое пространство, полностью покрытое герметизационным слоем 50.

Если газопроницаемая мембрана 160 вступает в контакт с водяным паром с нижней части подложки 10, то водяной пар прежде всего проникнет через газопроницаемую мембрану 160. Впоследствии порция жидкости 70, пройдя через газопроницаемую мембрану 160, проходит посредством диффузии пара участок 120 и касается открытой грани 45 миграционного слоя 40. На Фиг.6 открытая грань 45 показана с левой стороны миграционного слоя 40. Если миграционный слой 40 содержит PVA, и открытая грань 45 способна абсорбировать жидкость 70, то жидкий электролит проникнет в миграционный слой 40 и вступит в контакт с активационным слоем 20. Этот контакт инициирует изменение уровня легирования внутри второго сектора 22 активационного слоя 20. Второй сектор 22 активационного слоя 20 и второй сектор 42 миграционного слоя 40 не отмечены на Фиг.6. Изменение уровня легирования в втором секторе 22 активационного слоя 20 дополнительно приводит к уже описанным эффектам касательно активации устройства 1.

Устройство 1, как показано на Фиг.6, может быть использовано в качестве температурно-временного интегратора. Достаточно просто соединить устройство 1, соответствующее Фиг.6 с резервуаром, содержащим жидкость 70 таким образом, чтобы газопроницаемая мембрана 160 вступала в контакт с жидкостью 70 внутри резервуара.

В одном примере изобретения резервуаром, содержащим жидкость, не ограничивая сферу действия исключительного права изобретения, может быть пакет молока или контейнер для хранения крови. В таком случае подложка 10 могла бы быть частью резервуара. Дополнительно устройство 1 может постоянно находиться сверху и быть в контакте со стенками резервуара. В таком случае стенки резервуара, содержащего жидкость 70 должны быть оборудованы отверстием, контактирующим с отверстием 150 подложки 10 для того, чтобы газопроницаемая мембрана 160 вступала в контакт с жидкостью, находящейся внутри резервуара.

Также можно встроить устройство 1, соответствущее изобретению, вовнутрь закрывающейся крышки контейнера для хранения крови или вовнутрь герметично закрытого отверстия бумажного пакета, содержащего напитки, например молоко.

Активация устройства 1 происходила бы немедленно после наполнения и закрытия резервуара, содержащего жидкость 70. Водяной пар внутри резервуара будет проходить через газопроницаемую мембрану 160 и участок для прохождения пара 120, таким образом активируя устройство 1. Инфильтрация водяного пара будет вызывать изменение уровня легирования внутри второго сектора 22 активационного слоя 20.

В другом аспекте изобретения, в соответствии с Фиг.6, участок для прохождения пара 120 может отсутствовать. Без участка для прохождения пара 120 мембрана 160 непосредственно покрыта миграционным слоем 40. Если порядок слоев изменен (подложка 10, миграционный слой 40 и активационный слой 20 снизу вверх), то миграционный слой 40 и активационный слой 20 могут полностью покрывать мембрану 160.

Реакция, изменяющая уровень легирования внутри второго сектора 22 активационного слоя 20, может быть как электрохимической, так и химической. Химической реакцией может являться химическое окисление или химическое восстановление активационного слоя 20. Можно также изменить уровень легирования активационного слоя 20 путем его контакта с основанием или кислотой из миграционного слоя 40. Если аспект устройства 1 использует химическую реакцию, то электрод 30 может быть опущен.

Фиг.7 иллюстрирует аспект изобретения согласно Фиг.2, где электрохимическая реакция была замещена химическим окислением или химическим восстановлением. Фиг.7a и Фиг.7b иллюстрируют устройство 1, как на Фиг.2a и Фиг.2b. Показанный на Фиг.1 электролит 30 на Фиг.7a и 7b отсутствует. Дополнительно активационный слой 20 имеет суженный участок 27, отличный от устройства 1 Фиг.2. Первый контактный слой находится на активационном слое 20 и контактирует с ним. Миграционный слой 40 находится сверху активационного слоя 20. Герметизационный слой 50 находится сверху миграционного слоя 40. Герметизационный слой 50 на Фиг.7a не показан для придания ей прозрачности.

Активация устройства 1 в этом аспекте изобретения вызвана химическим легированием внутри активационного слоя 20. Химическое восстановление или химическое окисление запущены, когда активационный слой 20 вступает в контакт с жидкостью 70. Если активационный слой 20 содержит PEDOT:PSS, то для химического восстановления активационного слоя 20 жидкостью 70 может быть раствор гидразина в воде при объемной концентрации 85%.

Уровнем легирования полианилина можно управлять, соединяя его с кислотой (к примеру, лимонной в водном растворе) или с основанием (к примеру NaOH в водном растворе). Не ограничивая сферу действия исключительного права изобретения, может быть использована любая другая субстанция, вызывающая химическое легирование внутри активационного слоя.

В случае химического восстановления активационного слоя 20 реакция вызовет изменения свойств абсорции света активационного слоя 20, а также изменение его электрического сопротивления.

Второй сектор 42 миграционного слоя 40, в который проникла жидкость 70, показан на Фиг.7 в виде заштрихованного участка. Первый сектор 41 миграционного слоя соответствует сектору миграционного слоя 40, пока не имеющему контакта с жидкостью 70. Объем инфильтрации миграционного слоя 40 показан лишь на Фиг.7b как участок, заштрихованный под другим углом.

На Фиг.7a и 7b химически восстановленный сектор активационного слоя 20 имеет границу 80. Фиг.7b показывает еще не восстановленный и не инфильтрированный первый участок 21 активационного слоя 20.

Химическое восстановление активационного слоя 20 вызывает увеличение электрического сопротивления второго сектора 22 активационного слоя 20. Если граница 80 химически восстановленного сектора 22 активационного слоя достигает суженного участка 27, это вызывает увеличение сопротивления. Увеличение сопротивления может быть измерено между контактным слоем 61 и контактным слоем 62.

Изменение сопротивления постредством химической реакции (а именно химического восстановления или окисления) может быть использовано для электрического переключателя. Электрический переключатель может включать или выключать элемент электрохромного изображения 180 или другой элемент.

Возможно также применение изменения электрического сопротивления для индуцирования модуляции нагрузки в системе радиочастотной идентификации (RFID, Radio Frequency Identification).

Фиг.7 с изображает активационный слой 20 приведенной длины. Характеристики зависимости R(t) изменяются более выраженно. Как только граница 80 химически восстановленного сектора 22 активационного слоя 20 достигает левого края активационного слоя 20, возникает увеличение сопротивления. Увеличение сопротивления может быть измерено между контактным слоем 61 и контактным слоем 62. Суженный участок 27, ориентированный параллельно или перпендикулярно направлению миграции, может без ограничения быть скомбинирован с активационным слоем 20.

Фиг.8 иллюстрирует, как множество элементов электрохромного изображения 220 могут быть включены своевременно таким образом, чтобы один элемент электрохромного изображения 220b был включен после другого элемента изображения 220a. Элементы электрохромного изображения 220 могут быть выполнены как части элементов изображения. Примерами могут быть односегментный элемент или элемент семисегментного индикатора для чисел, букв, целых изображений или целых логических символов, но и не только.

Фиг.8а изображает часть аспекта изобретения согласно Фиг.2. Активационный слой 20 на Фиг.8а включает суженный участок 27, контактные слои 61 и 63. Инфильтрация жидкости 70 на Фиг.8a не показана, т.к. фактически не отличается от Фиг.2a.

Гальванический элемент 210e соединен последовательно с элементом изображения 220 между контактным слоем 63 и контактным слоем 61. Гальванический элемент 210е может отдавать напряжение, составляющее, например, 1,5 вольт. Гальванический элемент 210e может быть встроен в подложку 10 устройства 1 согласно данному изобретению.

Гальванический элемент 210 может быть непосредственно сформирован между активационным слоем 20 и электродом 30 совместно с электролитом внутри миграционного слоя 40. Гальванический элемент 210 проводит напряжение правильной полярности и достаточное для запуска реакции электрохимического восстановления или электрохимического окисления. Это условие легко выполняется следующей комбинацией материалов: для активационного слоя - PEDOT:PSS, для электрода 30 материал, стандартный электродный потенциал которого относительно электродного потенциала соединения обоих материалов (миграционного слоя 20 и электрода 30) находится в диапазоне от 0,3 до 5 вольт. Это распространяется на алюминий и цинк. Не ограничивая сферу действия исключительного права изобретения, в гальваническом элементе 210 могут быть использованы два любые другие материала, обеспечивающие достаточно большую разность потенциалов.

Дополнительно гальванический элемент 210 может состоять из электропроводящего полимерного материала, такого как PANI. Для наглядности рассмотрим гальванический элемент 210, который имеет первый слой 240 и второй слой 250. Оба слоя выполнены из PANI. Если первый слой 240 окислился (электрохимически или химически) во время изготовления, а второй слой 250 находится в восстановленном состоянии (электрохимически или химически); гальванический элемент может быть разряжен, как только электролит наполнит электролитную матрицу. Тот же непосредственный разряд гальванического элемента возможен, если только первый слой 240 окислен (электрохимически или химически) или только второй слой 250 восстановлен (электрохимически или химически). Возможно также, чтобы первый слой 240 был во время изготовления химически легирован кислотой, а второй слой химически легирован основанием.

Если гальванический элемент 210 сформирован между активационным слоем 20 и электродом 30, достаточно соединить их электрически, чтобы начать электрохимическое восстановление или электрохимическое окисление. Контакт между терминалами может быть легко установлен методом shortcut.

Терминалы аспекта изобретения Фиг.1 - это контактный слой 61 и контактный слой 62. Терминалы аспекта изобретения Фиг.2 - это контактные слои 63 (или 61) и 62. Терминалы аспекта изобретения Фиг.3 - это контактные слои 61 (или 62) и 63. Множество гальванических элементов 210 может быть соединено последовательно или параллельно.

Между контактным слоем 61 и контактным слоем 63 на Фиг.8а присутствует комбинация гальванического элемента 210 (напряжением 1,5 вольт) и элемента электрохромного изображения 220. Если, как на Фиг.2, граница электрохимически восстановленного сектора активационного слоя 20 достигнет суженного участка 27 активационного слоя 20, это вызовет изменение сопротивления. Если в качестве альтернативы полярность гальванического элемента 210 изменена, второй сектор 22 активационного слоя 20 окисляется электрохимически в сопровождении изменения сопротивления. Изменение электрического сопротивления между контактными слоями 63 и 61 включит следующий элемент электрохромного изображения 220.

Фиг.8b иллюстрирует активационный слой 20, содержащий несколько суженных участков 27a, 27b, 27c и 27d вместе с несколькими гальваническими элементами 210a, 210b, 210c и 210d. Элементы изображения 220a, 220b, 220c и 220d могут быть включены последовательно слева направо, если инфильтрация жидкости 70 происходит слева направо.

Электрическое переключение, как показано на Фиг.2, Фиг.7 и Фиг.8, зависит от материала активационного слоя 20 и состояния активационного слоя 20 после изготовления устройства 1. Режим работы переключателя зависит от того, восстановлен ли активационный слой 20 (электрохимически или химически) или окислен (электрохимически или химически). Если PEDOT:PSS восстанавливается, это приводит к увеличению его электрического сопротивления.

Если в устройстве 1 используется PANI в окисленном состоянии (электрохимически или химически), электрическое сопротивление может вследствие восстановления (электрохимически или химически) сначала демонстрировать снижение, а при дальнейшем восстановлении (электрохимически или химически) начать повышаться снова. Возможно также использовать PANI в устройстве 1 в форме эмеральдинового основания, электрическое сопротивление вследствие химической реакциии с кислотой может сначала демонстрировать снижение, а при дальнейшей химической реакции начать увеличиваться снова.

Это свойство позволяет переключателю работать в режиме выключение/включение (OFF-ON-OFF).

Если, например, активационный слой 20, содержащий PANI, окислен, а электрод 30, содержащий PANI, восстановлен при помощи химической или электрохимической реакции при производстве устройства 1, гальванический элемент 210 может отсутствовать и быть замененным на short-cut между контактным слоем 62 и контактным слоем 63. Второй сектор 42 миграционного слоя 40, инфильтрированный жидкостью 70, может затем разряжать гальванический элемент 210, сформированный при помощи противоположно заряженных слоев 20 и 30, содержащих PANI. Если граница 80 электрохимически разряженного активационного слоя 20 пересекает узкий участок 27, это вызывает снижение сопротивления. Сопротивление между контактным слоем 62 и контактным слоем 63 было увеличенным, прежде чем граница 80 пересекла узкий участок 27 благодаря тому, что было достигнуто восстановленное состояние в активационном слое 20 посредством электрохимической или химической реакции. Уменьшение сопротивления переключает следующий элемент электрохромного изображения 220.

В зависимости от материалов и химического состояния (окисленное и восстановленное посредством электрохимической или химической реакции, например, основанием или кислотой) материала активационного слоя 20 возможны различные формы переключения (ON, OFF or ON-OFF-ON).

Фиг.8c показывает возможные примеры элемента электрохромного изображения 220. На подложке 10 размещен электрод 225. Сверху электрода 225 расположен слой электролитной матрицы 185. Сверху электролитной матрицы 185 находится электрохромный слой 200. Электрохромный слой 200 покрыт герметизационным слоем 50. Герметизационный слой 50 прозрачен. Слои, формирующие элемент электрохромного изображения 220, могут быть расположены в реверсивном или в латеральном порядке. Электрод 225, электролитная матрица 185 и электрохромный слой 200 могут быть расположены рядом друг с другом слева направо. Если присутствует электрическое напряжение смещения с около 100 MB до нескольких вольт на электрохромном слое 200 и электроде 225, это вызывает электрохромную реакцию внутри слоя 200.

Напряжение смещения в устройстве 1 также может быть вызвано при помощи дополнительного гальванического элемента 210. Возможно встроить элемент электрохромного изображения 220 таким образом, чтобы электрическое напряжение смещения уже обеспечивалось методом изготовления устройства 1.

Если, например, электрохромный слой 200 включает в себя PANI и уже химически или электрохимически окислен, а электрод 225, содержащий PANI, уже электрохимически или химически восстановлен во время изготовления устройства 1, электрохромный слой 200 может быть разряжен, в момент когда электролитный слой 185 инфильтрован жидкостью 70. Инфильтрация электролитного слоя жидкостью 70 приводит к цветовому изменению в электрохромном слое 200. Электролитный слой 185 может быть также частью или продолжением активационного слоя 40.

Фиг.9 иллюстрирует другой аспект устройства 1 в соответствии с изобретением, по Фиг.4. Это вертикальная вариация устройства 1, где электролит 30 и активационный слой 20 расположены вертикально. На Фиг.9 один слой на другом расположены в следующем порядке: подложка 10, активационный слой 20, миграционный слой 40 и электролит 30.

С емкостью для жидкости 110 и участком для прохождения пара 120 эта фигура соответствует расстановке на Фиг.4. Функциональность устройства 1, согласно Фиг.9, тем не менее соответствует вышеупомянутым образцам согласно Фиг.1-4 и 6.

В качестве альтернативы возможно выполнить устройство 1 согласно Фиг.9 без участка для прохождения пара 120. В подобном воплощении устройства 1 емкость для жидкости будет контактировать с открытой гранью 45 миграционного слоя 40.

Возможно использовать слегка измененный метод производства при выполнении аспекта изобретения согласно Фиг.9. Измененный метод производства начался бы с готовой пленки PVA, выпускаемой фирмой AICELLO CHEMICAL EUROPE GmbH [см. http://www.solublon.com/german/pva_film.htm, стр. просмотрена 27-го октября 2007 г.]. Одна поверхность пленки PVA покрыта активационным слоем 20, другая поверхность электролитом 30.

Такая группировка активационного слоя 20 и электролита 30 на обеих поверхностях миграционного слоя 40 (пленки PVA) может дополнительно находиться на подложке 10. Для укрепления группировки из активационного слоя 20, миграционного слоя 40 и электролита 30 на подложке 10 можно использовать клей. Для скрепления можно также использовать процесс термосклеивания. Кроме того, на верхнюю часть группировки наносится герметизационный слой 50. В одном образце изобретения герметизационный слой 50 выполнен из слоя акрилового лака. Без каких-либо ограничений возможно наносить герметизационный слой 50 на обе стороны группировки перед ее укреплением на подложке 10.

Устройство 1, выполненое измененным методом, может без каких-либо ограничений содержать аспект изобретения согласно Фиг.9, где устройство 1 включает контейнер для жидкости 110 и участок для прохождения пара 120. Также было бы возможным использовать измененный метод производства устройства 1 по аспекту изобретения, показанного на Фиг.1.

Фиг.10 иллюстрирует аспект устройства 1 согласно изобретению с интегрированным электрохромным элементом 220. Фиг.10a соответствует воплощению согласно Фиг.6 и иллюстрирует устройство 1, имеющее газопроницаемую мембрану 120, в поперечном сечении. На Фиг.10b в усройство 1 интегрирован электрохромный элемент 220. Устройство 1 согласно Фиг.10b показано разделенным посередине. Левая половина устройства соответствует устройству 1, показанному на Фиг.10a. С целью придания прозрачности не показаны электрические соединения между сегментами устройства с левой и с правой стороны от ломаной линии. Вторая газопроницаемая мембрана 162 закрывает второе отверстие 152 внутри подложки 10. Сверху второй газопроницаемой мембраны 162 находится электролитная матрица 185 для электрохромного элемента 220. Электролитная матрица 185 может состоять из того же самого материала, например PVA, что и миграционный слой 40. Сверху слоя электролитной матрицы 185 находится электрохромный слой 200. Устройство 1 дополнительно покрыто герметизационным слоем 50.

После активации устройства 1 жидкость 70 касается газопроницаемых мембран 160 и 162. Паровые компоненты жидкости 70 способны пересечь газопроницаемые мембраны 160 и 162. Активация левой подсистемы устройства 1 на Фиг.10b была раскрыта на Фиг.6. Паровые компоненты жидкости 70 в правой подсистеме Фиг.10b способны проникнуть сквозь газопроницаемую мембрану 162 в электролитную матрицу 185. PVA внутри электролитной матрицы 185 способен к абсорбции водой. Отсюда следует, что жидкий электролит вступает в контакт с электрохромным слоем 200 и дополнительно с электродом 225 электрохромного элемента 220. Электрод 225 не показан на Фиг.10b и расположен сбоку от верхней части слоя электоролитной матрицы 185. Контакт электролита с электоролитной матрицей 185 и электродом 225 активирует электрохромный элемент 220. Напряжение смещения, возникающее между электрохромным слоем 200 и расположенным сбоку электродом 220, запускает электрохромную реакцию.

Жидкость 70 внутри левой секции устройства 1 постепенно инфильтрирует миграционный слой 42 и перемещается слева направо (на Фиг.10b не показано). Жидкость 70 внутри правой секции устройства инфильтрирует очень быстро слой электоролитной матрицы 185 в вертикальном направлении, и электрохромный элемент 220 становится быстрофункциональным. Возможно также разместить слои электрохромного элемента 220 вертикально, как показано на Фиг.10c.

Отверстие 152 подложки 10 покрыто газопроницаемой мембраной 163. Сверху газопроницаемой мембраны 163 расположен пористый электрод 230 электрохромного элемента 220.

Пористый электрод 230 может быть выполнен с использованием матрицы из фильтровальной бумаги, которая пропитана электропроводимым полимерным материалом, таким как PEDOT:PSS или PANI. Проводящий полимер не должен придавать непроницаемость матрице из фильтровальной бумаги, а оставлять ее проницаемой для электролита.

Фиг.10c изображает электролитную матрицу 185 сверху пористого электрода 230. Электролитная матрица 185 сделана из того же материала, что и миграционный слой 40. Желательно, чтобы электролитная матрица 185 содержала PVA. Электролит внутри электролитной матрицы 185 проникает в пористый электрод 230. Электрохромный слой 200 находится сверху слоя электролитной матрицы 185. Устройство 1 дополнительно покрыто герметизационным слоем 50.

Жидкость 70 после активации проникает в мембрану 163 и в пористый электрод 230 элемента изображения 220 вместе с электролитной матрицей 185. Это устанавливает контакт между электрохромным слоем 200 и пористым электродом 230 при помощи электролита и, таким образом, приводит электрохромный элемент 230 в действие. Достаточно создать напряжение смещения между пористрым электродом 230 и электрохромным слоем 200 электрохромного элемента 220, чтобы привести элемент изображения 220 в действие.

Фиг.11 иллюстрирует такой аспект устройства 1, в котором множество гальванических элементов активируется последовательно во времени, т.е. один гальванический элемент, имеющий второй слой 250b, после гальванического элемента, имеющего второй слой 250a. Фиг.11 иллюстрирует на подложке 10 первый слой 240 со множеством гальванических элементов, выполненных посредством вторых слоев 250a, 250b и 250c. Миграционный слой 40 находится сверху первого слоя 240 множества гальванических элементов, сформированных в виде вторых слоев 250a, 250b и 250c. Вторые слои 250a, 250b и 250c находятся сверху миграционного слоя 40. Подложка 10 имеет отверстие 150, которое закрыто газопроницаемой мембраной 160. В этом образце газопроницаемая мембрана 160 выполнена из PTFE. Для придания прозрачности фигуре поперечное сечение подложки 10 изображено в виде заштрихованого участка.

Миграционный слой 40 содержит полимер, предпочтительно PVA. Левая открытая грань 45 миграционного слоя 40 касается участка для прохождения пара 120. Участок для прохождения пара 120 выполнен как пустое пространство. Все устройство 1 дополнительно покрыто герметизационным слоем 50.

Паровые составляющие жидкости 70, если газопроницаемая мембрана 160 соприкасается с ними, пересекут мембрану 160 и пройдут через участок для прохождения пара 120 посредством диффузии пара.

Это происходит в тот момент времени, когда водяной пар касается открытой грани 45 миграционного слоя 40. Открытая грань 45 миграционного слоя 40 показана на Фиг.11a с левой стороны миграционного слоя 40. Известно, что PVA способен поглощать воду. Таким образом, PVA внури миграционного слоя 40 частично растворится и жидкий электролит наполнит миграционный слой 40 слева направо. Объем инфильтрации на Фиг.11 не показан. Аспект устройства 1, раскрытый на Фиг.11, дополнительно содержит множество вторых слоев множества гальванических элементов. Множество вторых слоев на Фиг.11a включает второй слой 250а, второй слой 250b и второй слой 250c. Множеством гальванических элементов может быть единичный гальванический элемент или более чем три гальванических элемента.

Просачивание электролита слева направо в миграционном слое 40 устрановит контакт со множеством вторых слоев 250a, 250b и 250c множества гальванических элементов и первым слоем 240 множества гальванических элементов. Контакт между вторыми слоями 250a, 250b и 250c активирует множество гальванических элементов во временном порядке слева направо.

В другом аспектре изобретения согласно Фиг.11 участок для прохождения пара 120 может отсутствовать. Без участка для прохождения пара 120 мембрана 160 непосредственно покрыта миграционным слоем 40. Если порядок слоев обращен (подложка 10, миграционный слой 40 и активационный слой 20 снизу вверх), миграционный слой 40 и активационный слой 20 могут оба полностью покрывать мембрану 160. Возможно расположить множество гальванических элементов 210 так, чтобы они заработали непосредственно после активации устройства 1, как показано на Фиг.11b. Устройство 1, показаное на Фиг.11b, имеет вторую газопроницаемую мембрану 162, покрывающую второе отверстие 152, как было в случае с Фиг.10c (153 ссылается на второе отверстие на Фиг.10c). Первый слой 240 множества 211 гальванических элементов 210 выполнен в виде пористого электрода 230 сверху второй газопроницаемой мембраны 162. Слой электролитной матрицы 185 находится сверху пористого электрода 230 и контактирует с ним. Пористый электрод 230 может быть изготовлен при использовании матрицы из фильтровальной бумаги, которая пропитывается электропроводящим полимерным материалом, таким как PEDOT:PSS или PANI. Проводящий полимер не должен придавать непроницаемость матрице из фильтровальной бумаги, а оставлять ее проницаемой для электролита.

Паровые компоненты жидкости 70, пересекшие вторую газопроницаемую мембрану 162, в дальнейшем заполняют пористый электрод 230. PVA способен абсорбировать воду, как обсуждалось выше. Следовательно, пористый электрод 230 находится в контакте с электролитом в жидком состоянии и затем со слоем электролитной матрицы 185. Электролит в дальнейшем вступает в контакт со вторыми слоями 250a, 250b и 250c множества гальванических элементов 210 и приводит множество гальванических элементов, содержащих вторые слои 250a, 250b и 250c, в действие таким образом, что они начинают действовать одновременно. Таким образом, напряжение между множеством гальванических элементов, включающих вторые слои 250a, 250b и 250c, может быть применено для различных фунций устройства 1. Например, в одном аспекте изобретения электрическое напряжение может быть использовано для электроснабжения электрохромных элементов 220 посредством функций переключения.

Дополнительно возможно разделить первый слой 240 множества гальванических элементов 210 на несколько подэлементов, например, один из гальванических элементов 210 снабжен первым и вторым слоем. Следовательно множество гальванических элементов будет также иметь множество первых слоев 240.

Материал для первого слоя 240 и второго слоя 250 множества гальванических элементов может быть выбран таким образом, чтобы первичные и вторичные элементы были знакомы специалистам в этой области техники.

Комбинацией материалов для формирования гальванических элементов 210 может быть, например, элемент с растворами солей аммония, никколат гидроокись, литиум-сульфид железа, цинк-воздух, цинк хлорид, оксид ртути-цинк, оксид серебра-цинк, щелочь-марганец.

Без какого-либо ограничения другими комбинациями материалов для гальванических элементов могут быть: свинец - диоксид свинца, никель-кадмий, никель-металл-гидрид, литиум-полимер, щелочь-марганец, серебро-цинк, цинк бромид, натрий никель-хлорид, никель-железо и т.п.

Множество гальванических элементов 210 может быть выполнено с использованием электропроводящих полимерных материалов для множества первых слоев 240 и множества вторых слоев 250. Желательно, чтобы в качестве материала для первого слоя 240 и второго слоя 250 был использован PANI.

Множество первых слоев 240, содержащих PANI, подготовлено во время производства устройства 1 в окисленном состоянии посредством химической или электрохимической реакции. Дополнительно множество вторых слоев 250, содержащих PANI, подготовлено в восстановленном состоянии посредством химической или электрохимической реакции. Множество гальванических элементов 210 со множеством первых слоев 240 в окисленном состоянии и множество вторых слоев 250 в восстановленном состоянии может быть разряжен, как только электролит наполняет электролитную матрицу 185.

Предыдущий пример устройства 1 иллюстрирует миграцию жидкости 70 в горизонтальной плоскости миграционного слоя 40. Аспекты описанного выше устройства 1 могут относиться к устройству 1 с поперечным миграционным процессом.

Изобретение тем не менее не ограничивается миграцией жидкости 70 в плоскости миграционного слоя 40. Без какого-либо ограничения устройство 1 может заключать в себе миграцию жидкости 70 в направлении, перпендикулярном плоскости миграционного слоя 40. Аспекты устройства 1, заключающие в себе миграцию жидкости 70 в направлении, перпендикулярном плоскости миграционного слоя 40, могут иметь отношение к устройству 1 с трансверсальным миграционным процессом.

Фиг.12 изображает первый пример устройства 1 с трансверсальным процессом миграции. Фиг.12 иллюстрирует подложку 10 и на ней активационный слой 20. Сверху активационного слоя 20, и контактируя с ним, находятся первый миграционный слой 40a, второй миграционный слой 40b и третий миграционный слой 40c. Первый миграционный слой 40a, второй миграционный слой 40b и третий миграционный слой 40c имеют различную толщину. На образце, показанном на Фиг.12, первый миграционный слой 40a тоньше, чем второй миграционный слой 40b и третий миграционный слой 40c. Следовательно, на Фиг.12 толщина миграционного слоя 40 постепенно увеличивается слева направо. Другими словами, миграционные слои 40a, 40b и 40c Фиг.12 образуют ступени.

Если жидкость 70, не изображ. на Фиг.12, вступит в контакт с верхней гранью первого миграционного слоя 40a, верхней гранью второго миграционного слоя 40b и верхней гранью третьего миграционного слоя 40c, она наполнит сначала первый миграционный слой 40a, затем второй миграционный слой 40b и, наконец, третий миграционный слой 40c. Вследствие этого жидкость 70 внутри миграционного слоя 40a будет сначала касаться сегмента активационного слоя 20, примыкающего к первому миграционному слою 40a, затем сегмента активационного слоя 20, примыкающего ко второму миграционному слою 40b, и в заключение сегмента активационного слоя 20, примыкающего к третьему миграционному слою 40c. Таким образом, контакт жидкости 70 с активационным слоем 20 происходит во временной последовательности.

Контакт жидкости 70 с активационным слоем 20 запустит химическую или электрохимическую реакцию, как было описано выше. В примере на Фиг.12 временная последовательность начала химической или электрохимической реакции будет осуществляться справа налево.

Аспект Фиг.12 изображает три миграционных слоя 40a, 40b и 40c различной толщины. Число миграционных слоев 40а, 40b и 40с различной толщины может быть меньше (два) или больше чем 3, не ограничивая сферу действия исключительного права изобретения.

Альтернативно толще миграционного слоя 40 ступенчатой формы, толщина миграционного слоя 40 может также изменяться линейно. Вертикальная миграция жидкости 70 сквозь миграционный слой 40 служит причиной поперечного перемещения изменения уровня легирования в активационном слое 20 благодаря линеальному изменению толщины миграционного слоя 40.

Без каких-либо ограничений толщина миграционного слоя 40 может изменяться согласно произвольной функции, характеризующей толщину миграционного слоя 40. Типовая толщина миграционного слоя 40 лежит в диапазоне от нескольких нанометров до нескольких десятков микрометров.

Фиг.13 изображает дальнейший аспект образца изобретения устройства 1 в соответствии с Фиг.12. Устройство 1, показанное на Фиг.13, имеет трансверсальный процесс миграции. Фиг.13 иллюстрирует подложку 10, активационный слой 20 и миграционный слой 40 друг на друге (снизу вверх). Миграционный слой 40 имеет равномерную толщину вдоль всего устройства 1. Сверху миграционного слоя 40 находится барьерный слой, имеющий ступени различной толщины. Барьерный слой состоит из первого барьерного слоя 99a, второго барьерного слоя 99b и третьего барьерного слоя 99c. Толщина барьерных слоев 99a, 99b и 99c увеличивается от первого барьерного слоя 99a ко второму 99b и третьему 99c.

Барьерные слои 99a, 99b и 99c могут состоять из любого пропускаемого жидкость 70 материала. Без каких-либо ограничений такими материалами могут быть: силикон, акриловая смола, поливинилхлорид (PVC). Барьерные слои 99a, 99b и 99c могут дополнительно состоять из материалов, применяемых для герметизационного слоя 50 и подложки 10. Для барьерных слоев 99a, 99b и 99c можно применить материалы как для герметизационного слоя 50 и подложки 10, потому что барьерные слои 99a, 99b и 99c могут быть выполнены очень тонкими. Типовая толщина барьерных слоев 99a, 99b и 99c лежит в диапазоне от нескольких нанометров до нескольких сот микрометров.

Различная толщина барьерных слоев 99a, 99b и 99c обуславливает временной порядок контакта жидкости 70 с миграционным слоем 40. На Фиг.13 контакт жидкости 70 с миграционным слоем 40 происходит сначала в сегменте миграционного слоя 40, примыкающего к первому барьерному слою 99a, затем в сегменте миграционного слоя 40, примыкающего ко второму барьерному слою 99b, и, наконец, в сегменте миграционного слоя 40, примыкающего к третьему барьерному слою 99c. Временной порядок контакта жидкости 70 с сегментами активационного слоя 20 в сущности соответствует временному порядку контакта жидкости 70 с сегментами миграционного слоя 40.

Если жидкость 70, не показанная на Фиг.13, будет касаться верхней грани первого барьерного слоя 99a, верхней грани второго барьерного слоя 99b и верхней грани третьего барьерного слоя 99c, то она сначала наполнит первый барьерный слой 99a, потом второй барьерный слой 99b и в конечном итоге третий барьерный слой 99c. Следовательно жидкость 70 внутри барьерного слоя 99a сначала вступит в контакт с сегментом активационного слоя 20 под первым барьерным слоем 99a, затем с сегментом активационного слоя 20 под вторым барьерным слоем 99b и в заключение с сегментом активационного слоя 20 под третьим барьерным слоем 99c. Контакт жидкости 70 с активационным слоем 20 осуществляется поэтому во временном порядке.

Контакт жидкости 70 с активационным слоем 20 запустит химическую или электрохимическую реакцию, как было описано выше. В примере Фиг.13 начало химической или электрохимической реакции во временном порядке будет происходить слева направо.

Число барьерных слоев 99a, 99b и 99c может равняться двум или быть более чем три, не ограничивая исключительные права изобретения.

Альтернативно толще барьерных слоев 99a, 99b и 99c в ступенчатой форме, толщина барьерных слоев 99a, 99b и 99c может изменяться линейно. Вертикальная миграция жидкости 70 внутри миграционного слоя 40 вызывает латеральное перемещение изменения уровня легирования в активационном слое 20, как на Фиг.12. Без какого-либо ограничения толщина барьерных слоев 99a, 99b и 99c может варьироваться согласно произвольной функции, характеризующей их толщину.

Все аспекты миграционного слоя 40, как раскрыто в соответствии с Фигурами 1-11, могут быть применены также в устройстве 1, в котором процесс миграции в миграционном слое 40 протекает в вертикальном порядке.

Фиг.14 изображает разновидность устройства, соответствующего Фиг.3, имеющего вертикальный процесс миграции в миграционном слое 40. Фиг.14a изображает устройство 1 вид сверху, а Фиг.14b показывает поперечное сечение. Место поперечного сечения отмечено штрихпунктирной линией на Фиг.14a. Направление поперечного сечения Фигуры 14b отмечено на Фиг.14a двумя стрелками.

На подложке 10 размещены электрод 100 и активационный слой 20. Электрод 100 и активационный слой 20 покрыты миграционным слоем 40 и находятся в контакте с ним. Сверху активационного слоя 20 и, контактируя с ним, находятся первый контактный слой 61, второй контактный слой 62 и третий контактный слой 63. Электрод 100 и активационный слой 20 покрыты миграционным слоем 40. Электрический ток между первым контактным слоем 61 и вторым контактным слоем 62 может изменяться при приложении напряжения на первом контактном слое 61 и третьем контактном слое 63.

Если, например, активационный слой 20 и электрод 100 содержат PEDOT, а напряжение, проходящее через первый контактный слой 61 и третий контактный слой 63, лежит в диапазоне от 1 до 3 B при такой полярности, что контактный слой 100 является анодом, а активационный слой 20 катодом, то в активационном слое 20 будет проходить электрохимическая реакция. Точнее, под миграционным слоем 40 будет проходить электрохимическое восстановление. Электрохимическое восстановление активационного слоя 20 вызывает увеличение электрического сопротивления. Электрохимическая реакция в виде электрохимического восстановления начинается после того, как жидкость 70 наполнила миграционный слой 40 при вертикальном процессе миграции.

Электропроводность активационного слоя 20 между первым контактным слоем 61 и вторым контактным слоем 62 может изменяться в зависимости от напряжения между первым контактным слоем 61 и вторым контактным слоем 63. Так, устройство 1 Фиг.14a и 14b изображает характерную особенность транзистора. Без приложения напряжения между первым контактным слоем 61 и третьим контактным слоем 63 в активационном слое 20 не происходит электрохимическое восстановление. Следовательно, без приложения напряжения между первым контактным слоем 61 и третьим контактным слоем 63 активационный слой 20 имеет сравнительно высокую электропроводность по сравнению с электропроводностью после его восстановления. Транзистор, изображенный на Figs. 14a и 14b, является транзистором обедненного типа. Транзистор обедненного типа активен после того, как миграционный слой 40 вертикально инфильтрован жидкостью 70.

Транзистор обогащенного типа показан на Фиг.14c и 14d. Фиг.14c изображает транзистор обогащенного типа, вид сверху, Фиг.14d иллюстрирует поперечное сечение транзистора обогащенного типа. Направление сечения Фиг.14d отмечено двумя стрелками на Фиг.14c. Базовый слой 66 - это тонкий слой, расположенный на активационном слое 20. Базовый слой 66 может быть изготовлен с применением тонкопленочных технологий как конденсация алюминия из паровой фазы в вакууме или технология напыления. Базовый слой 66 дополнительно может быть изготовлен при применении процесса напыления алюминиевым спреем, содержащим частицы алюминия диаметром от нескольких микрометров до нескольких десятков микрометров. Электрохимическая реакция в активационном слое начинается без приложения напряжения между первым контактным слоем 61 и третьим контактным слоем 63 благодаря разнице эталонных потенциалов активационного слоя 20 (содержащего, например, PEDOT) и базового слоя 66 (содержащим, например, алюминий). Электропроводимость между первым контактным слоем 61 и вторым контактным слоем 62 для схемы Фиг.14c и 14d является низкой при напряжении 0 B между первым контактным слоем 61 и третьим контактным слоем 63, а следовательно транзистор находится в состоянии покоя.

Электропроводимость между первым контактным слоем 61 и вторым контактным слоем 62 будет повышаться, если имеется отличное от нуля напряжение между первым контактным слоем 61 и третьим контактным слоем 63, притом что активационный слой 20 образует анод, а электрод 100 - катод. Повышение электропроводимости происходит благодаря окислению активационного слоя 20, при условии что активационный слой 20 образует анод, а электрод 100 катод. Поэтому транзистор, изображенный на Фиг.14c и 14d, является транзистором обогащенного типа.

Транзистор обогащенного типа приводится в действие, как только миграционный слой 40 вертикально инфильтрован жидкостью 70, по Фиг.14c и 14d.

Активационный слой 20, миграционный слой 40, контактные слои 61, 62, 63 и электрод 100 могут быть изготовлены, как объяснялось, согласно Фиг.2.

Базовый слой 66 может состоять из любого материала, имеющего эталонное напряжение, вызывающего намеренно электрохимическую реакцию, например, электрохимическое восстановление, протекающую в гальваническом элементе. В том случае, если активационный слой выполнен из PEDOT, подходящими материалами для базового слоя 66 будут являться, к примеру, алюминий и цинк.

С учетом аспектов и функциональности раскрытого изобретения возможно использовать устройство 1 как малых размеров, так и больших. Устройство 1 согласно данному изобретению может иметь как небольшое число функциональных возможностей, так и широкий диапазон.

Реферат

Изобретение относится к устройству (1) для активации как минимум одного элемента. Устройство (1) содержит как минимум один активационный слой (20), как минимум один миграционный слой (40), расположенный на как минимум одном активационном слое (20), способном пропускать жидкость (70). Жидкость (70) вызывает изменение уровня легирования как минимум одного активационного слоя (20), который активирует как минимум один элемент. Таким элементом может быть элемент электрохромного изображения (220), электрический переключатель, управляемый по времени резистор, гальванический элемент (210) или комбинация этих элементов. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 14 ил.

Формула