Conducción eléctrica mediante unos ensamblajes supramoleculares de triarilaminas.

Dispositivo conductor que comprende dos materiales metálicos conductores cuyas superficies, respectivamente

(S) y (S'), están interconectadas eléctricamente por un material orgánico que comprende unas especies supramoleculares orgánicas fibrilares conductoras que comprenden una asociación de las triarilaminas de fórmula (I) siguiente:**Fórmula**

en la que:

- cada uno de los grupos -A1- y -A2-, idénticos o diferentes, designa un enlace covalente simple o bien un grupo -O-, -S-, -NH-, NH(C≥O), o -NR3-;

- cada uno de los grupos R1, R2 y R3, idénticos o diferentes, representa:

- un grupo aromático, preferentemente un grupo bencilo; o

- una cadena hidrocarbonada que comprende de 4 a 30 átomos de carbono; o

- una cadena polietilenglicol;

y

- R es un grupo de terminación, que es preferentemente una cadena hidrocarbonada, que comprende ventajosamente de 1 a 10 átomos de carbono, eventualmente halogenada y eventualmente interrumpida por uno o varios heteroátomos seleccionados de entre N, O o S.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/FR2011/052529.

Solicitante: CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE (CNRS).

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 3, RUE MICHEL-ANGE 75016 PARIS FRANCIA.

Inventor/es: GIUSEPPONE,NICOLAS, DAYEN,JEAN-FRANÇOIS, FARAMARZI,VINA, MOULIN,EMILIE, NIESS,FREDERIC, DOUDIN,BERNARD.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Dispositivos de estado sólido que utilizan materiales... > H01L51/05 (especialmente adaptados a la rectificación, a la amplificación, a la generación de oscilaciones o a la conmutación y que tienen al menos una barrera de potencial o de superficie; Condensadores o resistencias con al menos una barrera de potencial o de superficie)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > H01L51/00 (Dispositivos de estado sólido que utilizan materiales orgánicos como parte activa, o que utilizan como parte activa una combinación de materiales orgánicos con otros materiales; Procedimientos o aparatos especialmente adaptados para la fabricación o el tratamiento de dichos dispositivos o de sus partes constitutivas (dispositivos consistentes en una pluralidad de componentes formados en o sobre un sustrato común H01L 27/28; dispositivos termoeléctricos que utilizan material orgánico H01L 35/00, H01L 37/00; elementos piezoeléctricos, magnetoestrictivos o electroestrictivos que utilizan material orgánico H01L 41/00))

PDF original: ES-2543178_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Conducción eléctrica mediante unos ensamblajes supramoleculares detriarilaminas.

La presente Invención se refiere al campo de la conexión eléctrica de elementos sólidos conductores separados entre sí por pequeñas distancias, típicamente del orden de algunas decenas o algunas centenas de nanómetros, por ejemplo unos elementos sólidos conductores de tipo de los utilizados en los dispositivos electrónicos y optoelectrónlcos, como los diodos electroluminiscentes (LED y OLED), los transistores con efecto de campo (FET y OFET) y los dispositivos fotovoltaicos tales como las células solares. La Invención se refiere, por ejemplo, según un aspecto particular, a la fabricación o a la reparación de circuitos electrónicos (circuitos Impresos en particular) en los que se debe establecer una conexión eléctrica entre unos componentes, por ejemplo después se haber sido rota.

En la actualidad, para realizar una conexión eléctrica del tipo antes citado, entre elementos sólidos conductores separados por pequeñas distancias, se han propuesto diversos métodos que resultan generalmente Insatisfactorios

o limitados.

Así, se ha considerado por ejemplo depositar unos polvos metálicos entre los conductores a conectar. El uso de un polvo metálico de este tipo lleva generalmente a una conexión eléctrica, pero que se muestra en general relativamente difícil de localizar de manera precisa, lo cual puede conducir a unas conexiones no deseadas entre otros conductores eléctricos distintos de los que se desea ¡nterconectar. Además, la eficacia de la conexión eléctrica obtenida con un polvo metálico resulta frecuentemente bastante mediocre. En efecto, esquemáticamente, los polvos conducen a unos contactos puntuales con los conductores a conectar, lo cual no Induce una conexión eléctrica óptima. De manera más general, el uso de metales para la realización de dispositivos electrónicos pasa generalmente por unas etapas de conformación complicadas y/o costosas y conducen en general a dispositivos rígidos.

Alternativamente, para la fabricación de dispositivos electrónicos, se ha propuesto utilizar unos polímeros conductores, que son típicamente depositados entre unos conductores a conectar dentro de un disolvente que después se evapora. Algunos de los polímeros propuestos en este ámbito se muestran relativamente interesantes para la conexión de elementos conductores metálicos específicos, en particular en la medida en la que permiten obtener unos dispositivos más flexibles que los obtenidos con unos metales, y con unos costes generalmente más bajos. Sin embargo, de nuevo, cuando se desea conectar dos conductores sólidos con un polímero, es frecuentemente difícil limitar el depósito de este polímero a una zona bien delimitada. Además, cuando un polímero conductor lleva a resultados interesantes con un conductor metálico dado, estos resultados no son en general extrapolabas a otros conductores metálicos. En efecto, la eficacia de la conexión eléctrica realizada con un polímero orgánico conductor depende generalmente de la adecuación de las bandas de valencia y de absorción del polímero y del conductor metálico al que está unido.

Además, los polímeros orgánicos conductores adolecen del inconveniente de presentar un comportamiento de conductores no óhmicos. Otro aspecto negativo relacionado con el empleo de los polímeros orgánicos conductores es que contienen frecuentemente unos iones metálicos a título de dopantes, que pueden tener un Impacto nada despreciable en términos de toxicidad y de repercusiones nefastas sobre el medio ambiente, lo cual constituye un freno a su utilización a escala industrial.

Otra posibilidad para unir dos electrodos con la ayuda de un conductor orgánico es depositar precisamente unos nanotubos de carbono metálicos. Esto presenta en efecto unas resistencias de interfaces muy bajas y un comportamiento òhmico con una conducción de tipo metálico. Sin embargo, la dificultad de aislar y posicionar estos nanotubos sobre unos contactos metálicos hace de nuevo a este método difícil de aplicar y con un coste elevado.

DAYEN J.-F- ef a/. "Nanotrench for nano and microparticle electrical interconnects" NANOTECHNOLOGY, voi. 21, 27-07-2010, páginas 335303-1-335303-7, divulga un dispositivo conductor que comprende un primer electrodo Ti/Au y un segundo electrodo Ti/Au, interconectados eléctricamente (se aplica una diferencia de potencial, generalmente negativa) por un material inorgánico (una suspensión de nanopartículas de óxido de hierro en el cloroformo).

Un objetivo de la presente invención es proporcionar un método que permita, entre otros, conectar eléctricamente dos elementos sólidos conductores, de manera precisa, simple, repetible y eficaz, y esto preferentemente evitando los Inconvenientes de los métodos antes citados, en particular asegurando entre los dos conductores una conducción de tipo òhmica eficaz.

Para ello, la presente invención propone un nuevo dispositivo conductor, un nuevo material conductor y un nuevo procedimiento, que da acceso al depósito de estructuras fibrilares orgánicas conductoras en la superficie (S) de un material conductor sólido, lo cual permite, entre otros, la conexión de esta superficie (S) así modificada con una superficie (S') de otro sólido conductor colocado enfrente de la superficie portadora de las estructuras fibrilares, cuando esta otra superficie (S') está a una distancia suficientemente pequeña para que las estructuras fibrilares puedan formar una conexión entre las dos superficies (S) y (S') enfrente la una de la otra.

Más precisamente, según la reivindicación independiente 5, la presente invención tiene por objeto un procedimiento de modificación de una superficie (S) de un material conductor sólido, que comprende una etapa (E), en la que se aplica una diferencia de potencial, generalmente negativa, entre dicha superficie (S) y una superficie (S') de otro material sólido conductor dispuesto enfrente de dicha superficie (S) simultáneamente a la puesta en contacto de dicha superficie (S) con un medio líquido que comprende, en solución, unas triarilaminas que responden a la fórmula (I) siguiente:

**(Ver fórmula)**

A2-R2

(!)

en la que:

- cada uno de los grupos -A^- y -A^-, idénticos o diferentes (y preferentemente idénticos) designa un enlace covalente simple o bien un grupo -O- o -S-, -NH-, NH(C=0), o -NR^-, y preferentemente un grupo -0-;

- cada uno de los grupos R\ R^ y R^, idénticos o diferentes (siendo R^ y R^ preferentemente idénticos), representa:

- un grupo aromático, preferentemente un grupo bencilo; o

- una cadena hidrocarbonada (preferentemente lineal) que comprende de 4 a 30, por ejemplo de 5 a 20 átomos de carbono, preferentemente una cadena grasa, en particular un grupo alquilo, ventajosamente lineal; o

- una cadena polietilenglicol;

y

- R es un grupo de terminación, que es preferentemente una cadena hidrocarbonada lineal o ramificada, que comprende ventajosamente de 1 a 10 átomos de carbono, eventualmente halogenada y eventualmente interrumpida por uno o varios heteroátomos seleccionados de entre N, O o S, siendo R más preferentemente un grupo alquilo, eventualmente halogenado, que comprende preferentemente de 1 a 8 átomos de carbono,

sometiendo al mismo tiempo las triarilaminas (I) a una radiación electromagnética o también a una oxidación química o electroquímica, adecuada para convertirlas por lo menos en parte en unos radicales de triarilamonio, pudiendo esta radiación típicamente ser realizada con la ayuda de luz solar en un disolvente clorado (diclorometano, cloroformo, tetracloroetano, diclorobenceno, etc.).

Los trabajos que se han llevado a cabo por los inventores en el ámbito... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Dispositivo conductor que comprende dos materiaies metáiicos conductores cuyas superficies, respectivamente (S) y (S'), están interconectadas eiéctricamente por un materia! orgánico que comprende unas especies supramo!ecu!ares orgánicas fibriiares conductoras que comprenden una asociación de ¡as triarüaminas de fórmuia (!) siguiente:

- cada uno de tos grupos -A^- y -A^-, idénticos o diferentes, designa un entace covatente simpte o bien un grupo -O-, -S-, -NH-, NH(C=0), o -NR3-;

- cada uno de tos grupos R\ y R^, idénticos o diferentes, representa:

- un grupo aromático, preferentemente un grupo bencito; o

- una cadena hidrocarbonada que comprende de 4 a 30 átomos de carbono; o

- una cadena polietilenglicol;

- R es un grupo de terminación, que es preferentemente una cadena hidrocarbonada, que comprende ventajosamente de 1 a 10 átomos de carbono, eventualmente halogenada y eventualmente interrumpida por uno o varios heteroátomos seleccionados de entre N, O o S.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por que dicho dispositivo conductor presenta una interfaz metálica/orgánica, y por que dichas superficies (S) y (S') están separadas en una distancia de 10 a 500 nm, y preferentemente de 50 a 200 nm, y en el que dicho material orgánico que comprende dichas especies supramoleculares orgánicas fibrilares llena la distancia que separa las dos superficies (S) y (S').

3. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado por que las especies supramoleculares orgánicas fibrilares están orientadas en haz paralelo de "nanohilos" que se extiende radialmente con respecto a las superficies conductoras (S) y (S').

4. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que las especies supramoleculares orgánicas fibrilares presentan una longitud que corresponde a la distancia que separa las superficies (S) y (S') de los dos materiales metálicos.

5. Procedimiento de modificación de una superficie (S) de un material conductor sólido, que comprende una etapa (E), en la que se aplica una diferencia de potencial, generalmente negativa, entre dicha superficie (S) y una superficie (S') de otro material sólido conductor dispuesto enfrente de dicha superficie (S), simultáneamente a la puesta en contacto de dicha superficie (S) con un medio líquido que comprende, en solución, unas triarilaminas que responden a la fórmula (I) siguiente:

**(Ver fórmula)**

O

(!)

en la que:

y

**(Ver fórmula)**

A2-R2

(!)

en )a que:

- cada uno de !os grupos -A^- y -A^-, idénticos o diferentes, designa un eniace covaiente simpie o bien un grupo -O-, -S-, -NH-, NH(C=0), o -NR3-;

- cada uno de ios grupos R\ R^ y R^, idénticos o diferentes, representa:

- un grupo aromático, preferentemente un grupo benciio; o

- una cadena hidrocarbonada que comprende de 4 a 30 átomos de carbono; o

- una cadena poiietiiengiicoi;

y

- R es un grupo de terminación, que es preferentemente una cadena hidrocarbonada, que comprende ventajosamente de 1 a 10 átomos de carbono, eventuaimente haiogenada y eventuaimente interrumpida por uno o varios heteroátomos seieccionados de entre N, O o S.

sometiendo ai mismo tiempo ias triariiaminas (i) a una radiación eiectromagnética o también a una oxidación química o eiectroquímica apropiada para convertidas por io menos en parte en unos radicaies de triariiamonio.

6. Procedimiento según ia reivindicación 5, que permite ia conexión eiéctrica de ias superficies conductoras (S) y (S'), en ei que ias superficies enfrentadas (S) y (S') están distanciadas por 1 micrón o menos.

7. Procedimiento según ia reivindicación 5 o 6, en ei que ia etapa (E) está seguida por una etapa (E') de eiiminación dei disoivente empieado en ia etapa (E).

8. Procedimiento según ia reivindicación 5 o 7, en ei que cada uno de ios grupos -A^- y -A^- es un grupo -O-.

9. Procedimiento según una de ias reivindicaciones 5 a 8, en ei que cada uno de ios grupos R^ y R^ representa, independientemente:

- un grupo benciio; o

- un grupo aiquiio que comprende de 6 a 18 átomos de carbono.

10. Procedimiento según una de ias reivindicaciones 5 a 9, en ei que ias triariiaminas empieadas en ia etapa (E) responden a ia fórmuia (ia) siguiente:

**(Ver fórmula)**

en ia que:

- cada uno de )os grupos y R^, idénticos o diferentes, es tai como se define en ia reivindicación 5, y designa preferentemente un grupo benciio o bien un grupo aiquiio que comprende de 6 a 18 átomos de carbono;

- A es un grupo hidrógeno -H; un grupo haiógeno; o bien un grupo aiquiio que comprende típicamente de 1 a 8 átomos de carbono.

11. Procedimiento según ia reivindicación 10, en ei que ias triariiaminas empieadas en ia etapa (E) responden a ia fórmuia (ia) anterior, en ia que R\ R^ y A tienen uno de ios significados siguientes:

- R^ = R^ = CsHi7(i¡neai)yA=Ci;o. Ri = R^ = CsHi7(üneai)yA=H;o

Ri = R2 = C8Hi7(üneai)yA=C6Hi3;o

- R^ = R^ = benciio y A= H; o

- Ri = R^ = benciio y A= Ci.

12. Procedimiento según una de ias reivindicaciones 5 a 11, en ei que ei disoivente empieado en ia etapa (E) es un disoivente ciorado, tai como ei cioroformo, ei diciorometano o ei 1,1,2,2-tetracioroetano.

13. Procedimiento según una de ias reivindicaciones 5 a 12, en ei que ia irradiación de ia etapa (E) se efectúa sometiendo ei medio de ia etapa (E) a una radiación soiar.

14. Materia) conductor modificado en superficie por unas especies supramoiecuiares fibriiares a base de triariiaminas de fórmuia (i) tai como se define en ia reivindicación 1, susceptibie de ser obtenido según ei procedimiento de una de ias reivindicaciones 5 a 13.

15. Utiiización de especies supramoiecuiares orgánicas fibriiares que comprenden unas triariiaminas que responden a ia fórmuia (i) siguiente:

**(Ver fórmula)**

en ia que:

- cada uno de ios grupos -A^- y -A^-, idénticos o diferentes, designa un eniace covaiente simpie o bien un grupo -O-, -S-, -NH-, NH(C=0), o -NR3-;

- cada uno de ios grupos R\ R^ y R^, idénticos o diferentes, representa:

- un grupo aromático, preferentemente un grupo benciio; o

- una cadena hidrocarbonada que comprende de 4 a 30 átomos de carbono; o

- una cadena poiietiiengiicoi;

y

- R es un grupo de terminación, que es preferentemente una cadena hidrocarbonada, que comprende ventajosamente de 1 a 10 átomos de carbono, eventuaimente haiogenada y eventuaimente interrumpida por uno o varios heteroátomos seieccionados de entre N, O o S.

o susceptibies de ser obtenidas según ei procedimiento de una de ias reivindicaciones 5 a 13, para unir entre sí ias superficies (S) y (S') de dos eiectrodos conductores.