JPH0335516A - Solid electrolytic capacitor and manufacture thereof - Google Patents
Solid electrolytic capacitor and manufacture thereofInfo
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- JPH0335516A JPH0335516A JP1170819A JP17081989A JPH0335516A JP H0335516 A JPH0335516 A JP H0335516A JP 1170819 A JP1170819 A JP 1170819A JP 17081989 A JP17081989 A JP 17081989A JP H0335516 A JPH0335516 A JP H0335516A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
童栗圭生赳垂分立
本発明は、導電性有機高分子を固体電解質として用いる
固体電解コンデンサー及びその製造方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a solid electrolytic capacitor using a conductive organic polymer as a solid electrolyte, and a method for manufacturing the same.
瑳迷迎挟術
従来、大容量のコンデンサーとして知られている電解コ
ンデンサーには、電解液式と固体式とがある。このうち
、固体電解質を用いる固体式コンデンサーとしては、二
酸化マンガン又は?、7,8.8−テトラシアノキノジ
メタン(TCNQ)tu体を用いる方式が知られている
が、前者は、インピーダンスが大きく、後者は、熱安定
性に乏しい等、種々の問題を有している。Conventionally, electrolytic capacitors, which are known as large-capacity capacitors, come in two types: electrolyte type and solid type. Among these, solid capacitors using solid electrolytes include manganese dioxide or ? , 7,8.8-tetracyanoquinodimethane (TCNQ) is known, but the former has various problems such as high impedance and the latter poor thermal stability. ing.
そこで、近年、導電性有機高分子を固体電解質として用
いる固体電解コンデンサーが種々提案されている。例え
ば、特開昭63−158829号公報には、表面に酸化
アルミニウム誘電体を形成させたアルミニウム箔上にア
ルミニウムを真空蒸着し、これを陽極とし、ステンレス
からなる陰極との間に支持電解質と共にピロールを含む
水溶液を電解酸化して、陽極上に導電性ポリピロールの
膜を生成させて、固体電解コンデンサーを得ることが記
載されている。Therefore, in recent years, various solid electrolytic capacitors using conductive organic polymers as solid electrolytes have been proposed. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-158829, aluminum is vacuum-deposited on an aluminum foil with an aluminum oxide dielectric formed on the surface, this is used as an anode, and a supporting electrolyte is placed between the aluminum foil and a stainless steel cathode. It has been described that a solid electrolytic capacitor can be obtained by electrolytically oxidizing an aqueous solution containing a conductive polypyrrole to form a film of conductive polypyrrole on an anode.
しかし、この方法によれば、酸化アルミニウム誘電体皮
膜が絶縁性であるために、この上に導電性ポリピロール
の薄膜を電解重合にて形成させるために、予め誘電体皮
膜の表面上にアルくニウムを蒸着する等の作業を必要と
し、製造工程が複雑であり、製造費用も高くならざるを
得ない。However, according to this method, since the aluminum oxide dielectric film is insulating, in order to form a thin film of conductive polypyrrole thereon by electrolytic polymerization, aluminum is preliminarily coated on the surface of the dielectric film. The manufacturing process is complicated, and the manufacturing cost is inevitably high.
口 く”ンしよ゛と る量・。The amount you can swallow.
本発明は、従来の導電性高分子を固体電解質とする固体
電解コンデンサーにおける上記したような問題を解決す
るためになされたものであって、所謂塗布法によって、
誘電体上に導電性高分子の薄膜を形成して得られる高周
波領域におけるインピーダンスが小さく、且つ、静電容
量の大きい固体電解コンデンサー、及びかかる固体電解
コンデンサーの製造方法を提供することを目的とする。The present invention was made in order to solve the above-mentioned problems in conventional solid electrolytic capacitors using conductive polymer as a solid electrolyte, and uses a so-called coating method.
The purpose of the present invention is to provide a solid electrolytic capacitor with low impedance and high capacitance in a high frequency range obtained by forming a thin film of conductive polymer on a dielectric material, and a method for manufacturing such a solid electrolytic capacitor. .
即ち、本発明者らは、有機溶剤可溶性のポリアニリンで
あって、キャスティングによって薄膜化し得、これをド
ーピングすることによって、ポリアニリンからなる導電
性高分子薄膜を形成し得ることを見出し、かかる有機溶
剤可溶性ポリアニリンを誘電体皮膜上に薄膜化し、これ
をドーピングすることによって、前述したような重合性
単量体の電解酸化を含む方法に比べて、格段に簡単な方
法によって、誘電体皮膜との密着性にすぐれ、高周波領
域におけるインピーダンスが小さく、且つ、静電容量の
大きい固体電解コンデンサーを得ることができることを
見出して、本発明に至ったものである。That is, the present inventors have discovered that organic solvent-soluble polyaniline can be made into a thin film by casting, and by doping it, a conductive polymer thin film made of polyaniline can be formed. By forming a thin film of polyaniline on a dielectric film and doping it, the adhesion to the dielectric film can be improved by a method that is much simpler than the method that involves electrolytic oxidation of polymerizable monomers as described above. The present invention was achieved based on the discovery that it is possible to obtain a solid electrolytic capacitor with excellent performance, low impedance in the high frequency range, and large capacitance.
i ″ンするための
本発明による固体電解コンデンサーは、皮膜形成金属上
に形成された誘電体酸化皮膜と、この誘電体酸化皮膜上
に固体電解質としてポリアニリンからなる導電性高分子
の薄膜が形威されていることを特徴とする
特に、本発明による固体電解コンデンサーにおいては、
前記ポリアニリンからなる導電性高分子が一般式
(式中、m及びnはそれぞれ繰返し単位中のキノンシイ
5ン構造単位及びフェニレンジアミン構造単位のモル分
率を示し、O<m<1.0<n<1、m+n=1である
。)
を主たる繰返し単位として有する重合体であって、脱ド
ープ状態において有機溶剤に可溶性であり、且つ、N−
メチルピロリドン中、30°Cで測定した極限粘度〔η
〕が0.40 dl/g以上であると共に、457.9
nmの波長の光で励起して得られるレーザー・ラマンス
ペクトルにおけるパラ置換ベンゼンの骨格振動のうち、
1600cm−’よりも高波数にあられれる骨格延伸振
動のラマン線の強度1aと1600cm−’よりも低波
数にあられれる骨格延伸振動のラマン線強度!bの比1
a / I bが1.0以上である有機溶剤可溶性ポ
リアニリンにpKa (I!!が4.8以下のプロトン
酸がドーピングされてなることが好ましい。The solid electrolytic capacitor according to the present invention for the purpose of In particular, the solid electrolytic capacitor according to the present invention is characterized in that:
The conductive polymer made of polyaniline has the general formula (where m and n respectively represent the molar fraction of the quinone diamine structural unit and the phenylenediamine structural unit in the repeating unit, and O<m<1.0<n <1, m+n=1) as the main repeating unit, is soluble in organic solvents in a dedoped state, and
Intrinsic viscosity [η
] is 0.40 dl/g or more, and 457.9
Among the skeletal vibrations of para-substituted benzene in the laser Raman spectrum obtained by excitation with light with a wavelength of nm,
Intensity 1a of the Raman line of the skeleton stretching vibration occurring at a wave number higher than 1600 cm-' and Raman line intensity of the skeleton stretching vibration occurring at a wave number lower than 1600 cm-'! b ratio 1
It is preferable that an organic solvent-soluble polyaniline having a/I b of 1.0 or more is doped with a protonic acid having a pKa (I!! of 4.8 or less).
更に、かかる本発明による固体電解コンデンサーは、一
般式
(式中′、m及びnはそれぞれ繰返し単位中のキノンジ
イミン構造単位及びフェニレンジアミン構造単位のモル
分率を示し、O<m<1、Q<n<l、m+n=1であ
る。)
を主たる繰返し単位として有する重合体であって、脱ド
ープ状態において有機溶剤に可溶性であり、且つ、N−
メチルピロリドン中、30°Cで測定した極限粘度〔η
〕が0.40 dl/g以上であると共に、457.9
nmの波長の光で励起して得られるレーザー・ラマンス
ペクトルにおけるパラ置換ベンゼンの骨格振動のうち、
1600cm−’よりも高波数にあられれる骨格延伸振
動のラマン線の強度1aと1600cm−’よりも低波
数にあられれる骨格延伸振動のラマン線強度rbの比I
a / I bが1.0以上である有機重合体を有機
溶剤に溶解させ、得られた溶液を誘電体皮膜上に塗布し
、乾燥させて、有機溶剤可溶性ポリアニリンの皮膜を形
威し、次いで、この皮膜にpKa値が4.8以下のプロ
トン酸にてドーピングすることによって得ることができ
る。Furthermore, the solid electrolytic capacitor according to the present invention has a general formula (where ', m and n each represent the molar fraction of the quinonediimine structural unit and the phenylenediamine structural unit in the repeating unit, O<m<1, Q<n<l, m+n=1) as the main repeating unit, is soluble in organic solvents in a dedoped state, and has N-
Intrinsic viscosity [η
] is 0.40 dl/g or more, and 457.9
Among the skeletal vibrations of para-substituted benzene in the laser Raman spectrum obtained by excitation with light with a wavelength of nm,
Ratio I of the Raman line intensity 1a of the skeleton stretching vibration occurring at a wave number higher than 1600 cm-' and the Raman line intensity rb of the skeleton stretching vibration occurring at a wave number lower than 1600 cm-'
An organic polymer having a/Ib of 1.0 or more is dissolved in an organic solvent, the resulting solution is applied onto a dielectric film, and dried to form a film of organic solvent-soluble polyaniline. , can be obtained by doping this film with a protonic acid having a pKa value of 4.8 or less.
本発明において、固体電解質として用いられるポリアニ
リンからなる導電性高分子とは、一般式(式中、m及び
nはそれぞれ繰返し単位中のキノンジイミン構造単位及
びフェニレンシアごン構造単位のモル分率を示し、Q<
rn<1.0<n<1、m+n=1である。)
を主たる繰返し単位として有する重合体であって、脱ド
ープ状態において有機溶剤に可溶性であり、且つ、N−
メチルピロリドン中、3o″Cで測定した極限粘度〔η
〕が0.40 dl/g以上であると共に、457.9
nmの波長の光で励起して得られるレーザー・ラマンス
ペクトルにおけるパラ置換ベンゼンの骨格振動のうち、
1600cm−’よりも高波数にあられれる骨格延伸振
動のラマン線の強度1aと1600cn+−’よりも低
波数にあられれる骨格延伸振動のラマン線強度1bの比
1 a / I bが1.0以上である有機溶剤可溶性
ポリアニリンにpKa値が4.8以下のプロトン酸がド
ーピングされてなるものである。In the present invention, the conductive polymer made of polyaniline used as a solid electrolyte has the general formula , Q<
rn<1.0<n<1, m+n=1. ) as the main repeating unit, is soluble in organic solvents in a dedoped state, and has N-
Intrinsic viscosity [η
] is 0.40 dl/g or more, and 457.9
Among the skeletal vibrations of para-substituted benzene in the laser Raman spectrum obtained by excitation with light with a wavelength of nm,
The ratio of the Raman line intensity 1a of the skeleton stretching vibration occurring at a wave number higher than 1600 cm-' and the Raman line intensity 1b of the skeleton stretching vibration occurring at a wave number lower than 1600 cn+-' 1 a / I b is 1.0 or more It is made by doping organic solvent-soluble polyaniline with a protonic acid having a pKa value of 4.8 or less.
上記のようなポリアニリンからなる導電性高分子を誘電
体皮膜上に形成するには、先ず、プロトン酸にてドーピ
ングされたアニリンの導電性酸化重合体を調製し、これ
を脱ドーピングして、有機溶剤可溶性のポリアニリンを
調製し、次いで、この有機溶剤可溶性のポリアニリンを
溶液とし、誘電体皮膜上にキャスティング又はコーティ
ングし、乾燥させて薄膜化し、最後に、この薄膜をプロ
トン酸にてドーピングする。To form a conductive polymer made of polyaniline as described above on a dielectric film, first, a conductive oxidized polymer of aniline doped with protonic acid is prepared, and this is dedoped to form an organic Solvent-soluble polyaniline is prepared, then this organic solvent-soluble polyaniline is made into a solution, cast or coated on a dielectric film, dried to form a thin film, and finally, this thin film is doped with protonic acid.
先ず、上記プロトン酸にてドーピングされたアニリンの
導電性酸化重合体は、酸解離定数pKa値が3.0以下
であるプロトン酸の存在下に溶剤中にてアニリンに温度
を5°C以下、好ましくはO′C以下の温度に保持しつ
つ、標準水素電極を基型とする還元半電池反応における
起電力として定められる標i4!電極電位が0.6 V
以上である酸化剤の水溶液をアニリン1モル当りに、酸
化剤の1モルを、酸化剤1分子を還元するのに必要な電
子数で割った量として定義される当量で、2当量以上、
好ましくは2〜2.5当量徐々に加えて、アニリンを酸
化重合させることによって得ることができる。First, the conductive oxidized polymer of aniline doped with the protic acid is treated with aniline in a solvent at a temperature of 5°C or less in the presence of a protic acid with an acid dissociation constant pKa value of 3.0 or less. The mark i4! is defined as the electromotive force in a reduction half-cell reaction using a standard hydrogen electrode as a base while maintaining the temperature preferably below O'C. Electrode potential is 0.6 V
The equivalent of the above aqueous solution of the oxidizing agent per mole of aniline is defined as the amount obtained by dividing 1 mole of the oxidizing agent by the number of electrons required to reduce one molecule of the oxidizing agent, and 2 equivalents or more,
It can be obtained by oxidative polymerization of aniline, preferably by gradually adding 2 to 2.5 equivalents.
次いで、このプロトン酸にてドーピングされたアニリン
の酸化重合体を塩基性物質によって脱ドーピングするこ
とによって、有機溶剤可溶性のポリアニリンを得ること
ができる。Next, by dedoping the oxidized aniline polymer doped with a protonic acid with a basic substance, an organic solvent-soluble polyaniline can be obtained.
上記アニリンの酸化重合においては、酸化剤としては、
二酸化マンガン、ベルオキソニ硫酸アンモニウム、過酸
化水素、第二鉄塩、ヨウ素酸塩等が特に好ましく用いら
れる。これらの中で、例えば、ベルオキソニ硫酸アンモ
ニウムや過酸化水素は、その酸化反応において、共に1
分子当りに2個の電子が関与するので、通常、アニリン
1モルに対してl〜1,25モルの範囲の量が用いられ
る。In the above oxidative polymerization of aniline, the oxidizing agent is
Manganese dioxide, ammonium peroxonisulfate, hydrogen peroxide, ferric salts, iodates, and the like are particularly preferably used. Among these, for example, ammonium peroxonisulfate and hydrogen peroxide both have 1
Since two electrons are involved per molecule, amounts in the range from 1 to 1.25 mol per mol of aniline are usually used.
上記アニリンの酸化重合において用いられるプロトン酸
は、酸解離定数pKa値が3.0以下であれば、特に、
限定されるものではなく、例えば、塩酸、硫酸、硝酸、
過塩素酸、ホウフッ化水素酸、リンフッ化水素酸、フッ
化水素酸、ヨウ化水素酸等の無機酸、ベンゼンスルホン
酸、p−トルエンスルホン酸等の芳香族スルホン酸、メ
タンスルホン酸、エタンスルホン酸等のアルカンスルホ
ン酸、ピクリン酸等のフェノール類、m−ニトロ安息香
酸等の芳香族カルボン酸、ジクロロ酢酸、マロン酸等の
脂肪族カルボン酸等を挙げることができる。In particular, the protonic acid used in the oxidative polymerization of aniline has an acid dissociation constant pKa value of 3.0 or less.
Examples include, but are not limited to, hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid,
Inorganic acids such as perchloric acid, hydrofluoroboric acid, hydrofluoric phosphoric acid, hydrofluoric acid, and hydroiodic acid, aromatic sulfonic acids such as benzenesulfonic acid and p-toluenesulfonic acid, methanesulfonic acid, ethanesulfone Examples include alkanesulfonic acids such as acids, phenols such as picric acid, aromatic carboxylic acids such as m-nitrobenzoic acid, and aliphatic carboxylic acids such as dichloroacetic acid and malonic acid.
また、ポリマー酸も用いることができる。かかるポリマ
ー酸としては、例えば、ポリスチレンスルホン酸、ポリ
ビニルスルホン酸、ポリアリルスルホン酸、ポリビニル
硫酸等を挙げることができる。Polymeric acids can also be used. Examples of such polymer acids include polystyrene sulfonic acid, polyvinyl sulfonic acid, polyallylsulfonic acid, polyvinyl sulfuric acid, and the like.
用いるプロトン酸の量は、用いる酸化剤の反応様式に依
存する。例えば、二酸化マンガンの場合は、酸化反応は
、
Mn0z−1−411”−1−2e−−+ Mn”+2
H,0で示されるから、用いる二酸化マンガンの少なく
とも4倍モル量のプロトンを供給し得るプロトン酸を用
いる必要がある。また、過酸化水素の場合も、酸化反応
は、
)1202 + 2H” +28− →2LOで示され
るから、用いる過酸化水素の少なくとも2倍モル量のプ
ロトンを供給し得るプロトン酸を用いる必要がある。他
方、ベルオキソニ硫酸アンモニウムの場合は、酸化反応
は、
S、0.”+2e−−+ 2SO4”−で示されるから
、特に、プロトン酸を用いる必要はない。しかし、酸化
剤として、ベルオキソニ硫酸アンモニウムを用いる場合
であっても、この酸化剤と等モル量のプロトン酸を用い
ることが好ましい。The amount of protic acid used depends on the reaction mode of the oxidizing agent used. For example, in the case of manganese dioxide, the oxidation reaction is Mn0z-1-411"-1-2e--+ Mn"+2
Since it is represented by H,0, it is necessary to use a protic acid that can supply at least four times the molar amount of protons as the manganese dioxide used. Also, in the case of hydrogen peroxide, the oxidation reaction is expressed as )1202 + 2H" +28- →2LO, so it is necessary to use a protonic acid that can supply at least twice the molar amount of protons as the hydrogen peroxide used. On the other hand, in the case of ammonium beroxon disulfate, the oxidation reaction is represented by S, 0."+2e--+2SO4"-, so there is no need to use a protonic acid.However, ammonium beroxon disulfate is used as the oxidizing agent. Even in this case, it is preferable to use a protic acid in an equimolar amount to the oxidizing agent.
アニリンの酸化重合における溶剤としては、アニリン、
プロトン酸及び酸化剤を溶解し、且つ、酸化剤によって
酸化されないものが用いられる。As a solvent for oxidative polymerization of aniline, aniline,
A substance that dissolves the protonic acid and the oxidizing agent and is not oxidized by the oxidizing agent is used.
水が最も好ましく用いられるが、しかし、必要に応じて
、メタノール、エタノール等のアルコール類、アセトニ
トリル等のニトリル類、N−メチル−2−ピロリドン、
ジメチルスルホキシド等の極性溶剤、テトラヒドロフラ
ン等のエーテル類、酢酸等の有機酸類も用いることがで
きる。また、これら有機溶剤と水との混合溶剤も用いる
ことができる。Water is most preferably used, but if necessary, alcohols such as methanol and ethanol, nitriles such as acetonitrile, N-methyl-2-pyrrolidone,
Polar solvents such as dimethyl sulfoxide, ethers such as tetrahydrofuran, and organic acids such as acetic acid can also be used. Moreover, a mixed solvent of these organic solvents and water can also be used.
前記有機溶剤可溶性のポリアニリンの調製において、反
応の間、特に、酸化剤溶液をアニリン溶液に加える間に
、反応混合物の温度を常に5°C以下に保持することが
重要である。従って、酸化剤溶液は、アニリンに徐々に
加えて、反応混合物の温度が5°Cを越えないようにす
る必要がある。急激に酸化剤を加えるときは、外部から
の冷却によっても、反応混合物の温度が上昇して、低分
子量の重合体を生成したり、或いは後述する脱ドーピン
グ後にも溶剤不溶性の酸化重合体が生成する。In the preparation of the organic solvent-soluble polyaniline, it is important to always maintain the temperature of the reaction mixture below 5° C. during the reaction, especially during the addition of the oxidizing agent solution to the aniline solution. Therefore, the oxidizing agent solution must be added gradually to the aniline so that the temperature of the reaction mixture does not exceed 5°C. When adding an oxidizing agent rapidly, external cooling may raise the temperature of the reaction mixture and produce a low molecular weight polymer, or even after dedoping as described below, a solvent-insoluble oxidized polymer may be produced. do.
特に、上記の反応においては、反応温度を0°C以下に
保持するのが好ましく、これによって、脱ドーピング後
、N−メチル−2−ピロリドン中、30°Cで測定した
(以下、同じ。)極限粘度〔η〕が1.0dl/g以上
の高分子量の有機溶剤可溶性ポリアニリンを得ることが
できる。In particular, in the above reaction, it is preferable to maintain the reaction temperature below 0°C, so that after dedoping, the measurement was carried out at 30°C in N-methyl-2-pyrrolidone (the same applies hereinafter). A high molecular weight organic solvent-soluble polyaniline having an intrinsic viscosity [η] of 1.0 dl/g or more can be obtained.
このようにして、用いたプロトン酸によってドープされ
たポリアニリンを得ることができる。ドープ状態では、
このポリアニリンは、プロトン酸と塩を形成しているた
めに、後述するような有機溶剤に溶解しない。高分子量
アミンの塩が一般に有機溶剤に難溶性であることはよく
知られている。In this way, a polyaniline doped with the protic acid used can be obtained. In a doped state,
Since this polyaniline forms a salt with a protonic acid, it does not dissolve in an organic solvent as described below. It is well known that salts of high molecular weight amines are generally poorly soluble in organic solvents.
しかしながら、この有機溶剤不溶性のポリアニリンを脱
ドーピングすることによって、有機溶剤可溶性のポリア
ニリンを得ることができる。However, by dedoping this organic solvent-insoluble polyaniline, organic solvent-soluble polyaniline can be obtained.
このプロトン酸にてドープされているポリアニリンの脱
ドーピングは、一種の中和反応であるから、ドーパント
としてのプロトン酸を中和し得る塩基性物質であれば、
特に、限定されるものではないが、好ましくは、アンモ
ニア水、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リ
チウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム等の金
属水酸化物が用いられる。脱ドーピングは、上記アニリ
ンの酸化重合の後、反応混合物中に直接に塩基性物質を
加えてもよく、或いは重合体を一旦単離した後、塩基性
物質を作用させてもよい。This dedoping of polyaniline doped with protonic acid is a kind of neutralization reaction, so if it is a basic substance that can neutralize the protonic acid as a dopant,
Although not particularly limited, metal hydroxides such as aqueous ammonia, sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, magnesium hydroxide, and calcium hydroxide are preferably used. For dedoping, a basic substance may be added directly to the reaction mixture after the above-mentioned oxidative polymerization of aniline, or the polymer may be isolated and then treated with a basic substance.
アニリンの酸化重合によって得られたドープ状態のポリ
アニリンは、通常、10−’S/c+s以上の電導度を
有して、黒縁色を呈するが、脱ドーピング後は、紫色或
いは紫がかった銅色である。この変色は、重合体中の塩
構造のアミン窒素が遊離ア珈ンに変化したためである。Doped polyaniline obtained by oxidative polymerization of aniline usually has a conductivity of 10-'S/c+s or more and has a black edge color, but after dedoping, it has a purple or purplish copper color. be. This discoloration is due to the amine nitrogen in the salt structure in the polymer being converted to free acorn.
電導度は、通常、10引’S/cm台である。The conductivity is usually on the order of 10'S/cm.
このようにして得られる脱ドープ状態のポリアニリンは
、高分子量を有し、しかも、種々の有機溶剤に溶解する
。かかる有機溶剤としては、Nメチル−2−ピロリドン
、N、N−ジメチルアセドア旦ド、N、N−ジメチルホ
ルムアミド、ジメチルスルホキシド、1.3−ジメチル
−2−イミダゾリジノン、スルホラン等を挙げることが
できる。溶解度は、重合体の平均分子量や溶剤にもよる
が、重合体の0.5〜lOO%が溶け、1〜30重量%
の溶液を得ることができる。特に、この脱ドーピング状
態のホルムアミドは、N−メチル−2−ピロリドンに高
い溶解性を示し、通常、ポリアニリンの20〜100%
が溶解し、3〜30重量%溶液を得ることができる。し
かし、テトラヒドロフラン、80%酢酸水溶液、60%
ギ酸水溶液、アセトニトリル等には溶解しない。The dedoped polyaniline thus obtained has a high molecular weight and is soluble in various organic solvents. Examples of such organic solvents include N-methyl-2-pyrrolidone, N,N-dimethylacedodando, N,N-dimethylformamide, dimethylsulfoxide, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, and sulfolane. I can do it. Solubility depends on the average molecular weight of the polymer and the solvent, but 0.5 to 100% of the polymer is dissolved, and 1 to 30% by weight.
A solution of can be obtained. In particular, formamide in this undoped state exhibits high solubility in N-methyl-2-pyrrolidone, typically 20-100% of that of polyaniline.
can be dissolved to obtain a 3-30% by weight solution. However, tetrahydrofuran, 80% acetic acid aqueous solution, 60%
It does not dissolve in formic acid aqueous solution, acetonitrile, etc.
従って、かかる有機溶剤可溶性ポリアニリンは、これを
有機溶剤に溶解し、キャスティングすれば、自立性の可
撓性で強靭なフィルムを得ることができ、また、誘電体
皮膜上にキャスティング又はコーティングすれば、誘電
体皮膜上に強靭で可撓性を有する薄膜を形成することが
できる。Therefore, if such organic solvent-soluble polyaniline is dissolved in an organic solvent and cast, a self-supporting, flexible and strong film can be obtained, and if it is cast or coated on a dielectric film, A strong and flexible thin film can be formed on the dielectric film.
このようなフィルム化や薄膜化において、強靭なものを
得るためには、有機溶剤可溶性ポリアニリンは、N−メ
チルピロリドン中、30℃で測定した極限粘度〔η〕が
0.40 di/g以上であるものを用いることが望ま
しい。In order to obtain a strong film or thin film, organic solvent-soluble polyaniline must have an intrinsic viscosity [η] of 0.40 di/g or more when measured at 30°C in N-methylpyrrolidone. It is desirable to use one.
前記可溶性ポリアニリンは、元素分析、赤外線吸収スペ
クトル、ESRスペクトル、レーザー・ラマンスペクト
ル、熱重量分析、溶剤への溶解性、可視乃至近赤外吸収
スペクトルから、
(式中、m及びnはそれぞれ繰返し単位中のキノンジイ
ミン構造単位及びフェニレンジアミン構造単位のモル分
率を示し、O<m<1、O<n<l、m+n=1である
。)
を主たる繰返し単位として有する。The soluble polyaniline was determined from elemental analysis, infrared absorption spectrum, ESR spectrum, laser/Raman spectrum, thermogravimetric analysis, solubility in solvents, and visible to near infrared absorption spectrum (where m and n are each a repeating unit). It shows the molar fraction of the quinonediimine structural unit and the phenylenediamine structural unit in the quinone diimine structural unit, O<m<1, O<n<l, m+n=1) as the main repeating unit.
ここで、レーザー・ラマンスペクトルより得られる有機
溶剤可溶性ポリアニリンの特徴について、従来より知ら
れている所謂ポリアニリンと比較しつつ、説明する。Here, the characteristics of organic solvent-soluble polyaniline obtained from laser Raman spectra will be explained while comparing it with conventionally known so-called polyaniline.
一般に、物質を構成する原子間の振動に関する情報を得
る手段として、振動分光学があり、これには赤外分光と
ラマン分光とがある。赤外分光は、双極子モーメントの
変化をもたらす振動モードに活性であり、ラマン分光は
、分極率の変化をもたらす振動に活性である。従って、
両者は、相補的な関係にあって、−i的には、赤外分光
で強くあられれる振動モードは、ラマン分光では弱く、
他方・、ラマン分光にて強くあられれる振動モードは、
赤外分光では弱い。Generally, there is vibrational spectroscopy as a means of obtaining information regarding vibrations between atoms constituting a substance, and this includes infrared spectroscopy and Raman spectroscopy. Infrared spectroscopy is active on vibrational modes that result in a change in dipole moment, and Raman spectroscopy is active on vibrational modes that result in a change in polarizability. Therefore,
The two have a complementary relationship, and in terms of −i, the vibrational mode that is strong in infrared spectroscopy is weak in Raman spectroscopy.
On the other hand, the vibrational modes that appear strongly in Raman spectroscopy are
It is weak in infrared spectroscopy.
赤外線吸収スペクトルは、振動準位間のエネルギー吸収
を検出することによって得られ、ラマンスペクトルは、
光照射によって分子が励起された後、基底状態のより高
い振動準位に落ちるときに生じる散乱光(ラマン散乱)
を検出することによって得られる。このとき、照射光に
対する散乱光のエネルギー差から振動エネルギー準位を
知ることができる。Infrared absorption spectra are obtained by detecting energy absorption between vibrational levels, and Raman spectra are
Scattered light (Raman scattering) that occurs when molecules fall to a higher vibrational level of the ground state after being excited by light irradiation.
obtained by detecting. At this time, the vibrational energy level can be determined from the energy difference between the scattered light and the irradiated light.
通常、ラマンスペクトルは、アルゴンレーザー等からの
可視光励起によって得られる。ここに、試料が可視領域
に吸収帯を有する場合、照射レーザー光とその吸収帯波
長がマツチングすると、非常に強いラマン線が得られる
ことが知られている。Usually, a Raman spectrum is obtained by visible light excitation from an argon laser or the like. It is known that when a sample has an absorption band in the visible region, a very strong Raman line can be obtained when the wavelength of the irradiated laser beam and the absorption band are matched.
この現象は共鳴ラマン効果と呼ばれており、これによれ
ば、通常のラマン線の104〜105倍もの強いラマン
線が得られる。かかる共鳴ラマン効果によれば、照射し
たレーザー光の波長によって励起される化学構造部分の
情報がより強調されて得られることとなる。従って、照
射するレーザー光の波長を変えながら、ラマンスペクト
ルを測定することによって、その試料の化学構造をより
正確に解析することができる。このような特徴は、赤外
分光にはないラマン分光の特徴である。This phenomenon is called the resonance Raman effect, and according to this, a Raman line that is 104 to 105 times stronger than a normal Raman line can be obtained. According to such a resonance Raman effect, information about the chemical structure portion excited by the wavelength of the irradiated laser light can be obtained in a more emphasized manner. Therefore, by measuring the Raman spectrum while changing the wavelength of the irradiated laser light, the chemical structure of the sample can be analyzed more accurately. Such features are features of Raman spectroscopy that are not found in infrared spectroscopy.
第1図は、有機溶剤可溶性であって、N−メチル−2−
ピロリドン中、30°Cで測定した極限粘度〔η〕が1
.2dl/gである脱ドープ状態のポリアニリンの粉末
をディスク状に成形した試料について、励起波長457
.9nmで照射して得たレーザー・ラマンスペクトルで
ある。ラマン線のhumは以下のとおりである。162
2及び1591ca+−’は、パラ置換ベンゼンの骨格
延伸振動、1489及び1479cm−’は、キノンジ
イミン構造のC=C及びC=Nの伸縮振動、1220c
m−’はC−N伸縮振動とC−C伸縮振動の混在、11
85及び1165cm−’はC−Hの面内変角振動であ
る。Figure 1 shows organic solvent soluble N-methyl-2-
Intrinsic viscosity [η] measured at 30°C in pyrrolidone is 1
.. For a sample formed into a disk shape from dedoped polyaniline powder with a concentration of 2 dl/g, the excitation wavelength was 457.
.. This is a laser Raman spectrum obtained by irradiation at 9 nm. The hum of the Raman line is as follows. 162
2 and 1591ca+-' are the skeletal stretching vibrations of para-substituted benzene, 1489 and 1479cm-' are the stretching vibrations of C=C and C=N in the quinone diimine structure, 1220c
m-' is a mixture of C-N stretching vibration and C-C stretching vibration, 11
85 and 1165 cm-' are in-plane bending vibrations of C-H.
第2図は、Y、 Fujiwara et al、+
5ynth、 Net、+16、189 (1986)
に示された脱ドープ状態のポリアニリンについて、励起
波長457.9 n mで照射して得たレーザー・ラマ
ンスペクトルである。このポリアニリンは、白金電極上
、アニリンの電解酸化重合によって得られたものである
。Figure 2 shows Y, Fujiwara et al.
5ynth, Net, +16, 189 (1986)
This is a laser Raman spectrum obtained by irradiating the dedoped polyaniline shown in Figure 1 with an excitation wavelength of 457.9 nm. This polyaniline was obtained by electrolytic oxidative polymerization of aniline on a platinum electrode.
第1図にみられるように、本発明にて用いる溶剤可溶性
の脱ドープ状態のポリアニリンでは、パラ置換ベンゼン
の骨格振動のうち、1600cm−’よりも高波数にあ
られれる骨格延伸振動のラマン線強度1aと1600c
m−’よりも低波数にあられれるラマン線強度1bとの
比1 a / I bが1.0以上である。これに対し
て、第2図に示したポリアニリンを含む従来より知られ
ているポリアニリンは、化学酸化重合によるものを含め
て、すべて上記比! a / f bは1.0よりも小
さい。As shown in FIG. 1, in the solvent-soluble dedoped polyaniline used in the present invention, among the skeletal vibrations of para-substituted benzene, the Raman line intensity of the skeletal stretching vibration that occurs at a wave number higher than 1600 cm-' 1a and 1600c
The ratio 1a/Ib of Raman ray intensity 1b occurring at a lower wave number than m-' is 1.0 or more. In contrast, conventionally known polyanilines, including those shown in Figure 2, including those produced by chemical oxidative polymerization, all have the above ratio! a/f b is less than 1.0.
1622及び1591cm−’のラマン線は、共に、パ
ラ置換ベンゼンの骨格延伸振動に基づくものである。還
元状態にあるポリアニリンでは、キノンジイミン構造を
もたないために、1621cm−’にのみラマン線を生
じるが、キノンジイミン構造を有する脱ドープ状態のポ
リアニリンでは、前述したように、1622及び159
1cm−’にラマン線があられれる。これらのラマン線
は、第3図に示すような励起波長依存性を示す。The Raman lines at 1622 and 1591 cm-' are both based on skeletal stretching vibrations of para-substituted benzene. Polyaniline in a reduced state does not have a quinone diimine structure and therefore produces a Raman line only at 1621 cm-', but undoped polyaniline, which has a quinone diimine structure, produces Raman lines at 1622 and 159 cm-', as described above.
A Raman line is detected at 1 cm-'. These Raman lines exhibit excitation wavelength dependence as shown in FIG.
励起波長を488.0nmがら476.5nmを経て4
57.9nmへと短波長側に変化させるにつれて、I
a / I bは変化する。即ち、488.0nmのと
きはI a / I bは1.0より小さいが、457
゜9nmでは、1.0以上となっており、488.0
nmのときと比べて、I a / I b強度が逆転し
ている。この逆転現象は、以下のように説明されよう。The excitation wavelength was changed from 488.0 nm to 476.5 nm to 4
As the wavelength changes to 57.9 nm, the I
a/Ib changes. That is, at 488.0 nm, I a / I b is smaller than 1.0, but 457
At ゜9 nm, it is 1.0 or more, 488.0
Compared to the case of nm, the I a / I b intensity is reversed. This reversal phenomenon may be explained as follows.
第4図に溶剤可溶性ポリアニリンの電子スペクトルを示
す、647nmのピークは、ボリアニリンを還元するこ
とによって消失するので、キノンジイミン構造に由来す
るものとみられ、334nmのピークは、逆にポリアニ
リンを還元することによって強度を増すので、パラ置換
ベンゼンのππ9遷移に由来するとみられる。第4図に
前記したラマン励起波長を示す。ここで、パラ置換ベン
ゼン骨格延伸振動のバンドについては、励起波長を48
8゜Onmから457.9nrnへと短波長側に変化さ
せると、1591cm−’のバンドと比較して、162
2cm−’のバンドの共鳴ラマン効果の共鳴条件がより
有利になり、前述のような相対強度の変化が生じると考
えられる。Figure 4 shows the electronic spectrum of solvent-soluble polyaniline. The peak at 647 nm disappears when polyaniline is reduced, so it appears to be derived from the quinone diimine structure. Conversely, the peak at 334 nm disappears when polyaniline is reduced. Since the intensity increases, it seems to originate from the ππ9 transition of para-substituted benzene. FIG. 4 shows the Raman excitation wavelengths described above. Here, for the para-substituted benzene skeleton stretching vibration band, the excitation wavelength is set to 48
When changing to the short wavelength side from 8°Onm to 457.9nrn, compared to the band of 1591cm-', the band becomes 162cm-'.
It is thought that the resonance conditions of the resonance Raman effect of the 2 cm-' band become more favorable, and the above-mentioned change in relative intensity occurs.
次に、第1図と第2図に示すスペクトルにおいて、15
91cm−’と1622cm−’のラマン線の相対強度
が、同じ励起波長(457,9量m)であるにもかかわ
らず、異なることは、以下のように説明されよう。即ち
、フェニレンジアミン構造のモデル化合物としてのN、
N’−ジフェニル−p−フェニレンシアミンが1617
cm−’のみにラマン線を有し、キノンジイミン構造の
モデル化合物としてのN、N”−ジフェニル−ρ−ベン
ゾキノンジイミンが1568cm−’及び1621cm
−’にラマン線を有することから、下記(a)に示すよ
うに、キノンジイミン構造と非共役のバラ置換ベンゼン
環は、短波長光の励起にて強度が増した1 622cm
−’のラマン線を有し、下記(b)に示すように、キノ
ンジイミン構造と共役しているパラ置換ベンゼン環は、
1591CO+−’及び1622cm−’のラマン線を
有するものと推定される。Next, in the spectra shown in Figures 1 and 2, 15
The reason why the relative intensities of the Raman lines at 91 cm-' and 1622 cm-' are different despite having the same excitation wavelength (457,9 m) may be explained as follows. That is, N as a model compound of phenylenediamine structure,
N'-diphenyl-p-phenylenecyamine is 1617
N,N''-diphenyl-ρ-benzoquinone diimine, which has a Raman line only at cm-' and is a model compound with a quinone diimine structure, has a Raman line at 1568 cm-' and 1621 cm.
-' has a Raman line, as shown in (a) below, the rose-substituted benzene ring that is nonconjugated with the quinone diimine structure has a 1622 cm
-' Raman line and as shown in (b) below, the para-substituted benzene ring conjugated with the quinone diimine structure is
It is estimated to have Raman lines of 1591 CO+-' and 1622 cm-'.
■
N、N’−ジフェニル−
一フエニレンジアごン
キノ
ンジイ
ミン構造
■
(a)
(b)
1622c涌
1591co+
622
元素分析の結果から、脱ドープ状態の溶剤可溶性ポリア
ニリンにおいては、キノンジイミンの数とフエニーレン
ジアξンの数はほぼ等しいとみられるから、かかる脱ド
ープ状態の溶剤可溶性ポリアニリンの構造連鎖は、キノ
ンジイミン構造とフェニレンジアミン構造との連結様式
から、(C)に示すように、キノンジイミン構造とフェ
ニレンジアミン構造の交互共重合体的連鎖と、(d)に
示すように、キノンジイミン構造とフェニレンジアミン
構造のブロック共重合体的連鎖の2つに分類される。図
中、矢印にて示すバラ置換ベンゼン環は、キノンジイミ
ンと非共役のベンゼン環を示し、上記交互共重合体的連
鎖においては、例えば、8量体連鎖単位当りでは2つで
あり、ブロック共重合体的連鎖においては、例えば、8
量体連鎖単位当りでは3つである。連鎖単位がもつと長
い場合は、両者におけるキノンジイミンと非共役のベン
ゼン環の数の差は、更に大きくなる。この差が1591
cm−’と1622cm−’のラマン線の相対強度の差
となってあられれるといえる。■ N,N'-diphenyl- one phenylene diagonal quinone diimine structure ■ (a) (b) 1622cwaku1591co+ 622 From the results of elemental analysis, in the undoped solvent-soluble polyaniline, the number of quinone diimines and the number of phenylene diamines ξ are Since they appear to be almost the same, the structural chain of such undoped solvent-soluble polyaniline is an alternating copolymer of quinone diimine structures and phenylene diamine structures, as shown in (C), from the connection mode of the quinone diimine structure and the phenylene diamine structure. It is classified into two types: a physical chain, and a block copolymer chain of a quinone diimine structure and a phenylene diamine structure, as shown in (d). In the figure, the individually substituted benzene rings indicated by arrows indicate benzene rings that are non-conjugated with the quinone diimine. In a coalescing chain, for example, 8
There are three per mer chain unit. When the chain unit is long, the difference in the number of quinone diimine and non-conjugated benzene rings in both becomes even larger. This difference is 1591
It can be said that this is caused by the difference in relative intensity between the Raman lines at cm-' and 1622 cm-'.
溶剤可溶性ポリアニリンにおいては、レーザー・ラマン
スペクトルにおけるI a/I b比が1.0以上であ
るところから、キノンジイミン構造と非共役のヘンゼン
環が多く含まれており、かくして、前記ブロック共重合
体的連鎖を有するものとみられる。In solvent-soluble polyaniline, since the I a / I b ratio in the laser Raman spectrum is 1.0 or more, it contains many quinone diimine structures and non-conjugated Hensen rings, and thus the block copolymer-like It seems that there is a chain.
ポリアニリンの有機溶剤可溶性は、かかるブロック共重
合体的連鎖を有することによって合理的に説明される。The solubility of polyaniline in organic solvents is rationally explained by the presence of such block copolymer-like chains.
一般に、キノンジイミン構造におけるイミン窒素(−N
=)は、近傍の第2級アミノ基窒素(−NH−)と水素
結合を形成することが知られているが(Macromo
lecules、 2L 1297(1988y’)、
第2級アミノ基窒素相互の間の水素結合は強くない。Generally, the imine nitrogen (-N
=) is known to form a hydrogen bond with the nearby secondary amino group nitrogen (-NH-) (Macromo
lecules, 2L 1297 (1988y'),
Hydrogen bonds between secondary amino group nitrogens are not strong.
従って、ポリアニリンが前記交互共重合体的連鎖を有す
る場合は、げ)に示すような水素結合の強固なネットワ
ークを形成する。従来より知られているポリアニリンが
脱ドープ状態でも、多くの有Ja溶剤に不溶性であるの
は、かかる水素結合の強固なネットワークを形成するこ
とに起因するとみられる。これに対して、脱ドープ状態
の溶剤可溶性ポリアニリンのように、重合体連鎖が前記
ブロック共重合体的連鎖である場合は、通常は、ブロッ
ク鎖が異なる長さを有するから、(e)にみられるよう
に、フェニレンジアミン構造部分とキノンジイミン構造
部分が隣接しても、多くの水素結合を形成することがで
きず、溶剤が重合体鎖間に侵入し、溶剤との間に水素結
合を生じて、有機溶剤に溶解することとなる。ブロック
鎖がどの部分も完全に同じ長さを有するとすれば、前記
したような水素結合のネットワークを形成するであろう
が、このような構造を有する確率は極めて小さいから、
通常は、無視し得る。Therefore, when polyaniline has the above-mentioned alternating copolymer chains, it forms a strong network of hydrogen bonds as shown in (g). The fact that conventionally known polyaniline is insoluble in many Ja-containing solvents even in an undoped state is thought to be due to the formation of such a strong network of hydrogen bonds. On the other hand, when the polymer chain is a block copolymer-like chain, such as dedoped solvent-soluble polyaniline, the block chains usually have different lengths, so (e) As can be seen, even if the phenylenediamine structural part and the quinonediimine structural part are adjacent, many hydrogen bonds cannot be formed, and the solvent may enter between the polymer chains and form hydrogen bonds with the solvent. , it will be dissolved in organic solvent. If all parts of the block chain had exactly the same length, it would form a network of hydrogen bonds as described above, but the probability of having such a structure is extremely small.
Normally it can be ignored.
\ /
更に、このような鎖間相互作用は、前記レーザー・ラマ
ンスペクトルのC−H面内変角振動からも説明される。\ / Furthermore, such interchain interactions can also be explained from the C-H in-plane bending vibration in the laser Raman spectrum.
前記第2図に示した脱ドープ状態のポリアニリンのC−
H面内変角振動に帰属される1 162cm−’のラマ
ン線は、ポリアニリンが還元されて、イミン窒素がすべ
て第2級アミノ窒素に変換されると、1181cm−’
に高波数シフトする。The C- of polyaniline in the dedoped state shown in FIG.
The Raman line at 1 162 cm-', which is attributed to H in-plane bending vibration, becomes 1181 cm-' when polyaniline is reduced and all imine nitrogens are converted to secondary amino nitrogens.
Shift to a higher wave number.
前述したように、溶剤可溶性ポリアニリンは、脱ドープ
状態において、C−H面内変角振動に帰属されるラマン
線として、1165及び1185cm−’の2つがある
。この1185cm−’のラマン線は、従来より知られ
ている脱ドープ状態のポリアニリンにはみられないもの
であって、還元状態におけるC−H面内変角振動に帰属
される1181cm−’に近い値を示している。As described above, in a dedoped state, solvent-soluble polyaniline has two Raman lines, 1165 and 1185 cm-', which are attributed to C-H in-plane bending vibration. This Raman line at 1185 cm-' is not seen in conventionally known undoped polyaniline, and is close to 1181 cm-', which is attributed to the C-H in-plane bending vibration in the reduced state. It shows the value.
これらの点から、溶剤可溶性ポリアニリンは、脱ドープ
状態において、ブロック共重合体的連鎖を有し、還元構
造の雰囲気を有すると思われる。From these points, it is considered that the solvent-soluble polyaniline has a block copolymer-like chain in a dedoped state and has an atmosphere of a reduced structure.
このことより、高分子量であるにもかかわらず、有機溶
剤に対して高い溶解性を有するのであろう以上のように
、本発明において用いる溶剤可溶性ポリアニリンは、従
来より知られているポリアニリンとは異なる構造連鎖を
有する新規な重合体である。This suggests that the solvent-soluble polyaniline used in the present invention is different from conventionally known polyanilines because it has high solubility in organic solvents despite its high molecular weight. It is a novel polymer with structural chains.
このように、アニリンの酸化重合体は、繰返し単位とし
て、前述したようなブロック共重合体的連鎖にてキノン
ジイミン構造単位とフェニレンジアミン構造単位を有す
るので、プロトン酸にてドーピングされた状態において
は、酸化還元反応を伴なわずに、酸塩基反応のみによっ
て、導電性を有するものとして説明される。この導電機
構は、ハ、 G、 MacDiara+idらによるも
のであって(A、 G。In this way, the oxidized polymer of aniline has a quinone diimine structural unit and a phenylene diamine structural unit as repeating units in a block copolymer chain as described above, so when it is doped with protonic acid, It is explained as having electrical conductivity only through acid-base reactions without any redox reactions. This conductive mechanism is based on Ha, G, MacDiara+id et al. (A, G.
MacDiarmid et al、、 J、 Che
lIl、 Soc、、 Chem。MacDiarmid et al., J. Che
lIl, Soc,, Chem.
Commun、、 1987.1784)、プロトン酸
によるドーピングによって、下に示すように、キノンジ
イミン構造がプロトン化され、これが七5キノンカチオ
ンラジカル構造をとって、導電性を有するものである。By doping with a protic acid, the quinone diimine structure is protonated, as shown below, and this forms a 75-quinone cation radical structure, which has electrical conductivity.
かかる状態は、ポーラロン状態と呼ばれる。Such a state is called a polaron state.
1
1HX(プロ
トン61I)
↓分子内酸化還元反応
(セ〔キノンカチオンラジカル
(ポーラロン)
)
前述したように、脱ドープ状態で溶剤可溶性のポリアニ
リンは、これを有機溶剤に溶解し、誘電体皮膜上にキャ
スティング又はコーティングすれば、薄膜を形成するこ
とができ、かかる薄膜をプロトン酸によってドーピング
することによって、容易に導電性を付与することができ
、このようにして、本発明によれば、容易に誘電体皮膜
上に導電性高分子の薄膜を形成することができる。ここ
に、プロトン酸としては、前述したものを用いることが
できる。1 1HX (Proton 61I) ↓ Intramolecular redox reaction (Se[quinone cation radical (Polaron)) As mentioned above, polyaniline, which is solvent-soluble in an undoped state, is dissolved in an organic solvent and applied to the dielectric film. By casting or coating, thin films can be formed, which can easily be made conductive by doping with protic acids, and thus, according to the present invention, can easily be made dielectric. A thin film of conductive polymer can be formed on the body membrane. Here, as the protonic acid, those mentioned above can be used.
ドーピングによって得られる導電性薄膜の電導度は、用
いるプロトン酸のpKa値に依存する。本発門において
は、pKa値が4.8以下のプロトン酸が有効であり、
pKa値がl〜4.8のプロトン酸を用いるときは、そ
のpKa値が小さいほど、即ち、酸性が強いほど、得ら
れる薄膜の電導度は高い。The conductivity of the conductive thin film obtained by doping depends on the pKa value of the protonic acid used. In this method, protonic acids with a pKa value of 4.8 or less are effective,
When a protonic acid having a pKa value of 1 to 4.8 is used, the smaller the pKa value, that is, the stronger the acidity, the higher the electrical conductivity of the obtained thin film.
しかし、pKa値が1よりも小さいときは、薄膜の電導
度は、最早、殆ど変化せず、はぼ一定である。However, when the pKa value is less than 1, the conductivity of the thin film no longer changes much and is almost constant.
但し、勿論、必要に応じて、pKa値が1以下のプロト
ン酸を用いてもよい。However, of course, a protonic acid having a pKa value of 1 or less may be used if necessary.
このようにして、プロトン酸のドーピングによって得ら
れる薄膜の導電性は、通常、10−’S/Cm以上、多
くの場合、10−’S/c+n以上である。The conductivity of the thin film thus obtained by doping with protonic acid is usually greater than or equal to 10-'S/Cm, often greater than or equal to 10-'S/c+n.
この導電性薄膜は、強靭であって、折り曲げても、容易
には割れない。しかし、このiR膜は、プロトン酸の存
在下に調製された導電性アニリン酸化重合体と同様に、
プロトン酸にてドーピングされているために、前述した
理由によって、前記した有機溶剤には溶解しない。This conductive thin film is strong and does not break easily even when bent. However, this iR membrane, similar to the conductive aniline oxidized polymer prepared in the presence of protic acids,
Since it is doped with protonic acid, it does not dissolve in the organic solvent mentioned above for the reason mentioned above.
本発明においては、プロトン酸として、ポリビニルスル
ホン酸を用いることによって、特に、脱ドーピングの起
こり難い導電性薄膜を得ることができる。In the present invention, by using polyvinylsulfonic acid as the protonic acid, it is possible to obtain a conductive thin film in which dedoping is particularly difficult to occur.
一般に、酸化重合によって得られたポリアニリンは、重
合時に用いられるプロトン酸がドーピングされて、導電
性を有している。しかし、かかる導電性ポリアニリンは
、弱酸性、中性、或いはアルカリ性の水溶液や、又は塩
基性の有機溶剤中において、ドーパントであるプロトン
酸を放出して、その電導性が著しく低下することが知ら
れている。Generally, polyaniline obtained by oxidative polymerization is doped with a protonic acid used during polymerization and has electrical conductivity. However, it is known that such conductive polyaniline releases protonic acid, which is a dopant, in a weakly acidic, neutral, or alkaline aqueous solution or a basic organic solvent, and its conductivity decreases significantly. ing.
更に、従来、一般的にドーパントとして用いられるプロ
トン酸は、塩酸、硫酸、過塩素酸等の低分子酸であるの
で、このような低分子酸をドーパントとして有するポリ
アニリン薄膜からは、低分子酸が拡散しやすく、それが
用いられている周辺の金属部分を腐食するおそれもある
。Furthermore, the protic acids commonly used as dopants are low-molecular acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, and perchloric acid. It spreads easily and can corrode surrounding metal parts in which it is used.
しかしながら、本発明に従って、ポリビニルスルホン酸
をドーパントとして有する導電性ポリアニリン薄膜は、
上記低分子酸をドーパントとするポリアニリンのみなら
ず、ポリスチレンスルホン酸、ポリアリルスルホン酸、
ポリビニル硫酸等のポリマー酸をドーパントとするポリ
アニリンに比べても、pt+2.5以上、特に、中性付
近の水溶液中において、その電導度の低下が著しく小さ
い。However, according to the present invention, the conductive polyaniline thin film with polyvinylsulfonic acid as a dopant is
Not only polyaniline doped with the above-mentioned low molecular acids, but also polystyrene sulfonic acid, polyallylsulfonic acid,
Even compared to polyaniline doped with a polymeric acid such as polyvinyl sulfuric acid, the decrease in electrical conductivity is significantly smaller in an aqueous solution of pt+2.5 or higher, especially around neutrality.
このように、ポリビニルスルホン酸をドーパントとする
ポリアニリンの電導性の低下が著しく小さい理由は、必
ずしも明らかではないが、ポリビニルスルホン酸が多価
電荷を有するポリマー酸であることによる高分子効果に
加えて、ポリビニルスルホン酸がポリアニリンと分子レ
ベルにて強く相互作用する分子構造効果によるものと考
えられる。The reason why the electrical conductivity of polyaniline doped with polyvinyl sulfonic acid is so small is not necessarily clear, but it is due to the polymer effect due to polyvinyl sulfonic acid being a polymeric acid with polyvalent charges. This is thought to be due to the molecular structure effect in which polyvinylsulfonic acid strongly interacts with polyaniline at the molecular level.
脱ドープ状態のポリアニリン薄膜をポリビニルスルホン
酸にてドーピングするには、通常、上記ポリアニリン薄
膜をpH2以下のポリビニルスルホン酸水溶液に浸漬す
ればよい。ドーピングに要する時間は、用いるポリアニ
リン薄膜の膜厚やポリビニルスルホン酸水溶液のpHに
もよるが、通常、数十秒から数日にわたってよい。ドー
ピング時間を短縮するには、pH1以下の水溶液を用い
るのが好ましい。更に、一般的には、重合度の低いポリ
ビニルスルホン酸を用いれば、速やかにドーピングする
ことができ、他方、重合度の高いポリビニルスルホン酸
を用いれば、−層、脱ドーピングの起こり難い導電性ポ
リアニリン薄膜を得ることができる。To dope a dedoped polyaniline thin film with polyvinylsulfonic acid, the polyaniline thin film is usually immersed in an aqueous polyvinylsulfonic acid solution having a pH of 2 or less. The time required for doping depends on the thickness of the polyaniline thin film used and the pH of the polyvinylsulfonic acid aqueous solution, but usually ranges from several tens of seconds to several days. In order to shorten the doping time, it is preferable to use an aqueous solution with a pH of 1 or less. Furthermore, in general, if polyvinyl sulfonic acid with a low degree of polymerization is used, doping can be carried out quickly, whereas if polyvinyl sulfonic acid with a high degree of polymerization is used, conductive polyaniline, which is difficult to dedope, can be doped. A thin film can be obtained.
このように、ポリビニルスルホン酸をドーパントとする
ポリアニリン薄膜は、弱酸性、中性、或いはアルカリ性
の水溶液や、又は塩基性の有機溶剤中において、ドーパ
ントを放出し難いので、読電体上に薄膜化する種々の過
程において、水や有機溶剤による洗浄によっても、導電
性が変化せず、有利に導電性薄膜を形成することができ
るのみならず、湿気や水分等の周囲環境の条件の変動に
かかわらずに、そのすぐれた帯電性を保持することがで
きる。In this way, a polyaniline thin film containing polyvinylsulfonic acid as a dopant is difficult to release the dopant in a weakly acidic, neutral, or alkaline aqueous solution or in a basic organic solvent, so it is difficult to form a thin film on a current reading body. In various processes, the conductivity does not change even when washed with water or organic solvents, and it is possible to advantageously form a conductive thin film. It is possible to maintain its excellent charging properties without causing any damage.
更に、例えば、ポリビニルスルホン酸にてポリアニリン
薄膜をドーピングした後、十分に水洗を行なって、その
他のプロトン酸、例えば、前述したような低分子酸をド
ーパントとして含まない導電性薄膜を得ることができる
ので、かかる導電性薄膜は、導電性ポリアニリンにドー
パントとして一部混入することもある低分子酸による周
辺の金属部分の腐食のおそれがない。Further, for example, by doping a polyaniline thin film with polyvinylsulfonic acid and washing it thoroughly with water, it is possible to obtain a conductive thin film that does not contain other protonic acids, such as the above-mentioned low molecular acids, as a dopant. Therefore, in such a conductive thin film, there is no risk of corrosion of surrounding metal parts by low molecular acids that may be partially mixed into conductive polyaniline as a dopant.
本発明によれば、表面を粗面化した皮膜形成金属を電解
酸化又は空気酸化等によって、その金属の酸化物を形成
させて、誘電体皮膜とし、次いで、前記した有機溶剤可
溶性のポリアニリンの溶液をこの誘電体皮膜上にキャス
ティング又はコーティングし、乾燥して、簿膜とした後
、これをプロトン酸にてドーピングすることによって、
誘電体皮膜上に導電性有機高分子の薄膜を容易に形威し
、かくして、固体電解コンデンサーを得ることができる
。According to the present invention, a film-forming metal with a roughened surface is subjected to electrolytic oxidation or air oxidation to form an oxide of the metal to form a dielectric film, and then a solution of the organic solvent-soluble polyaniline described above is formed. By casting or coating on this dielectric film, drying it to form a film, and doping it with protonic acid,
A thin film of a conductive organic polymer can be easily formed on a dielectric film, and thus a solid electrolytic capacitor can be obtained.
特に、本発明によれば、誘電体上への溶剤可溶性ポリア
ニリンの塗布工程とドーピング工程とを別々に行なうこ
とができるので、誘電体への導電性薄膜の形成を容易に
行なうことができる。In particular, according to the present invention, since the process of applying solvent-soluble polyaniline onto the dielectric and the doping process can be performed separately, it is possible to easily form a conductive thin film on the dielectric.
上記皮膜形成金属としては、通常、アルミニウム又はタ
ンタルが好ましく用いられ、従って、誘電体皮膜として
は、酸化アルミニウム又は酸化タンタルの皮膜が好まし
く用いられる。Generally, aluminum or tantalum is preferably used as the film-forming metal, and therefore, an aluminum oxide or tantalum oxide film is preferably used as the dielectric film.
一般に、誘電体は、上記したように、通常、酸化アルミ
ニウム又は酸化タンタルの皮膜からなり、この皮膜は、
表面積を増すために、通常、粗面であって、多孔質化さ
れている。固体電解質は、かかる酸化皮膜の多孔質粗面
に密着することが必要である。ここに、本発明によれば
、溶剤可溶性ポリアニリンは、キャスティングやコーテ
ィングにて薄膜化できるので、誘電体上の薄膜の膜厚を
任意に調整することができる。また、ドーパントの種類
やドーピング量を調整することもできる。In general, dielectrics, as mentioned above, usually consist of a film of aluminum oxide or tantalum oxide, and this film is
It is usually roughened and porous to increase surface area. The solid electrolyte needs to be in close contact with the porous rough surface of the oxide film. According to the present invention, since the solvent-soluble polyaniline can be made into a thin film by casting or coating, the thickness of the thin film on the dielectric material can be adjusted as desired. Further, the type of dopant and the amount of doping can also be adjusted.
従って、このように、薄膜の膜厚やドーピング条件を選
択することによって、導電性高分子薄膜の導電性を自由
に調整することができる。例えば、本発明によれば、誘
電体上に膜厚0.01〜200μmの薄膜を形成するこ
とができ、かかる薄膜を前述したように、pKa値が4
.8以下のプロトン酸にてドーピングすれば、電導度1
O−6〜30S/cm、好ましくは、10−”〜105
7cmを与えることができる。Therefore, by selecting the film thickness and doping conditions of the thin film, the conductivity of the conductive polymer thin film can be freely adjusted. For example, according to the present invention, a thin film with a thickness of 0.01 to 200 μm can be formed on a dielectric material, and as described above, such a thin film has a pKa value of 4.
.. If doped with a protonic acid of 8 or less, the conductivity is 1.
O-6~30S/cm, preferably 10-''~105
7cm can be given.
しかも、本発明による固体電解コンデンサーによれば、
導電性高分子の導電性が電子伝導によるから、イオン伝
導の電解液式コンデンサーに比べて、高周波領域にてイ
ンピーダンスが小さく、且つ、容量が大きい。Moreover, according to the solid electrolytic capacitor according to the present invention,
Since the conductivity of the conductive polymer is based on electron conduction, the impedance is lower and the capacitance is higher in the high frequency range than an ion conductive electrolyte capacitor.
金豐仝熱果
以上のように、本発明による固体電解コンデンサーによ
れば、誘電体皮膜上に電子伝導による導電性を有するポ
リアニリンからなる導電性高分子薄膜が形成されており
、高周波領域にてインピーダンスが小さく、且つ、容量
が大きい。As described above, according to the solid electrolytic capacitor of the present invention, a conductive polymer thin film made of polyaniline having conductivity due to electron conduction is formed on the dielectric film, and the impedance is reduced in the high frequency region. Small and large capacity.
更に、本発明において用いるポリアニリンからなる導電
性重合体は、従来、知られている多くの導電性重合体と
異なって、有機溶剤可溶性ポリアニリンを薄膜化し、こ
れをドーピングすることによって得るので、本発明によ
れば、誘電体皮膜上に密着性にすぐれる導電性薄膜を容
易に形成することができる。Furthermore, unlike many conventionally known conductive polymers, the conductive polymer made of polyaniline used in the present invention is obtained by forming a thin film of organic solvent-soluble polyaniline and doping it. According to the method, a conductive thin film with excellent adhesion can be easily formed on a dielectric film.
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以下に本発明にて用いる有機溶剤可溶性ポリアニリンの
製造を示すための参考例と共に、実施例によって本発明
を説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定さ
れるものではない。EXAMPLES The present invention will be explained below using examples together with reference examples for illustrating the production of organic solvent-soluble polyaniline used in the present invention, but the present invention is not limited in any way by these examples.
参考例1
(アニリンの酸化重合によるドープ状態の導電性有機重
合体の製造)
攪拌装置、温度計及び直管アダプターを備えた10ff
i容量セパラブル・フラスコに蒸留水6000g、36
%塩酸360m1及びアニリン400g(4,295モ
ル)をこの順序にて仕込み、アニリンを溶解さセた。別
に、氷水にて冷却しながら、ビーカー中の蒸留水149
3gに97%濃硫酸434g(4,295モル)を加え
、混合して、硫酸水溶液を調製した。この硫酸水溶液を
上記セパラブル・フラスコに加え、フラスコ全体を低温
恒温槽にて一4°Cまで冷却した。Reference Example 1 (Production of doped conductive organic polymer by oxidative polymerization of aniline) 10ff equipped with a stirring device, thermometer and straight pipe adapter
i 6000 g of distilled water in a volume separable flask, 36
% hydrochloric acid and 400 g (4,295 mol) of aniline were charged in this order to dissolve the aniline. Separately, distilled water in a beaker while cooling with ice water.
434 g (4,295 mol) of 97% concentrated sulfuric acid was added to 3 g and mixed to prepare an aqueous sulfuric acid solution. This sulfuric acid aqueous solution was added to the separable flask, and the entire flask was cooled to -4°C in a low temperature constant temperature bath.
次に、ビーカー中にて蒸留水2293gにベルオキソニ
硫酸アンモニウム980g(4,295モル)を加え、
溶解させて、酸化剤水溶液を調製した。Next, 980 g (4,295 mol) of ammonium beloxonisulfate was added to 2293 g of distilled water in a beaker.
An oxidizing agent aqueous solution was prepared by dissolving it.
フラスコ全体を低温恒温槽で冷却して、反応混合物の温
度を一3°C以下に保持しつつ、撹拌下にアニリン塩の
酸性水溶液に、チュービングポンプを用いて、直管アダ
プターから上記ベルオキソニ硫酸アンモニウム水溶液を
1ml/分以下の割合にて徐々に滴下した。最初、無色
透明の溶液は、重合の進行に伴って緑青色から黒縁色と
なり、次いで、黒縁色の粉末が析出した。The entire flask was cooled in a low-temperature thermostatic bath, and while the temperature of the reaction mixture was maintained at -3°C or less, the above aqueous solution of ammonium beroxon disulfate was added to the acidic aqueous solution of aniline salt from a straight tube adapter using a tubing pump while stirring. was gradually added dropwise at a rate of 1 ml/min or less. Initially, the colorless and transparent solution turned from greenish-blue to a black-rimmed color as the polymerization progressed, and then a black-rimmed powder was precipitated.
この粉末析出時に反応混合物において温度の上昇がみら
れるが、この場合にも、本発明に従って、高分子量重合
体を得るためには、反応系内の温度をO′C以下、好ま
しくは一3°C以下に抑えることが肝要である。粉末析
出後は、ベルオキソニ硫酸アンモニウム水溶液の滴下速
度を例えば8ml/分程度とやや速くしてもよい。しか
し、この場合にも、反応混合物の温度をモニターしつつ
、温度を一3゛C以下に保持するように、滴下速度を調
整することが必要である。か(して、7時間を要して、
ベルオキソニ硫酸アンモニウム水溶液の滴下を終了した
後、更に1時間、−3°C以下の温度にて撹拌を続けた
。Although an increase in temperature is observed in the reaction mixture during this powder precipitation, in this case as well, in order to obtain a high molecular weight polymer according to the present invention, the temperature in the reaction system must be kept below O'C, preferably at 13°C. It is important to keep it below C. After the powder is precipitated, the dropping rate of the aqueous solution of beroxonisulfate may be slightly faster, for example, about 8 ml/min. However, even in this case, it is necessary to monitor the temperature of the reaction mixture and adjust the rate of addition so as to maintain the temperature below -3°C. (It took 7 hours,
After the dropwise addition of the aqueous solution of ammonium belloxonisulfate was completed, stirring was continued for an additional hour at a temperature of -3°C or lower.
得られた重合体粉末を濾別し、水洗、アセトン洗浄し、
室温で真空乾燥して、黒縁色の重合体粉末430gを得
た。これを直径13mm、厚さ700μmのディスクに
加圧成形し、ファン・デル・ポー法によって、その電導
度を測定したところ、14S/cmであった。The obtained polymer powder was filtered, washed with water and acetone,
It was vacuum dried at room temperature to obtain 430 g of a black-rimmed polymer powder. This was pressure-molded into a disk with a diameter of 13 mm and a thickness of 700 μm, and its electrical conductivity was measured by the van der Pauw method and found to be 14 S/cm.
(導電性有機重合体のアンモニアによる脱ドーピング)
上記ドープされている導電性有機重合体粉末350gを
2Nアンモニア水41!、中に加え、オートホモミキサ
ーにて回転数5000rpmにて5時間撹拌した。混合
物は、黒縁色から青紫色に変化した。(Dedoping of conductive organic polymer with ammonia) 350 g of the above doped conductive organic polymer powder was mixed with 41 g of 2N ammonia water! , and stirred for 5 hours at 5000 rpm using an autohomogen mixer. The mixture changed from a black border color to a blue-purple color.
ブフナーろうとにて粉末を濾別し、ビーカー中にて撹拌
しながら、蒸留水にて濾液が無色になるまで繰り返して
洗浄し、続いて、濾液が中性になるまでアセトンにて洗
浄した。この後、粉末を室温にて10時間真空乾燥して
、黒褐色の脱ドーピングした重合体粉末280gを得た
。The powder was filtered out using a Buchner funnel, washed repeatedly with distilled water while stirring in a beaker until the filtrate became colorless, and then washed with acetone until the filtrate became neutral. Thereafter, the powder was vacuum dried at room temperature for 10 hours to obtain 280 g of a dark brown undoped polymer powder.
この重合体はN−メチル−2−ピロリドンに可溶性であ
って、溶解度は同溶剤100gに対して8g(7,4%
)であった。また、これを溶剤として30°Cで測定し
た極限粘度〔η〕は1.23であった。This polymer is soluble in N-methyl-2-pyrrolidone, and the solubility is 8 g (7.4%) per 100 g of the same solvent.
)Met. Further, the intrinsic viscosity [η] measured using this as a solvent at 30°C was 1.23.
この重合体は、ジメチルスルホキシド及びジメチルホル
ムアミドには1%以下の溶解度であった。This polymer had a solubility of less than 1% in dimethyl sulfoxide and dimethyl formamide.
テトラヒドロフラン、ピリジン、80%酢酸水溶液、6
0%ギ酸水溶液及びアセトニトリルには実質的に溶解し
なかった。Tetrahydrofuran, pyridine, 80% acetic acid aqueous solution, 6
It was not substantially dissolved in 0% formic acid aqueous solution and acetonitrile.
この脱ドープ状態のポリアニリンの粉末をディスク状に
成形した試料について、励起波長457゜9nmで照射
して得たレーザー・ラマンスペクトルを第1図に示す。FIG. 1 shows a laser Raman spectrum obtained by irradiating a disk-shaped sample of this undoped polyaniline powder with an excitation wavelength of 457.degree. 9 nm.
比較のために、Y、 Fujiwaraet al、、
5ynth、 Met、、 16.189 (198
6)に示された脱ドープ状態のポリアニリンについて、
励起波長457.9nmで照射して得たレーザー・ラマ
ンスペクトルを第2図に示す。このポリアニリンは、白
金電極上、アニリンの電解酸化重合によって得られたも
のである。For comparison, Y. Fujiwara et al.
5ynth, Met,, 16.189 (198
Regarding the undoped polyaniline shown in 6),
FIG. 2 shows a laser Raman spectrum obtained by irradiation with an excitation wavelength of 457.9 nm. This polyaniline was obtained by electrolytic oxidative polymerization of aniline on a platinum electrode.
また、レーザー励起光の波長を変化させて、1400〜
1700cm−’の範囲について、ラマンスペクトルを
測定した結果を第3図に示す。励起波長を488.0n
mから476.5nmを経て457゜9nmへと短波長
側に変化させるにつれて、la/Ibが変化し、457
.9nmでは、1.0以上となっており、488.On
mのときと比べて、Ia/Ib強度が逆転していること
が示される。In addition, by changing the wavelength of the laser excitation light,
Figure 3 shows the results of Raman spectra measured in a range of 1700 cm-'. The excitation wavelength was set to 488.0n.
As the wavelength changes from m to 476.5 nm to 457°9 nm, la/Ib changes, and 457°
.. At 9 nm, it is 1.0 or more, which is 488. On
It is shown that the Ia/Ib intensity is reversed compared to when m.
更に、第4図に電子スペクトルを示す。Further, FIG. 4 shows the electronic spectrum.
次に、上記有機溶剤可溶性ポリアニリンについて、N−
メチル−2−ピロリドン用のGPCカラムを用いて、G
PC測定を行なった。カラムは、N−メチル−2−ピロ
リドン用のものを3種類連結して用いた。また、溶離液
には0.01モル/l濃度の臭化リチウムのN−メチル
−2−ピロリドン溶液を用いた。第5図にGPC測定の
結果を示す。Next, regarding the organic solvent soluble polyaniline, N-
Using a GPC column for methyl-2-pyrrolidone, G
PC measurement was performed. Three types of columns for N-methyl-2-pyrrolidone were used in combination. Further, as an eluent, a solution of lithium bromide in N-methyl-2-pyrrolidone with a concentration of 0.01 mol/l was used. FIG. 5 shows the results of GPC measurement.
この結果から、上記有機溶剤可溶性ポリアニリンは、数
平均分子量23000、重量平均分子量160000
(いずれも、ポリスチレン換算)であった。From this result, the organic solvent-soluble polyaniline has a number average molecular weight of 23,000 and a weight average molecular weight of 160,000.
(All values are based on polystyrene standards).
同様に、反応条件を種々に変えて、N−メチル2−ピロ
リドン中、30°Cで測定した極限粘度〔η]の異なる
有機溶剤可溶性ポリアニリンを得た。これらについて、
極限粘度〔η〕とGPCによる数平均分子量及び重量平
均分子量を第1表に示す。Similarly, by varying the reaction conditions, organic solvent-soluble polyanilines with different intrinsic viscosities [η] measured in N-methyl 2-pyrrolidone at 30°C were obtained. Regarding these,
Table 1 shows the intrinsic viscosity [η] and the number average molecular weight and weight average molecular weight determined by GPC.
第
表
参考例2
(可溶性アニリン酸化重合体を用いる自立性フィルムの
調製)
参考例1にて得た脱ドープしたアニリン酸化重合体粉末
5gをN−メチル−2−ピロリドン95g中に少量ずつ
加え、室温にて溶解させて、黒青色溶液を得た。この溶
液を03ガラスフイルターにて真空濾過したところ、フ
ィルター上に残存した不溶物は極めて少量であった。こ
のフィルターをアセトンにて洗浄し、残存する不溶物を
乾燥後、重量測定したところ、15mgであった。従っ
て、重合体は、その98.5%が溶解し、不溶物は1.
5%であった。Table Reference Example 2 (Preparation of self-supporting film using soluble aniline oxide polymer) Add 5 g of the dedoped aniline oxide polymer powder obtained in Reference Example 1 little by little to 95 g of N-methyl-2-pyrrolidone. Dissolution at room temperature yielded a black-blue solution. When this solution was vacuum filtered using a 03 glass filter, extremely small amounts of insoluble matter remained on the filter. This filter was washed with acetone, and after drying the remaining insoluble matter, the weight was measured and found to be 15 mg. Therefore, 98.5% of the polymer is dissolved and 1.5% of the insoluble matter is dissolved.
It was 5%.
このようにして得られた重合体溶液をガラス板上にキャ
スティングし、ガラス棒にてしごいた後、熱風循環乾燥
層中でN−メチル−2−ピロリドンを蒸発連敗させた。The polymer solution thus obtained was cast onto a glass plate and squeezed with a glass rod, followed by continuous evaporation of N-methyl-2-pyrrolidone in a hot air circulating drying layer.
この後、ガラス板を冷水中に浸漬することによって、重
合体フィルムがガラス板より自然に剥離し、かくして、
厚さ40μmの重合体フィルムを得た。After this, by immersing the glass plate in cold water, the polymer film will peel off naturally from the glass plate, thus
A polymer film with a thickness of 40 μm was obtained.
このフィルムをアセトンで洗浄した後、室温で風乾して
、銅色の金属光沢を有するフィルムを得た。After washing this film with acetone, it was air-dried at room temperature to obtain a film with copper-colored metallic luster.
フィルムは、その乾燥温度によって、強度及び溶解性が
異なる。乾燥温度が100°C以下のときは、得られる
フィルムは、N−メチル−2−ピロリドンに少量溶解す
ると共に、強度も比較的小さい。しかし、130℃以上
の温度で加熱して得られるフィルムは、非常に強靭であ
って、また、N−メチル−2−ピロリドンやその他の有
機溶剤にも溶解しない。また、濃硫酸にも溶解しない。Films differ in strength and solubility depending on their drying temperature. When the drying temperature is below 100° C., the resulting film dissolves in a small amount in N-methyl-2-pyrrolidone and has relatively low strength. However, the film obtained by heating at a temperature of 130° C. or higher is very tough and does not dissolve in N-methyl-2-pyrrolidone or other organic solvents. It also does not dissolve in concentrated sulfuric acid.
このように、高温で加熱すると、その過程で重合体分子
が相互に架橋し、不溶性となるものとみられる。Thus, it appears that when heated at high temperatures, the polymer molecules crosslink with each other in the process and become insoluble.
このようにして得られた脱ドープ状態のフィルムは、電
導度はいずれも10−” 37cm台であった。The dedoped films thus obtained all had electrical conductivities on the order of 10-''37 cm.
また、フィルムは1oooo回の折り曲げによっても割
れず、引張強度は850 kg/cfflであった。Further, the film did not crack even after being bent 100 times, and its tensile strength was 850 kg/cffl.
参考例3
(自立性フィルムのプロトン酸によるドーピング)参考
例2において、160°Cで2時間加熱乾燥して得た自
立性フィルムをそれぞれINの硫酸、過塩素酸及び塩酸
水溶液中に室温にて66時間浸漬した後、アセトンで洗
浄し、風乾して、それぞれ導電性フィルムを得た。Reference Example 3 (Doping of self-supporting film with protonic acid) In Reference Example 2, the self-supporting film obtained by heating and drying at 160°C for 2 hours was placed in IN aqueous solutions of sulfuric acid, perchloric acid, and hydrochloric acid at room temperature. After being immersed for 66 hours, it was washed with acetone and air-dried to obtain conductive films.
フィルムは、いずれも濃青色を呈し、電導度は、それぞ
れ9 S / cab、 13 S / cm及び6
S / cmであった。また、過塩素酸にてドーピング
したフィルムの引張強度は520 kg/cfflであ
った。Both films exhibit a deep blue color and have electrical conductivities of 9 S/cab, 13 S/cm, and 6, respectively.
It was S/cm. Further, the tensile strength of the film doped with perchloric acid was 520 kg/cffl.
参考例4
(共に脱ドープ状態で可溶性の重合体及び不溶性フィル
ム化された重合体のスペクトル及び構造)参考例1にて
得た可溶性重合体粉末と参考例2にて得た不溶性重合体
フィルムのKB ri2剤法によるFT−I Rスペク
トルをそれぞれ第6図及び第7図に示す。参考例2にて
得た不溶性重合体フィルムのスペクトルには、加熱によ
って生成したとみられる不純物のベンゾキノンによる1
660cm−’の吸収が若干認められるが、2つのスペ
クトルは殆ど同じであるので、溶剤可溶性の重合体のキ
ャスティング後の溶剤の加熱乾燥によって、重合体は架
橋によって溶剤不溶化するものの、化学構造において大
きい変化が生していないことが認められる。Reference Example 4 (Spectrum and structure of soluble polymer and insoluble film-formed polymer both in dedoped state) Spectrum and structure of soluble polymer powder obtained in Reference Example 1 and insoluble polymer film obtained in Reference Example 2 FT-IR spectra obtained by the KBri two-agent method are shown in FIGS. 6 and 7, respectively. The spectrum of the insoluble polymer film obtained in Reference Example 2 contains 1 due to benzoquinone, an impurity thought to have been generated by heating.
Although some absorption at 660 cm-' is observed, the two spectra are almost the same, so although the polymer becomes solvent-insolubilized by crosslinking when the solvent is heated and dried after casting the solvent-soluble polymer, it has a large chemical structure. It is recognized that no change has occurred.
次に、可溶性重合体と不溶性重合体について、元素分析
の結果を以下に示す。Next, the results of elemental analysis of the soluble polymer and insoluble polymer are shown below.
旦痘住里金止
C,77,19,11,4,7(i; N、 14.8
6 (合計 96.81)玉澄且重立止
C,7B、34; H,4,99; N、 15.16
(合計 98.49)この元素分析に基づいて、C
12,OOに規格化した可溶性重合体の組成式はC82
,。。H8,8□N1.911であり、不溶性の重合体
のm威武はC62,。。11,1N+、 99である。Danpo Sumitomo Kanatome C, 77, 19, 11, 4, 7 (i; N, 14.8
6 (total 96.81) Tamasumi and heavy standing C, 7B, 34; H, 4,99; N, 15.16
(Total 98.49) Based on this elemental analysis, C
The compositional formula of the soluble polymer standardized to 12,OO is C82
,. . H8,8□N1.911, and the m strength of the insoluble polymer is C62. . 11,1N+, 99.
他方、同様に、CI 2. OOに規格化したキノンジ
イミン構造単位及びフェニレンジアミン構造単位は、そ
れぞれ下記のとおりである。On the other hand, similarly, CI 2. The quinonediimine structural unit and phenylenediamine structural unit normalized to OO are as follows.
キノンシイ旦ン “告ユ* Ct□H,N。Kinonshi Dann “Confession* Ct□H,N.
フェニレンシアくン CC12111ON従っ
て、可溶性重合体及び溶剤不溶性重合体共に、前述した
ように、キノンジイミン構造単位とフェニレンジアミン
構造単位を主たる繰返し単位として有する重合体である
。Phenylenecyan CC12111ON Therefore, as described above, both the soluble polymer and the solvent-insoluble polymer are polymers having quinonediimine structural units and phenylenediamine structural units as main repeating units.
参考例5
参考例2にて得られた重合体フィルムを種々のpKa値
を有するプロトン酸の水溶液又はアルコール溶液に浸漬
し、ドーピングの可否を調べた。種々のpKa値を有す
るプロトン酸にてドーピングして得られた重合体フィル
ムの電導度を第2表に示す。pKa値が4.8以下であ
るプロトン酸が重合体のドーピングに有効であることが
示される。Reference Example 5 The polymer film obtained in Reference Example 2 was immersed in aqueous or alcoholic solutions of protonic acids having various pKa values, and the possibility of doping was investigated. The electrical conductivity of polymer films obtained by doping with protic acids having various pKa values is shown in Table 2. It is shown that protic acids with pKa values of 4.8 or less are effective for doping polymers.
実施例1
参考例1にて得られた脱ドーピングした有機溶剤可溶性
のポリアニリン粉末5gをN−メチル2−ピロリドン9
5g中に少量ずつ加えて溶解させて、黒青色溶液を得た
。Example 1 5 g of dedoped organic solvent-soluble polyaniline powder obtained in Reference Example 1 was mixed with 9 g of N-methyl 2-pyrrolidone.
It was added little by little to 5 g and dissolved to obtain a black-blue solution.
この溶液を95°Cに加熱したアルミナ誘電体皮膜上に
塗布し、ポリアニリン薄膜を形成さセた。This solution was applied onto an alumina dielectric film heated to 95°C to form a polyaniline thin film.
この操作を3回繰り返した後、薄膜に硫酸をドーピング
した。更に、その上に1010mmX13の面積に銀蒸
着して、固体電解コンデンサーを作製した。After repeating this operation three times, the thin film was doped with sulfuric acid. Further, silver was deposited thereon over an area of 1010 mm x 13 mm to produce a solid electrolytic capacitor.
このコンデンサーの容量とインピーダンスの周波数特性
を測定した結果を第3表に示す。Table 3 shows the results of measuring the frequency characteristics of the capacitance and impedance of this capacitor.
実施例2
実施例1と同じ有機溶剤可溶性ポリアニリン粉末2gを
N−メチル−2−ピロリドン98g中に少量ずつ加えて
溶解させて、黒青色溶液を得た。Example 2 2 g of the same organic solvent-soluble polyaniline powder as in Example 1 was added little by little to 98 g of N-methyl-2-pyrrolidone and dissolved to obtain a black-blue solution.
この溶液を95°Cに加熱したアルミナ誘電体皮膜上に
塗布し、ポリアニリン薄膜を形成させた。This solution was applied onto an alumina dielectric film heated to 95°C to form a polyaniline thin film.
この操作を5回繰り返した後、薄膜に過塩素酸をドーピ
ングした。更に、その上に10mm10mmX13の面
積に銀蒸着して、固体電解コンデンサーを作製した。After repeating this operation five times, the thin film was doped with perchloric acid. Further, silver was deposited thereon over an area of 10 mm x 10 mm x 13 to produce a solid electrolytic capacitor.
このコンデンサーの容量とインピーダンスの周波数特性
を測定した結果を第3表に示す。Table 3 shows the results of measuring the frequency characteristics of the capacitance and impedance of this capacitor.
実施例2
実施例1と同じ有機溶剤可溶性ポリアニリン粉末2gを
N−メチル−2−ピロリドン98g中に少量ずつ加えて
溶解させて、黒青色溶液を得た。Example 2 2 g of the same organic solvent-soluble polyaniline powder as in Example 1 was added little by little to 98 g of N-methyl-2-pyrrolidone and dissolved to obtain a black-blue solution.
この溶液を95°Cに加熱したアルミナ誘電体皮膜上に
塗布し、ポリアニリン薄膜を形成させた。This solution was applied onto an alumina dielectric film heated to 95°C to form a polyaniline thin film.
この操作を5回繰り返した後、薄膜に過塩素酸をドーピ
ングした。更に、その上に10mm10mmX13の面
積に銀蒸着して、固体電解コンデンサーを作製した。After repeating this operation five times, the thin film was doped with perchloric acid. Further, silver was deposited thereon over an area of 10 mm x 10 mm x 13 to produce a solid electrolytic capacitor.
このコンデンサーの容量とインピーダンスの周波数特性
を測定した結果を第3表に示す。Table 3 shows the results of measuring the frequency characteristics of the capacitance and impedance of this capacitor.
実施例3
実施例1と同じ有機溶剤可溶性ポリアニリン粉末2gを
N−メチル−2−ピロリドン98g中に少量ずつ加えて
溶解させて、黒青色溶液を得た。Example 3 2 g of the same organic solvent-soluble polyaniline powder as in Example 1 was added little by little to 98 g of N-methyl-2-pyrrolidone and dissolved to obtain a black-blue solution.
この溶液を95°Cに加熱したアルミナ誘電体皮膜上に
塗布し、ポリアニリン薄膜を形成させた。This solution was applied onto an alumina dielectric film heated to 95°C to form a polyaniline thin film.
この操作を10回繰り返した後、薄膜に過塩素酸をドー
ピングした。更に、その上に10mmX13閣の面積に
銀蒸着して、固体電解コンデンサーを作製した。After repeating this operation 10 times, the thin film was doped with perchloric acid. Further, silver was deposited thereon over an area of 10 mm x 13 squares to produce a solid electrolytic capacitor.
このコンデンサーの容量とインピーダンスの周波数特性
を測定した結果を第3表に示す。Table 3 shows the results of measuring the frequency characteristics of the capacitance and impedance of this capacitor.
第3表
比較例1
市販の電解液型の電解コンデンサーを分解し、電解液を
含有する隔離紙上に径2511II11のアルミニウム
箔を載置し、2 kg荷重の下で、上記と同様な特性を
測定した。結果を第3表に示す。Table 3 Comparative Example 1 A commercially available electrolyte type electrolytic capacitor was disassembled, an aluminum foil with a diameter of 2511II11 was placed on the isolation paper containing the electrolyte, and the same characteristics as above were measured under a load of 2 kg. did. The results are shown in Table 3.
第1図は、本発明による固体電解コンデンサーの製造に
用いる脱ドープ状態で有機溶剤可溶性のアニリン酸化重
合体を457.9nmの波長の光で励起したときのレー
ザー・ラマンスペクトル、第2図は、従来より知られて
いるポリアニリンを457、9 n mの波長の光で励
起したときのレーザー・ラマンスペクトル、第3図は、
第1図と同じ溶剤可溶性ポリアニリンを種々異なる励起
波長の光で励起したときのレーザー・ラマンスペクトル
、第4図は、有機溶剤可溶性のアニリン酸化重合体のN
−メチル−2−ピロリドン溶液の電子スペクトル、第5
図は、溶剤可溶性ポリアニリンのGPCによる分子量分
布を示すグラフ、第6図は、溶剤可溶性のポリアニリン
酸化重合体のKBrBr法によるFT−IRスペクトル
、第7図は、溶剤可溶性の重合体をキャスティングして
得た溶剤不溶性のフィルムのKBrBr法によるFT−
I Rスペクトルである。
第4
図
遺壱呂舛)
第5図
1i(分子量)Figure 1 shows the laser Raman spectrum of an organic solvent-soluble aniline oxidized polymer in a dedoped state used for manufacturing a solid electrolytic capacitor according to the present invention when excited with light at a wavelength of 457.9 nm, and Figure 2 shows the following: Figure 3 shows the laser Raman spectrum of conventionally known polyaniline when excited with light at a wavelength of 457.9 nm.
Figure 1 shows the laser Raman spectra of the same solvent-soluble polyaniline excited with light of various excitation wavelengths. Figure 4 shows the N of the organic solvent-soluble aniline oxidation polymer.
-Electronic spectrum of methyl-2-pyrrolidone solution, 5th
The figure is a graph showing the molecular weight distribution of solvent-soluble polyaniline by GPC, Figure 6 is the FT-IR spectrum of solvent-soluble polyaniline oxidized polymer by KBrBr method, and Figure 7 is the graph showing the molecular weight distribution of solvent-soluble polyaniline oxidized polymer by KBrBr method. FT- of the obtained solvent-insoluble film by KBrBr method
This is an IR spectrum. Figure 4 Ichiromasu) Figure 5 1i (molecular weight)
Claims (3)
この誘電体酸化皮膜上に固体電解質としてポリアニリン
からなる導電性高分子の薄膜が形成されていることを特
徴とする固体電解コンデンサー。(1) A dielectric oxide film formed on the film-forming metal;
A solid electrolytic capacitor characterized in that a thin film of a conductive polymer made of polyaniline is formed as a solid electrolyte on the dielectric oxide film.
ミン構造単位及びフエニレンジアミン構造単位のモル分
率を示し、0<m<1、0<n<1、m+n=1である
。) を主たる繰返し単位として有する重合体であつて、脱ド
ープ状態において有機溶剤に可溶性であり、且つ、N−
メチルピロリドン中、30℃で測定した極限粘度〔η〕
が0.40dl/g以上であると共に、457.9nm
の波長の光で励起して得られるレーザー・ラマンスペク
トルにおけるパラ置換ベンゼンの骨格振動のうち、16
00cm^−^1よりも高波数にあらわれる骨格延伸振
動のラマン線の強度Iaと1600cm^−^1よりも
低波数にあらわれる骨格延伸振動のラマン線強度Ibの
比Ia/Ibが1.0以上である有機溶剤可溶性ポリア
ニリンにpKa値が4.8以下のプロトン酸がドーピン
グされてなることを特徴とする請求項第1項記載の固体
電解コンデンサー。(2) A conductive polymer made of polyaniline has a general formula ▲ There are mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc. 0<m<1, 0<n<1, m+n=1) as the main repeating unit, which is soluble in organic solvents in a dedoped state, and N-
Intrinsic viscosity [η] measured at 30°C in methylpyrrolidone
is 0.40 dl/g or more and 457.9 nm
Among the skeletal vibrations of para-substituted benzene in the laser Raman spectrum obtained by excitation with light of wavelength, 16
The ratio Ia/Ib of the Raman line intensity Ia of the skeleton stretching vibration that appears at a wave number higher than 00 cm^-^1 and the Raman line intensity Ib of the skeleton stretching vibration that appears at a wave number lower than 1600 cm^-^1 is 1.0 or more 2. The solid electrolytic capacitor according to claim 1, wherein the organic solvent-soluble polyaniline is doped with a protic acid having a pKa value of 4.8 or less.
この誘電体酸化皮膜上に固体電解質としてポリアニリン
からなる導電性高分子の薄膜が形成されている固体電解
コンデンサーの製造方法において、一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ (式中、m及びnはそれぞれ繰返し単位中のキノンジイ
ミン構造単位及びフエニレンジアミン構造単位のモル分
率を示し、0<m<1、0<n<1、m+n=1である
。) を主たる繰返し単位として有する重合体であつて、脱ド
ープ状態において有機溶剤に可溶性であり、且つ、N−
メチルピロリドン中、30℃で測定した極限粘度〔η〕
が0.40dl/g以上であると共に、457.9nm
の波長の光で励起して得られるレーザー・ラマンスペク
トルにおけるパラ置換ベンゼンの骨格振動のうち、16
00cm^−^1よりも高波数にあらわれる骨格延伸振
動のラマン線の強度Iaと1600cm^−^1よりも
低波数にあらわれる骨格延伸振動のラマン線強度Ibの
比Ia/Ibが1.0以上である有機重合体を有機溶剤
に溶解させ、得られた溶液を誘電体皮膜上に塗布し、乾
燥させて、有機溶剤可溶性ポリアニリンの薄膜を形成し
、次いで、この薄膜をpKa値が4.8以下のプロトン
酸にてドーピングすることを特徴とする固体電解コンデ
ンサーの製造方法。(3) a dielectric oxide film formed on the film-forming metal;
In the manufacturing method of solid electrolytic capacitors, in which a thin film of conductive polymer made of polyaniline is formed as a solid electrolyte on this dielectric oxide film, there are general formulas ▲mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc.▼ (in the formulas, m and n indicates the mole fraction of the quinonediimine structural unit and phenylenediamine structural unit in the repeating unit, respectively, and 0<m<1, 0<n<1, m+n=1.) as the main repeating unit. is soluble in organic solvents in a dedoped state, and N-
Intrinsic viscosity [η] measured at 30°C in methylpyrrolidone
is 0.40 dl/g or more and 457.9 nm
Among the skeletal vibrations of para-substituted benzene in the laser Raman spectrum obtained by excitation with light of wavelength, 16
The ratio Ia/Ib of the Raman line intensity Ia of the skeleton stretching vibration that appears at a wave number higher than 00 cm^-^1 and the Raman line intensity Ib of the skeleton stretching vibration that appears at a wave number lower than 1600 cm^-^1 is 1.0 or more An organic polymer having a pKa value of 4.8 is dissolved in an organic solvent, and the resulting solution is applied onto a dielectric film and dried to form a thin film of organic solvent-soluble polyaniline. A method for manufacturing a solid electrolytic capacitor, characterized by doping with the following protonic acid.
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