專利名稱：一種時間控制激活化學單元的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種時間控制激活化學單元的方法及其裝置，如電學開關(guān)，控制單元，電致顏色顯示單元，電池和晶體管。
背景技術(shù)：
作為硅基電子器件的部分代替品，近年來人們一直致力于導電聚合物的研究?，F(xiàn) 在基于導電聚合物的電化學晶體管已經(jīng)問世，如有尼爾森等的報道(先進材料14卷，第1 期2002，51頁)。另外，P.安德森等還展示了基于導電聚合物電化學晶體管與導電聚合物 顯示單元的結(jié)合(先進材料14卷，第20期2002，1460頁)。一般而言，基于導電聚合物電化學器件的響應(yīng)要比硅器件慢的多。因此，其電化學 器件適用于慢速過程，比如說，秒，分，小時，天，星期或者月這樣的時間量級。一個基于導電聚合物電化學器件的應(yīng)用例子就是顯示單元。其顯示單元是由局域 的，并且化學反應(yīng)受時間控制的化學電池組成。本質(zhì)上，化學電池的化學反應(yīng)可以是化學或 電化學過程，其可以改變器件的物理狀態(tài)。而且，這種物理狀態(tài)的改變，比如顏色的變化，是 非常容易重組的。類似的電化學顯示單元已有專利公開，如美國專利5930023(屬于威斯康 辛Lable公司)。此發(fā)明所公開的電化學顯示單元的器件結(jié)構(gòu)由兩個電極以及與基底有不 同面積的電解液組成。此電解液與其中一個電極有大面積接觸，但與另外一個薄膜電極只 有小部分接觸。當激活時，存在一個電化學反應(yīng)可以快速地增加或減少薄膜電極層占據(jù)的 面積。薄膜電極層將退回到與電解液層共有的邊界，并提供一個速度由電化學反應(yīng)控制的， 并不可逆的變化信號。這就是威斯康辛Label公司的專利利用此顯示單元變化的基礎(chǔ)。然 而，由于只有被電極覆蓋的區(qū)域可用，其可用激活的區(qū)域很小。其激活過程還與電流的流動 相關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種裝置，其包含至少一層可以用本裝置激活的化學單元。其中裝 置包含至少一層與遷移層接觸的激活層。其遷移層可以與流體相互滲透。在使用中，流體可 以導致至少一層激活層中的摻雜濃度變化。連接到本裝置的化學單元可以作為顯示單元， 電學開關(guān)，時間控制電阻器，電池，或者以上所列任意組合。因此，本裝置可以用作激活顯示 單元，電池，開關(guān)等等。本發(fā)明進一步包含制作本裝置的方法。遷移層和激活層相繼沉積在基底上，并相 互接觸。另外，化學單元至少一部分與激活層接觸，并可被激活。一旦遷移層與流體發(fā)生滲 透，其流體與激活層產(chǎn)生接觸，并激活化學單元。其激活程度由激活層與流體接觸部分和非 接觸部分的邊界顯示。在激活層與流體接觸部分產(chǎn)生摻雜濃度的變化。其摻雜濃度的變化 進一步導致?lián)诫s層與流體接觸部分的物理性質(zhì)的變化。其物理性質(zhì)的變化可以是顏色的變 化，電阻的變化或者電荷的變化。此物理變化可進一步用來激活化學單元如顯示單元，電開關(guān)，時間控制電阻器，電池或者以上所列任意組合。顯示單元的激活可以隨時間開關(guān)。同樣地，電池可以在一段特 定的時間后作為能量存儲器外接出去。本發(fā)明的一個優(yōu)點是，當本裝置與水蒸氣產(chǎn)生接觸 后能夠自動地開始激活化學單元。因此，當存儲流體的儲液池沒有流體注入時，本裝置可以 長時間地保存。當本裝置開始注入流體時，其可進一步同時顯示時間和溫度。在某些時間 和溫度起重要作用的樣品比如說血液樣品而言，本裝置具有獨到的優(yōu)點。而且，電阻的變化 使本裝置可進一步用以時控開關(guān)或時控電阻。
本質(zhì)上，本發(fā)明與前述專利的區(qū)別在于由于化學單元是由遷移層而不是電流激 活，所以整個激活層都可以被激活。本發(fā)明的裝置可進一步用以在某一時段后觸發(fā)電流，其 電流大小與激活層中的激活程度相關(guān)。本發(fā)明的裝置還可以實現(xiàn)與溫度相關(guān)的現(xiàn)象。裝置 的溫度效應(yīng)是由遷移層中取決于溫度的流體遷移速度來體現(xiàn)的。如果裝置包含氣體傳輸路徑，其溫度效應(yīng)進一步與取決于溫度的氣體擴散相關(guān)。 氣體穿過傳輸路徑所需要的時間還與取決于溫度的流體蒸汽比率相關(guān)。因此，本裝置可作 為暴露后時間和溫度綜合指示器。 本發(fā)明并不需要電極起作用。流體與接觸激活層的遷移層接觸，或者直接與激活 層接觸足夠使激活層中發(fā)生化學反應(yīng)。本發(fā)明的另外一個優(yōu)點是結(jié)合了化學單元如化學激活顯示單元，電致顏色顯示單 元，或者電池。其化學單元可以位于或接觸于激活層表面的任意位置。其含有電致顏色顯 示單元并可以將其開啟或關(guān)閉。比如說，此開關(guān)可以用來顯示某種激活狀態(tài)的信息。另外，本裝置還可以包含電池單元作為能量存貯器及使用由于激活層的變化而激 活的電池單元。另外，本裝置與射頻標簽(RFID)系統(tǒng)結(jié)合使用，其開關(guān)效應(yīng)可以用來開啟或關(guān)閉 雷達接收器的負載電阻。本發(fā)明的裝置可以用來作為隨時間性質(zhì)變化的指示器。本裝置的這個功能可以作 為一個事件標簽，其記載一段時間后的狀態(tài)變化(外觀，顏色)。另外，此功能還可以用來在 一定時間內(nèi)顯示包括文本或圖像在內(nèi)的信息。這個功能在廣告信息，純文本或圖像信息的 顯示中具有很大的價值。本裝置可進一步用于時間和溫度綜合評價系統(tǒng)來監(jiān)控激活后裝置暴露的時間和 溫度。此功能在食品和飲品的“最好之前使用”標簽或藥品的使用標簽中將很有價值。另 夕卜，本裝置可用來顯示一個樣品激活后暴露的時間和溫度綜合信息。這在診斷過程及活體 樣品方面將具有巨大的價值，因為這些樣品比如說血液樣品受時間和溫度影響非常大。


圖Ia是帶窗口 52裝置1的第一外觀俯視圖。圖Ib是圖Ia中裝置1的截面圖。圖Ic是使用中圖Ia和圖Ib的裝置。圖2a是裝置1在激活層20中包含一個狹窄部分27的第二外觀俯視圖。圖2b是圖2a中裝置1的截面圖。圖2c是圖2a和圖2b中裝置1的電阻特性。圖3a是具有遷移層暴露區(qū)46的裝置1俯視圖。
圖3b是具有遷移層暴露區(qū)46的裝置1的截面圖。圖3c是不同的電阻特性。圖4a是帶有流體容器110，蒸汽傳輸路徑120及流體容器表面上暴露區(qū)141的裝置1。圖4b是帶有流體容器110，蒸汽傳輸路徑120及裝流體70的腔囊270的裝置1。圖5a是具有長方形的激活層。圖5b是寬度從左到右變小的激活層20。圖5c是寬度從右到左變小的激活層20。圖5d是寬度從左到右變小的曲線狀激活層20。圖5e是寬度從右到左變小的曲線狀激活層20。圖5f是由相互分離的片段組成的激活層20。圖6是具有隔膜160和蒸汽傳輸路徑120的裝置1。圖7是狹窄部分27平行于遷移層的裝置1的俯視圖(圖7a)和截面圖(圖7b)。圖7c是長度縮短的遷移層20。圖8a是圖2a中帶有兩個電池單元210和210e及電致顏色顯示單元220的激活層。圖8b是帶有多個顯示單元220和電池單元210的激活層。圖8c是具有橫向滲透顯示單元的裝置1。圖9是顯示單元220的電極225位置改變后的裝置1。圖IOa是帶有氣體滲透膜的裝置1。圖IOb是圖IOa中進一步包含橫向滲透顯示單元的裝置。圖IOc是裝置1的另一視圖。圖1 Ia是帶幾個包含第二層250a，250b和250c的電池單元的裝置1。圖lib是帶幾個包含橫向激活的第二層250a，250b和250c的電池單元的裝置1。圖12是垂直方向具有不同厚度的遷移層40a，40b和40c的裝置1的第一個例子。圖13是圖12中所示具有垂直方向遷移層的裝置1的改動。圖14a是形成耗盡型晶體管裝置1的俯視圖。圖14b是形成耗盡型晶體管裝置1的截面圖。圖14c是形成增強型晶體管裝置1的俯視圖。圖12d是形成增強型晶體管裝置1的截面圖。
具體實施方式

為了全面理解本發(fā)明及其優(yōu)點，下面結(jié)合附圖對其進行詳細描述。特別強調(diào)的是，這里討論的本發(fā)明各個方面只是其在具體方面的制作和使用，但 并不限制本發(fā)明所涉及權(quán)利要求及以下具體描述的情況。另外需要指出的是，本發(fā)明某些 外觀可以與其他一些外觀相結(jié)合。圖1描述一個襯底10，其由電絕緣，溫度穩(wěn)定，不溶于制作裝置1所使用的有機溶 齊U，及不溶于隨后解釋的流體70的材料組成。其襯底10可以但不限于是可塑材料，比如說 聚酯，共壓制聚乙烯，聚對苯二甲酸乙二醇酯，聚碳酸酯，聚乙烯，聚酰胺，聚丙烯或者聚碳酸酯。襯底10還可以是紙，涂上一層其他物質(zhì)的紙，玻璃或陶瓷。襯底10的厚度可在幾毫 米至幾微米之間，其典型厚度為200微米。襯底10表面上至少有一層激活層20，也可具有二層，三層或更多層激活層20。激 活層20的第二部分22與流體70接觸。激活層20的第一部分21則體現(xiàn)沒有與流體接觸 時的特征。激活層20是有導電聚合物制作，最好是摻雜的聚苯胺(PANI)或者是摻雜聚苯乙 烯磺酸(PSS)的聚二氧乙基噻吩(PEDOT)，還可以是其他導電聚合物。PANI是作為PANIP0L T從芬蘭帕尼珀(Panipol)公司獲得PANI可溶于甲苯，參見httD //oaniDol. fi/index. php ？ option = content&task = view&id = 3&Itemid = 26,于 2007 年 10 月 12 日訪問。 激活層20還可以由導電聚二氧3，4乙基噻吩制備。PEDOT是由單層二氧乙基噻吩與三價 鐵鹽的氧化聚合得到，其中三價鐵鹽作為氧化劑。PEDOT購于拜耳(BAYER)公司，其商品名 為拜特龍P (Baytron P)并摻有(聚苯乙烯磺酸(PSS)。PSS在聚合PEDOT的過程中加入并 形成PED0T:PSS。此材料可阻止PEDOTPSS溶于水。更多有關(guān)PED0T:PSS的資料可參見網(wǎng) 頁 http:www. hestarck. de/index. php ？ page_id = 602，于 2007 年 10 月 12 日訪問，以及 A. N. ALESHIN, S. R. WILLIAMS, A. J. HEEGER 于 1998 年發(fā)表在合成材料 97 卷 173 頁的文獻。PEDOTPSS材料是參考LU的方法制備的(應(yīng)用物理學報，2002年，92卷，第10期， 6033頁)。5毫升的乙二醇乙烯與一滴十二烷基苯磺酸(DBSA)混合后搖勻。DBSA購于福 祿克化學公司(Fluka Chemie GmbH)。1毫升的上述溶液與5毫升的Baytron P溶液混合 并攪拌，其結(jié)果為暗藍色溶液并可沉積在襯底10上。此外，襯底10上帶PEDOT PSS層的樣品可以商品名為Orgacon TMEL-350 購于 AGFA 公司(如參見 http:www.agfa.com/docs/sp/adva_materials/orgacom_ EL-350_21006. pdf,于 2007 年 10 月 12 日訪問)。Orgacon TM EL-350 是附有 175 微米厚 的PEDOTPSS聚酯，其薄層電阻小于350歐姆/平方厘米。激活層20的典型厚度在50納米到500納米之間。如果激活層20進一步包含復 合材料(隨后說明)，其厚度可達幾百微米范圍。在激活層20中嵌入納米顆?；蛭⒚最w粒 可增加激活層的體積，而不是僅僅激活限于激活層表面的很薄一層。另外，激活層還可以包含材料的組合，比如說，相繼包含PED0T:PSS和PANI。此外 還可以在金屬層上沉積聚合物材料。此外，還可以實現(xiàn)在制作激活層20時使激活層材料具 有均勻的摻雜濃度。當然，還可以不受限制地使用具有摻雜濃度空間變化的激活層材料。因 此，激活層20中摻雜濃度可以是臺階變化或任意形狀變化，摻雜濃度N還可以在激活層20 中以位置χ的函數(shù)N = f(x)的形式變化。此外，激活層20可以包含以金屬薄層，比如說一薄層鋁。作為激活層的鋁薄層20的厚度可從幾納米到幾百納米。此鋁薄膜可以以薄膜工藝方式獲得，還可以噴霧涂層方式 由鋁顆粒制備。位于襯底10表面上的另一層是電極層30。電極層30可以由PANI，PED0T:PSS或 其他導電材料制得。本發(fā)明的一個優(yōu)點是激活層20和電極30可由相同的導電聚合物組成。其他還可又用作裝置1的導電聚合物材料包括，但不限于，聚噻吩，據(jù)吡咯，聚苯 胺，驟異硫茚，聚苯1，2_亞乙烯，聚對亞苯，聚對苯1，2_亞乙烯和包括下列材料的共聚烯 烴聚3，4甲基二氧噻吩，聚3，4甲基二氧噻吩的衍生物，聚3，4乙基二氧噻吩，聚3，4乙基二氧噻吩的衍生物，聚3，4乙烯二氧噻吩，聚3，4乙烯二氧噻吩的衍生物，聚3，4 丁烯二 氧噻吩，聚3，4 丁烯二氧噻吩的衍生物，聚3甲基噻吩，聚3，4 二甲基噻吩，及以上所列共聚 物。以及共聚物如。另外，對本發(fā)明裝置1作為導電聚合物的合適材料還可以是3，4 二烷基噻吩聚聚 二烷基芴衍生的的順式聚乙炔，反式聚乙炔的聚合物或或共聚物。激活層20和電極30至少被一層遷移層40覆蓋。當然，遷移層40可以多層。本發(fā)明還可以不受限制地改變遷移層40和激活層20的次序，如將激活層20置于 遷移層上面并與其接觸。在本發(fā)明裝置1制作的方法中，可使用插入或連續(xù)工藝來在襯底 上相繼沉積各層。在襯底10上沉積遷移層40，激活層20和/或電極30的方法可以是掩膜 打印，旋轉(zhuǎn)涂層，噴霧涂層，襯墊打印和浸漬涂層，以及以上所列的組合。激活層20，遷移層 40和/或電極30的圖案化可由光刻，掩膜打印或切割完成。遷移層40以及作為顯示單元220的電極基元層185，如圖8所示，是由可吸收流體 70的材料制得。其吸收流體70的材料可以是任意可與流體70滲透的材料。眾所周知，基 本上有幾種聚合物可吸收流體70。比如說，遷移層可由聚乙烯醇(PVA)作主要物質(zhì)。遷移層40與電極基元層185可 由以下方式制備0. 2克的六水氯化鈣溶于10毫升的去鹽水中，其溶液與0. 6克的聚乙烯 醇混合，并在80攝氏度下攪拌約兩小時。當其形成的混合物涼下來后再加入0. 35克異丙 醇。最終形成的混合物沉積在襯底10上，并隨后晾干。在襯底10上沉積遷移層40的方法 可以是掩膜打印，旋轉(zhuǎn)涂層，噴霧涂層，襯墊打印和浸漬涂層或以上所列的組合。遷移層40， 激活層20和/或電極30的圖案化可由光刻，掩膜打印或切割完成。遷移層40的典型厚度為幾微米到1厘米，優(yōu)化值在幾十微米到幾百微米之間。本發(fā)明的另一個優(yōu)點遷移層可包含電解液，最好是膠體電解液如六氟磷酸四丁基 氨(TBAPF6)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)//碳酸丙烯(PC)/氰化甲烷(CAN)。如果TBAPF6/ PMMA/PC/CAN用于遷移層40的制備，所用混合液的重量比列最好相繼為3 7 20 70。遷移層40可以是明膠，明膠衍生物，淀粉，聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸，聚羥乙基甲 基丙烯(HEMA)，聚乙烯吡咯烷酮，聚糖，聚丙烯酰胺，聚氨酯，聚丙烯氧化物，聚乙烯氧化，聚 硫酸基苯乙烯酸和鹽，以及上述次材料的共聚物，其中固化的膠體電解質(zhì)包含離子鹽。其他 適合作為遷移層40及顯示單元220的電解基元185的材料為固態(tài)聚合物電解質(zhì)(SPE)，如 硫化四氟乙烯(以Nafion 方式購得)，聚乙烯硫酸(PSSH)和聚環(huán)氧乙烯(PE0)。除上述在遷移層40及電解基元層185使用的電解質(zhì)外，還可使用其他任何電解 質(zhì)，如溶于氰化甲烷或檸檬酸中四氧氯化鋰(0.01摩爾到1摩爾)或者氫氧化鈉溶液(0.01 摩爾到1摩爾)。包含檸檬酸或氫氧化鈉的遷移層40在制作后晾干。在激活后，遷移層40被由于 吸水而含有酸或離子基的電解液滲透。包含酸或離子基的電解液用于激活層20的化學摻遷移層40中遷移過程中的溫度效應(yīng)取決于遷移層40的化學成分。比如說，可以 增加鹽(如二氯化鈣)，檸檬酸或氫氧化鈉的濃度來影響遷移層40中遷移過程的溫度效應(yīng)。另外，適于制備遷移層40的材料還可以是能夠吸收電解質(zhì)的毛細材料。其中毛細 材料包括，但不限于，紙，套色紙，一薄層吸附劑材料(如硅膠)，氧化鋁，或纖維素。對包含毛細材料的遷移層40而言，其厚度在10微米到幾百微米之間。在本發(fā)明的某些方面還可以使用上述材料和毛細材料的混合或合成物。為了控制 遷移層40的滲透性能，還可以使用包含微米顆粒或納米可以的材料作為遷移層40的成分。 其遷移層中的微米顆粒或納米顆粒最好為氧化鈦或氧化硅。此外還可以制作多層遷移層40。比如說，遷移層40可以包含由中性PVA溶液形成 的第一層，及由檸檬酸或氫氧化鈉形成的PVA溶液為第二層。第一層和第二層可相互位于 對方之上。遷移層40甚至還可以由不同物質(zhì)的片段組成。比如說，遷移層40的第一段包含 氫氧化鈉，而第二段不包含氫氧化鈉。物質(zhì)的差異還可以應(yīng)用于裝置1的其他部分。遷移層40還可以在使用裝置1時所觸發(fā)的分層工藝來制備。由于裝置1的這個 特點，遷移層40，比如說其包含PVA，則可以省略。其分層工藝可置于封裝層50與激活層20 之間，并由電解液與封裝層50及激活層20接觸時觸發(fā)。在激活層20與封裝層50的分層 工藝后，電解液可作為一個流體70薄膜在激活層20與封裝層50之間滲透。這緩慢的滲透 過程即遷移過程。因此，由于存在這樣的一個分層工藝，遷移層是在激活層20和封裝層50 的相邊界之間自動形成的。同樣地，分層過程還可以發(fā)生在激活層20和襯底10之間。另外還可以合并遷移層40和激活層20。激活層20和遷移層40的合并可以由吸 收流體70的激活層的合適材料實現(xiàn)。把激活層20材料與遷移層40材料混合可進一步提高 流體70的吸附或吸收。激活層20與遷移層40材料混合的一個例子是PANI/PVA合成物。圖1還給出了與激活層20接觸的第一接觸層61。電極層30與位于其表面上的 第二接觸層62接觸。第一接觸層61與第二接觸層62可由銀膠制得。第一接觸層61和第 二接觸層62也可以從裝置1中省略。第一接觸層61和第二接觸層62的用途是為激活層 20和電極30提供一個潛在的差別。遷移層40被封裝層50覆蓋或密封，并留下至少一個暴 露邊使遷移層40暴露。暴露邊45在圖lb中如左手邊所示，其位置是任意的。為了圖表的 清晰起見，封裝層50在圖la中沒有顯示。封裝層50是由一種漆制得，其用來至少覆蓋激 活層20和遷移層40。封裝層50還可由覆蓋層的漆制得，其材料基于聚丙烯酸酯塑料樹脂 或聚丙烯酸酯塑料樹脂共聚物。另外還可用其他能夠密封裝置1并粘附在裝置1表面的材 料。封裝層50在裝置1上的沉積可以采用與沉積激活層20和遷移層40相同的方法。沉 積激活層20和遷移層40的方法已在前面描述。封裝層50的典型厚度在幾微米到1厘米 之間，優(yōu)化值在10微米到幾百微米之間。另外還可以由熱封裝膜的方式來形成封裝層50。圖lb中在裝置的左手邊給出遷移層暴露邊45，以及激活層20暴露邊25。激活層 20的暴露邊25可以省略。在圖lb中，暴露邊45和25可與流體70接觸。流體70可以簡 單地是水蒸氣，液態(tài)水或者水溶液電解質(zhì)。當遷移層40暴露邊45與流體70產(chǎn)生接觸時便可激活裝置1。此接觸定義了一個 裝置1激活的初始時間點。在裝置1激活的同時，流體70便開始在遷移層40中滲透。作為本發(fā)明的一個優(yōu)點，流體70可由水組成，而遷移層70可由PVA組成。遷移層 40還可以在其中包含鹽晶體。作為PVA吸水后的結(jié)果，PVA可部分溶解。此水溶液電解質(zhì) 在遷移層40中滲透，直到阻止層130。在圖lb給出流體70在遷移層40的第二部分42中 滲透狀況。遷移層40的第一部分41與流體70沒有接觸。遷移層40的第二部分42在圖 lb中以陰影所示。阻擋層130位于第一部分41和第二部分42之間。另外，水或水溶液電解質(zhì)可以與遷移層40接觸。圖1中流體70部分已經(jīng)在遷移層的第二部分42中滲透到阻擋層，并與激活層20 的第二部分22以及遷移層40第二部分42覆蓋的電極30接觸。流體70與遷移層40的第 二部分42及激活層20的第二部分22接觸建立了一個局域化學電池，其可觸發(fā)化學反應(yīng)或 電化學反應(yīng)。這個化學反應(yīng)及電化學反應(yīng)將在激活層20第二部分22內(nèi)引起摻雜濃度的變 化，并作為局域化學電池85的一部分。所謂“摻雜濃度變化”也可以指激活層20的氧化態(tài)的變化。在這里，摻雜濃度變 化是指，比如說，激活層20的氧化或者激活層20的還原。在這個意義上，當激活層20包含 鋁時，把鋁氧化為氧化鋁就是摻雜濃度變化。舉個例子，如果電極30與激活層20是由同樣材料組成(如PED0T:PSS)，電化學反 應(yīng)可以由在接觸層61和接觸層62之間加一個偏壓(如1. 5伏特)來觸發(fā)。再舉個例子，如果電極30與陽極相連，激活層20與陰極相連，便可在激活層20第 二部分22中引發(fā)電化學還原反應(yīng)。這個電化學還原反應(yīng)會引起激活層20第二部分22的 摻雜濃度變化。這個摻雜濃度的變化會進一步導致電致顏色的變化，并使激活層20第二部 分22的顏色變?yōu)榘邓{色。圖la中激活層20第二部分22的還原部分以陰影區(qū)所示，同時 也給出了激活層20第二部分22的邊80。這個在激活層20第二部分22和第一部分21之 間的活動邊80隨著激活層第二部分22的擴張而移動。裝置1可作為時間指示器使用。如圖lc所示，激活層20第二部分電化學改變會 導致活動邊80位置的變化。標定活動邊80激活時位置的時間點以及一段時間后的位置點 便可實現(xiàn)時間指示器。裝置1還可用于時間-溫度綜合效應(yīng)指示器。只要流體70在遷移層40第二部分 42中的遷移速度與裝置1的溫度相關(guān)，其便可以作為時間-溫度綜合效應(yīng)指示器使用。圖la和lb中的裝置1可以包括封裝層50，如圖lb和lc所示。如果封裝層50進 一步包含一個窗口 52，其可用來觀察激活層20第二部分22的活動邊80的移動。由于化學 反應(yīng)或電化學反應(yīng)引起的摻雜濃度的變化，激活層20的第二部分22的顏色會產(chǎn)生變化。位 于襯底10上表面的窗口 52的光學顯示則要求窗口 52與激活層20之間的材料需要透明。封裝層50還可以制作在裝置1中襯底10的下面。本發(fā)明另一個優(yōu)點是可以把窗 口 52打印在襯底10的下面。如需要通過襯底10下面的窗口 52來進行光學顯示，則要求 置于窗口 52與激活層20之間的材料需要透明。因此，所用襯底10，激活層20及封裝層50 的材料也要透明。即使窗口 52是打印在襯底的底部，從裝置1的上面來看，窗口 52任然可 見。本發(fā)明的再一個優(yōu)點是由于激活層20是由PED0T:PSS制備，激活層20第二部分 22摻雜濃度的變化不僅可以改變顏色，還可以增加其電阻。在激活的一段時間后，其電阻的 增加可以用來觸發(fā)一個電開關(guān)。此電開關(guān)的使用由圖2a和2b更詳細地給出。圖2a和2b給出與圖la和lb相同的裝置。圖2a和2b中的激活層不但包含第一 部分21和第二部分22，還另外包含一個狹窄部分27。.在狹窄部分27中，激活層的厚度 對激活層的其他部分而言變窄了。圖2a還給出了一個與激活層20接觸的另外接觸層63。 為圖2a和2b的清楚起見，圖2a中沒有給出封裝層50。圖2所示的裝置1激活方式與圖1所描述的的相同。即流體70與遷移層40接觸。在圖2中，遷移層40第二部分42如陰影部分所示，其部分與流體70接觸并發(fā)生滲透。為 視圖的清楚起見，遷移層40第二部分42的滲透程度只在圖2b中給出。當流體70與激活 層20接觸時便形成了激活層20第二部分22。如果圖2中電極30與激活層20由同樣材料組成，比如最好為PED0T:PSS，那么電 化學反應(yīng)可以由在另外接觸層63與第二接觸層62之間加一個偏壓(如1. 5伏特)觸發(fā)， 如上所述。為方便起見，可以將另外接觸層63接到陽極，將第二接觸層62接到陰極。電化 學還原在激活層第二部分22中發(fā)生。此電化學還原會導致電致顏色的改變，并使激活層20 第二部分顏色變?yōu)榘邓{。其位于遷移層40下面并與其接觸的激活層20的電化學還原部分 22將可以與圖2a和2b中的所示活動邊80 —起顯示出來。如果激活層20電化學還原的第二部分22的活動邊80通過狹窄部分27，其會導致 電阻的增加。此電阻的增加可以通過第一接觸層61與另外接觸層63測得。其電阻增加的 斜率dR/dt由流體70在遷移層40中的滲透速度與狹窄部分27的寬度決定。整個遷移層 40的寬度在1微米到幾毫米之間，而狹窄部分27的寬度在1微米到幾百微米之間。另外電阻增加的斜率dR/dt取決于與其接觸的流體70的滲透及溶解。狹窄部分27取向不但可以與流體70在遷移層40第二部分42中的滲透方向垂直， 還可以與遷移層40第二部分42中的滲透方向平行。裝置1的這個優(yōu)點如圖7所示。圖7 給出了狹窄部分27取向與流體70與在遷移層40中滲透方向平行的情況。裝置電阻的變 化可以應(yīng)用于電開關(guān)過程。裝置1的一個應(yīng)用例子是電致顏色顯示單元220的開啟或關(guān) 閉。另外還可以用電阻的變化來誘導負載調(diào)制，如RFID(射頻身份識別)系統(tǒng)。當然，其需 要RFID模塊的支持?；跁r間的負載調(diào)制可以通過第一接觸層61與另外接觸層63給出。本發(fā)明的另一個優(yōu)點是控制功能可以通過電阻的改變實現(xiàn)。其電阻的改變可以是 連續(xù)變化的或與激活層20邊界的幾何形狀相關(guān)。不同的激活層20幾何形狀會導致相應(yīng)的 隨時間變化的斜率dR/dt，如圖3c所示。圖3給出了本發(fā)明裝置1的俯視圖(圖3a)和截 面圖(圖3b)。截面位置由斷點線所標，其視角方向由圖3a中的兩個箭頭所示。激活層20 可以擴展到襯底10。激活層20第一部分21還沒有與流體70接觸，而激活層20第二部分 22已開始與流體70接觸。襯底10上還包含另外一層電極層100，其可以與激活層20具有 相同的材料。激活層20與電極層100被一個t形狀的遷移層40覆蓋，其包含已滲透的第 二部分42和未滲透的第一部分41。接觸層61和62擴展到激活層20的上面并與其接觸。 一個另外接觸層63位于電極100上。接觸層61，62和63可由比如銀膠制得。接觸層61， 62和63也可省略。接觸層61，62和63有助于改善激活層20和電極100的接觸，并有利于 電勢差的應(yīng)用。遷移層40被封裝層50部分地覆蓋，并留下遷移層40暴露區(qū)未覆蓋。為清 楚起見，圖3a中沒有畫出封裝層50。在遷移層40暴露區(qū)46上沉積流體70便確定了裝置1激活的時間開始點。一旦 流體70沉積在暴露區(qū)46上后，暴露區(qū)46就可以用樹脂膠或膠帶密封。流體70在裝置激 活后便在遷移層40中滲透。如電解液在遷移層40的PVA中滲透，直到邊界130。如上所 述，遷移層40中的PVA會在流體70中溶解。再次為清楚起見，滲透過程只在圖3b中給出。當電解液在遷移層中滲透到阻擋層130后，此時電解液開始與遷移層40底下激活 層20第二部分22以及電極100接觸。這就形成了局域電化學電池85，其可觸發(fā)化學和/ 或電化學反應(yīng)。如上討論，激活層20與遷移層40的順序可以反置，即激活層20在遷移層
1640的上方。此激活層20與遷移層40的順序反置也適用于其他所有的遷移層40與激活層 20，只要激活層20與遷移層40相互接觸。本發(fā)明的另一個優(yōu)點是，如圖3所示，如果含有與激活層20相同的材料，在接觸層 61 (或62)與接觸層63之間加一個偏壓便可觸發(fā)電化學反應(yīng)，其中接觸層63與電極100相 連。如果電極100與陽極相連，而激活層20與陰極相連，這個偏壓會導致激活層20的電化 學還原。這個電化學還原會進一步導致接觸層61和62之間的電阻增加，以及將激活層20 第二部分22的顏色變?yōu)榘邓{的電致顏色改變。圖3a和3b給出激活層20的還原部分22， 活動邊80，以及激活層20的未還原部分21。圖3c給出接觸層61和接觸層62之間的測量電阻R隨時間變化曲線R(t)。如圖 3a和圖5a所示，如果激活層20具有相同的輪廓線，其電阻隨時間變化特性如曲線i所示。 如圖5b和5d所示，如果激活層20的輪廓線具有從左到右減少的截面，其R(t)特性將隨曲 線j變化。圖5c或5e給出R(t)特性隨輪廓邊k變化曲線。本發(fā)明可使用任意形狀的輪 廓邊，并不同的輪廓邊會導致不同的R(t)特性。本發(fā)明裝置的另一個優(yōu)點如圖4所示。裝置1還包含了一個以截面圖顯示的蒸汽 傳輸路徑120。遷移層40的一部分簡單地被蒸汽傳輸路徑120代替。蒸汽傳輸路徑120以 空腔形式存在。此蒸汽傳輸路徑120的至少一邊與遷移層40的暴露邊45接觸，或者如圖 4a所示，其與激活層的邊25及遷移層40的暴露邊45同時接觸。流體70以蒸汽擴散的方 式穿過蒸汽傳輸路徑120。此蒸汽傳輸路徑120可以在遷移層40內(nèi)形成一個空洞或缺口的 方式簡單地制得。另外，蒸汽傳輸路徑120還可以由包含讓流體70蒸汽部分滲透的材料制 得。其可以讓流體70蒸汽部分滲透的材料包括，但不限于，吸水紙，紙，色譜紙等等。本發(fā)明圖4所示的蒸汽傳輸路徑可以隨時間變化，并進一步隨裝置1的溫度明顯 變化。相比于圖1到圖3所示的時間和溫度對裝置1的影響，這里裝置1的溫度顯著效應(yīng) 特性是本發(fā)明的另一個特點。如圖4所示，相對進一步包含蒸汽傳輸路徑120的裝置1來 說，圖1到圖3所示的溫度對流體遷移的影響是相當輕微的。圖4中裝置1的顯著溫度效 應(yīng)是由于蒸汽在穿過蒸汽傳輸路徑120時的擴散受溫度影響很大。因此，裝置1中激活層 20的第二部分22的摻雜濃度的改變受溫度影響顯著。所以當圖4中包含蒸汽傳輸路徑的 裝置1暴露后，其可用來判斷時間溫度綜合效應(yīng)。除了襯底10還包含蒸汽傳輸路徑120和一個流體容器110外，圖4中的裝置1與 圖1到圖3中的裝置1在本質(zhì)上是一樣的。此流體容器110可以由PVA或吸水紙制得。流 體容器傾向于使用遷移層40的聚合物材料，最好是同時使用PVA和吸水紙。此流體容器以 體材料的形式沉積在襯底10上。如果流體容器110與遷移層40具有相同的材料，可以以 一步沉積的方式來沉積流體容器110與遷移層40，從而簡化裝置1的制作。流體容器110被封裝層50部分地覆蓋。一個位于流體容器110表面的暴露區(qū)141 則沒有被封裝層50覆蓋。如果暴露區(qū)141與流體70(如水)接觸(未在圖中標出)，那么 流體70將會滲透到流體容器110中。滲透到流體容器110中的流體70將與蒸汽傳輸路徑120接觸。自流體70而來的 蒸汽將以蒸汽擴散的方式穿過蒸汽傳輸路徑120，并與遷移層40的暴露邊45接觸。通過在 遷移層40第二部分42中的滲透，流體70將與激活層的第二部分22接觸，并觸發(fā)化學或電 化學反應(yīng)。需要注意的是，激活層20第二部分22及遷移層40第二部分42未在圖4中標出o裝置1的時間效應(yīng)，準確地講，時間溫度綜合效應(yīng)取決于流體70在遷移層40中遷 移速度，更取決于在蒸汽傳輸路徑120中蒸汽擴散的溫度影響。裝置1中的溫度效應(yīng)可以 由參數(shù)的改變來調(diào)節(jié)，比如說，遷移層40中遷移速度或者蒸汽擴散的溫度效應(yīng)。裝置1的 時間和/或時間溫度綜合效應(yīng)的幾何調(diào)節(jié)參數(shù)為流體容器110的體積，限制蒸汽傳輸路徑 的壁表面積，以及遷移層40暴露區(qū)46 (如圖3a和3b所示)，遷移層40暴露邊45，遷移層 40的厚度，和蒸汽傳輸路徑120的長度和體積。以上所列參數(shù)的優(yōu)化與裝置1作為時間指 示器或溫度_時間綜合效應(yīng)指示器有關(guān)。遷移層40還可使用合成材料或毛細材料。甚至還可以讓合成材料或毛細材料與 聚合物如PVA等結(jié)合使用。其毛細材料包括，但不限于，紙，色譜紙，一薄層吸附劑材料(如硅膠)，氧化鋁，或 者纖維素。另外還可以使用含納米顆粒或微米顆粒的PVA材料。其納米顆?；蛭⒚最w粒包 括，但不限于，氧化硅或氧化鈦。遷移層40的合成材料的使用有助于優(yōu)化裝置1的時間效 應(yīng)或時間-溫度綜合效應(yīng)。裝置1的圖4b由圖4a改進而來。圖4b中的流體容器110是一個腔囊270，其包 含與與流體容器110接觸的流體70。腔囊270的表層是可以破裂的。如果在腔囊270上施 加足夠壓力，腔囊270的表層將會破裂并導致流體70流出來與流體容器110接觸。這個接 觸觸發(fā)如圖4a所述的裝置1的激活。本裝置的一個優(yōu)點是此腔囊270表層的可選擇為人 的手指施加的壓力足夠讓其破裂的材料。腔囊270可由玻璃，塑料，或者其他任何可以安全盛裝流體并可以由施加壓力而 容易破裂的材料，其施加在腔囊270上的壓力作用僅僅為引起其破裂。圖4中的蒸汽傳輸路徑120可以省略。在省略蒸汽傳輸路徑120的情況下，流體 容器110與遷移層40的暴露邊45直接接觸。另外，流體容器110還可以是遷移層40的一 個擴展。如果流體容器110含有一種可以被流體70溶解并傳輸?shù)慕M分，在激活層20中便 可以引發(fā)化學反應(yīng)。舉個例子，激活層20由以翠綠亞胺鹽(綠色)形式的PANI組成，而流體容器中盛 有0. 5升氫氧化鈉溶液。激活后，氫氧化鈉水溶液在遷移層40中滲透并通過化學反應(yīng)把 PANI轉(zhuǎn)化為PANI的翠綠亞胺基本形式(藍色)。再舉個例子，激活層20由翠綠亞胺基本形式(藍色)的PANI組成，而流體容器 110中盛有0. 5升的檸檬酸。激活后，檸檬酸水溶液在遷移層40中滲透并通過化學反應(yīng)把 PANI轉(zhuǎn)化為PANI的翠綠亞胺鹽形式(綠色)。圖5給出了不同遷移層40的幾何形狀邊。比如說，圖5a所示的輪廓線即如圖1 到圖3中討論的遷移層40的輪廓線。圖5b和5d給出從左到右變小的邊輪廓線。圖5c和 5e給出從左到右增加的邊輪廓線。在圖5f中，遷移層40由被分為更小的亞單元標出。遷 移層40的亞單元被封裝層50覆蓋，即每個遷移層單元40的左手邊，右手邊以及上面邊都 被封裝層50覆蓋。此遷移層40的單元設(shè)計形成了多個蒸汽傳輸路徑120a。這樣的多個蒸 汽傳輸路徑120a與圖4中的蒸汽傳輸路徑120有相同的作用。如果遷移層40包含多個亞 單元遷移層，摻雜濃度變化的快慢步不僅僅取決于流體70在遷移層40中的遷移速度，其還 取決于多個蒸汽傳輸路徑中的蒸汽擴散速度。本裝置1的一個優(yōu)點如圖5f所示，由于在相
18臨的遷移層40單元之間形成一個蒸汽傳輸層，其包含多個蒸汽傳輸路徑120a。如圖5f所 示的裝置1也可以調(diào)節(jié)裝置1的溫度_時間綜合效應(yīng)，如圖4所示。圖5b到5e中的遷移層40也可以分割為多個亞單元，如圖5f所示，其中遷移層40 就分為多個遷移層亞單元。所有的激活層20和遷移層40都可以包括連續(xù)，乃至直邊輪廓。 裝置1的激活層20以及遷移層40當然不受限制地包含不連續(xù)的邊輪廓線，比如沿螺旋形 軌跡，彎曲形軌跡，及包括銳角的軌跡。激活層20和/或遷移層40的長度典型值為100微 米多幾厘米之間。遷移層40和/或激活層20的寬度典型值為幾微米到幾毫米之間。圖6給出了裝置1包含一個氣體滲透膜160的截面圖。氣體滲透膜160的材料選 擇取決于電解液溶液的蒸汽對氣體滲透膜的滲透性能。液體溶劑(流體70的流體部分) 可以不能通過氣體滲透膜160。眾所周知，膨脹的PTFE具有優(yōu)良的水蒸氣滲透性能，并由 很好的水阻性，因此是氣體滲透膜160的合適材料(參見;http://www. gore, com/en xx/ products/electronic/battery/datashveet Ras diffusionmembranes. html,2007年 10月 15日訪問)。此氣體滲透膜也可以使用硅樹脂和橡膠材料。氣體滲透膜160的厚度為幾微 米到幾百微米之間。襯底10包含一個被氣體滲透膜密封160的開口 150。襯底10的截面在圖6中以 陰影部分所示。激活層20被遷移層40覆蓋。遷移層40可由聚乙烯醇(PVA)制得。遷移 層40有一條與蒸汽傳輸路徑120接觸的暴露邊45。蒸汽傳輸路徑120由被封裝層50完全 覆蓋的空腔實現(xiàn)。如果氣體滲透膜160與襯底10下面的水蒸氣接觸，水蒸氣首先會滲透過氣體滲透 膜160。然后通過氣體滲透膜160的流體70部分將以蒸汽擴散的方式通過蒸汽傳輸路徑 120，并與遷移層40的暴露邊45接觸。在圖6中，暴露邊45在遷移層的左手邊標出。如果 遷移層40由PVA組成，暴露邊45將能夠吸收流體70，然后液體電解質(zhì)將滲透過遷移層40 并與激活層20接觸。此接觸會觸發(fā)激活層20第二部分22的摻雜濃度變化。圖6中沒有 標出激活層20第二部分22及遷移層40第二部分42。激活層20第二部分22摻雜濃度變 化所導致的效應(yīng)已經(jīng)在裝置1激活部分中說明。圖6中所示的裝置1可以用作溫度時間指示器。如圖6所示，裝置1還可以簡單 地與含流體70的蓄液池連接，這樣氣體滲透膜可以在含有流體的蓄液池內(nèi)與流體70接觸。舉個例子，這個含流體的蓄液池可以是(本發(fā)明不受此限制)牛奶包裝盒或血液 樣品試樣管。在這種情況下，可以非常簡單地將襯底10作為蓄液池的一部分。另外，裝置 1還可以置于上面并與蓄液池的一個壁接觸。這樣含流體70的蓄液池需要一個開口，其與 襯底10的開口 150相連，并允許氣體滲透膜160與蓄液池內(nèi)的流體70接觸。另外，還可以將本發(fā)明的裝置1置入緊蓋著的血液樣品管內(nèi)，或者含飲料如牛奶 的紙袋可封裝開口內(nèi)。當蓄液池注入流體70并關(guān)閉后，裝置1將會立即發(fā)生激活。即蓄液池中的水蒸氣 將滲透過氣體滲透膜160和蒸汽傳輸路徑120，并激活裝置1。水蒸汽的擴散將會引起激活 層20第二部分22中摻雜濃度的變化。如圖6所示，本發(fā)明的另一個優(yōu)點是蒸汽傳輸路徑120可以省略。在沒有蒸汽傳 輸路徑的情況下，蒸汽滲透膜160將被遷移層40之間覆蓋。如果名層順序反置(自下而上 襯底10，遷移層40和激活層20)，遷移層40和激活層20將被滲透膜完全覆蓋。引起激活層20第二部分22的摻雜濃度變化的反應(yīng)可以是電化學或/和化學反應(yīng)。此化學反應(yīng)可以 是激活層20的化學氧化或化學還原。此外將激活層20與自遷移層40而來的堿或酸接觸 也可使其摻雜濃度發(fā)生變化。本裝置1在某些化學反應(yīng)下的電極30可省略。結(jié)合圖2，圖7給出本發(fā)明中被化學氧化或還原反應(yīng)代替的電化學反應(yīng)。圖7a和 7b所示的裝置1與圖2a和2b中所示相同。圖1中給出的電極30在圖7a和7b中省略。 另外激活層20中給出了狹窄部分27，其與圖2中的裝置1有所不同。第一接觸層61位于 激活層20之上并與其接觸，第二接觸層62同樣位于激活層20之間并與其接觸。遷移層40 位于激活層20之上。封裝層50位于遷移層40之上。為清楚起見，封裝層50沒有在圖7a 中給出。本發(fā)明裝置1的激活是由激活層20中的化學摻雜引發(fā)。當激活層20與流體70 接觸時，便引發(fā)化學還原或化學氧化。如果激活層20中含有PED0T:PSS，可以很簡單地用體 積濃度為85%的胼水溶液作為流體70并用于激活層20的化學還原反應(yīng)。將聚苯胺與酸(如檸檬酸水溶液)或堿(如氫氧化鈉水溶液)接觸可以控制聚苯 胺的摻雜濃度。本發(fā)明并不限制使用其他可以引起激活層20化學摻雜變化的物質(zhì)。
在激活層化學還原的情況下，其反應(yīng)還將會引起激活層20光吸收性質(zhì)的變化或 者電阻的變化。被流體70滲透的遷移層40第二部分42在圖7中如陰影部分所示。遷移層40第 一部分41即沒有與流體70接觸的區(qū)域。遷移層40中被滲透的量大小在圖7b中以不同角 度的陰影標出。圖7a和7b給出激活層20的化學還原部分，其包含一個邊80。圖7也給出 了遷移層20的非還原區(qū)，即未滲透的第一部分21。激活層20的化學還原引起激活層20第二部分22的電阻增加。如果激活層22化 學還原部分的邊界80到達狹窄部分27，其將引起電阻的增加。此電阻的增加可以從接觸層 61和接觸層62之間測得。此由于化學反應(yīng)(即化學氧化或化學還原)導致的電阻變化可用于電學開關(guān)。此 電學開關(guān)可以開啟或關(guān)閉電致顏色顯示單元180或氣體單元。此電阻變化還可用于RFID系統(tǒng)的負載調(diào)制。圖7c給出某還原長度的激活層20。其R(t)變化更加顯著。只要化學還原的激活 層20第二部分22的邊界80到達激活層20的左手邊，其將導致電阻的增加。此電阻的增 加可以從接觸層61和接觸層62之間測得。狹窄部分27可以不受限制地結(jié)合在一個激活 層中，其取向可以與遷移方向平行或垂直。圖8給出本發(fā)明圖2的一部分。圖8中的激活層20包含一個狹窄部分27，接觸層 61和63。流體70的滲透沒有在圖8中給出，其與圖2中所示沒有區(qū)別。在接觸層61與接觸層63之間，存在與顯示單元220串行相連的一個電池單元 210e。電池單元210e可以提供一個電壓，如1.5伏特。電池單元210可以安置于本發(fā)明裝 置1的襯底10中。電池單元210可以在激活層20和電極30以及遷移層40的電解液中直接形成。 電池單元210提供一個足夠大并極性正確的電壓來觸發(fā)電化學還原反應(yīng)或電化學氧化反 應(yīng)。只要激活層20和電極30兩者材料的電極勢差在0. 3到5伏特之間，對遷移層20的混 合PEDOTPSS材料和電極30的其他材料來說，此條件可以輕易滿足。只要由于使用兩種材料組合而形成的電池單元210由足夠的電勢差，本發(fā)明可以不受限制地使用此任何兩種材 料。電池單元210還可以進一步包含導電聚合物材料，如PANI。比如說，考慮電池單元 包含第一層240和第二層250的情況，其都由PANI組成。如果第一層240在制作過程中氧 化(電化學或化學)而第二層250在還原態(tài)(電化學或化學)，只要電解液在電解液模具中 滲透，電池單元210就會放電。如果只有第一層240被氧化(電化學或化學)或者只有第 二層250被還原(電化學或化學)，電池單元210將會發(fā)生同樣的直接放電。在制作過程 中，還可以用酸對第一層240進行化學摻雜和用堿對第二層進行化學摻雜。如果電池單元 210在激活層20與電極30之間形成，其足夠與近鄰點電連接，并開始電化學還原或電化學 氧化。此端點之間的連接可以很簡 單地以短路的方式建立。圖1中本發(fā)明的端點為接觸層61和接觸層62。圖2中本發(fā)明的端點為接觸層 63(或61)和接觸層62。圖3中本發(fā)明的端點為接觸層61 (或62)和63。多個電池單元可 以串行或并行的方式連接。在圖8a中的接觸層61與接觸層63之間，存在一個電池單元210 (如提供1. 5伏 特電壓)和電致顏色顯示單元220的結(jié)合。以圖2為例，如果此時激活層20的電化學還原 部分的邊80穿過激活層20的狹窄部分27，其將引起電阻的變化。如果電池單元210的極 性被反置，其將引起激活層20的電化學氧化及電阻的變化。在接觸區(qū)63和61之間測得的 電阻變化將改變電致顏色顯示單元220中的電流。圖8b中給出同時包含幾個狹窄部分27a，27b，27c和27d以及幾個電池單元210a， 210b，210c和210d的激活層。如果流體70的滲透從左到右發(fā)生，顯示單元220a，220b，220c 和220d在時間上會相繼地從左到右開啟或關(guān)閉。如圖2，圖7和圖8中所示的電開關(guān)取決于激活層20所使用的材料以及制作裝置 1后激活層20的狀態(tài)。其開關(guān)行為取決于激活層20是被還原(化學或電化學)還是被氧 化(化學或電化學)。如果PED0T:PSS被還原，其將引起PED0T:PSS電阻的增加。如果制作裝置1中使用的PANI處于氧化狀態(tài)(電化學或化學)，其電阻會由于還 原(電化學或化學)而首先減少，然后又由于進一步還原(電化學或化學)而開始增加。也 可以在制作裝置1時以翠綠亞胺堿的形式使用PANI，在與酸作用后，其電阻起先會由于化 學反應(yīng)而下降，然后又由于進一步化學反應(yīng)而開始增加。這將可以使開關(guān)展示關(guān)-開-關(guān)特性。舉個例子，如果在制作裝置1過程中以化學反應(yīng)或電化學反應(yīng)的方式將激活層20 中的PANI氧化和將電極30的PANI還原，電池210可以省略并被以接觸層62和接觸層63 之間短路來代替。流體70在遷移層40第二部分42中滲透，并對因PANI層20和30充電 的不同而形成電池210放電。如果電化學放電的激活層20的邊80穿過狹窄部分27，其將 引起電阻的下降。在邊80穿過狹窄部分27之前，由于氧化態(tài)通過激活層20的電化學或化 學反應(yīng)完成，接觸層62和接觸層63之間的電阻將會增加。電阻的降低將改變電致顯示單 元220中的電流。開關(guān)的不同形式(開，關(guān)或者開-關(guān)-開)可以取決于激活層20的材料及材料狀 態(tài)(以電化學反應(yīng)或化學反應(yīng)的形式氧化或還原，如與堿或酸作用)。圖8給出一個電致顯示單元220的可能例子。一個電極225置于襯底10上。一個電解液模具層185位于電極225上面。一個電致顏色層200置于電解液模具185上。此電致顏色層被封裝層50覆蓋。封裝層50是透明的。此形成電致顏色顯示單元220各層的 順序可以上下放置或則并排放置。電極225，電解液模具185和電致顏色層200可以從左到 右依次相臨放置。如果在電致顏色層200和電極225之間施加一個100毫伏到幾伏特的電 偏壓，其將在電致顏色層200內(nèi)引起電化學反應(yīng)。這個偏壓也可以通過一個集成另外一個電池單元210來施加到裝置1上。也可以 通過制作裝置1的方法上時就提供電偏壓來實現(xiàn)電致顏色顯示單元220。舉個例子，如果在制作裝置1的過程中電致顏色層200含有PANI并已被化學或電 化學氧化，并且電極225含有PANI已經(jīng)被化學或電化學還原，一旦流體70滲透到電解液層 185，則電致顏色單元220會放電。流體70在電解液層中的滲透會導致電致顏色層200的 顏色改變。電解液層185可以是激活層40的一部分或者擴展。圖9給出圖4所示本發(fā)明裝置1的另一個優(yōu)點。這就是裝置1的垂直各層的變化， 即電極30和激活層20可以垂直放置。圖9中各層的順序從下到上如下所列襯底10，激 活層20，遷移層40和電極30。加上流體容器110和蒸汽傳輸路徑，此圖與圖4有相同的結(jié)構(gòu)。圖9中裝置1的 功能與上述圖1到圖4和圖6的例子相同。另外，如果沒有蒸汽傳輸路徑120也可以實現(xiàn)圖9中的裝置1。具體地講，就是流 體容器Iio將與遷移層40的暴露邊45接觸。根據(jù)圖9，在實現(xiàn)本發(fā)明時還可以對制作方法作稍微的改動。此改進的制作方 法從SICELLO CHEMICAL EUROPE有限責任公司出售的已制備PVA薄膜(參見http:www. solublon. com/german/pva film. htlm，2007 年 10 月 27 日訪問)開始，在 PVA 薄膜的一個 表面上覆蓋激活層20。PVA薄膜的第二個表面覆蓋電極30。在遷移層40 (PVA薄膜)第一和第二表面覆蓋激活層20和電極30的結(jié)構(gòu)可進一 步放置在襯底10上?？梢杂靡环N膠將激活層20，遷移層40和電極30的結(jié)構(gòu)粘在襯底10 上。也可以用熱密封的方式進行粘合。此外，封裝層50位于此結(jié)構(gòu)的頂部。舉個例子，本 發(fā)明的封裝層50可以由一層聚丙烯酸的漆組成。在其結(jié)構(gòu)粘合在襯底10上之前，本發(fā)明 還可不受限制地在結(jié)構(gòu)兩邊都使用封裝層50。本發(fā)明的裝置1可以不受限制地用圖9所示的改進方法來制作，其中裝置1包括 流體容器110和蒸汽傳輸路徑120。另外，還可以用此改進方法來制作圖1所示的本發(fā)明裝置1。圖10給出一個帶集成電致顏色單元220的本發(fā)明裝置1。圖IOa對應(yīng)于圖6的具 體表達，并給出包含氣體滲透膜160的裝置1的截面圖。圖IOb中電致顏色單元220集成 于裝置1中。圖IOb中的裝置1從中間分開，其左邊部分相當于圖IOa所示的裝置1。為清 楚起見，從斷點線開始的裝置左邊和右邊之間的電連接沒有顯示。在襯底10上，第二個氣 體滲透膜162將第二個開口 152密封。在第二個氣體滲透膜上有用于電致顏色單元220的 電解液基元185。此電解液基元185可以與遷移層40所用的材料相同，如PVA。在電解液 基元層185上有電致顏色層220。整個裝置1進一步被封裝層50所覆蓋。當裝置1激活后，流體70與氣體滲透膜160及162接觸。流體70的蒸汽部分可以 穿過氣體滲透膜160及162。圖IOb中裝置1左邊子系統(tǒng)的激活已經(jīng)由圖6說明。圖IOb中右手邊子系統(tǒng)中流體70的蒸汽部分可以穿過氣體滲透膜162并進一步在電解液基元185 中滲透。電解液基元185中的PVA可以吸收水。因此，液體電解液此時與電致顏色層200 接觸，并進一步與電致顏色單元220的電極225接觸。電極225沒有在圖IOb中給出，并安 置于電解液基元層185的邊上。電解液與電解液基元層185及電極225的接觸將激活電致 顏色單元220。施加在電致顏色層200與其邊上安置的電極220之間的偏壓將觸發(fā)電化學 反應(yīng)。裝置1左邊部分中的流體70逐漸在遷移層40中滲透，并從左到右遷移(圖IOb 中沒有給出)。裝置右邊部分中的流體70在垂直方向快速地滲透過電解液基元層185，并 且使電致顏色單元220很快起作用。本發(fā)明也可以垂直放置電致顏色單元220，如圖IOc所示。襯底10的開口 153被氣體滲透膜163覆蓋。在氣體滲透膜163上有一層電致顏 色220的多孔電極230。此多孔電極230可以由能夠被導電聚合物材料(如PEDOTPSS或者PANI)滲透過 的吸水紙實現(xiàn)。此導電聚合物步應(yīng)該將吸水紙基元封住，而是讓其仍然可以滲透到電解液。圖IOc給出位于多孔電極230上的電解液基元185。此電解液基元185由與遷移 層40相同的材料組成。最好電解液基元185的材料是PVA。電解液基元185中的電解液可 滲透過多孔電極230。電致顏色層200位于電解液基元層185上。裝置1進一步被封裝層 50覆蓋。用于激活的流體70滲透過膜163，及顯示單元220的多孔電極230，以及電解液基 元185。其通過電解液在電致顏色層200與多孔電極230之間建立連接，并讓電致顏色單元 220開始工作。在多孔電極230與電致顏色單元220的電致顏色層200之間提供一個偏壓 足以使顯示單元200開始工作。圖11給出裝置1的一個優(yōu)點，即多個電池在時間上可以被相繼激活，比如說，一個 含有第二層250a的電池及另一個含有第二層250b的電池。圖Ila給出一個通過第二層 250a, 250b和250c而形成多個電池單元的第一層240。遷移層40位于通過第二層250a， 250b和250c而形成多個電池單元的第一層240的上面。襯底10包含一個被氣體滲透膜 160密封的開口 150。舉個例子，氣體滲透膜160可由PTFE制得。為清楚起見，襯底10的 截面圖以陰影區(qū)的方式畫出。遷移層40可由聚合物制得，最好為PVA。遷移層40的左邊暴露邊45與蒸汽傳輸 路徑120接觸。蒸汽傳輸路徑120以空腔的方式實現(xiàn)。整個裝置1進一步被封裝層50覆
ΓΤΠ ο如果氣體滲透膜160與流體70的蒸汽部分接觸，流體70的蒸汽部分將進一步穿 過膜160，并以氣體擴散的方式穿過蒸汽傳輸路徑。此時水蒸氣與遷移層40的暴露邊45發(fā)生接觸。遷移層40暴露邊45在圖Ila中 作為遷移層40的左邊邊界所示。眾所周知，PVA能夠吸水。因此，遷移層40中的PVA將部 分溶解，而且電解液將從左到右在遷移層40中滲透。圖11中沒有給出滲透量的大小。圖 11中的裝置1還包括多個電池單元的多個第二層。圖11中第二層包括第二層250a，第二 層250b，第二層250c。電池單元的數(shù)量可以是單個電池單元，或者多于三個電池單元。電解液從左到右在遷移層40中的擴散將在多個電池單元第二層250a，250b和250c及多個電池單元第一層240之間建立連接。此與多個電池單元的第二層250a，250b和 250c的連接在時間上從左到右依次發(fā)生。根據(jù)圖11，本發(fā)明的另一個優(yōu)點是蒸汽傳輸路徑120可以省略。在沒有蒸汽傳輸距離120的情況下，膜160直接被遷移層40覆蓋。如果各層的順序反置(自下而上襯底 10，遷移層40和激活層20)，遷移層40和激活層20可以同時完全覆蓋膜160。如圖lib所 示，可以在裝置1激活后讓多個電池單元120即時起作用。圖lib中的裝置1有一個覆蓋 第二開口 152上的第二氣體滲透膜162，其與圖IOc的情況相同(圖IOc中的153為第二 開口)。多個電池單元210的第一層240由位于第二氣體滲透膜162上的多孔電極230實 現(xiàn)。電解液基元層185位于多孔電極之上并與其接觸。此多孔電極230可以由能夠被導電 聚合物材料(如PEDOTPSS或者PANI)滲透過的吸水紙實現(xiàn)。此導電聚合物步應(yīng)該將吸水 紙基元封住，但仍然可讓其滲透到電解液。流體70的蒸汽部分穿過第二氣體滲透膜，并進一步滲透到多孔電極230。如上面 討論的那樣，PVA可以吸收水。因此多孔電極230與流體電解液接觸，并進一步與電解液基 元層185接觸。此電解液再與多個電池單元210的第二層250a，250b和250c接觸，并開啟 包含第二層250a，250b和250c的多個電池單元的功能，并讓所有多個電池單元將同時起作 用。這樣，包含第二層250a，250b和250c的多個電池單元上的電壓可以用于裝置1的不同 功能。本發(fā)明的一個例子是其電壓可以為電致顏色單元220的開關(guān)功能提供能量。另外，可以將多個電池單元210的第一層240分為幾個次單元，這樣，每個電池單 元210包含一個第一層和一個第二層。因此電池單元210的數(shù)量將與第一層240的數(shù)量相 應(yīng)一致。多個電池單元的第一層240與第二層250材料可以由其領(lǐng)域?qū)I(yè)人員簡單地以實 現(xiàn)第一和第二單元的方式作出選擇。舉個例子，形成電池單元210的材料組合可以是氯化銨電池，氫氧化高鎳，硫化鋰
酸鐵，鋅_空氣，氧化汞_鋅，氧化銀_鋅，烷基錳。其他電池單元210的材料組合可以不受限制地是氧化鉛_鉛，鎳_鎘，鎳-金 屬_氫化物，鋰_聚合物，烷基錳，銀-鋅，溴化鋅，鎳酸鈉_氯化物，鎳_鐵及其他類似物。多個電池單元210也可以由多個第一層240與多個第二層250所用導電聚合物來 實現(xiàn)。為簡單起見，第一層240和第二層250可以由PANI制得。通過化學反應(yīng)或者電化學反應(yīng)，包含PANI的多個第一層可以在制作裝置1過程中 的氧化制得。而包含PANI的多個第二層可以通過化學反應(yīng)或者電化學反應(yīng)在制作裝置1 過程中的還原制得。在多個第一層240在氧化態(tài)而多個第二層250在還原態(tài)的情況下，一 旦流體70在電解液基元185中滲透，多個電池單元210將被放電。以上裝置1的例子展示了流體70在遷移層40內(nèi)橫向遷移的情況。其裝置1此時 可稱為包含橫向遷移過程的裝置1。然而，本發(fā)明并不限于流體70只在遷移層40內(nèi)橫向遷移的情況。裝置1還可不 受限制地包含流體70在遷移層40內(nèi)垂直遷移的情況。包含在垂直遷移層40橫向遷移的 裝置1可稱為包含縱向遷移過程的裝置1。圖12給出包含縱向遷移過程的裝置1的第一個例子。圖12給出了襯底10與置于 其之上的激活層20。位于激活層20之上并與其接觸的是第一遷移層40a，第二遷移層40b和第三遷移層40c。第一遷移層40a，第二遷移層40b和第三遷移層40c具有不同的厚度。 在圖12所示的例子中，第一遷移層40a比第二遷移層40b和第三遷移層40c薄。因此，圖 12中的遷移層40的厚度從左到右依次增加。換句話說，圖12中的遷移層40a，40b和40c 的厚度是臺階增加的。如果流體70(未在圖12中給出)與第一遷移層40a的上表面，第二遷移層40b的 上表面和第三遷移層40c的上表面接觸，其會首先首先滲透過第一遷移層40a，然后是第二 遷移層40b，最后是第三遷移層40c。因此，在遷移層40內(nèi)的流體70會首先與第一遷移層 40a近鄰的激活層20的部分接觸，然后與第二遷移層40b近鄰的激活層20部分接觸，最后 與第三遷移層40c近鄰的激活層20部分接觸。流體70將在時間上與激活層20依次接觸。流體70與激活層20的接觸將引發(fā)如上所述的化學或電化學反應(yīng)。如圖12所示 的例子，其將從左到右在時間上依次發(fā)生化學或電化學反應(yīng)。圖12中顯示了具有不同厚度的三個遷移層40a，40b和40c。具有不同厚度的遷移 層40a，40b和40c的數(shù)量可以不受限制地是只有兩層或者超過三層。另外，遷移層40的厚度可以是階梯變化或者線性變化。由于遷移層40的厚度線 性變化，流體70在遷移層40中的垂直遷移導致?lián)诫s濃度在橫向上的變化。遷移層40的厚度還可以不受限制地根據(jù)任何描述遷移層40的厚度的任意函數(shù)變 化。遷移層40的厚度典型值為幾納米到幾十微米之間。圖13給出圖12中裝置1的另一個例子。圖13中裝置1包含垂直遷移過程。圖 13自下而上依次給出襯底10，激活層20和遷移層40。遷移層40在裝置1中厚度均勻。在 遷移層40上存在具有不同臺階厚度的阻擋層。其阻擋層含有第一阻擋層99a，第二阻擋層 99b和第三阻擋層99c。阻擋層99a，99b和99c從第一阻擋層99a，第二阻擋層99b到第三 阻擋層99c依次遞增。阻擋層99a，99b和99c可由能夠讓流體70滲透的材料制得。這些材料可以不受 限制地是硅樹脂，丙烯酸(類)樹脂，PVC0阻擋層99a，99b和99c可進一步由封裝層50 和襯底10所使用的材料制得。阻擋層99a，99b和99c可以使用制備封裝層50和襯底10 的材料的原因是其可以由很薄一層來實現(xiàn)。阻擋層99a，99b和99c的典型值為幾納米到幾 百微米之間。阻擋層99a，99b和99c的不同厚度產(chǎn)生一個流體70與遷移層40接觸的時間順序。 如圖13所示，流體70與遷移層40的接觸首先發(fā)生在與第一阻擋層99a臨近的遷移層40部 分，然后發(fā)生在與第二阻擋層99b臨近的遷移層40部分，最后發(fā)生在與第三阻擋層99c臨 近的遷移層40部分。流體70與激活層20各部分接觸的時間順序本質(zhì)上與流體70與遷移 層40各部分的時間順序一致。如果流體70 (未在圖13中給出)第一阻擋層99a的上表面，第二阻擋層99b的上 表面和第三阻擋層99c的上表面接觸，流體70將首先滲透過第一阻擋層99a，然后是第二阻 擋層99b，最后是第三阻擋層99c。因此，流體70將首先與第一阻擋層下面的激活層20部 分接觸，然后與第二阻擋層下面的激活層20部分接觸，最后與第三阻擋層羨慕的激活層20 部分接觸。由此，流體70將在時間上與激活層20依次接觸。\流體70與激活層20的接觸將引發(fā)如上所述的化學或電化學反應(yīng)。如圖13所示 的例子，其將從左到右在時間上依次發(fā)生化學或電化學反應(yīng)。
不同厚度的阻擋層99a，，99b和99c可以不受限制地是只有兩層或超過三層。另外，阻擋層99a，99b和99c的厚度可以是階梯變化，也可以是線性變化。如圖12 所示，流體70在遷移層40中的垂直遷移導致?lián)诫s濃度在橫向上的變化。阻擋層99a，99b和99c的厚度還可以不受限制地根據(jù)任何描述遷移層40的厚度 的任意函數(shù)變化。所有圖1到圖11中的遷移層40也可以由包含垂直遷移過程裝置1的遷移層40來 實現(xiàn)。圖14給出圖3中裝置的一點改動，其在遷移層40中包含垂直遷移過程。圖14a是 裝置1的俯視圖，而圖14b為截面圖。圖14a中的斷點線給出截面位置。圖14b中的截面 視圖方向為圖14a中的兩個箭頭所示。在襯底10上有電極100以及激活層20。電極100和激活層20被遷移層40覆蓋 并與其接觸。第一接觸層61，第二接觸層62和與電極100接觸的第三接觸層63位于激活 層20上并與其接觸。電極100和激活層20被遷移層40覆蓋。在第一接觸層61和第三接 觸層63之間施加一個電壓可以引起第一接觸層61和第二接觸層62之間的電流變化。舉個例子，如果激活層20與電極100由PEDOT制得，并且以電極100為陽極，激活 層20為 陰極在第一接觸層61和第三接觸層63之間施加一個范圍為1到3伏特的電壓，在 遷移層40下面將發(fā)生電化學還原反應(yīng)。此激活層20中的電化學還原反應(yīng)將產(chǎn)生電阻的增 力口。在流體70以垂直遷移過程在遷移層40中滲透后，便開始此以電化學還原形式的電化 學反應(yīng)。施加在第一接觸層61和第三接觸層63之間的電壓的變化可導致第一接觸層61 和第三接觸層63之間激活層導電率的改變。因此，圖14a和圖14b中的裝置1顯示了晶體 管特性。當?shù)谝唤佑|層61和第三接觸層63沒有施加電壓時，激活層20中不存在電化學還 原反應(yīng)。因此，與還原后的激活層20的導電率相比，第一接觸層61和第三接觸層63之間 在沒有施加電壓時，激活層20有著較高的導電率。圖14a和14b中的形成的晶體管為耗盡 型晶體管。此耗盡型晶體管在遷移層40被流體70垂直滲透后便激活。圖14c和14d給出一個增強型晶體管。圖14c給出增強型晶體管的俯視圖，而圖 14d給出增強型晶體管的截面圖。圖14d的視圖方向為圖14c中兩個箭頭所示。圖14c和 14d還給出一個支撐層66。此支撐層66是位于激活層20中的薄膜。支撐層66可以用薄 膜技術(shù)制作，如在真空中氣相沉積鋁或氣體濺射技術(shù)。支撐層66還可以進一步用噴霧工 藝來制作，其包括用直徑為幾微米到幾十微米的鋁顆粒的鋁噴霧技術(shù)。由于激活層20(如 PED0T)和支撐層66 (如鋁)的不同標準勢場，不在第一接觸層61和第三接觸層63上施加 電壓便可開始激活層20中的電化學反應(yīng)。圖14c和圖14d中施加在第一接觸層61和第三 接觸層63之間的電壓為0伏特，其第一接觸層61和第二接觸層62之間的電導率很低，所 以晶體管在關(guān)態(tài)。如果以激活層20為陽極，電極100為陰極并在第一接觸層61和第三接觸層63之 間施加一個步為0的電壓，在第一接觸層61和第二接觸層62之間的導電率將會增加。如 果激活層20為陽極，電極100為陰極，此導電率的增加可歸因于激活層20的氧化。所以圖 14c和14d所示的晶體管為增強型。一旦圖14c和14d中的遷移層40被流體70滲透，此增強型晶體管即開始工作。其激活層20，遷移層40，接觸層61，62，63和電極100可以由圖2所述的方法制得。
支撐層66可以含有任意，并可人為設(shè)計的電化學反應(yīng)標準勢場的材料。比如說， 發(fā)生在電化學電池內(nèi)的電化學還原。舉個例子，當激活層20由PEDOT制得時，支撐層66的 合適材料是鋁和鋅。 在不犧牲本發(fā)明的外觀和功能的情況下，本發(fā)明尺寸大小可以自由制作。本發(fā)明 的裝置1還進一步包括檢測小量樣品的功能和檢測大量樣品的功能。本發(fā)明的幾種外觀和具體形式已經(jīng)在上面進行了描述。在不偏離本發(fā)明的精神和 范圍的情況下，如有專業(yè)人士對其進行修改將非常值得欣慰。
權(quán)利要求
一個至少激活一個化學單元的裝置(1)，其包括a)至少一層激活層(20)；b)至少一層臨近至少一層激活層(20)并且可以被流體(70)滲透的遷移層(40)；c)所用的流體(70)可導致至少一層激活層(20)摻雜濃度的變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(1)，其進一步包括含有至少一層激活層(20)和至少一 層遷移層(40)的襯底(10)。
3.根據(jù)以上任一項權(quán)利要求所述的裝置(1)，其中至少一層激活層(20)由第一種導電 聚合物制得。
4.根據(jù)以上任一項權(quán)利要求所述的裝置(1)，其進一步包括一個電極(30)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置(1)，其中電極(30)可由第二種導電聚合物和/或第一 種導電聚合物制得。
6.根據(jù)以上任一項權(quán)利要求所述的裝置(1)，其中至少一層激活層(20)和電極(30) 的至少一部分被一層遷移層(40)所覆蓋。
7.根據(jù)以上任一項權(quán)利要求所述的裝置(1)，其進一步包括至少一層位于至少一層激 活層(20)上并與之接觸的第一接觸層(61)以及包括至少一層位于電極(30)上并與之接 觸的第二激活層(62)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置(1)，其第一接觸層(61)和/或第二接觸層(62)由金 屬導電膠制得。
9.根據(jù)以上任一項權(quán)利要求所述的裝置(1)，其中封裝層(50)覆蓋至少一層遷移層 (40)，并露出至少一層遷移層(40)的遷移層邊緣(45)，因此，流體(70)可到達遷移層邊緣 (45)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置(1)，其封裝層(50)進一步包括一個窗口(52)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置(1)，其窗口(52)是直接打印在襯底(10)上，并且襯 底(10)，激活層(20)和遷移層(40)由透明材料制得。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置(1)，其窗口(52)是打印在封裝層(50)上。
13.根據(jù)以上任一項權(quán)利要求所述的裝置(1)，其中流體(70)可從水蒸氣，液態(tài)水或者 電解質(zhì)水溶液中選擇。
14.根據(jù)以上任一項權(quán)利要求所述的裝置(1)，其中流體(70)是一種堿或一種酸。
15.根據(jù)以上任一項權(quán)利要求所述的裝置(1)，其進一步包括一個支撐結(jié)構(gòu)來調(diào)節(jié)一 個射頻身份識別(RFID)模塊。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置(1)，其中襯底(10)作為調(diào)節(jié)射頻身份識別模塊的支 撐結(jié)構(gòu)。
17.根據(jù)以上任一項權(quán)利要求所述的裝置(1)，其中至少一層激活層(20)含有寬度可 變的輪廓邊。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置(1)，其中至少一層激活層(20)包含一個或多個狹窄 部分(27)。
19.根據(jù)以上任一項權(quán)利要求所述的裝置(1)，其中激活層(20)的摻雜濃度N隨著位 置的變化而變化。
20.根據(jù)以上任一項權(quán)利要求所述的裝置(1)，其包括一個流體容器，此流體容器有一個不被封裝層(50)覆蓋的暴露區(qū)域并與至少一層遷移層(40)接觸。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置(1)，其中流體容器進一步與一個蒸汽傳輸路徑(120) 接觸，此蒸汽傳輸路徑(120)與遷移層(40)的暴露邊(45)產(chǎn)生接觸。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的裝置(1)，其中流體(70)以蒸汽擴散的方式通過蒸汽傳輸 路徑(120)。
23.根據(jù)以上任一項權(quán)利要求所述的裝置(1)，其中襯底(10)進一步包括至少一個開 口(150)，此開口由一個與蒸汽傳輸路徑(120)接觸的氣體滲透膜(160)密封。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置(1)，其中封裝層(50)覆蓋至少一層激活層(20)和 至少一層遷移層(40)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的裝置(1)，其中裝有流體(70)的腔體(270)與流體容器 (110)接觸。
26.根據(jù)以上任一項權(quán)利要求2到25所述的裝置(1)，其中襯底(10)進一步包括一個 被氣體滲透膜(160)密封的開口(150)，此滲透膜(160)與流體容器(110)產(chǎn)生接觸。
27.根據(jù)以上任一項權(quán)利要求2到26所述的裝置(1)，其中襯底(10)由含下列特性的 材料制得a.粘附于激活層(20)，遷移層(40)和封裝層(50)。b.電絕緣；c.不溶于用于制作裝置(1)過程中所用的有機溶劑；d.不溶于流體70。
28.根據(jù)以上任一項權(quán)利要求2到26所述的裝置(1)，其中襯底(10)從塑料，聚對苯 二酸乙烯，聚二羥基萘乙烯，聚乙烯，聚碳酸酯，紙，涂層紙，玻璃或陶瓷選擇。
29.根據(jù)以上任一項權(quán)利要求所述的裝置(1)，其中至少一層激活層(20)包含摻雜的 聚苯胺(PANI)或者摻雜聚硫化苯乙烯酸的聚二氧噻吩乙烯(PEDOT)。
30.根據(jù)以上任一項權(quán)利要求所述的裝置(1)，其中至少一層激活層(20)由以下材料 制得聚噻吩，據(jù)吡咯，聚苯胺，聚異硫茚，聚苯1，2-亞乙烯，聚對亞苯，聚對苯1，2_亞乙烯 和包括下列材料的共聚烯烴聚3，4甲基二氧噻吩，聚3，4甲基二氧噻吩的衍生物，聚3，4 乙基二氧噻吩，聚3，4乙基二氧噻吩的衍生物，聚3，4乙烯二氧噻吩，聚3，4乙烯二氧噻吩 的衍生物，聚3，4 丁烯二氧噻吩，聚3，4 丁烯二氧噻吩的衍生物，聚3甲基噻吩，聚3，4 二甲 基噻吩，以及共聚物如3，4 二烷基噻吩聚聚二烷基芴衍生的的順式聚乙炔，反式聚乙炔。
31.根據(jù)以上任一項權(quán)利要求所述的裝置(1)，其中至少一層遷移層(40)由聚乙烯醇 (PVA)制得。
32.根據(jù)以上任一項權(quán)利要求所述的裝置(1)，其中至少一層遷移層(40)含有電解液。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的裝置(1)，其中電解液最好是溶于氰化甲烷的二氯化鈣和 四氧氯化鋰。
34.根據(jù)權(quán)利要求32或33所述的裝置(1)，其中至少一層遷移層(40)含有膠體電解液。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的裝置(1)，其中膠體電解液由六氟磷酸四丁基氨(TBAPF6) 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)//碳酸丙烯(PC)/氰化甲烷(CAN)混合液制得。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的裝置(1)，其中TBAPF6/PMMA/PC/CAN混合液的重量比列為[3 7 20 : 70o
37.根據(jù)以上任一項權(quán)利要求所述的裝置(1)，其中至少一層遷移層(40)可從以下材 料制得硫化四氟乙烯，聚乙烯硫酸(PSSH)和聚環(huán)氧乙烯。
38.根據(jù)任一項權(quán)利要求32到37所述的裝置(1)，其中至少一層遷移層(40)包含毛 細材料中的電解液。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的裝置(1)，其中毛細材料可由下列材料制得紙，吸水紙，色 譜紙，吸附材料薄膜，通常的硅膠，氧化鋁或者纖維素，以及上述材料的任意組合。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的裝置(1)，其中至少一層遷移層(40)進一步由所列材料的 組合和合成物制得。
41.根據(jù)以上任一項權(quán)利要求所述的裝置(1)，其中至少一層遷移層(40)進一步包含 微米顆粒和/或納米顆粒來調(diào)節(jié)遷移層(40)內(nèi)遷移速度；其微米顆粒和/或納米顆粒由二 氧化鈦制得。
42.根據(jù)以上任一項權(quán)利要求所述的裝置(1)，其中至少一層遷移層(40)進一步包含 微米顆粒和/或納米顆粒來調(diào)節(jié)遷移層(40)內(nèi)遷移速度；其微米顆粒和/或納米顆粒由二 氧化硅制得。
43.根據(jù)以上任一項權(quán)利要求所述的裝置(1)，其中流體(70)在至少一層遷移層(40) 中沿其橫向充分滲透。
44.根據(jù)以上任一項權(quán)利要求所述的裝置(1)，其中流體(70)在至少一層遷移層(40) 中沿其縱向滲透。
45.根據(jù)以上任一項權(quán)利要求所述的裝置(1)，流體(70)在至少一層遷移層(40)內(nèi)沿 其縱向滲透，并穿過至少一層遷移層(40)的表面。
46.根據(jù)以上任一項權(quán)利要求所述的裝置(1)，其中化學單元可由下列組件組成電致 顏色顯示單元(220)，電開關(guān)，時控電阻器，原電池和電池單元(210)，以及以上所列的任意組合。
47.根據(jù)以上任一項權(quán)利要求所述的裝置(1)，其中至少一個單元與至少一層激活層 (20)和/或至少一層遷移層(40)直接接觸。
48.根據(jù)權(quán)利要求46所述的裝置(1)，其中電致顏色顯示單元(220)含有a.一個電解液基元(185)，b.一層電致顏色層(200)，c.一個顯示單元的電極(225)。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的裝置(1)，其中顯示單元的電極(225)由多孔材料制得。
50.根據(jù)權(quán)利要求48所述的裝置(1)，其中電致顏色顯示單元(220)的電解液基元 (185)與氣體滲透膜(162)接觸。
51.根據(jù)任一項權(quán)利要求48到50所述的裝置(1)，其中電解液基元(185)由溶于氰化 甲烷的二氯化鈣和四氧氯化鋰制得。
52.根據(jù)任一項權(quán)利要求9到51所述的裝置(1)，其中至少一個化學單元被封裝層 (50)覆蓋。
53.根據(jù)以上任一項權(quán)利要求所述的裝置(1)，其中至少一層激活層(20)的激活在橫 向上發(fā)生。
54.根據(jù)以上任一項權(quán)利要求所述的裝置(1)，其中至少一層激活層(20)的激活在縱向上發(fā)生。
55.根據(jù)權(quán)利要求46所述的裝置(1)，其中至少一層電池單元(210)包含一個多孔電 極(230)。
56.根據(jù)以上任一項權(quán)利要求所述的裝置(1)，其進一步包含一層支撐層(60)。
57.裝置(1)激活層的制作方法，其包含以下至少一個步驟 -提供一個襯底(10)，-沉積至少一層具有上表面(26)的激活層(20)，-在至少一層激活層(20)的上表面(26)的至少一部分上沉積至少一個單元，此至少一 層激活層(20)的上表面(26)的一部分(23)與至少一個單元接觸并能夠激活之。 -沉積至少一層遷移層(40)，此遷移層與至少一層激活層(20)接觸。
58.根據(jù)權(quán)利要求57所述的裝置(1)的制作方法，其進一步包括沉積封裝層(50)的步馬聚ο
59.根據(jù)權(quán)利要求57或58所述的裝置(1)的制作方法，其至少一層激活層(20)和至 少一層遷移層(40)依次沉積在襯底(10)上。
60.根據(jù)任一項權(quán)利要求57到59所述的裝置(1)的制作方法，其進一步包括至少一層 遷移層(40)，至少一層激活層(20)，封裝層(50)和/或電極(30)在襯底(10)上的沉積方 法；其中沉積以掩膜打印，旋轉(zhuǎn)涂層，噴霧涂層和浸漬涂層的方式實現(xiàn)。
61.根據(jù)權(quán)利要求60所述的裝置(1)的制作方法，其中沉積材料的圖案化可由光刻，掩 膜打印或切割方式實現(xiàn)。
62.根據(jù)任一項權(quán)利要求57到61所述的裝置(1)的制作方法，其中封裝層(50)是沉 積以及圖案化的，并且至少一層激活層(20)的至少一個暴露邊(25)沒有被封裝層(50)覆蓋ο
63.根據(jù)任一項權(quán)利要求57到62所述的裝置(1)的制作方法，其中封裝層(50)是沉 積以及圖案化的，并且至少一層遷移層(40)的一個暴露邊(45)沒有被封裝層(50)覆蓋。
64.根據(jù)任一項權(quán)利要求57到63所述的裝置(1)的制作方法，其進一步包含一個電解 液沉積在遷移層(40)上的步驟。
65.根據(jù)權(quán)利要求64所述的裝置(1)的制作方法，其中電解液從溶于氰化甲烷的二氯 化鈣和四氧氯化鋰中選擇。
66.根據(jù)任一項權(quán)利要求57到65所述的裝置(1)的制作方法，其進一步包括一個沉積 在遷移層(40)上的電解液用其他材料固化過程，其包括下列材料明膠，明膠衍生物，聚丙 烯酸，聚羥乙基甲基丙烯(HEMA)，聚甲基丙烯酸，聚乙烯吡咯烷酮，聚糖，聚丙烯酰胺，聚氨 酯，聚丙烯氧化物，聚乙烯氧化，聚硫酸基苯乙烯酸和鹽，以及上述次材料的共聚物，其中固 化的膠體電解液由離子鹽制得。
67.根據(jù)任一項權(quán)利要求57到66所述的裝置(1)的制作方法，其包含一層在襯底(10) 上并圖案化來形成流體容器(110)的沉積層，此流體容器(110)與至少一層激活層(20)的 暴露邊(25)接觸并由PVA或者吸水紙層制得。
68.根據(jù)任一項權(quán)利要求57到67所述的裝置(1)的制作方法，其中至少一層激活層 (20)包含寬度變化的輪廓邊，其變化的輪廓邊通過圖案化來實現(xiàn)。
69.根據(jù)任一項權(quán)利要求57到68所述的裝置(1)的制作方法，其中蒸汽傳輸路徑 (120)通過圖案化來制得，并且此蒸汽傳輸路徑(120)與至少一層遷移層(40)的至少一個 暴露邊(45)接觸。
70.根據(jù)任一項權(quán)利要求57到69所述的裝置(1)的制作方法，其進一步包括一個在襯 底一部分上面或者在遷移層上面以圖案化的方式沉積電極(30)的步驟，此電極(30)由導 電聚合物如PEDOT PSS制得。
71.根據(jù)任一項權(quán)利要求57到70所述的裝置(1)的制作方法，其中封裝層(50)是圖 案化的，此圖案化使得流體容器(110)的暴露表面(141)未被封裝層(50)覆蓋。
72.根據(jù)任一項權(quán)利要求57到71所述的裝置(1)的制作方法，其進一步包括裝置(1) 的干燥。
73.根據(jù)任一項權(quán)利要求57到72所述的裝置(1)的制作方法，其進一步包括在除去的 襯底(10) —部分上使用至少一個氣體滲透膜(160和/或162)。
74.根據(jù)任一項權(quán)利要求57到73所述的裝置(1)的制作方法，其進一步包括在至少一 層激活層(20)上沉積支撐層(66)。
75.裝置(1)的至少一個化學單元的激活方法，其中裝置(1)含有至少一層激活層 (20)，至少一層遷移層(40)，其至少一層遷移層(40)可被流體(70)滲透，并包含以下步 驟a.存在至少一層遷移層(40)的暴露邊(45)與流體(70)之間產(chǎn)生接觸。b.允許流體(70)在至少一層遷移層(40)內(nèi)滲透，并由此產(chǎn)生至少一層遷移層(40) 的第一部分(41)和第二部分(42)，以及至少一層激活層(20)的第一部分(21)和第二部 分(22)，其中至少一層遷移層(40)的第二部分(42)被流體(70)滲透，以及至少一層激活 層(20)的第二部分(22)表面(23)與流體(70)接觸；而至少一層遷移層(40)的第一部分 (41)和至少一層激活層(20)的第一部分(21)實際上沒有既被滲透也沒有與流體(70)接 觸。c.允許流體(70)滲透到至少一層遷移層(40)中，并由此產(chǎn)生至少一層遷移層(40)的 第二部分(42)，并進一步與至少一層激活層(20)的第二部分(22)表面(23)產(chǎn)生接觸，以 及在上一層激活層(20)的第一部分(21)與至少一層激活層的第二部分(22)之間產(chǎn)生一 個活動邊(80)；同樣地，在至少一層遷移層(40)的第一部分(41)和至少一層遷移層(40) 的第二部分(42)之間也產(chǎn)生一個遷移邊(130)；而流體(70)與至少一層激活層(20)的第 二部分(42)表面(23)接觸導致激活層(20)的第二部分(22)的摻雜濃度的變化，并激活 此時與流體(70)接觸的至少一個化學單元。
76.根據(jù)權(quán)利要求75所述的激活方法，其中摻雜濃度的變化由電化學反應(yīng)或化學反應(yīng) 誘發(fā)。
77.根據(jù)權(quán)利要求75或76所述的激活方法，其中摻雜濃度的變化進一步導致至少一層 激活層(20)的第二部分的顏色變化。
78.根據(jù)任一項權(quán)利要求75到77所述的激活方法，其中摻雜濃度的變化歸因于還原反應(yīng)。
79.根據(jù)任一項權(quán)利要求75到78所述的激活方法，其中摻雜濃度的變化歸因于氧化反應(yīng)。
80.根據(jù)任一項權(quán)利要求75到79所述的激活方法，其中摻雜濃度的變化可進一步導致 至少一層激活層(20)的第二部分(22)的電阻變化。
81.根據(jù)任一項權(quán)利要求75到80所述的激活方法，其中摻雜濃度變化的快慢取決于流 體(70)在遷移層(40)中的遷移速度。
82.根據(jù)任一項權(quán)利要求75到81所述的激活方法，其中摻雜濃度變化的快慢進一步取 決于在激活層(20)第二部分(22)表面(23)上的化學反應(yīng)和/或電化學反應(yīng)的速度。
83.根據(jù)權(quán)利要求81或82所述的激活方法，其中摻雜濃度變化的快慢還取決于裝置 (1)所處的溫度。
84.根據(jù)任一項權(quán)利要求81到83所述的激活方法，其中摻雜濃度變化的快慢還取決于 遷移層(40)被流體(70)的溶解速度。
85.根據(jù)任一項權(quán)利要求75到84所述的激活方法，其中摻雜濃度的變化由在第一接觸 層(61)和第二接觸層(62)之間施加一個偏壓觸發(fā)。
86.根據(jù)權(quán)利要求85所述的激活方法，其中偏壓由電池單元(210)提供。
87.根據(jù)任一項權(quán)利要求75到86所述的激活方法，其進一步包含是含有流體(70)的 腔囊(270)破裂，并讓流體(70)在至少一層遷移層(40)中遷移的過程。
88.根據(jù)任一項權(quán)利要求1到55所述的裝置(1)用于時間指示器，其以選擇合適的遷 移速度，和/或化學反應(yīng)和/或電化學反應(yīng)的速度來調(diào)節(jié)摻雜濃度的變化快慢。
89.根據(jù)權(quán)利要求88所述的裝置(1)的使用，其激活后的活動邊(80)用于記錄時間的 消耗。
90.根據(jù)任一項權(quán)利要求1到55所述的裝置⑴用于時間-溫度綜合效應(yīng)指示器，其 中摻雜濃度的變化快慢與溫度有關(guān)。
91.根據(jù)任一項權(quán)利要求1到55所述的裝置(1)用于開關(guān)，其中開關(guān)的狀態(tài)由至少一 層激活層(20)的摻雜濃度變化引起。
92.根據(jù)任一項權(quán)利要求1到55所述的裝置(1)的使用，其中電阻的變化用于開啟或 關(guān)閉至少一個化學單元的組合。
93.根據(jù)任一項權(quán)利要求1到55所述的裝置(1)的使用，其中激活層(20)狹窄部分 (27)的順序引起電阻隨時間的順序變化。
94.根據(jù)任一項權(quán)利要求1到55所述的裝置(1)的使用，其中化學單元的順序的一部 分通過電阻的連續(xù)變化或化學單元的直接激活而激活。
95.根據(jù)任一項權(quán)利要求1到55所述的裝置(1)的使用，其中電阻的變化提供一個連 接到裝置的RFID模塊的負載調(diào)制。
96.根據(jù)任一項權(quán)利要求24到26所述的裝置(1)的使用，其中裝置(1)包含流體(70) 的儲液槽壁的一部分。
97.根據(jù)權(quán)利要求96所述的裝置(1)的使用，其中儲液槽包含以下任意所述的之一 血液樣品容器和食品容器。
98.根據(jù)權(quán)利要求88或89所述的裝置(1)的使用，其中時間指示器包含以下任意所述 的之一時間變化信號，在限定時間之前使用有效或使用為佳的的某事件指示標簽。
99.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置(1)的使用，其中每個狹窄部分的順序引起按以下所 述的開關(guān)狀態(tài)開，關(guān)，開-關(guān)-開和關(guān)-開-關(guān)。
100.將根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置(1)用于可變電阻器。
101.根據(jù)權(quán)利要求100所述的裝置(1)的使用，其中摻雜濃度N的變化引起電阻R以 R= f(t)的方式變化。
全文摘要
本發(fā)明公開一種至少激活一種化學單元的裝置(1)。其裝置(1)包含至少一層激活層(20)，及其至少一層遷移層(40)。其遷移層(40)臨近至少一層激活層(20)，并能通過流體(70)滲透。所用的流體(70)能夠?qū)е轮辽僖粚蛹せ顚?20)摻雜濃度的變化，其變化可以激活至少一種化學單元。其化學單元包含一種電致顏色顯示單元(220)，一個電學開關(guān)，一個時間控制電阻器，一個電池，或者以上所列的任意組合。
文檔編號G02F1/163GK101842743SQ200880113790
公開日2010年9月22日 申請日期2008年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月30日
發(fā)明者M·克內(nèi)爾 申請人:北萊茵法威廉明斯特大學