專利名稱：一種溶液沉積制備聚3-己基噻吩取向有序薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于制備共軛聚合物取向有序薄膜領(lǐng)域，具體涉及ー種溶液沉積制備聚
3-己基噻吩取向有序薄膜的方法。
背景技術(shù)：
控制共軛聚合物分子在溶液加工過程中的分子堆砌行為，從而控制共軛聚合物薄膜中的分子取向，能夠優(yōu)化分子之間的電子云重疊，有利于載流子的傳輸，為制備高性能有機(jī)半導(dǎo)體器件提供基礎(chǔ)。目前主要通過外力誘導(dǎo)或基底性質(zhì)調(diào)控兩種手段控制溶液加工過程中共軛聚合物分子取向。用摩擦產(chǎn)生的帶有取向溝道的基底誘導(dǎo)共軛的液晶類分子取向是常用的方法，可以使液晶分子長(zhǎng)軸沿著摩擦溝道的方向高度取向。摩擦取向存在明顯的缺陷，很容易引入污染物、劃痕及引起表面電荷分離。通過基底表面改性，増加材料和基底 的界面相互作用也可以調(diào)控共軛聚合物分子的取向結(jié)構(gòu)。單分子自組裝層法被廣泛用于基底改性。通過改變單分子自組裝層分子的長(zhǎng)度、剛性、端基等調(diào)控改性基底的表面性質(zhì)，可調(diào)節(jié)基底表面與共軛聚合物之間的相互作用力并誘導(dǎo)溶液加工薄膜中的分子取向。先進(jìn)功能材料雜志2005年15期I卷77頁報(bào)道了通過調(diào)節(jié)改性基底的自組裝單分子層性質(zhì)，誘導(dǎo)沉積薄膜中的聚噻吩分子采取垂直或平行于基底構(gòu)相的方法。先進(jìn)材料雜志2006年18期7卷860頁報(bào)道了利用結(jié)晶溶劑1，3，5-三氯苯的晶格和聚噻吩晶格匹配，在溫度梯度場(chǎng)的作用下在基底表面生成1，3，5-三氯苯取向結(jié)晶，并誘導(dǎo)聚噻吩分子在1，3，5-三氯苯晶體上取向外延生長(zhǎng)最終獲得聚噻吩取向片層形貌。這些方法都需要對(duì)基底進(jìn)行前處理，以調(diào)節(jié)分子與基底的相互作用并誘導(dǎo)產(chǎn)生取向薄膜，這增加了加工過程的復(fù)雜性并容易導(dǎo)致基底表面引入雜質(zhì)而污染需要加工的薄膜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的制備聚噻吩取向有序薄膜的方法要對(duì)基底進(jìn)行前處理的問題，而提供ー種溶液沉積制備聚3-己基噻吩取向有序薄膜的方法。本發(fā)明提供ー種溶液沉積制備聚3-己基噻吩取向有序薄膜的方法，包括如下步驟( I)將第一溶劑和第二溶劑混合，形成混合溶剤，所述的第一溶劑為甲苯，第二溶劑為ニ甲苯、異丙苯或1，3，5_三甲苯；(2)將聚3-己基噻吩(P3HT)加入步驟(I)得到的混合溶劑中，得到聚3_己基噻吩溶液；(3)通過溶液定向沉積裝置向移動(dòng)的基底表面沉積步驟(2)得到的聚3-己基噻吩溶液，基底的溫度為15°C 50°C，基底移動(dòng)速度為10微米/秒 150微米/秒，溶液干燥后得到聚3-己基噻吩的取向有序薄膜。優(yōu)選的是，所述的步驟(I)混合溶劑中第一溶劑體積百分比為33. 3% 85. 7%。優(yōu)選的是，所述的步驟(I)第二溶劑為ニ甲苯。
優(yōu)選的是，所述的步驟(2)聚3-己基噻吩溶液中聚3-己基噻吩的濃度為為0. 5毫
克/暈升 10. 0暈克/暈升。更優(yōu)選的是，所述的步驟(2)聚3-己基噻吩溶液中聚3-己基噻吩的濃度為、為
0.8暈克/暈升 2. 0暈克/暈升。優(yōu)選的是，所述的步驟(3)中基底的溫度為20°C 35°C，基底移動(dòng)速度為15微米/秒 50微米/秒。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明提供ー種溶液沉積制備聚3-己基噻吩取向有序薄膜的方法，該方法將第一溶劑和第二溶劑混合，形成混合溶剤，所述的第一溶劑為甲苯，第二溶劑為ニ甲苯，異丙苯或1，3，5_三甲苯；然后將P3HT加入混合溶劑中，得到P3HT溶液；通過溶液定向沉積裝置 向移動(dòng)的基底表面沉積P3HT溶液，溶液干燥后得到P3HT的取向有序薄膜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明P3HT的取向有序薄膜ニ向色性為I. 37 I. 83，證明薄膜中的分子發(fā)生了取向。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明ー種溶液沉積制備聚3-己基噻吩取向有序薄膜的方法，是在未經(jīng)改性的基底上直接通過溶液揮發(fā)過程控制獲得P3HT取向有序薄膜，該方法不需要對(duì)基底預(yù)處理，簡(jiǎn)化了加工步驟并提高了加工效率，同時(shí)降低了基底預(yù)處理可能在基底表面引入雜質(zhì)和缺陷的可能，為聞純度和聞質(zhì)量薄I旲的制備提供了基礎(chǔ)。


圖I為本發(fā)明溶液定向沉積裝置原理示意圖；圖2為本發(fā)明溶液定向沉積裝置沉積過程原理圖；其中I、基底，2、溶液，3、噴頭，4、溶液彎月面，5、薄膜；圖3為本發(fā)明實(shí)施例I中的P3HT取向有序薄膜的偏振吸收光譜圖；圖4為實(shí)施例I中P3HT取向有序薄膜的原子力顯微鏡照片；圖5為實(shí)施例I中的P3HT取向有序薄膜透射電子顯微鏡的選區(qū)電子衍射圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供ー種溶液沉積制備聚3-己基噻吩取向有序薄膜的方法，包括如下步驟( I)將第一溶劑和第二溶劑混合，形成混合溶剤，所述的第一溶劑為甲苯，第二溶劑為ニ甲苯，異丙苯或1，3，5_三甲苯；(2)將聚3-己基噻吩(P3HT)加入步驟(I)得到的混合溶劑中，得到聚3_己基噻吩溶液；(3)通過溶液定向沉積裝置向移動(dòng)的基底表面沉積步驟(2)得到的聚3-己基噻吩溶液，基底的溫度為15°C 50°C，基底移動(dòng)速度為10微米/秒 150微米/秒，溶液干燥后得到聚3-己基噻吩的取向有序薄膜。優(yōu)選的是，所述的步驟(I)混合溶劑中第一溶劑體積百分比為33. 3% 85. 7%。優(yōu)選的是，所述的步驟(I)第二溶劑為ニ甲苯。本發(fā)明所述的混合溶劑調(diào)節(jié)聚3-己基噻吩在溶液中的溶解性，利用P3HT在溶液中的分子間相互作用使其聚集，生成溶液狀態(tài)下的微晶。
本發(fā)明所述P3HT購(gòu)自Sigma-Aldrich公司(P3HT的數(shù)均分子量為87000，規(guī)整度為 98. 5%)或 Nichem Fine Technology 公司(P3HT 的數(shù)均分子量為 68000 或 30000-40000，規(guī)整度為99%)。優(yōu)選的是，所述的步驟(2)聚3-己基噻吩溶液中聚3-己基噻吩的濃度為為0. 5毫克/暈升 10. 0暈克/暈升，更優(yōu)選為0. 8暈克/暈升 2. 0暈克/暈升。優(yōu)選的是，所述的步驟(3)中基底的溫度為20°C 35°C，基底移動(dòng)速度為15微米/秒 50微米/秒。本發(fā)明所述的溶液定向沉積裝置的原理示意圖，如圖I所示，工作過程中，計(jì)算機(jī)首先控制注射泵的注射器活塞移動(dòng)速率，從而控制溶液注射速率，同時(shí)計(jì)算機(jī)通過基底位移控制器控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間，從而控制基底移動(dòng)速率，基底移動(dòng)和溶液注射相配合，完成基底表面溶液沉積并控制沉積速度。同時(shí)通過基底溫度控制可調(diào)節(jié)沉積溶液的 干燥速率。 本發(fā)明溶液定向沉積裝置沉積過程原理圖，如圖2所示，包括基底I、溶液2、噴頭
3、溶液彎月面4和薄膜5，噴頭3噴出的溶液2隨著基底I的移動(dòng)和溶液2的揮發(fā)形成溶液彎月面4，并沉積在基底I上，溶液干燥后得到薄膜5，在溶液沉積成膜的過程當(dāng)中，溶劑的揮發(fā)過程主要發(fā)生在溶液定向沉積裝置的噴嘴與移動(dòng)基底之間的溶液彎月面處，由于溶劑的揮發(fā)與基底的移動(dòng)，彎月面附近的P3HT溶液形成了ー個(gè)濃度梯度，通過改變基底的移動(dòng)速度和溶劑的揮發(fā)速度，可以使彎月面附近的P3HT溶液濃度梯度的方向平行于基底移動(dòng)的方向，在濃度梯度的作用下，溶液中的聚集微晶析出并取向排列，同時(shí)誘導(dǎo)溶液中的P3HT分子進(jìn)ー步結(jié)晶，生成薄膜中的取向纖維晶。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)ー步說明。實(shí)施例I(I)量取甲苯30毫升和I，3，5-三甲苯5毫升，并將甲苯與1，3，5_三甲苯混合配置混合溶劑，混合溶劑中的甲苯所占體積百分比為85. 7% ；(2)稱取分子量87000，規(guī)整度為98. 5%的P3HT35毫克，而后加入步驟(I)中的混合溶劑使P3HT溶解形成溶液，溶液濃度為I毫克/毫升；(3)通過溶液定向沉積裝置向移動(dòng)的基底表面沉積步驟(2)中配制的P3HT溶液，基底的溫度為30°C，基底移動(dòng)速度為50微米/秒，溶液干燥后得到P3HT的取向有序薄膜。。圖3為本發(fā)明實(shí)施例I中的P3HT取向有序薄膜的偏振吸收光譜圖。其中I為薄膜取向方向垂直于偏振光的薄膜吸收光譜，2為薄膜取向方向平行于偏振光的薄膜吸收光譜，薄膜的ニ向色性為I. 73，證明薄膜中的分子發(fā)生了取向。圖4為實(shí)施例I中P3HT取向有序薄膜的原子力顯微鏡照片。在原子力顯微鏡的圖片中可以看見薄膜表面存在纖維狀結(jié)晶并發(fā)生了取向。圖5為實(shí)施例I中的P3HT取向有序薄膜透射電子顯微鏡的選區(qū)電子衍射圖。電子衍射得到的弧形結(jié)構(gòu)表明薄膜中的P3HT分子發(fā)生了取向。實(shí)施例2(I)量取甲苯5毫升和1，3，5-三甲苯5毫升，并將甲苯與1，3，5_三甲苯混合配置混合溶劑，混合溶劑中的甲苯所占體積百分比為50% ；(2)稱取分子量30000-40000，規(guī)整度為99%的P3HT60毫克，而后加入步驟(I)中的混合溶劑使P3HT溶解形成溶液，溶液濃度為6. O毫克/毫升；(3)通過溶液定向沉積裝置向移動(dòng)的基底表面沉積步驟(2)中配制的P3HT溶液，基底的溫度為50°C，基底移動(dòng)速度為150微米/秒，溶液干燥后得到P3HT的取向有序薄膜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，獲得P3HT薄膜的ニ向色性為I. 41，證明薄膜中的分子發(fā)生了取向。實(shí)施例3( I)量取甲苯9毫升和異丙苯11毫升，并將甲苯與異丙苯混合配置混合溶剤，混合溶劑中的甲苯所占體積百分比為45% ；(2)稱取分子量68000，規(guī)整度為99%的P3HT40毫克，而后加入步驟(I)中的混合溶劑使P3HT溶解形成溶液，溶液濃度為2. 0毫克/毫升；(3)通過溶液定向沉積裝置向移動(dòng)的基底表面沉積步驟(2)中配制的P3HT溶液，基底的溫度為20°C，基底移動(dòng)速度為50微米/秒，溶液干燥后得到P3HT的取向有序薄膜。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，獲得P3HT薄膜的ニ向色性為I. 65，證明薄膜中的分子發(fā)生了取向。實(shí)施例4( I)量取甲苯14毫升和異丙苯6毫升，并將甲苯與異丙苯混合配置混合溶剤，混合溶劑中的甲苯所占體積百分比為70% ；(2)稱取分子量87000，規(guī)整度為98. 5%的P3HT16毫克，而后加入步驟(I)中的混合溶劑使P3HT溶解形成溶液，溶液濃度為0. 8毫克/毫升；(3)通過溶液定向沉積裝置向移動(dòng)的基底表面沉積步驟(2)中配制的P3HT溶液，基底的溫度為35°C，基底移動(dòng)速度為15微米/秒，溶液干燥后得到P3HT的取向有序薄膜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，獲得P3HT薄膜的ニ向色性為I. 83，證明薄膜中的分子發(fā)生了取向。實(shí)施例5(I)量取甲苯4毫升和ニ甲苯8毫升，并將甲苯與ニ甲苯混合配置混合溶劑，混合溶劑中的甲苯所占體積百分比為33. 3% ；(2)稱取分子量30000-40000，規(guī)整度為99%的P3HT120毫克，而后加入步驟(I)中的混合溶劑使P3HT溶解形成溶液，溶液濃度為10. 0毫克/毫升；(3)通過溶液定向沉積裝置向移動(dòng)的基底表面沉積步驟(2)中配制的P3HT溶液，基底的溫度為15°C，基底移動(dòng)速度為10微米/秒，溶液干燥后得到P3HT的取向有序薄膜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，獲得P3HT薄膜的ニ向色性為I. 37，證明薄膜中的分子發(fā)生了取向。實(shí)施例6(I)量取甲苯4毫升和ニ甲苯4毫升，并將甲苯與ニ甲苯混合配置混合溶劑，混合溶劑中的甲苯所占體積百分比為50% ；(2)稱取分子量68000，規(guī)整度為99%的P3HT4毫克，而后加入步驟(I)中的混合溶劑使P3HT溶解形成溶液，溶液濃度為0. 5毫克/毫升；(3)通過溶液定向沉積裝置向移動(dòng)的基底表面沉積步驟(2)中配制的P3HT溶液，基底的溫度為30°C，基底移動(dòng)速度為60微米/秒，溶液干燥后得到P3HT的取向有序薄膜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，獲得P3HT薄膜的ニ向色性為I. 57，證明薄膜中的分子發(fā)生了取向。
權(quán)利要求
1.ー種溶液沉積制備聚3-己基噻吩取向有序薄膜的方法，其特征在于，包括如下步驟 (1)將第一溶劑和第二溶劑混合，形成混合溶劑，所述的第一溶劑為甲苯，第二溶劑為ニ甲苯、異丙苯或1，3，5-三甲苯； (2)將聚3-己基噻吩加入步驟(I)得到的混合溶劑中，得到聚3-己基噻吩溶液； (3)通過溶液定向沉積裝置向移動(dòng)的基底表面沉積步驟(2)得到的聚3-己基噻吩溶液，基底的溫度為15°C 50°C，基底移動(dòng)速度為10微米/秒 150微米/秒，溶液干燥后得到聚3-己基噻吩的取向有序薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種溶液沉積制備聚3-己基噻吩取向有序薄膜的方法，其特征在于，所述的步驟(I)混合溶劑中第一溶劑體積百分比為33. 3% 85. 7%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種溶液沉積制備聚3-己基噻吩取向有序薄膜的方法，其特征在于，所述的步驟(I)第二溶劑為ニ甲苯。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種溶液沉積制備聚3-己基噻吩取向有序薄膜的方法，其特征在于，所述的步驟(2)聚3-己基噻吩溶液中聚3-己基噻吩的濃度為為0. 5毫克/毫升 10. 0暈克/暈升。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ー種溶液沉積制備聚3-己基噻吩取向有序薄膜的方法，其特征在于，所述的步驟(2)聚3-己基噻吩溶液中聚3-己基噻吩的濃度為0. 8毫克/毫升 .2.0暈克/暈升。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ー種溶液沉積制備聚3-己基噻吩取向有序薄膜的方法，其特征在于，所述的步驟(3)中基底的溫度為20°C 35°C，基底移動(dòng)速度為15微米/秒 50微米/秒。
全文摘要
一種溶液沉積制備聚3-己基噻吩取向有序薄膜的方法，屬于制備共軛聚合物取向有序薄膜領(lǐng)域。解決現(xiàn)有的制備聚噻吩取向有序薄膜的方法要對(duì)基底進(jìn)行前處理的問題。該方法將第一溶劑和第二溶劑混合，形成混合溶劑，所述的第一溶劑為甲苯，第二溶劑為二甲苯，異丙苯或1，3，5-三甲苯；然后將P3HT加入混合溶劑中，得到P3HT溶液；通過溶液定向沉積裝置向移動(dòng)的基底表面沉積P3HT溶液，溶液干燥后得到P3HT的取向有序薄膜。該方法不需要對(duì)基底預(yù)處理，簡(jiǎn)化了加工步驟并提高了加工效率。
文檔編號(hào)C08L65/00GK102786703SQ201210253870
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月20日
發(fā)明者劉劍剛, 邢汝博, 韓艷春, 高翔 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所