一種pvdf基有機(jī)鐵電聚合物超晶格制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種PVDF基有機(jī)鐵電聚合物超晶格制備方法。將PVDF基有機(jī)鐵電聚合物溶入二甲基亞砜溶液中，通過朗繆爾-布羅基特方法，交替厚度可調(diào)節(jié)地將不同的PVDF基有機(jī)鐵電聚合物轉(zhuǎn)移至襯底上，經(jīng)過退火處理，去除界面殘留溶劑及保證超晶格具有良好結(jié)晶特性，形成一種PVDF有機(jī)聚合物超晶格結(jié)構(gòu)。本發(fā)明制備PVDF基有機(jī)鐵電聚合物超晶格，方法及工藝簡單，可精確控制單層薄膜厚度，為研究PVDF基有機(jī)鐵電聚合物超晶格結(jié)構(gòu)的奇特相變、電學(xué)及光學(xué)特性以及相關(guān)器件提供了保證。
【專利說明】一種PVDF基有機(jī)鐵電聚合物超晶格制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及有機(jī)聚合物類超晶格薄膜的制備技術(shù)，具體指一種基于聚偏氟乙烯基有機(jī)鐵電聚合物超晶格的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超晶格的概念是于上世紀(jì)70年代提出的，其定義是運(yùn)用兩種晶格匹配較好的半導(dǎo)體材料交替地生長周期性結(jié)構(gòu)，單層的厚度控制在幾個至幾十個納米以下，電子在沿生長方向傳播或廣生振蕩。超晶格可以分為組分超晶格，慘雜超晶格，多維超晶格以及應(yīng)變超晶格等。超晶格是基于半導(dǎo)體材料提出的，然而隨著薄膜制備技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，如分子束外延，脈沖激光濺射沉積，原子層沉積，金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積以及朗繆爾-布羅基特等薄膜生長技術(shù)。近年來，越來越多的材料體系可以制備成超晶格結(jié)構(gòu)。
[0003]超晶格結(jié)構(gòu)由于其單層厚度可以控制，其幾何尺寸具有量子化效應(yīng)，該結(jié)構(gòu)可以廣泛應(yīng)用于光電器器件中。已經(jīng)有大量關(guān)于超晶格量子阱在光電子器件中的應(yīng)用，如量子阱激光器以及超晶格光探測器等。近年來，隨著有機(jī)材料體系的發(fā)展，也有關(guān)于有機(jī)半導(dǎo)體超晶格的報道，如3，4，9，10-茈四羧酸二酐(PTCDA)與3，4，7，8-萘四甲酸二酐(NTCDA)超晶格(Physica Scripta.T49, 699-705，1993)，富勒烯衍生物(PCBM)與擴(kuò)展的四硫富瓦烯(exTTF) (Nano Letter，7，2602-2607 (2007))也有關(guān)于氧化物體系超晶格的報道，如鐵電超晶格BaTi03/SrTi03 (Nature433, 395 - 399(2005).)在有關(guān)于鐵電超晶格的報道中，超晶格結(jié)構(gòu)可以增強(qiáng)鐵電極化特性。
[0004]鐵電材料，是一類在某溫度范圍內(nèi)具有自發(fā)極化，而且自發(fā)極化強(qiáng)度隨外電場變化而變化的一類材料是近年來研究的一類熱點材料。近年來，基于聚偏二氟乙烯(簡稱為PVDF)，聚偏二氟乙烯和三氟乙烯的共聚物(簡稱P(VDF-TrFE))是一種性能優(yōu)良的鐵電聚合物材料，可以被廣泛應(yīng)用 于能量傳導(dǎo)，信息存儲以及紅外探測的功能材料。同時它具有較低的介電常數(shù)、低彈性系數(shù)和低密度，也是制備傳感器的理想材料。對于該類聚合物鐵電材料的超晶格結(jié)構(gòu)的研究尚未開展，
[0005]隨著傳感器和微機(jī)電器件的發(fā)展，現(xiàn)今對器件的性能提出了更高的要求?；谠擃惒牧铣Ц窠Y(jié)構(gòu)的制備和物性，及其相關(guān)器件的研制，越來越多的受到廣泛關(guān)注。本發(fā)明將基于PVDF基鐵電聚合物為基礎(chǔ)材料，發(fā)明一種基于朗繆爾-布羅基特技術(shù)制備于PVDF基鐵電聚合物超晶格的工藝過程。該方法制備聚合物超晶格結(jié)構(gòu)，制備工藝簡單，可室溫制備。同時可通過調(diào)整提拉次數(shù)從而方便控制超晶格結(jié)構(gòu)，易于制備不同周期的超晶格結(jié)構(gòu)薄膜，從而能拓寬該類超晶格結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)研究和其應(yīng)用領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提出一種PVDF基有機(jī)鐵電聚合物超晶格制備方法，實現(xiàn)了有機(jī)鐵電聚合物超晶格結(jié)構(gòu)的制備。
[0007]1.一種PVDF基有機(jī)鐵電聚合物超晶格制備方法。其特征包括以下步驟:[0008]( I)將襯底材料清洗干凈保證其表面的平整度，并做表面疏水處理；
[0009](2)將不同PVDF基有機(jī)鐵電聚合物溶液滴均勻鋪入朗繆爾-布羅基特設(shè)備已經(jīng)注入靜置超純水的液體槽中，待PVDF基有機(jī)鐵電聚合物均勻分布在液面，并通過擠壓成膜的液面，通過控制液面表面壓力使薄膜成膜連續(xù)；
[0010](3)將連續(xù)薄膜通過水平轉(zhuǎn)移朗繆爾-布羅基特方法轉(zhuǎn)移至襯底上，通過交替轉(zhuǎn)移不同PVDF基有機(jī)鐵電聚合物薄膜，重復(fù)一定周期，并將生長的交替薄膜經(jīng)過退火處理，薄膜的退火溫度為110-135°C，維持4小時后，冷卻至室溫，便形成PVDF基有機(jī)鐵電聚合物超晶格結(jié)構(gòu)。
[0011]步驟(1)中所述的襯底材料為石英玻璃，氧化物單晶，硅基片或有機(jī)薄膜材料，襯底的表面粗糙度低于3納米。
[0012]步驟(2)中所述的PVDF基有機(jī)鐵電聚合物為:聚偏氟乙烯單聚物，聚偏氟乙烯_ 二氟乙烯共聚物或聚偏氟乙烯_ 二氟乙烯-氯氟乙烯二聚物。[0013]步驟(2)中所述的PVDF基有機(jī)鐵電聚合物溶液的溶劑為二甲基亞砜，其溶液濃度的質(zhì)量百分含量為0.01%。
[0014]步驟(2)中所述的超純水的電阻為18.2兆歐姆，液面表面壓控制在5毫牛頓每米。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點在于制備一種基于聚偏氟乙烯(PVDF)鐵電聚合物材料的超晶格結(jié)構(gòu)，利用該方法制備鐵電聚合物超晶格，其工藝簡單，成本低，易于制備不同周期結(jié)構(gòu)的有機(jī)鐵電聚合物超晶格。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0016]圖1為PVDF基聚合物超晶格制備不意圖。
【具體實施方式】:
[0017]下面將是結(jié)合附圖1，表述本發(fā)明的具體實施方法，分為三個實施例進(jìn)行具體表述。具體步驟依次為:
[0018]實施例1:
[0019]將襯底材料清洗干凈保證其表面的平整度，并做表面疏水處理；襯底材料可為石英玻璃。運(yùn)用硬脂酸鐵在其表面反復(fù)擦拭，用脫脂棉擦去表面附著的硬脂酸鐵殘留，后用去離子水將石英玻璃襯底沖洗干凈。
[0020]將PVDF基聚合物P (VDF-TrFE)和PVDF基聚合物P (VDF-TrFE-CFE)有機(jī)鐵電聚合物分別溶于二甲基亞砜溶液中，其溶液濃度為質(zhì)量百分含量為0.01%。
[0021]分別將P (VDF-TrFE)和P (VDF-TrFE-CFE)有機(jī)鐵電聚合物二甲基亞砜溶液均勻鋪入兩臺朗繆爾-布羅基特設(shè)備已經(jīng)注入靜置超純水的液體槽中，超純水電阻為18.2兆歐姆，待有機(jī)鐵電聚合物均勻分布在液面，并通過擠壓成膜的液面，通過控制液面表面壓力至5毫牛每米，使薄膜成膜連續(xù)；
[0022]其中所述超純水電阻為18.2兆歐姆。
[0023]將連續(xù)薄膜通過水平轉(zhuǎn)移朗繆爾-布羅基特方法轉(zhuǎn)移至石英襯底上，通過交替轉(zhuǎn)移P (VDF-TrFE)和P (VDF-TrFE-CFE)有機(jī)鐵電聚合物薄膜，并重復(fù)一定周期，可得到一定厚度的交替薄膜，并將生長的交替薄膜經(jīng)過退火處理4小時，退火溫度為110°C，冷卻至室溫，可形成PVDF基有機(jī)鐵電聚合物超晶格結(jié)構(gòu)。
[0024]實施例2:
[0025]將襯底材料清洗干凈保證其表面的平整度，并做表面疏水處理；襯底材料可為石英玻璃。運(yùn)用硬脂酸鐵在其表面反復(fù)擦拭，用脫脂棉擦去表面附著的硬脂酸鐵殘留，后用去離子水將石英玻璃襯底沖洗干凈。
[0026]將PVDF基聚合物P (VDF-TrFE)和PVDF基聚合物P (VDF-TrFE-CFE)有機(jī)鐵電聚合物分別溶于二甲基亞砜溶液中，其溶液濃度為質(zhì)量百分含量為0.01%。
[0027]分別將P (VDF-TrFE)和P (VDF-TrFE-CFE)有機(jī)鐵電聚合物二甲基亞砜溶液均勻鋪入兩臺朗繆爾-布羅基特設(shè)備已經(jīng)注入靜置超純水的液體槽中，超純水電阻為18.2兆歐姆，待有機(jī)鐵電聚合物均勻分布在液面，并通過擠壓成膜的液面，通過控制液面表面壓力至5毫牛每米，使薄膜成膜連續(xù)；
[0028]其中所述超純水電阻為18.2兆歐姆。
[0029]將連續(xù)薄膜通過水平轉(zhuǎn)移朗繆爾-布羅基特方法轉(zhuǎn)移至石英襯底上，通過交替轉(zhuǎn)移P (VDF-TrFE)和P (VDF-TrFE-CFE)有機(jī)鐵電聚合物薄膜，并重復(fù)一定周期，可得到一定厚度的交替薄膜，并將生長的交替薄膜經(jīng)過退火處理4小時，退火溫度為135°C，冷卻至室溫，可形成PVDF基有機(jī)鐵電聚合物超晶格結(jié)構(gòu)。
[0030]實施例3:
[0031]將襯底材料清洗干凈保證其表面的平整度，并做表面疏水處理；襯底材料可為石英玻璃。運(yùn)用硬脂酸鐵在其表面反復(fù)擦拭，用脫脂棉擦去表面附著的硬脂酸鐵殘留，后用去離子水將石英玻璃襯底沖洗干凈。
[0032]將PVDF基聚合物P (VDF-TrFE)和PVDF基聚合物P (VDF-TrFE-CFE)有機(jī)鐵電聚合物分別溶于二甲基亞砜溶液中，其溶液濃度為質(zhì)量百分含量為0.01%。
[0033]分別將P (VDF-TrFE)和P (VDF-TrFE-CFE)有機(jī)鐵電聚合物二甲基亞砜溶液均勻鋪入兩臺朗繆爾-布羅基特設(shè)備已經(jīng)注入靜置超純水的液體槽中，超純水電阻為18.2兆歐姆，待有機(jī)鐵電聚合物均勻分布在液面，并通過擠壓成膜的液面，通過控制液面表面壓力至5毫牛每米，使薄膜成膜連續(xù)；
[0034]其中所述超純水電阻為18.2兆歐姆。
[0035]將連續(xù)薄膜通過水平轉(zhuǎn)移朗繆爾-布羅基特方法轉(zhuǎn)移至石英襯底上，通過交替轉(zhuǎn)移P (VDF-TrFE)和P (VDF-TrFE-CFE)有機(jī)鐵電聚合物薄膜，并重復(fù)一定周期，可得到一定厚度的交替薄膜，并將生長的交替薄膜經(jīng)過退火處理4小時，退火溫度為120°C，冷卻至室溫，可形成PVDF基有機(jī)鐵電聚合物超晶格結(jié)構(gòu)。
【權(quán)利要求】
1.一種PVDF基有機(jī)鐵電聚合物超晶格制備方法，其特征包括以下步驟: (1)將襯底材料清洗干凈保證其表面的平整度，并做表面疏水處理； (2)將不同PVDF基有機(jī)鐵電聚合物溶液滴均勻鋪入朗繆爾-布羅基特設(shè)備已經(jīng)注入靜置超純水的液體槽中，待PVDF基有機(jī)鐵電聚合物均勻分布在液面，并通過擠壓成膜的液面，通過控制液面表面壓力使薄膜成膜連續(xù)； (3)將連續(xù)薄膜通過水平轉(zhuǎn)移朗繆爾-布羅基特方法轉(zhuǎn)移至襯底上，通過交替轉(zhuǎn)移不同PVDF基有機(jī)鐵電聚合物薄膜，重復(fù)一定周期，并將生長的交替薄膜經(jīng)過退火處理，薄膜的退火溫度為110-135°C，維持4小時后，冷卻至室溫，便形成PVDF基有機(jī)鐵電聚合物超晶格結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種PVDF基有機(jī)鐵電聚合物超晶格制備方法，其特征在于，步驟(1)中所述的襯底材料為石英玻璃，氧化物單晶，硅基片或有機(jī)薄膜材料，襯底的表面粗糙度低于3納米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種PVDF基有機(jī)鐵電聚合物超晶格制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述的PVDF基有機(jī)鐵電聚合物為聚偏氟乙烯單聚物，聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物或聚偏氟乙烯-三氟乙烯-氯氟乙烯三聚物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種PVDF基有機(jī)鐵電聚合物超晶格制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述的PVDF基有機(jī)鐵電聚合物溶液的溶劑為二甲基亞砜，其溶液濃度的質(zhì)量百分含量為0.01%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種PVDF基有機(jī)鐵電聚合物超晶格制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述的 超純水的電阻為18.2兆歐姆，液面表面壓控制在5毫牛頓每米。
【文檔編號】C08L27/16GK103848997SQ201410020895
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月17日
【發(fā)明者】王建祿, 趙曉林, 孟祥建, 韓莉, 孫碩, 沈宏, 孫璟蘭, 褚君浩 申請人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所