專利名稱：二階非線性共軛聚合物電暈極化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電光波導(dǎo)材料技術(shù)領(lǐng)域，是一種改進(jìn)的對(duì)二階非線性聚合物進(jìn)行電暈極化的方法，適用于制備聚合物有源光電子器件等。
導(dǎo)電聚合物材料按其結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電機(jī)理的不同通常分為復(fù)合導(dǎo)電聚合物材料和共軛聚合物材料。復(fù)合導(dǎo)電聚合物材料因原料易得、成本較低、工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、電阻率可在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，同時(shí)具有一定程度的再加工性，目前已有許多工業(yè)化產(chǎn)品。復(fù)合導(dǎo)電聚合物的應(yīng)用主要集中在抗靜電材料、電磁波屏蔽材料、導(dǎo)電材料、開(kāi)關(guān)性能元器件、半導(dǎo)體材料等方面。
復(fù)合導(dǎo)電聚合物材料通常是依賴其中的導(dǎo)電功能體進(jìn)行導(dǎo)電，這類材料大多具有導(dǎo)電相和基體相的分相結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可用于制成體積較大的各種產(chǎn)品和器件，也可用于制造某些功能性元器件，但其功能穩(wěn)定性和持久性受到器件最小尺度的限制，也就是說(shuō)，復(fù)合導(dǎo)電聚合物材料不適合微電子元器件方面的應(yīng)用。
共軛聚合物材料在導(dǎo)電機(jī)理和結(jié)構(gòu)特征方面與復(fù)合導(dǎo)電聚合物材料很不相同。由于共軛聚合物材料保持其材料性能的加工尺度可達(dá)微米級(jí)，而且某些共軛聚合物材料還具有特殊光學(xué)性質(zhì)，因此這類材料在微電子學(xué)和光電子學(xué)領(lǐng)域中的潛在應(yīng)用價(jià)值倍受關(guān)注?，F(xiàn)已合成出多種共軛聚合物材料(主要有聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩及其各系列衍生物)，并應(yīng)用于微傳感器、新型電池、分子電子器件、光學(xué)器件、半導(dǎo)體器件、隱形材料和導(dǎo)電薄膜等方面。
聚合物通常是無(wú)定型物質(zhì)，不具有三維有序，因而是中心對(duì)稱的。決定材料二階非線性光學(xué)特性的二階非線性系數(shù)是三階張量，在材料具有中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)時(shí)，其值為零。因此，各向同性的共軛聚合物不具有二階非線性光學(xué)性質(zhì)。目前，使這類無(wú)序體系具有統(tǒng)計(jì)各向異性的最有效技術(shù)方法是高溫電暈極化。這種方法的基本原理是把共軛聚合物加熱到其玻璃化溫度附近時(shí)加上一個(gè)強(qiáng)的外電場(chǎng)，維持一定的時(shí)間，使共軛聚合物薄膜中的發(fā)色團(tuán)分子偶極矩沿電場(chǎng)方向排列，待冷卻至室溫后再移去電場(chǎng)，從而把取向凍結(jié)下來(lái)，這樣聚合物就具有宏觀的二階非線性特性。
電暈極化是采用電暈放電的方法，使得極化電極尖端附近的強(qiáng)電場(chǎng)將周圍的氣體分子電離，形成與電極極性相同的離子，這些離子在電場(chǎng)的作用下飛向涂在接地電極的共軛聚合物薄膜，并在薄膜表面聚集，從而在薄膜內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)很高的電場(chǎng)，該電場(chǎng)使薄膜中的發(fā)色團(tuán)取向，形成具有統(tǒng)計(jì)各向異性的非中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)，使共軛聚合物薄膜具有二階非線性光學(xué)行為。這種極化方法的缺點(diǎn)是由于電離的離子堆積在共軛聚合物的表面，使得它們很容易與共軛聚合物薄膜表面的缺陷復(fù)合，造成共軛聚合物薄膜表面光潔度下降，從而增加了薄膜的光傳播損耗。
本發(fā)明的目的是提供一種改善極化后共軛聚合物薄膜發(fā)色團(tuán)的取向均勻性和薄膜表面形貌，降低薄膜的光傳播損耗的二階非線性共軛聚合物極化方法。
本發(fā)明是在上述電暈放電極化之前，在極化共軛聚合物薄膜表面上，用旋轉(zhuǎn)涂覆法均勻地涂上一層共軛導(dǎo)電聚合物薄膜，這樣在電暈極化時(shí)，電離的離子就聚集在共軛導(dǎo)電聚合物的表面上，使得積聚離子與表面缺陷和灰塵的復(fù)合在共軛導(dǎo)電聚合物薄膜表面進(jìn)行，從而保護(hù)了極化共軛聚合物薄膜表面不被破壞。
本發(fā)明的共軛導(dǎo)電聚合物的電阻為1010Ω-cm以下，比被極化的共軛聚合物的電阻1015Ω-cm小5個(gè)數(shù)量級(jí)，因此在共軛導(dǎo)電聚合物薄膜內(nèi)的電壓降很小，使得在相同極化電壓的條件下，共軛聚合物薄膜內(nèi)的電場(chǎng)幾乎不變，基本上同未涂覆共軛導(dǎo)電聚合物薄膜相同，那么就使共軛聚合物中發(fā)色團(tuán)取向的效果相同。待極化后，用溶劑將共軛導(dǎo)電聚合物薄膜溶掉，就能顯示出未被破壞、表面光潔的極化共軛聚合物薄膜了。
本發(fā)明采用的共軛導(dǎo)電聚合物材料，具體地可以是聚乙烯二氧噻吩PEDOT(polyetheylene－dioxythtophene)，磺化聚苯乙烯PSS(polystyrene sulphonate)或聚乙烯醇PVA(polyvingl alcohol)或它們的混合物。
若把共軛導(dǎo)電聚合物PRFOT、PSS和PVA按適當(dāng)比例混合，其電阻率還可大幅降低，如將PEDOT按25％的重量比混入PSS/PVA的混合物中，其電阻率減小到105Ω-cm，比極化共軛聚合物的電阻率低10個(gè)數(shù)量級(jí)。
本發(fā)明具體實(shí)施過(guò)程，可以按下述順序進(jìn)行。選擇表面光亮、無(wú)劃痕的硅片或者玻璃片作為襯底，依次用四氯化碳、丙酮、無(wú)水乙醇和去離子水分別超聲清洗10分鐘，用真空蒸鍍法在經(jīng)過(guò)上述超聲清洗的襯底表面制備鋁電極，用旋轉(zhuǎn)涂覆法在鋁電極表面涂上共軛聚合物薄膜，再在共軛聚合物薄膜上，用旋轉(zhuǎn)涂覆法涂上共軛導(dǎo)電聚合物薄膜。共軛導(dǎo)電聚合物可以是PEDOT、PSS和PVA的混合物，最后把上述襯底片放在如圖所示的裝置中，襯底片的鋁電極接地，并在其上加高電壓，同時(shí)裝置的加熱器加熱。裝置的加熱使共軛聚合物的溫度接近其玻璃化溫度，保持一定時(shí)間，停止加熱，冷卻至室溫，撤去電壓。用溶劑將共軛聚合物薄膜上的PEDOT、PSS和PVA的混合物薄膜溶掉，得到極化的二階非線性聚合物薄膜。
本發(fā)明由于在極化的共軛聚合物薄膜上，涂覆有共軛導(dǎo)電聚合物，使得被高電場(chǎng)電離的離子堆積在共軛導(dǎo)電聚合物的表面，不能與共軛聚合物表面缺陷復(fù)合，因此，極化后共軛聚合物薄膜表面光潔度增加，因而可以減少器件的光傳播損耗。
權(quán)利要求
1.二階非線性共軛聚合物電暈極化方法，是把極化共軛聚合物加熱到其玻璃化溫度附近加一個(gè)強(qiáng)的外電場(chǎng)，維持一定的時(shí)間，其特征是在外加強(qiáng)電場(chǎng)和溫度之前，在極化共軛聚合物薄膜表面用旋轉(zhuǎn)涂覆法涂上一層共軛導(dǎo)電聚合物薄膜，該共軛導(dǎo)電聚合物薄膜的電阻率為1010Ω－cm～105Ω－cm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二階非線性共軛聚合物電暈極化方法，其特征是所述的共軛導(dǎo)電聚合物薄膜是聚乙烯二氧噻吩PEDOT、磺化聚苯乙烯PSS或聚乙烯醇PVA或它們的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的二階非線性共軛聚合物電暈極化方法，其特征是所述的共軛導(dǎo)電聚合物薄膜是聚乙烯二氧噻吩PEDOT、磺化聚苯乙烯PSS和聚乙烯醇PVA的混合物，PEDOT按25％的重量比混入PSS/PVA的混合物中，電阻率為105Ω－cm。
全文摘要
本發(fā)明是一種改進(jìn)的對(duì)二階非線性聚合物進(jìn)行電暈極化的方法。其主要特征是在電暈極化之前,在極化共軛聚合物薄膜表面上,用旋轉(zhuǎn)涂覆法均勻涂上一層共軛導(dǎo)電聚合物薄膜,使得極化過(guò)程中,積聚離子與表面缺陷和灰塵的復(fù)合在共軛導(dǎo)電聚合物薄膜表面進(jìn)行,從而保護(hù)極化共軛聚合物薄膜表面不被破壞,表面光潔度增加,可以減少器件的光傳播損耗。
文檔編號(hào)B29B13/00GK1327003SQ0011842
公開(kāi)日2001年12月19日 申請(qǐng)日期2000年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月7日
發(fā)明者邢汝冰, 高福斌, 張平 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所