專(zhuān)利名稱(chēng)：一種三元鐵電聚合物薄膜材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鐵電聚合物薄膜材料，特別是指一種采用朗格繆爾
(Langmuir-Blodgett， LB)技術(shù)生長(zhǎng)的高能量密度三元鐵電聚合物薄膜材料的 制備方法。
背景技術(shù)：
有機(jī)薄膜電容器市場(chǎng)龐大，每年需要近千億只，而以聚偏二氟乙烯(簡(jiǎn)稱(chēng) PVDF)作為介電材料的電容器市場(chǎng)也越來(lái)越大。聚偏二氟乙烯和三氟乙烯的共 聚物簡(jiǎn)稱(chēng)P(VDF-TrFE),是一種優(yōu)良的鐵電材料，除了作為傳統(tǒng)電熱器材料外， 這種聚合物材料因?yàn)榫哂心芰棵芏雀?、耐擊穿電?chǎng)高等特點(diǎn)，因此可用于制備 具有廣闊應(yīng)用前景的能量存儲(chǔ)電容器。最近有報(bào)道把一種氯氟乙烯聚合物 (PCFE)引入P(VDF-TrFE)中形成三元聚合物P(VDF-TrFE-CFE)，把本征鐵電
聚合物轉(zhuǎn)變成弛豫性鐵電聚合物，從而大大改進(jìn)了聚合物的性能，見(jiàn)B.Chu等， Science, 313， 334 (2006)。這種弛豫特性的起源機(jī)制尚不明確，要進(jìn)一步提高性 能，必須理解這種弛豫鐵電特性的物理起源。
俄羅斯與美國(guó)的一個(gè)聯(lián)合研究小組利用LB技術(shù)生長(zhǎng)了 P(VDF-TrFE)薄膜材 料，該薄膜可以控制到僅有兩個(gè)分子層還具有鐵電特性，厚度僅為約lnm,見(jiàn) A. V. Bune等Nature, 391， 874 (1998)。這種LB_P (VDF-TrFE)薄膜表現(xiàn)出非常大的 耐擊穿電場(chǎng)和能量密度。相對(duì)于傳統(tǒng)方法得到的聚合物薄膜材料，這種P(VDF-TrFE)的LB膜具有高度分子排列、高結(jié)晶度的特點(diǎn)，這樣為研究一些基 本的物理問(wèn)題提供了非常有利的條件。
由于弛豫特性與極化納米疇結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此，LB薄膜為研究弛豫特性創(chuàng)造 了條件。另一方面,聚合物L(fēng)B薄膜可以通過(guò)改進(jìn)薄膜性能來(lái)降低介電損耗，顯 著提高薄膜的耐擊穿電場(chǎng)和能量密度。因此，如果采用LB技術(shù)生長(zhǎng)三元 P(VDF-TrFE-CFE)鐵電聚合物薄膜，在納米尺度上控制薄膜結(jié)構(gòu)，從而得到排列 有序度高、結(jié)晶度高的聚合物薄膜，將是很有實(shí)用價(jià)值的。但是目前尚未有采 用LB技術(shù)生長(zhǎng)P(VDF-TrFE-CFE)三元鐵電聚合物薄膜的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要提出一種在分子水平上控制P(VDF-TrFE-CFE)三元鐵 電聚合物薄膜的生長(zhǎng)方法，為深入理解鐵電聚合物弛豫特性起源機(jī)制提供高性 能材料。
本發(fā)明的P(VDF-TrFE-CFE)三元鐵電聚合物薄膜的生長(zhǎng)采用LB技術(shù)，其過(guò)程
為
1前驅(qū)體溶液的配制
溶劑為二甲基亞砜(簡(jiǎn)稱(chēng)DMS0)，溶質(zhì)為現(xiàn)成有售的三元聚合物 P(VDF-TrFE-CFE)，溶劑與溶質(zhì)比為100 — 200 ml : 0. 01-0. 02克。配制程序是 稱(chēng)取一定量的P(VDF-TrFE-CFE)，轉(zhuǎn)移到一 250毫升燒瓶中，加入DMS0，在50 一80 °C下攪拌3 — 5小時(shí)，冷卻至室溫。
2薄膜材料的生長(zhǎng)
采用LB薄膜生長(zhǎng)系統(tǒng)來(lái)生長(zhǎng)P(VDF-TrFE-CFE)三元聚合物薄膜，方法為水 平提拉法，其步驟為
§A用注射器抽取前驅(qū)體溶液，然后均勻滴在LB薄膜生長(zhǎng)系統(tǒng)的盛有去離子水的槽中，放置1小時(shí)后，前驅(qū)體溶液均勻漂浮在去離子水的表面；
SB然后將裝有基片的樣品架伸入盛有去離子水的槽中，使基片的有金屬電 極層的一面與漂浮在去離子水表面的前驅(qū)體溶液接觸，并使基片在表面壓2 — 5 mN/m下進(jìn)行提拉，得到單層膜厚度為1一1.5納米之間。重復(fù)提拉多次，可以得 到所需厚度的薄膜材料。最后將帶有基片的薄膜在120_140°C退火2 — 5小時(shí)。 利用掩模板蒸發(fā)Al或Au到薄膜的表面，作為上電極，即可作為電容器研究其 電學(xué)性能。
所說(shuō)的基片由玻璃，在玻璃上依次涂聚酰亞胺層、熱蒸發(fā)法生長(zhǎng)金屬層構(gòu)成。 金屬層為鋁或金，作為電極。
使用本發(fā)明的方法制備的P(VDF-TrFE-CFE)三元鐵電聚合物薄膜，將具有如 下的效果
(a) 在分子水平上生長(zhǎng)三元P(VDF-TrFE-CFE)聚合物薄膜，薄膜中分子排 列高度有序。
(b) 所生長(zhǎng)的P(VDF-TrFE-CFE)三元鐵電聚合物L(fēng)B薄膜為研究弛豫鐵電 性起源提供材料平臺(tái)。
(c) 所生長(zhǎng)的P(VDF-TrFE-CFE)三元鐵電聚合物L(fēng)B薄膜具有研制實(shí)用能 量存儲(chǔ)器件所需的性能。


圖1為L(zhǎng)B水平法生長(zhǎng)三元鐵電聚合物L(fēng)B薄膜的示意圖。
具體實(shí)施例方式
1. P(VDF-TrFE-CFE)三元鐵電聚合物前驅(qū)體溶液的制備 稱(chēng)取0.01g三元聚合物P(60XVDF-33XTrFE-7XCFE)于一 250 ml燒瓶中， 加入100ml二甲基亞砜，在60。C下攪拌3小時(shí)，放置24小時(shí)后，待用2.水平法生長(zhǎng)三元鐵電聚合物L(fēng)B薄膜
用注射器取前驅(qū)體溶液4 ml，然后均勻滴在Nima311D型LB薄膜生長(zhǎng)系統(tǒng) 的盛有去離子水槽中，放置1小時(shí)后，使玻璃基片的有金屬A1電極層的一面與 漂浮在去離子水表面的前驅(qū)體溶液接觸，在表面壓5 mN/m下水平轉(zhuǎn)移薄膜到Al 電極層上，反復(fù)提拉30次，然后將薄膜置于烘箱中在125。C退火5小時(shí)，最后 得到薄膜厚度在40-50 nm之間，再在其上蒸發(fā)A1膜，作為上電極，即可作為電 容器研究其電學(xué)性能。
權(quán)利要求
1. 一種三元鐵電聚合物薄膜材料的制備方法，其特征在于具體步驟如下§A前驅(qū)體溶液的配制溶劑為二甲基亞砜，溶質(zhì)為現(xiàn)成有售的三元聚合物P(VDF-TrFE-CFE)，溶劑與溶質(zhì)比為100—200ml0.01-0.02克，配制程序是稱(chēng)取一定量的P(VDF-TrFE-CFE)，轉(zhuǎn)移到一250毫升燒瓶中，加入二甲基亞砜，在50—80℃下攪拌3—5小時(shí)，冷卻至室溫待用；§B薄膜材料的生長(zhǎng)采用LB薄膜生長(zhǎng)系統(tǒng)來(lái)生長(zhǎng)P(VDF-TrFE-CFE)三元聚合物薄膜，其步驟為§a用注射器抽取前驅(qū)體溶液，然后均勻滴在LB薄膜生長(zhǎng)系統(tǒng)的盛有去離子水的槽中，放置1小時(shí)后，前驅(qū)體溶液均勻漂浮在去離子水的表面；§b然后將裝有基片的樣品架伸入盛有去離子水的槽中，使基片的有金屬電極層的一面與漂浮在去離子水表面的前驅(qū)體溶液接觸，并使基片在表面壓2—5mN/m下進(jìn)行提拉，得到單層膜厚度為1—1.5納米之間，重復(fù)提拉多次，得到所需厚度的薄膜材料；最后將帶有基片的薄膜材料在120—140℃下退火2—5小時(shí)；利用掩模板蒸發(fā)Al或Au到薄膜的表面，作為上電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種高能量密度三元鐵電聚合物薄膜材料的制備方法， 其特征在于所說(shuō)的基片由玻璃，在玻璃上依次涂聚酰亞胺層、熱蒸發(fā)法生長(zhǎng) 金屬層構(gòu)成；金屬層為鋁或金，作為下電極。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種三元鐵電聚合物薄膜材料的制備方法，該方法包括溶劑為二甲基亞砜，溶質(zhì)為三元聚合物P(VDF-TrFE-CFE)前驅(qū)體溶液的配制；在LB設(shè)備上采用水平提拉法生長(zhǎng)薄膜及薄膜的熱處理。最后得到納米尺度上可控、排列高度有序、結(jié)晶度高的聚合物薄膜，本發(fā)明制備的薄膜材料為研究薄膜的弛豫鐵電性起源提供了平臺(tái)。同時(shí)，所生長(zhǎng)的P(VDF-TrFE-CFE)三元鐵電聚合物薄膜具有研制實(shí)用能量存儲(chǔ)器件所需的性能。
文檔編號(hào)H01G4/33GK101471180SQ200710173510
公開(kāi)日2009年7月1日 申請(qǐng)日期2007年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者孫璟蘭, 孟祥建, 鐵 林, 褚君浩, 莉 韓 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所