熱交聯(lián)的聚苯乙烯聚合物及其制備方法、用途
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種熱交聯(lián)的聚苯乙烯聚合物及其制備方法、用途；所述聚合物的結(jié)構(gòu)如式（I）所示：（I）。本發(fā)明還涉及前述的聚苯乙烯聚合物的制備方法及用途。本發(fā)明的熱交聯(lián)聚苯乙烯聚合物首次引入加熱條件下疊氮-炔的成環(huán)反應(yīng)作為交聯(lián)方式，實(shí)現(xiàn)了在較低溫度、無(wú)金屬催化劑和無(wú)添加交聯(lián)劑的條件下制備交聯(lián)的聚苯乙烯聚合物，制備工藝簡(jiǎn)單，所得材料性能優(yōu)異，適合通過(guò)溶液法制備各種OFETs器件，應(yīng)用前景十分廣泛。
【專利說(shuō)明】熱交聯(lián)的聚苯乙烯聚合物及其制備方法、用途
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種熱交聯(lián)的聚苯乙烯絕緣層材料，尤其是一種熱交聯(lián)的聚苯乙烯聚合物及其制備方法、用途。
【背景技術(shù)】
[0002]有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(organicfield-effect transistor, OFETs)是以有機(jī)半導(dǎo)體材料為有源層的晶體管器件，是重要的有機(jī)半導(dǎo)體器件之一。有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管與無(wú)機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管相比具有很多優(yōu)點(diǎn):1.具有機(jī)械柔韌性，可與塑料襯底兼容，可應(yīng)用在可折疊的產(chǎn)品中；2.制作工藝簡(jiǎn)單，不需要高溫、高真空和復(fù)雜的平板印刷技術(shù)；3.制備工藝簡(jiǎn)單，成本較低；4.有機(jī)物易得，通過(guò)對(duì)有機(jī)物分子的化學(xué)修飾可以方便地調(diào)節(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能；5.可實(shí)現(xiàn)大面積化，可大尺度彎曲等。這些無(wú)機(jī)器件不具有的特點(diǎn)，使其在大面積、低成本和柔性化有機(jī)電子產(chǎn)品(如柔性顯示器件的驅(qū)動(dòng)電路、射頻識(shí)別標(biāo)簽和傳感器)方面有潛在的應(yīng)用前景。(參見(jiàn)文獻(xiàn):Klauk, H., Organic thin-filmtransistors, Chem.Soc.Rev.，2010，39，2643-2666 ;Wang，C.，Dong，H., Hu, W.，Liu，Y., Zhu,D.，Semiconducting -conjugated systems in field-effect transistors:a materialodyssey of organic electronics，Chem.Rev..2012，112，2208-2267 ;Facchetti，A.，J1-Conjugated polymers for organic electronics and photovoltaic cellapplications, Chem.Mater.，2011，23，733-758 ；Arias, A.C.，MacKenzie，J.D.，McCulloch，
1.，Rivnay，J.，Salleo，A.，Materials and applications for large area electronics:solution-based approaches, Chem.Rev.，2010，110，3-24)
[0003]在有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，絕緣層材料是一個(gè)重要的組成部分，這主要是由于有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的電荷主要是在臨近絕緣層一側(cè)的有機(jī)半導(dǎo)體層(2-6個(gè)分子層)中傳輸。絕緣層對(duì)器件的影響主要有以下幾方面:1.絕緣層的形貌、取向以及表面粗糙度對(duì)半導(dǎo)體薄膜形態(tài)、半導(dǎo)體晶粒的尺寸、分子排列以及電荷傳輸均有較大的影響；2.絕緣層的界面性質(zhì)對(duì)有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的穩(wěn)定性、載流子傳輸有著很大的影響；3.絕緣層的介電常數(shù)與器件的閾值電壓與操作電壓有著密切聯(lián)系。因此，研究和制備與有機(jī)半導(dǎo)體想匹配的性能優(yōu)異的絕緣層也是有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管僅有發(fā)展的一個(gè)重要方向。(參見(jiàn)文獻(xiàn):Yang SY， Shin K， Park C E.The effect of gate-dielectric surface energy on pentacenemorphology and organic field-effect transistor characteristics[J].Adv.Funct.Mater.，2005，15:1806-1814.Chabinyc M L，Salleo A.Materials requirementsand fabrication of active matrix arrays of organic thin-film transistorsfordisplays [J].Chem.Mater.，2004，16:4509-4521.)
[0004]目前應(yīng)用于有機(jī)薄膜晶`體管研究的有機(jī)絕緣層材料主要有以下幾類:聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亞胺、聚乙烯苯酚、聚苯乙烯、聚乙烯醇等。較比與無(wú)機(jī)絕緣層材料，它們具有以下優(yōu)點(diǎn):材料種類豐富；表面粗糙度低；表面陷阱密度低；雜質(zhì)濃度低；與有機(jī)半導(dǎo)體及柔性基底有很好的相容性；能應(yīng)用于低成本的低溫、溶液加工技術(shù)，這些與有機(jī)薄膜晶體管柔性概念有很好的相容性。這些優(yōu)點(diǎn)使得有機(jī)絕緣層材料在柔性電子應(yīng)用中顯示出極大的潛力。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種熱交聯(lián)的聚苯乙烯聚合物及其制備方法、用途。
[0006]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]第一方面，本發(fā)明提供一種熱交聯(lián)的聚苯乙烯聚合物，所述聚合物的結(jié)構(gòu)如式(I)
所示:
【權(quán)利要求】
1.一種熱交聯(lián)的聚苯乙烯聚合物，其特征在于，所述聚合物的結(jié)構(gòu)如式(I)所示:
2.一種如權(quán)利要求1所述的熱交聯(lián)的聚苯乙烯聚合物的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟:將含疊氮基團(tuán)的聚苯乙烯共聚物和含炔鍵的聚苯乙烯共聚物共混后，旋涂成膜，在低溫加熱條件下，形成熱交聯(lián)的聚苯乙烯聚合物。
3.如權(quán)利要求2所述的熱交聯(lián)的聚苯乙烯聚合物的制備方法，其特征在于，所述含疊氮基團(tuán)的聚苯乙烯共聚物和含炔鍵的聚苯乙烯共聚物質(zhì)量比是1: 0.8~1: 1.2。
4.如權(quán)利要求2所述的熱交聯(lián)的聚苯乙烯聚合物的制備方法，其特征在于，所述低溫加熱條件具體為:溫度為80~120°C，加熱時(shí)間為0.5~2小時(shí)。
5.如權(quán)利要求2所述的熱交聯(lián)的聚苯乙烯聚合物的制備方法，其特征在于，所述含疊氮基團(tuán)的聚苯乙烯共聚物的結(jié)構(gòu)式如式A所示:
6.如權(quán)利要求5所述的熱交聯(lián)的聚苯乙烯聚合物的制備方法，其特征在于，所述含疊氮基團(tuán)的聚苯乙烯共聚物的制備方法包括如下步驟: (a)、取4-氯甲基苯乙烯和疊氮化鈉在有機(jī)溶劑中反應(yīng)，獲得疊氮化的苯乙烯單體； (b)、將疊氮化的苯乙烯單體、苯乙烯和引發(fā)劑在有機(jī)溶劑中加熱發(fā)生自由基共聚反應(yīng)，獲得所述含疊氮基團(tuán)的聚苯乙烯共聚物。
7.如權(quán)利要求6所述的熱交聯(lián)的聚苯乙烯聚合物的制備方法，其特征在于，步驟(a)中，所述反應(yīng)的條件為室溫條件下攪拌24~48小時(shí)。
8.如權(quán)利要求6所述的熱交聯(lián)的聚苯乙烯聚合物的制備方法，其特征在于，步驟(a)中，所述4-氯甲基苯乙烯和疊氮化鈉的摩爾比為1: 2~1: 5。
9.如權(quán)利要求6所述的熱交聯(lián)的聚苯乙烯聚合物的制備方法，其特征在于，步驟(a)中，所述有機(jī)溶劑為N，N- 二甲基甲酰胺。
10.如權(quán)利要求6所述的熱交聯(lián)的聚苯乙烯聚合物的制備方法，其特征在于，步驟(b)中，所述疊氮化的苯乙烯單體和苯乙烯的摩爾比為1: 0.3~1:1。
11.如權(quán)利要求6所述的熱交聯(lián)的聚苯乙烯聚合物的制備方法，其特征在于，步驟(b)中，所述的引發(fā)劑是偶氮二異丁腈，所述疊氮化的苯乙烯單體和引發(fā)劑的摩爾比是1: 0.01 ~1: 0.03。
12.如權(quán)利要求6所述的熱交聯(lián)的聚苯乙烯聚合物的制備方法，其特征在于，步驟(b)中，所述有機(jī)溶劑為甲苯。
13.如權(quán)利要求6所述的熱交聯(lián)的聚苯乙烯聚合物的制備方法，其特征在于，步驟(b)中，所述發(fā)生自由基共聚反應(yīng)的條件為無(wú)氧條件下，60~80°C反應(yīng)12~16小時(shí)。
14.如權(quán)利要求2所述的熱交聯(lián)的聚苯乙烯聚合物的制備方法，其特征在于，所述含炔鍵的聚苯乙烯共聚物的結(jié)構(gòu)式如式B所示:
15.如權(quán)利要求14所述的熱交聯(lián)的聚苯乙烯聚合物的制備方法，其特征在于，所述含炔鍵的聚苯乙烯共聚物的制備方法包括如下步驟: (a)、取4-羥基苯乙烯、溴丙炔、無(wú)水碳酸鉀和相轉(zhuǎn)移催化劑在有機(jī)溶劑中反應(yīng)，獲得帶有炔鍵的苯乙烯單體； (b)、將帶有炔鍵的苯乙烯單體、苯乙烯和引發(fā)劑在有機(jī)溶劑中加熱發(fā)生自由基共聚反應(yīng)，獲得所述含炔鍵的聚苯乙烯共聚物。
16.如權(quán)利要求13所述的熱交聯(lián)的聚苯乙烯聚合物的制備方法，其特征在于，步驟(a)中，所述反應(yīng)的條件為氮?dú)夥諊?，加熱回?8~36小時(shí)。
17.如權(quán)利要求15所述的熱交聯(lián)的聚苯乙烯聚合物的制備方法，其特征在于，步驟(a)中，所述有機(jī)溶劑為丙酮，所述相轉(zhuǎn)移催化劑是四丁基溴化銨。
18.如權(quán)利要求15所述的熱交聯(lián)的聚苯乙烯聚合物的制備方法，其特征在于，步驟(a)中，所述4-羥基苯乙烯、溴丙炔、無(wú)水碳酸鉀、相轉(zhuǎn)移催化劑的摩爾比為1: 2~4: 2~4: 0.1 ~0.3。
19.如權(quán)利要求15所述的熱交聯(lián)的聚苯乙烯聚合物的制備方法，其特征在于，步驟(b)中，所述帶有炔鍵的苯乙烯單體和苯乙烯的摩爾比為1: 0.3~1:1。
20.如權(quán)利要求15所述的熱交聯(lián)的聚苯乙烯聚合物的制備方法，其特征在于，步驟(b)中，所述引發(fā)劑是偶氮二異丁腈，帶有炔鍵的苯乙烯單體和引發(fā)劑的摩爾比是1: 0.01~I: 0.03ο
21.如權(quán)利要求15所述的熱交聯(lián)的聚苯乙烯聚合物的制備方法，其特征在于，步驟(b)中，所述有機(jī)溶劑為甲苯。
22.如權(quán)利要求15所述的熱交聯(lián)的聚苯乙烯聚合物的制備方法，其特征在于，步驟(b)中，所述自由基共聚反應(yīng)的條件為無(wú)氧條件下，60~80°C反應(yīng)12~16小時(shí)。
23.一種如權(quán)利要求1所述的熱交聯(lián)的聚苯乙烯聚合物作為柵極絕緣層在有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的用途。
【文檔編號(hào)】H01L51/30GK103819684SQ201410053643
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年2月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月17日
【發(fā)明者】李勝夏, 馮林潤(rùn), 張清, 郭小軍 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)