含咔唑、萘酰亞胺基團聚合物的合成及其電存儲性能研究.pdf

1、近幾十年來,聚合物電存儲材料由于分子結(jié)構(gòu)可設(shè)計、機械性能良好、制備工藝簡單等優(yōu)點越來越來被研究者關(guān)注。到目前為止,主要基于咔唑、萘酰亞胺、萘酐等功能基團的系列聚合物材料已合成,表現(xiàn)出不同類型的存儲性能。然而,這些存儲材料基本上基于兩種存儲態(tài)(“0”和“1”)的二進制信息存儲。為了滿足高密度的信息存儲要求,以及克服這種單模式存儲的缺陷,基于多電壓響應(yīng)性的多進制存儲材料逐步得到發(fā)展并愈來愈受到重視。本文基于咔唑,萘酐等功能基團合成了系列側(cè)鏈

2、聚合物材料,材料在電壓作用下均存在雙重驅(qū)動機理,以便實現(xiàn)多電壓響應(yīng)的多進制存儲性能?；诖?我們做了如下幾部分工作:
　　(1)在PMCz基礎(chǔ)上通過不同的聚合方式引入少量的萘酐基團,合成了嵌段共聚物PMCz8-b-PMBNa2和無規(guī)共聚物PMCz8-co-PMBNa2,以期通過萘酰亞胺和咔唑之間的構(gòu)象轉(zhuǎn)變和電荷轉(zhuǎn)移雙機理驅(qū)動作用實現(xiàn)三進制信息存儲。表明,基于兩種不同類型聚合物所制備的器件Al/polymer/ITO均表現(xiàn)出三進制存

3、儲性能,并且無規(guī)聚合物所表現(xiàn)出的存儲性能穩(wěn)定性優(yōu)于嵌段聚合物。這是由于D/A間作用強度及分散程度不同導(dǎo)致,可通過分析材料的光電性能及薄膜AFM表面形貌等驗證。繼續(xù)增加萘酐基團的含量,將進一步增加咔唑與萘酐間的CT作用,從而進一步降低器件的功耗(薄膜的HOMO與ITO之間能壘差,ΔEp)。這對未來材料的設(shè)計及優(yōu)化具有一定的指導(dǎo)作用。
　　(2)設(shè)計合成了無規(guī)共聚物PMNN和PMNB,以期通過萘酐基團在萘環(huán)間的空間位阻效應(yīng)實現(xiàn)存儲性能

4、的調(diào)節(jié)。結(jié)果PMNN器件表現(xiàn)出WORM型存儲性能,而PMNB器件表現(xiàn)出SRAM型存儲性能。這是由于萘酐基團中O=C–N–C=O單元在聚合物鏈間的空間位阻效應(yīng)導(dǎo)致,可薄膜導(dǎo)電前后的紫外及熒光得到驗證?；钚詫覲MNN在施加電壓后先后發(fā)生了不可逆的構(gòu)象轉(zhuǎn)變和電荷填充;而PMNB材料的過程在撤銷電場后是自發(fā)的,可逆的。像這樣通過空間效應(yīng)調(diào)控器件的存儲性能對我們今后的材料的設(shè)計具有一定的指導(dǎo)意義。
　　(3)為了進一步對雙機理驅(qū)動過程解析,

5、我們設(shè)計合成了系列聚合物P4VPCz。通過調(diào)節(jié)聚合物中咔唑基團的含量,實現(xiàn)了器件ITO/P4VPCz/Al從二進制到三進制的轉(zhuǎn)變并解析驅(qū)動機理過程。此外,在聚合物中引入離子鹽對提高器件的穩(wěn)定性具有積極的作用,但是達到一定的數(shù)量后,將完全改變器件的性能,呈現(xiàn)高導(dǎo)狀態(tài)。因此該體系的研究對雙機理調(diào)控實現(xiàn)多進制存儲性具有重大突破的重要。
　　(4)基于具有三進制存儲性能的偶氮咔唑小分子,我們進行了烷基化修飾,以便旋涂成膜簡化其器件制備工藝

6、。結(jié)果表明薄膜表面形貌均勻性,而器件只表現(xiàn)出二進制WORM型存儲性能。這是由于器件成膜時功能基團間的π-π有序堆積變差,雙陷阱依次填充消失導(dǎo)致,可通過薄膜的UV、CV等測試驗證。此外,我們發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)耐榛溤黾?對器件的開啟電壓和ON/OFF電流比均有明顯的增加。這對器件制備簡化具有一定的指導(dǎo)意義。
　　從上述體系研究得知,我們通過組合機理實現(xiàn)多進制信息存儲,而且對其作用的過程也進行了進一步的解析。這對今后通過分子結(jié)構(gòu)設(shè)計來滿足電存