一種金屬酞菁薄膜及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種金屬酞菁薄膜及其制備方法，這種是由金屬酞菁化合物的一維納米結(jié)構(gòu)相互交聯(lián)成網(wǎng)狀并分散在成膜劑中形成的；所述一維納米結(jié)構(gòu)及其相互交聯(lián)成網(wǎng)狀是通過金屬酞菁化合物的分子間作用力形成的。本發(fā)明專利技術(shù)還提供這種金屬酞菁薄膜的制作方法，包括將金屬酞菁化合物、有機溶劑與成膜劑充分混合配制成混合溶液，然后將其轉(zhuǎn)移至惰性襯底并進行退火處理。本發(fā)明專利技術(shù)所制備的金屬酞菁薄膜具有導電性好、柔性、低成本、易于大面積制備等特征。制備方法操作簡單，不需要高溫、高真空的環(huán)境、成本低廉，周期較短，因此可廣泛應用在大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)中。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及金屬酞菁薄膜制備技術(shù)，尤其是一種具有高導電性、柔性、低成本的金屬酞菁薄膜及其制備方法。
技術(shù)介紹
金屬酞菁化合物具有較高的熱穩(wěn)定性、良好的化學穩(wěn)定性、優(yōu)良的電子傳輸和發(fā)光性能，被廣泛地應用在有機電子器件中。由于金屬酞菁化合物具有低的溶解度、差的溶液化加工能力的特點，人們多采用真空沉積的方法來制備金屬酞菁薄膜。盡管上述方法所得到的薄膜致密、平整、均勻，利于載流子的傳輸及高性能器件的制備，但是該方法制備的薄膜尺寸有限、柔性較差，同時上述方法所需設(shè)備比較昂貴、制備周期較長、材料利用率較低、 制備環(huán)境要求苛刻。因此，真空沉積方法很難滿足低成本、柔性金屬酞菁薄膜的制備。金屬酞菁化合物具有大的共軛分子結(jié)構(gòu)，易于通過非共價鍵的作用自組裝成納米晶及由納米晶組裝成薄膜。雖然金屬酞菁化合物可以利用成本低廉、條件溫和的液相自組裝的方法形成一維納米晶或由一維納米晶組成的薄膜，避免真空沉積方法中存在的制備周期較長、材料利用率較低、制備環(huán)境要求苛刻等問題。但是，金屬酞菁溶解度比較低，單一溶液液相組裝只能實現(xiàn)局部成膜，且薄膜質(zhì)量較差，因此上述制備方法也不適用于大面積、高質(zhì)量金屬酞菁薄膜的制備。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的旨在提供，既結(jié)合金屬酞菁化合物易于形成一維納米結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，在成膜劑輔助下一維納米結(jié)構(gòu)相互交聯(lián)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。確保了金屬酞菁薄膜具有高導電性、柔性等特征，又能解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。本專利技術(shù)提供這種金屬酞菁薄膜的制備方法，包括如下步驟將金屬酞菁化合物、有機溶劑與成膜劑充分混和配制成混合溶液；然后將所述混合溶液轉(zhuǎn)移到惰性襯底上并進行退火處理。其中，所述金屬酞菁化合物在所述混合溶液中的濃度為O. 01 6mg/ml,成膜劑在所述混合溶液中的濃度為O. l-50mg/mL·具體地說，所述成膜劑為可溶于有機溶劑的絕緣高分子聚合物或半導體高分子聚合物中的一種或多種。不同性質(zhì)的成膜劑可通過調(diào)節(jié)與金屬酞菁化合物的比例制作不同性能的金屬酞菁薄膜，也能解決金屬酞菁化合物因溶解度不高而成膜效果差的問題。其中，所述的金屬酞菁化合物是酞菁銅、酞菁鎳、酞菁鈷、酞菁鋅、酞菁鋁、酞菁錫、酞菁鎂、酞菁鐵、酞菁釩中的一種或多種。所述的有機溶劑為氯仿、二氯甲烷、氯苯、間二甲苯、鄰二甲苯、對二甲苯、對二氯苯、間二氯苯、鄰二氯苯等中的一種或多種。進一步地，所述混合溶液的轉(zhuǎn)移方法為滴膜、旋涂、浸泡、輥涂、電紡絲、凹版印刷、氣溶膠噴印、噴墨打印、絲網(wǎng)印刷中的一種。所述退火處理可采用多種處理方式，可以是常溫退火、加熱退火、低壓退火、惰性氣體氛圍中退火及溶劑蒸汽中退火的一種或多種。所述的惰性襯底的制作材料為二氧化硅、硅、玻璃、石英、銅、聚酰亞胺、聚醚砜樹月旨、聚對苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二醇酯中的一種。本專利技術(shù)還提供這種金屬酞菁薄膜結(jié)構(gòu)，是由金屬酞菁化合物的一維納米結(jié)構(gòu)相互交聯(lián)成網(wǎng)狀并分散在成膜劑中形成的；所述一維納米結(jié)構(gòu)及其相互交聯(lián)成網(wǎng)狀是通過金屬酞菁化合物的分子間作用力形成的。這種一維納米結(jié)構(gòu)相互交聯(lián)后顯示出良好的柔韌性、導電性。其中，所述金屬酞菁化合物與所述成膜劑的質(zhì)量比為O. I 60 I 500。其中，所述成膜劑為可溶于有機溶劑的絕緣高分子聚合物或半導體高分子聚合物中的一種或多種。這些不同類型的高分子聚合物材料可以賦予所述金屬酞菁薄膜不同的性質(zhì)。所述的金屬酞菁化合物是酞菁銅、酞菁鎳、酞菁鈷、酞菁鋅、酞菁鋁、酞菁錫、酞菁鎂、酞菁鐵、酞菁釩中的一種或多種。本專利技術(shù)提供的金屬酞菁薄膜，是由一維納米結(jié)構(gòu)相互交聯(lián)并分散在成膜劑中形成的。這種結(jié)構(gòu)保留了金屬酞菁化合物納米結(jié)構(gòu)柔性、高導電性優(yōu)勢及聚合物易成膜特性，又解決了金屬酞菁化合物由于溶解性低引起的溶液化加工能力差、成膜質(zhì)量差的問題。此外，本專利技術(shù)方法與印刷電子加工方法如噴墨打印、氣溶膠噴印等相兼容，易于實現(xiàn)大批量、低成本、均勻薄膜的制備，同時又避免了常規(guī)制備方法如熱蒸發(fā)過程中，超作復雜、制備周期長、藥品利用率低、不易大面積制備等問題，這為拓展金屬酞菁在有機電子器件中的應用具有重要的意義。附圖說明圖I是本專利技術(shù)金屬酞菁薄膜的制備流程圖。圖2是本專利技術(shù)實施例I酞菁銅薄膜的光學顯微鏡圖。圖3是本專利技術(shù)實施例I酞菁銅薄膜的電流-電壓響應圖。圖4是本專利技術(shù)實施例I酞菁銅薄膜的晶體管輸出特性圖。具體實施例方式下面將結(jié)合具體實施例對本專利技術(shù)作詳細說明。本專利技術(shù)提供的金屬酞菁薄膜，是由金屬酞菁化合物的一維納米結(jié)構(gòu)相互交聯(lián)成網(wǎng)狀并分散在成膜劑中形成的。其中，這種一維納米結(jié)構(gòu)及其相互交聯(lián)成網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)均是通過金屬酞菁化合物分子間作用力形成的。通過采用不同性質(zhì)的成膜劑及金屬酞菁化合物，調(diào)節(jié)金屬酞菁化合物與成膜劑的濃度，可制作出符合實際需要的金屬酞菁薄膜。其中，為保證這種一維納米結(jié)構(gòu)相互交聯(lián)成網(wǎng)狀的特征，金屬酞菁化合物與成膜劑的質(zhì)量比為O. I 60 : I 500。 本專利技術(shù)還提供這種金屬酞菁薄膜的制作方法，包括金屬酞菁化合物、有機溶劑與成膜劑充分混和配制成混合溶液；然后將所述混合溶液轉(zhuǎn)移到惰性襯底上并進行退火處理等步驟。其中，成膜劑是一種能夠形成連續(xù)薄膜的聚合物。下面將結(jié)合附圖通過具體實施例對本專利技術(shù)作進一步的詳細敘述，以使本專利技術(shù)技術(shù)方案更易于理解和掌握。實施例I本實施例以酞菁銅與成膜劑聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制備酞菁銅薄膜為例，制備步驟如圖I所示步驟一取酞菁銅的粉末2mg，溶解于IOml有機溶劑氯苯中(C6H5Cl)中，攪拌加速溶解，獲得O. 2mg/ml的酞菁銅溶液。金屬酞菁化合物在有機溶劑中的溶解度不高，為盡量多的獲得金屬酞菁交聯(lián)結(jié)構(gòu)，一般配制金屬酞菁化合物在有機溶劑的飽和溶液。PMMA為一種可溶于有機溶劑的絕緣聚合物，不具有導電性能，是一種常用的成膜齊U。調(diào)節(jié)PMMA與酞菁銅的用量可以獲得性質(zhì)不同的酞菁銅薄膜。在本實施中，取IOmg的 成膜劑PMMA粉末，溶解于5ml有機溶劑氯仿(CHCl3)中，獲得2mg/ml的PMMA溶液。然后，分別取Iml酞菁銅溶液和Iml PMMA溶液混在一起，利用超聲波清洗機進行超聲分散，使其充分混合，制成酞菁銅-PMMA的混合溶液。步驟二 將所述混合溶液利用氣流噴印技術(shù)將上述混合溶液轉(zhuǎn)移到硅惰性襯底上，并使其在大氣中室溫條件下靜置，進行常溫退火。隨著有機溶劑氯苯及氯仿的揮發(fā)，酞菁銅在成膜劑PMMA中形成交聯(lián)的微結(jié)構(gòu)，待有機溶劑徹底揮發(fā)后即可得的酞菁銅薄膜。采用光學顯微鏡對上述酞菁銅薄膜結(jié)構(gòu)表征，該薄膜具有較好的形貌及平整的表面，金屬酞菁銅在成膜劑介質(zhì)中形成交聯(lián)的微結(jié)構(gòu)，如圖2所示。同時結(jié)合圖3、圖4所示，本實施例制備的酞菁銅薄膜，電流-電壓特性顯示其具有較高的電流和較高的場效應遷移率，說明了本方法制備的酞菁銅薄膜質(zhì)量較好。實施例2本實施例以酞菁鎳與成膜劑聚苯乙烯(PS)制備酞菁薄膜為例，具體操作步驟如下PS為一種可溶于有機溶劑的絕緣聚合物，不具有導電性能，是一種常用的成膜劑。調(diào)節(jié)PS與酞菁鎳的用量可以獲得性質(zhì)不同的酞菁鎳薄膜。在本實施中，取酞菁鎳的粉末lmg，溶解于IOml有機溶劑氯仿中，超聲加速溶解，獲得O. lmg/ml的酞菁鎳溶液；然后在酞菁鎳溶液中再加入40mg的PS粉末，再超聲分散10分鐘，使酞菁鎳與PS充分混合，配成酞菁鎳-PS的混合溶液。然后，將混合溶液采用滴膜的方法轉(zhuǎn)移到惰本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：潘革波，王鳳霞，肖燕，
申請(專利權(quán))人：中國科學院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：