[发明专利]铁电聚合物分子空间排列可控的薄膜生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及铁电聚合物薄膜的生长方法，特别是指可控制铁电聚合物薄膜分子空间排列的生长方法。

背景技术

俄罗斯与美国的一个联合研究小组利用朗格缪尔(Langmuir-Blodgett，简称LB)技术生长了偏氟乙烯和三氟乙烯的共聚物[P(VDF-TrFE)]薄膜材料，薄膜可以控制到仅有两个分子层，厚度仅为约1纳米仍保持铁电特性。这种薄膜表现出一些奇特的性质，如二维铁电性、表面相变和极高的击穿电压等，见A.V.Bune等Nature，391，874(1998)和J.Choi等Phys.Rev.Lett，80，1328(1998)。A.V.Bune和J.Choi等研究发现，尽管分子层之间作用很弱，但对P(VDF-TrFE)薄膜结构有重要的影响。LB技术可以从纳米甚至分子水平上对P(VDF-TrFE)分子链的排列进行调控，不仅能得到高度有序的P(VDF-TrFE)薄膜，还可以通过对分子层的空间排列对薄膜晶体结构、畴结构和宏观物理性能进行调控。因此，利用LB技术，对铁电聚合物P(VDF-TrFE)分子链的排列进行调控的生长方法是很有实用价值的，由此可得到一些新的结构和性能的材料。

发明内容

本发明的目的就是要利用LB技术，提供一种可控制铁电聚合物P(VDF-TrFE)单分子空间排列的生长方法。通过改变分子层之间的空间排列实现对铁电聚合物结构与性能的调控。

P(VDF-TrFE)铁电聚合物薄膜的生长过程为：

1前驱体溶液的配制：

溶剂为二甲基亚砜(简称DMSO)，溶质为聚合物P(VDF-TrFE)。

配制的程序是：

称取一定量的P(VDF-TrFE)聚合物0.01-0.02克，转移到一250毫升烧瓶中，加入100-200ml DMSO，在50-80℃下搅拌3-5小时，冷却至室温，静置24小时后，可以用作薄膜生长。

2薄膜材料的生长

§A用注射器抽取前驱体溶液，然后均匀滴在LB薄膜生长系统的盛有去离子水的槽中，放置1小时后，前驱体溶液均匀漂浮在去离子水的表面；

§B然后将装有基片的样品架伸入盛有去离子水的槽中，使基片的有金属电极层的一面与漂浮在去离子水表面的前驱体溶液接触，并使基片在表面压2-5mN/m下进行水平提拉，P(VDF-TrFE)水平转移到基片上，形成分子层；

§C然后再将基片旋转一角度，角度旋转范围为0-90°，重复§B步骤，形成相邻分子层间分子成一夹角排列；重复交替来回旋转一角度提拉多次，直至得到所需厚度的薄膜材料；再将薄膜材料置于烘箱中，在120-140 ℃下退火2-5小时。再利用热蒸发技术在薄膜表面生长金属层作为上电极。

所说的基片由玻璃，在玻璃上依次涂聚酰亚胺层、热蒸发法生长金属层构成。金属层为铝或金，作为电极。

本发明方法生长的薄膜，通过分子层间分子空间排列的不同，可以调节分子层之间的耦合作用，从而达到调整聚合物薄膜晶体结构与性能的目的。此外，相邻分子层排列不同、相间分子层排列相同，可以在薄膜垂直方向形成多层分子膜结构，这种薄膜材料可以对一定波段的光进行调制，即起到滤光片的作用。

附图说明

图1LB水平法生长P(VDF-TrFE)铁电聚合物薄膜的示意图。

图2分子层之间聚合物分子的空间排列示意图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作详细说明：

1.P(VDF-TrFE)铁电聚合物前驱体溶液的制备

称取0.01g聚合物P(70％VDF-30％TrFE)于一250ml烧瓶中，加入100ml二甲基亚砜，在60 ℃下搅拌3小时，放置24小时后，可以用作LB薄膜生长。

2.LB水平生长P(VDF-TrFE)铁电聚合物LB薄膜

用注射器取前驱体溶液4ml，然后均匀滴在Nima311D型LB薄膜生长系统槽中的去离子水表面，放置1小时后，前驱体溶液均匀漂浮在去离子水的表面，使基片的有金属电极层的一面与漂浮在去离子水表面的前驱体溶液接触，基片在表面压5mN/m水平转移薄膜到A1/玻璃衬底基片上。然后重复交替来回旋转90°提拉30次，使相邻分子层间分子成90°排列，相间分子层间分子平行排列，如图2所示，再将薄膜置于烘箱中在125 ℃退火5小时。最后得到的薄膜厚度在15纳米左右。再利用热蒸发技术在薄膜表面生长金属铝作为上电极。