[发明专利]一种利用强磁场手段制备聚合物-碳纳米复合材料取向薄膜的方法

说明书

本发明公开了一种利用强磁场手段制备聚合物‑碳纳米复合材料取向薄膜的方法，其制备方法包括如下步骤：（1）将石墨烯分散液和π共轭聚合物分散液混合后，在超声条件下分散均匀得到混合物料；（2）将混合物料旋涂在硅片上得到湿膜，将涂覆有湿膜的硅片放置到磁场中，使湿膜所在的平面与磁场的方向平行；（3）步骤（2）处理得到的湿膜进行退火处理后，得到聚合物‑碳纳米复合材料取向薄膜。本发明将湿膜放置在强磁场中时，保证湿膜所在的平面与磁场的方向平行，从而在磁场的作用下，制备得到聚合物‑碳纳米复合材料取向薄膜。通过掺杂石墨烯使薄膜在平行磁场方向的迁移率显著提高，且平行磁场方向的迁移率远远大于垂直磁场方向的迁移率。

技术领域

本发明属于聚合物薄膜领域，具体涉及一种利用强磁场手段制备聚合物-碳纳米复合材料取向薄膜的方法。

背景技术

π共轭聚合物在有机场效应晶体管、有机发光二极管和有机太阳能电池中有着广泛的应用。基于π共轭分子和聚合物半导体材料的有机场效应晶体管(organic field-effect transistor,OFET)，由于其具有低成本、大面积制备和良好的柔性等优点，因此在电子信息领域显示出巨大的应用潜力，引起了广泛的研究兴趣。有机场效应晶体管在集成电路、可穿戴设备、化学传感器和有机发光等方面有着广泛的应用，然而大部分有机半导体因为其较低的性能，导致其不能广泛的使用。

石墨烯是一种sp²杂化方式连接成的单层二维纳米材料，其具有优异的性能，例如：高电导、高比表面积、高热稳定性等，因此其有可能提高π共轭聚合物的性能。

目前，石墨烯和π共轭聚合物的复合体系很多都是通过石墨烯片和聚合物溶液形成混合物，石墨烯片在复合体系中起到一个电导桥的作用，目前可以通过偏心旋涂，涂布印刷等方式来调节聚合物薄膜的取向，从而实现更好的取向；但是偏心旋涂，涂布印刷等方式都是直接接触薄膜，有时候会污染膜表面，不能保证每次工艺都是一致，普适性不够，且制备的薄膜厚度不能得到有效的控制。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种利用强磁场手段制备聚合物-碳纳米复合材料取向薄膜的方法，通过磁场调控实现无接触的调控，重复性好，且没有外部杂质的干扰。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种利用强磁场手段制备聚合物-碳纳米复合材料取向薄膜的方法，包括如下步骤：

(1)将石墨粉分散在二氯苯中，经过超声处理、离心分离得到石墨烯分散液；将π共轭聚合物分散在二氯苯中得到π共轭聚合物分散液；将石墨烯分散液和π共轭聚合物分散液混合后，在超声条件下分散均匀得到混合物料；

(2)将混合物料旋涂在硅片上得到湿膜，将涂覆有湿膜的硅片放置到磁场中，使湿膜所在的平面与磁场的方向平行；

(3)步骤(2)处理得到的湿膜进行退火处理后，得到聚合物-碳纳米复合材料取向薄膜。

作为优选的技术方案，所述π共轭聚合物为N2200、PDPP2T-TT中的一种；N2200和PDPP2T-TT的化学结构式分别如下式所示：

作为优选的技术方案，步骤(2)中，将涂覆有湿膜的硅片放置到含有挥发性溶剂的密闭容器内，且湿膜与挥发性溶剂不直接接触；然后将密闭容器放到磁场中，使湿膜所在的平面与磁场的方向平行。密闭容器包括壳体以及用于盖合壳体的密封盖，壳体的底部放置有托架，托架的顶面开设有用于放置硅片的定位槽。进一步优选的，所述托架的材质为聚四氟乙烯，聚四氟乙烯具有良好的化学惰性，其与挥发性溶剂二氯苯不发生化学反应，不会对湿膜所在的环境带来不利影响。托架的的另一个作用是确保湿膜与挥发性溶剂不直接接触。作为优选的，所述挥发性溶剂为二氯苯。由于密闭容器内含有挥发性溶剂，其能够为湿膜提供一个湿润的环境，从而保证湿膜始终处于湿润状态，确保湿膜能够受到磁场作用。

本发明的有益效果如下：