[发明专利]溶剂蒸气处理铁电聚合物薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于聚合物薄膜技术领域，具体涉及一种室温下改善铁电聚合物薄膜性能的方法。

背景技术

近年来基于铁电聚合物P(VDF-TrFE)的铁电存储器的研制引起关注，铁电聚合物也被认为是一类有望用于柔性存储器件的材料。铁电聚合物多采用旋涂法制备，为提高其结晶度和铁电性，通常要求在其居里温度和熔点之间退火，一般为130-145^oC。柔性器件常基于柔性基板制备，而这一退火温度超过了一些基板材料，如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET), 所能承受的温度范围，从而限制了铁电聚合物材料在柔性基板上的应用。本发明采用简单的溶剂蒸气处理方法，可在室温下改善P(VD-TrFE)薄膜的结晶特性和铁电性能，实现了柔性基板上铁电器件的低温制备。

发明内容

本发明目的在于提供一种在室温下改善P(VDF-TrFE)铁电聚合物薄膜性能的方法，使制备的铁电聚合物薄膜具有优良的结晶特性和铁电性能。 

本发明所涉及的铁电聚合物材料为偏二氟乙烯与三氟乙烯的共聚物（简称P(VDF-TrFE)），采用溶剂蒸气处理方法，所用溶剂为丁酮。即本发明是把共聚物P(VDF-TrFE薄膜置于充满丁酮饱和蒸气的密封玻璃腔中，在室温下静置4-6小时，即可获得具有优良铁电性能的P(VDF-TrFE)薄膜。

溶剂蒸气处理装置如附图1所示。装置为一带有密封罩的玻璃腔，玻璃腔容积约为200ml，腔内添加丁酮溶剂，溶剂液面上方为一带有孔洞的隔板，用于放置待处理样品。

本发明的P(VDF-TrFE)薄膜的溶剂蒸气处理的具体操作步骤如下：

（1）玻璃腔内添加约45-55ml的丁酮溶剂；放入隔板，隔板上开孔，以方便丁酮蒸气充满整个腔体；盖上玻璃密封罩，在室温下静置50-70分钟，以确保腔内充满丁酮蒸气；

（2）打开密封罩，将制备好的P(VDF-TrFE)薄膜快速置于腔内隔板上，隔板距离丁酮溶剂液面4-5mm，随后盖紧密封罩；

（3）在室温下静置4-6小时后，取出样品，即可获得具有优良铁电性的P(VDF-TrFE)薄膜。

经本发明方法处理的铁电聚合物薄膜具有优良的结晶特性和铁电性能。

附图说明

图1：溶剂蒸气处理装置示意图。

图2：经丁酮溶剂蒸气处理后的P(VDF-TrFE)薄膜的结构分析。其中，a: 室温下溶剂蒸气处理4小时后薄膜的原子力显微镜形貌图，扫描面积10μm。b：室温下溶剂蒸气处理6小时后的薄膜原子力显微镜形貌图，扫描面积10μm。c：P(VDF-TrFE)薄膜溶剂蒸气处理前、溶剂蒸气处理4小时和6小时后的X射线衍射分析。

图3： P(VDF-TrFE)薄膜的电滞回线测量。

具体实施方式

下面将结合两个实施例，阐述丁酮溶剂蒸气处理制备铁电P(VDF-TrFE)薄膜的可行性。

实施例1：本实施例阐述溶剂蒸气处理时间对P(VDF-TrFE)薄膜结构的影响。配置质量浓度为1%的P(VDF-TrFE)丁酮溶液，然后在清洁的载玻片上采用旋涂法制备3片P(VDF-TrFE)薄膜，薄膜厚度为150nm，其中2片薄膜用于溶剂蒸气处理。溶剂蒸气处理所用溶剂为丁酮，室温25^oC，按照“发明内容”中所述方法进行溶剂蒸气处理，处理时间分别为4小时和6小时。

溶剂蒸气处理4小时和6小时后薄膜的表面形貌经由原子力显微镜表征，结果如图2a和2b所示，可见经溶剂蒸气处理后，薄膜表面出现大的聚集（图2a），且随着处理时间进一步增加，薄膜表面出现晶粒（图2b）。3片样品的X射线衍射分析结果如图2c所示，未经溶剂蒸气处理的薄膜未显现任何的结晶峰，表现为非晶态；4小时和6小时溶剂蒸气处理后，在2θ=19.7^o处出现结晶峰，对应于具有铁电性的β相结构；且随着处理时间由4小时增加为6小时，该结晶峰增强，表明结晶度的提高。原子力显微镜和X射线衍射分析结果都表明，4-6小时的溶剂蒸气处理，明显改善了P(VDF-TrFE)薄膜的结晶特性，且出现了具有铁电性的β相结晶。

实施例2：本实施例通过电滞回线测量，进一步阐述经由溶剂蒸气处理后，P(VDF-TrFE)薄膜确实具有了铁电性。步骤如下：

（1）在清洁的载玻片上，采用真空热蒸发方法制备条状铝电极，电极宽度0.2mm。

（2）配置质量浓度为1%的P(VDF-rFE)丁酮溶液，采用旋涂法在铝电极上沉积一层P(VDF-TrFE)薄膜，膜厚150nm。