[发明专利]热交联功能化的聚合物绝缘层材料及制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及两种热交联的双官能团功能化的聚合物绝缘层材料，尤其是两种热交联的双官能团功能化的聚合物材料及其制备方法、用途。

背景技术

有机场效应晶体管(organic field-effect transistor,OFETs)是以有机半导体材料为有源层的晶体管器件，是重要的有机半导体器件之一。有机场效应晶体管与无机场效应晶体管相比具有很多优点：1.具有机械柔韧性，可与塑料衬底兼容，可应用在可折叠的产品中；2.制作工艺简单，不需要高温、高真空和复杂的平板印刷技术；3.制备工艺简单，成本较低；4.有机物易得，通过对有机物分子的化学修饰可以方便地调节场效应晶体管的性能；5.可实现大面积化，可大尺度弯曲等。这些无机器件不具有的特点，使其在大面积、低成本和柔性化有机电子产品(如柔性显示器件的驱动电路、射频识别标签和传感器)方面有潜在的应用前景。

在有机场效应晶体管中，绝缘层材料是一个重要的组成部分，这主要是由于有机场效应晶体管的电荷主要是在临近绝缘层一侧的有机半导体层(2-6个分子层)中传输。绝缘层对器件的影响主要有以下几方面：1.绝缘层的形貌、取向以及表面粗糙度对半导体薄膜形态、半导体晶粒的尺寸、分子排列以及电荷传输均有较大的影响；2.绝缘层的界面性质对有机场效应晶体管的稳定性、载流子传输有着很大的影响；3.绝缘层的介电常数与器件的阈值电压与操作电压有着密切联系。因此，研究和制备与有机半导体想匹配的性能优异的绝缘层也是有机场效应晶体管仅有发展的一个重要方向。

目前应用于有机薄膜晶体管研究的有机绝缘层材料主要有以下几类：聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺、聚乙烯苯酚、聚苯乙烯、聚乙烯醇等。单纯的聚合物由于具有较大的自由体积导致很容易漏电和被击穿。交联可以增强聚合物薄膜的溶剂正交性和热稳定性以及电学强度。交联可以通过光照和加热实现，目前的一些热交联的绝缘层材料交联温度较高(150℃)，高的加工温度会限制在柔性场效应晶体管的应用。另外一些热交联反应过程中需要添加催化剂或在反应过程中生成新的物质并残留在绝缘层中，从而影响器件的性能。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供两种热交联双官能团功能化的聚合物绝缘层材料及制备方法和用途。

本发明是通过以下技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种双官能团功能化的聚甲基丙烯酸甲酯共聚物，其结构如下式所示：

其中：x:y:z＝(30～6)：3：3。

第二方面，一种制备上述双官能团功能化的聚甲基丙烯酸甲酯共聚物的方法，其包括如下步骤：

a)将甲基丙烯酸甲酯、三甲基硅基炔丙基甲基丙烯酸酯、3-叠氮丙基甲基丙烯酸酯和引发剂加入有机溶剂A中，在无氧条件下，于60～80℃下，优选为70℃下发生自由基共聚反应，获得含三甲基硅保护的炔键和叠氮基团的聚甲基丙烯酸甲酯共聚物(TMS-PMMA)；

b)将所述含三甲基硅保护的炔键和叠氮基团的聚甲基丙烯酸甲酯共聚物溶于有机溶剂B中，加入脱保护试剂，室温下脱去三甲基硅烷，获得含炔键和叠氮基团的双官能团功能化的聚甲基丙烯酸甲酯共聚物(Di-PMMA)。

反应路线如下：

            

作为优选方案，步骤a)中，所述甲基丙烯酸甲酯、三甲基硅基炔丙基甲基丙烯酸酯和3-叠氮丙基甲基丙烯酸酯的摩尔比为(30～6)：3：3，优选为14：3：3。

所述的引发剂是偶氮二异丁腈，甲基丙烯酸甲酯和引发剂的摩尔比是1：(0.01～0.02)，优选为1：0.02；

所述有机溶剂A为甲苯；

步骤b)中，所述的脱保护试剂是四丁基氟化铵的四氢呋喃溶液；

所述的共聚物和脱保护试剂的摩尔比是1：(100～200)，优选为1：200；

所述有机溶剂B为四氢呋喃。

作为优选方案，所述三甲基硅基炔丙基甲基丙烯酸酯的制备方法为：所述三甲基硅基炔丙基甲基丙烯酸酯的制备方法为：用甲基丙烯酰氯和炔丙醇在吡啶存在下，于室温反应8～12小时，生成炔丙基甲基丙烯酸酯；将所述炔丙基甲基丙烯酸酯在氯化银和1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯的催化下，与三甲基氯硅烷进行回流反应24～36小时，得到三甲基硅基炔丙基甲基丙烯酸酯；

其中，所述甲基丙烯酰氯和炔丙醇的摩尔比是1：(1～1.5)；所述炔丙基甲基丙烯酸酯和三甲基硅烷的摩尔比是1：(1～1.5)。