[发明专利]高介电低损耗无规共聚物电介质材料及制备方法

说明书

本发明公开了可交联高介电低损耗聚合物绝缘材料的合成，交联制膜方法，以及其用于场效应晶体管绝缘层的制备方法；该聚合物绝缘材料的结构通式为：其中R为烷基，n及m分别表示两种结构单元的相对摩尔含量。所述聚合物为无规共聚物，其中环氧基团为可交联基团，砜基为极性基团。所述聚合物通过热交联成膜可以制备得聚合物薄膜。该交联薄膜具有透明，柔性，高介电常数，低介电损耗，高储能密度及高储能效率等性能。同时，该聚合物可通过低温溶液法制备成为场效应晶体管绝缘层材料。所制备的晶体管具有启动电压低，迁移率高以及可低电压稳定操作等性能。可满足微电子器件绝缘层材料的性能需求。

技术领域

本发明涉及一种高介电低损耗无规共聚物电介质材料及制备方法，属于电介质材料及储能材料制备技术领域。

背景技术

高介电材料在电子电器的各个领域有着广泛的应用。随着微电子器件的发展，具有高储能密度的绝缘材料在促进电子器件微型化，轻量化，以及节能操作方面都有重要的意义。应用于储能器件及其微电子器件中的高介电材料需要有着如下性能：高的介电常数，低介电损耗，高击穿强度，柔性以及可加工性能。

绝缘材料主要有三种：陶瓷材料，聚合物材料，无机陶瓷/聚合物复合材料。陶瓷材料虽然有着高的介电常数，但是其力学性能差，不易加工，同时击穿电压也较低；陶瓷/聚合物复合材料虽然结合了陶瓷与聚合物的共同优势，但是实现填料在聚合物中的均匀分散一直是待解决的问题。同时，材料和聚合物间的相容性较差也会导致整体介电性能以及力学性能的下降。复合材料这一非均相体系也为其存放和在电子设备中实际应用的制备带来了问题。第三种绝缘材料是聚合物绝缘材料。常见的聚合物均拥有优良的力学性能及可加工性，良好的绝缘性能，以及高的击穿电压。然而，介电常数较低是聚合物共有的问题。常用的聚合物，如聚乙烯，聚丙烯等介电常数皆低于3，而极性的聚合物如甲基丙烯酸甲酯的介电常数也仅为3～4。此类聚合物作为晶体管绝缘层材料时，低的介电常数会使得相同厚度下所需的操作电压增大，增加操作能耗。因此，研究新型的聚合物材料，使其具有更大的介电常数同时保持着聚合物的其它优异特性就有重要意义。

发明内容

本发明针对现有研究技术的缺陷，提供了一种新型的可交联高介电低损耗聚合物绝缘材料及制备方法，并实现了其在晶体管中的成功应用。本发明采用可逆加成-断裂链转移聚合以及自由基聚合方法，合成了一种具有极性基团和交联基团的无规共聚物，并将其通过热交联成膜；所制备的薄膜拥有高介电常数，低介电损耗，优异的储能性质。将此共聚物作为绝缘层制备了场效应晶体管，具有优良的器件性能。

本发明是通过以下技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种无规共聚物，其具有式I所示的通式：

其中，R为烷基，n和m均为摩尔百分数，以交联基团和极性基团的总摩尔数计。

作为优选方案，n为50～90％，m为10～50％。

作为优选方案，R为C3～C12的烷基。

第二方面，本发明提供了一种如前述的无规共聚物的制备方法，其包括如下步骤：

将砜基类化合物与乙烯基酰氯在三乙胺的催化下进行缩合反应，得到乙烯基砜类前驱体；

将所述乙烯基砜类前驱体和乙烯基环氧类前驱体在无水无氧条件下进行共聚反应，将共聚产物经过稀释、沉降、洗涤、干燥，得到所述无规聚合物。

作为优选方案，所述缩合反应的溶剂为二氯甲烷，反应温度为-10～0℃。

作为优选方案，所述共聚反应为可逆加成-断裂链转移聚合或自由基聚合。

作为优选方案，所述共聚反应的溶剂为N，N-二甲基甲酰胺，反应温度为60～80℃，引发剂和链转移剂分别为偶氮二异丁氰和三硫酯类链转移剂。