[发明专利]一种聚电解质复合介电层材料及其制备的有机薄膜晶体管

说明书

本发明公开了一种聚电解质复合介电材料，以及应用该介电层材料制备的有机薄膜晶体管(OTFT)。所述聚电解质复合介电材料包含聚丙烯酸类电解质和含有羟基的聚合物。本发明的聚电解质复合介电材料及其柔性OTFT的制备方法简便、成本低。所述聚电解质复合介电材料电容大、具有弹性、柔性高；介电薄膜及OTFT的电学性能好，在低操作电压、低功耗柔性可穿戴电子设备等领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种聚电解质复合介电材料和由所述介电材料构筑的有机薄膜晶体管及其制备方法，以及在柔性电子设备中的应用，属于功能材料与器件领域。

背景技术

近年来，有机柔性电子材料与器件，在电子皮肤、可穿戴设备、智能传感、柔性显示等领域显示出良好的应用前景，引起了人们的高度重视。作为一类关键的柔性电子元器件，有机薄膜晶体管(Organic thin-film transistor,OTFT)发展十分迅速，是当前柔性电子学的研究前沿。较之于传统的无机晶体管，OTFT具有质轻、便携、柔性好、成本低等优势，并可实现大面积的溶液加工、喷墨打印、低温真空蒸镀成膜，而且易于对有机分子结构设计与修饰，从而改善有机半导体的性质，提高器件性能。

尽管OTFT具有上述诸多优点，但受限于二氧化硅等传统介电材料的电容小、柔韧性差等局限性，使得OTFT依然存在载流子迁移率偏低、操作电压高等问题，限制了它们在柔性可穿戴设备方面的应用。使用自组装单分子层、高介电常数的超薄聚合物薄膜或高k无机氧化物等充当介电层材料在一定程度上可以解决这些问题(Chem.Rev.2010,110,205)。从目前的研究结果看，高介电常数的无机介电材料尽管电容大和稳定性好，但往往需要苛刻的沉积或高温工艺，而且无机材料的脆性使之在弯曲时容易损坏。相比之下，有机聚合物介电材料具有优异的柔韧性、良好的绝缘性以及与有机半导体的界面相容性，因此是一类有潜力的OTFT介电材料。目前大部分有机聚合物介电材料的介电常数较小，介电层的电容不够大，难以实现低电压驱动的OTFT。为了有效降低器件操作电压，发展新型聚合物介电层，特别是具有双电层效应的高电容聚电解质介电材料，获得低电压的高性能OTFT尤为关键。但是利用两种或多种聚电解质组分如聚丙烯酸类电解质和聚乙二醇等进行功能复合与交联，制备柔性好、有弹性的聚电解质复合介电材料充当栅极介电层并制备柔性低电压OTFT的方法还未有报道。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种聚电解质复合介电材料，该聚电解质复合介电材料为可形成双电层、电容大、柔韧性好、具有弹性、强度高的聚电解质复合介电材料。

所述聚电解质复合介电材料，包含聚丙烯酸类电解质和含有羟基的聚合物。

可选地，所述聚丙烯酸类电解质与所述含有羟基的聚合物共混和交联。

可选地，所述含有羟基的聚合物占所述聚丙烯酸类电解质与含有羟基的聚合物总质量的5％～50％。

可选地，所述含有羟基的聚合物占所述聚丙烯酸类电解质与含有羟基的聚合物总质量的20％～40％。

可选地，所述含有羟基的聚合物占所述聚丙烯酸类电解质与含有羟基的聚合物总质量的25％。

可选地，所述聚丙烯酸类电解质选自聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸衍生物、聚甲基丙烯酸衍生物中的至少一种。

可选地，所述聚丙烯酸类电解质选自聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚甲基丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酰胺中的至少一种。

可选地，所述聚丙烯酸衍生物为聚丙烯酰胺类聚合物。

可选地，所述含有羟基的聚合物选自聚乙二醇、聚乙烯醇、聚环氧乙烷、聚酯多元醇中的至少一种。

优选地，所述聚电解质复合介电材料含有聚丙烯酸(简写为PAA)和聚乙二醇(简写为PEG)。

优选地，所述聚乙二醇占聚丙烯酸与聚乙二醇总质量的5％～50％。