[发明专利]一种自组装共轭聚合物薄膜的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种自组装共轭聚合物薄膜的制备方法及其应用。该共轭聚合物膜是通过在气液界面处使用紫外光诱导有机分子自组装聚合制备，具体是首先将咔唑衍生物溶解于有机溶剂中，然后选择合适的不良溶剂，将溶解咔唑类衍生物的有机溶液滴加在不良溶剂的表面，最后通过光源辐照诱导自组装在气液界面获得共轭聚合物薄膜。本发明的自组装共轭聚合物薄膜具有大面积、均匀性好、厚度可控、制备工艺简单与低成本构筑的特点，可以用于有机忆阻器、有机晶体管以及光探测等领域。

技术领域

本发明属于聚合物半导体材料领域，具体涉及可转移、共轭聚合物半导体材料的制备方法和应用。

背景技术

自从2004年石墨烯材料被机械剥离出来后，二维材料受到越来越多研究者的关注，其优异的性能使其在电子器件、能源和环境等领域拥有极大的应用前景。相比较于石墨烯、MoS₂这类无机二维材料，有机共轭聚合物薄膜，因为材料制备成本低，制备工艺简单、具有高分子可塑性和柔韧性等优点，并且较大的比表面积和平面结构带来的二维限域效应在光电子等领域也具有极大的应用潜力。有机共轭聚合物薄膜同时还具有周期性的超薄结构，通过控制制备条件可以获得不同薄膜厚度。共轭聚合物薄膜的上述特性使得其有望在光电器件领域发挥重要应用，例如给有机光电探测器、有机忆阻器、有机晶体管和有机传感器提供优异的光电特性。制备出大面积，均匀，高共轭程度的共轭聚合物薄膜是实现上述用途的关键。

目前已经有一些宏观共轭聚合物(CP)薄膜的制备方法，包括光诱导聚合，表面引发生长，层层交联，电化学沉积等。这些方法几乎都依赖于致密平整的刚性衬底，例如，金属/ 金属氧化物衬底或者硅基衬底。一些特定的基团，微观上与衬底有序的晶格排布形成锚定结构，从而在宏观上得到均一的薄膜，但同时这也使得薄膜难以从衬底上进行分离。在一些柔性聚合物衬底上，没有重复有序的锚定位点来与锚定基团进行特定的结合，导致难以成膜和结构无定形等问题，这些让我们很难将CP薄膜运用到柔性电子和一些传感器的应用中。当前，已经报道了一些解决方法，如石墨烯、MXene和MoS₂等材料进行诱导生长，压印等，但是这些方法的成本昂贵，难以大面积制备，并且引入其他材料有可能让薄膜受到污染或破损，严重影响了共轭聚合物薄膜在光电器件领域的应用前景。

因此，出于共轭聚合物薄膜的简便制备及器件应用等方面的综合考虑，亟待发展一种简便低成本的制备方法制备高质量共轭聚合物薄膜。

发明内容

本发明提出一种新的制备可转移，光诱导自组装共轭聚合物薄膜，解决了传统制备方法上的不足和缺陷，并且通过该方法制备合成一系列以咔唑为骨架的大面积，可转移的共轭聚合物材料，这种方法叫做气液界面光诱导自组装。

为实现上述的目的，本发明采用如下的技术步骤：

一种自组装共轭聚合物薄膜的制备方法，具有如下五个步骤：

A)：将咔唑衍生物溶解于合适的有机溶剂中，充分搅拌。

B)：选择适合的不良溶剂，作为临时的衬底。

C)：将不良溶剂和咔唑衍生物溶剂先后倒入清洁的烧杯中，并放置在光源下进行反应。

D)：控制反应温度为-80～100℃，反应时间0.5～4小时，反应结束后共轭聚合物薄膜漂浮在气液界面处。

E)：选用适合的衬底将薄膜捞起，烘干、清洗、退火。

进一步的技术方案，所述步骤A)所述的咔唑衍生物具有以下单体结构：

所述共轭聚合物的结构以咔唑为骨架，分别具有选自通式(Ⅰ)或通式(II)的化学式的结构：

其中Ar代表共轭芳环单元。

Ar选自如下单元中的一种：