调控导电高分子薄膜晶体生长的方法技术

本发明专利技术涉及一种调控导电高分子薄膜晶体生长的方法，将聚‑3已基噻吩薄膜依次放入不同体积比的混合溶剂中退火，然后迅速除去薄膜中的溶剂；所述混合溶剂为氯仿与正己烷的混合溶剂或氯仿与环己烷的混合溶剂。本发明专利技术调控导电高分子薄膜晶体生长的方法，通过改变不良溶剂的极性来调节导电高分子晶体在薄膜中可控生长，从而制备结晶度和晶体尺度大小可控的导电高分子薄膜。本发明专利技术利用极性不良溶剂与高分子烷基侧链的排斥性，诱导高分子链堆积更加紧密，促进高分子晶体的增长，从而改善导电高分子薄膜的结晶度。

Methods of controlling crystal growth of conducting polymer film

【技术实现步骤摘要】
调控导电高分子薄膜晶体生长的方法
本专利技术属纳米表面及其制备
，涉及一种调控导电高分子薄膜晶体生长的方法。
技术介绍
导电高分子因其具有价格低廉、质轻、柔性、可溶液加工等优点，广泛应用于薄膜晶体管、发光显示、太阳能电池、传感器等方面。导电高分子薄膜的晶体结构与其性能关系密切。例如，为了提高迁移率，应用于晶体管的导电高分子薄膜需要具有较高的结晶度，而且结晶区之间最好由长链导电高分子把它们连在一起；为了提高发光效率，降低非辐射能量耗散，应用于发光二极管的导电高分子薄膜应该具有较低的结晶度和较短的共轭长度；为了增加激子的快速分离，在有机太阳能电池的导电高分子薄膜中，给体与受体之间应该具有尺寸为10nm左右的相分离尺寸。因此，导电高分子薄膜的晶体结构对其应用具有重要意义。近年来，热退火处理和溶剂蒸气处理作为调节导电高分子薄膜的晶体结构的常用处理方法，被广泛应用于导电高分子薄膜的晶体结构调控过程。然而，它们仍然存在明显的不足。热退火处理需要较高的温度，容易引起晶体结构高分子链的降解和氧化，从而影响晶体结构高分子薄膜的物理性能。溶剂蒸气退火处理的实验条件难以控制，不适合大规模样品的处理。为了弥补热退火处理和溶剂蒸气退火处理的不足，近年来，人们提出了室温下混合溶剂浸泡退火处理的方法，即避免了高温条件，又易于控制实验条件，且适合大规模样品的处理。溶剂浸泡退火已经广泛应用于导电高分子薄膜晶体结构。但是现有技术不能对导电高分子薄膜晶体结构的导电高分子主链和支链分别进行调控，以致不能实现高分子薄膜中晶体数量和尺寸进行有效的可控调节。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种调控导电高分子薄膜晶体生长的方法，目的是解决现有技术不能可控调节高分子薄膜中晶体数量和尺寸的技术问题。与先前技术相比，在本专利技术中，利用非溶剂的极性来调控晶体生长过程可控地调节晶体的数量和尺寸。利用非极性非溶剂来增加晶体的数量，通过极性非溶剂来促进晶体尺寸增长，从而成功实现了高分子薄膜中晶体数量和尺寸的可控调节。本专利技术利用混合溶剂中不良溶剂的极性调控导电高分子薄膜中晶体的生长。本方法的发展对溶剂浸泡调控工艺具有一定的指导意义。这使得它在调控导电高分子薄膜中晶体的结晶度和晶体尺度大小方面有着巨大的应用潜力。本专利技术的调控导电高分子薄膜晶体生长的方法，是将聚-3已基噻吩薄膜依次放入不同体积比的混合溶剂中退火，然后迅速除去薄膜中的溶剂；所述混合溶剂为氯仿与正己烷的混合溶剂、氯仿与环己烷的混合溶剂或甲苯与乙腈的混合溶剂；所述不同体积比是指氯仿与正己烷的体积比、氯仿与环己烷的体积比或甲苯与乙腈的体积比从2:1递减至1:12；所述不同体积比取5组以上数据；通常5组比例就能满足要求，浸泡6组或更多的溶剂配比也是可以的。所述退火是指在不同体积比中浸泡；浸泡溶剂可以诱导高分子链运动。作为优选的技术方案：如上所述的调控导电高分子薄膜晶体生长的方法，如上所述的调控导电高分子薄膜晶体生长的方法，所述体积比从2:1递减至1:12是指分别为2:1、1:1、1:2、1:4和1:12。如上所述的调控导电高分子薄膜晶体生长的方法，所述退火总时间≥500小时，其中在每种比例的混合溶剂中的时间≥100小时。如上所述的调控导电高分子薄膜晶体生长的方法，迅速除去薄膜中的溶剂是指迅速用压缩气体吹干；所述气体为空气、氮气或氩气；所述迅速用压缩气体吹干是指用压缩气体5秒内吹干溶剂。如上所述的调控导电高分子薄膜晶体生长的方法，薄膜的厚度为30nm～100nm。如上所述的调控导电高分子薄膜晶体生长的方法，在不溶解高分子的混合溶剂中，随非溶剂比例减少结晶度增加。随着非极性非溶剂量从89v％降到到40v％，结晶度增长比例从20％增到100％。如上所述的调控导电高分子薄膜晶体生长的方法，聚-3已基噻吩薄膜的制备方法如下：(1)导电高分子溶液的制备：将聚-3已基噻吩(P3HT)溶于氯苯溶液，制得P3HT氯苯溶液；(2)固体基底片的处理：将固体基底片置于由浓H2SO4、浓H2O2和去离子水按100:35:15的体积比配成的清洗液中120～150℃煮60～80分钟，然后，用去离子水冲洗干净后用吹干；(3)薄膜的制备：将固体基底片置于台式匀胶机上以旋涂转速为2000r/min～3000r/min，旋涂时间为30s～60s，将配置好的P3HT氯苯溶液在固体基底片上，旋涂薄膜；(4)薄膜的干燥：将制得的薄膜真空干燥，除去残留的有机溶剂。如上所述的调控导电高分子薄膜晶体生长的方法，聚-3已基噻吩(P3HT)的分子量为54～75kg/mol，分散度小于2.5；氯苯溶液浓度为15mg/ml。如上所述的调控导电高分子薄膜晶体生长的方法，固体基底片为单晶硅片和玻璃片。如上所述的调控导电高分子薄膜晶体生长的方法，所述固体基底片为用玻璃刀将固体基底片切割成1×1cm大小的方形。如上所述的调控导电高分子薄膜晶体生长的方法，所述吹干采用高纯氮气气体；所述真空干燥是指在真空中保持24小时以上，真空度为200Pa以下。本专利技术利用混合溶剂浸泡方法诱导导电高分子薄膜中晶体的可控生长，通过改变不良溶剂的极性来调节导电高分子晶体在薄膜中可控生长，从而制备结晶度和晶体尺度大小可控的导电高分子薄膜。在混合溶剂浸泡过程中，利用非极性不良溶剂与基底和高分子非极性烷基侧链的良好亲合性，诱导新晶核在高分子与基底界面产生，从而改善导电高分子薄膜的结晶度；利用极性不良溶剂与高分子烷基侧链的排斥性，诱导高分子链堆积更加紧密，促进高分子晶体的增长，从而改善导电高分子薄膜的结晶度。从该方法诱导机理来看，该方法对具有非极性烷基侧链的系列导电高分子薄膜结晶行为的调控都是有效。有益效果(1)本专利技术的调控导电高分子薄膜晶体生长的方法，通过改变不良溶剂的极性来调节导电高分子晶体在薄膜中可控生长，从而制备结晶度和晶体尺度大小可控的导电高分子薄膜。(2)本专利技术的调控导电高分子薄膜晶体生长的方法，利用极性不良溶剂与高分子烷基侧链的排斥性，诱导高分子链堆积更加紧密，促进高分子晶体的增长，从而改善导电高分子薄膜的结晶度。附图说明图1为本专利技术工艺流程图；图2为掠入射X射线衍射法测量导电高分子薄膜结晶度与晶体尺寸变化率图。具体实施方式下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。本专利技术，采用掠入射X射线衍射法(GIXD)表征导电高分子聚-3已基噻吩薄膜的结晶结构，测试的结果如图2所示，其中，结晶度变化率和晶体尺寸变化率随处理的混合溶剂的不同变化较大。本专利技术，采用椭偏仪测定薄膜厚度。实施例1制备聚-3已基噻吩薄膜，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.调控导电高分子薄膜晶体生长的方法，其特征是：将聚-3已基噻吩薄膜依次放入不同体积比的混合溶剂中退火，然后迅速除去薄膜中的溶剂；/n所述混合溶剂为氯仿与正己烷的混合溶剂或氯仿与环己烷的混合溶剂；/n所述不同体积比是指氯仿与正己烷的体积比或氯仿与环己烷的体积比从3:2递减至1:8；所述不同体积比取5组以上数据；/n所述退火是指在不同体积比中浸泡。/n

【技术特征摘要】
1.调控导电高分子薄膜晶体生长的方法，其特征是：将聚-3已基噻吩薄膜依次放入不同体积比的混合溶剂中退火，然后迅速除去薄膜中的溶剂；
所述混合溶剂为氯仿与正己烷的混合溶剂或氯仿与环己烷的混合溶剂；
所述不同体积比是指氯仿与正己烷的体积比或氯仿与环己烷的体积比从3:2递减至1:8；所述不同体积比取5组以上数据；
所述退火是指在不同体积比中浸泡。


2.根据权利要求1所述的调控导电高分子薄膜晶体生长的方法，其特征在于，所述体积比从2:1递减至1:12是指分别为2:1、1:1、1:2、1:4和1:12。


3.根据权利要求1所述的调控导电高分子薄膜晶体生长的方法，其特征在于，所述退火总时间≥500小时，其中在每种比例的混合溶剂中的时间≥100小时。


4.根据权利要求1所述的调控导电高分子薄膜晶体生长的方法，其特征在于，迅速除去薄膜中的溶剂是指迅速用压缩气体吹干；所述气体为空气、氮气或氩气；所述迅速用压缩气体吹干是指用压缩气体5秒内吹干溶剂；薄膜的厚度为30nm～100nm。


5.根据权利要求1所述的调控导电高分子薄膜晶体生长的方法，其特征在于，在不溶解高分子的混合溶剂中，随非溶剂比例减少结晶度增加；随着非极性非溶剂量从89v％降到到40v％，结晶度增长比例从20％增到100％。


6.根据权利要求1所述的调控导电高分子薄膜晶体生长的方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐林，张欢欢，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31