纳米结构膜、其制备方法以及电子装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种纳米结构膜、其制备方法以及电子装置。纳米结构膜包括：纳米结构层，该纳米结构层包含聚合物介质和用配体组合物改性的细长纳米结构体，其中所述配体组合物包含具有刚性主核和与刚性主核相连的侧链的T型配体(1)，其中所述侧链与纳米结构体的表面结合，并且由于所述的T型配体的作用，所述细长纳米结构体的长轴的取向与聚合物分子在纳米结构层中的取向基本平行。根据本发明专利技术，配体组合物改性的细长纳米结构体在纳米结构膜内具有高浓度而不聚集并且保持高的取向有序性。度而不聚集并且保持高的取向有序性。度而不聚集并且保持高的取向有序性。

【技术实现步骤摘要】
纳米结构膜、其制备方法以及电子装置


[0001]本专利技术涉及新型材料领域，特别涉及一种纳米结构材料，包含该纳米结构材料的膜、其制备方法及其在电子装置中的应用。

技术介绍

[0002]纳米结构材料为光子学中的各种应用提供了一种低成本解决方案，例如光伏和薄膜器件，偏振光源，发光二极管等。从科学和技术的角度来看，控制装置中细长纳米结构体(例如纳米棒、量子棒、纳米管等)的取向也非常有趣。特别是，各向异性的吸收以及来自对准的量子棒(QR)的自发和受激发射对于许多应用都具有吸引力。尽管最近，量子点增强膜(QDEF)在提供超过NTSC彩色三角形100％的色域的现代LCD中非常流行，但是由于偏振器和滤色器的影响，LCD的效率仍然很低。置于背光灯和LCD面板之间的线性偏振片吸收超过55％的光，因此，现代LCD的整体效率被限制为3-5％。与QDEF相比，量子棒增亮膜(QREF)具有其他显著优势，例如发射线性偏振光和增强的光输出耦合。因此，QREF不仅可以增加LCD的色域，而且可以大大提高LCD的整体效率。由于纳米棒在其他物理特性(例如热，电导率和表面能)中也具有独特的各向异性，并且由于其一维形状而表现出各向异性吸收，因此除了LCD和LED外，它们还可以用于不同的应用中。因此，它们在薄膜中的排列或者取向非常重要，以探索这些各向异性材料在许多应用中的最大潜力。
[0003]诸如纳米棒等细长纳米结构体的广泛应用的一个严重制约是薄膜中高有序参数的细长纳米结构体的均匀排列困难。最近，已经研究了许多不同的技术来实现细长纳米结构体的高质量排列，包括液晶(LC)自排列(L.S.Li,A.P.Alivisatos,Adv Mater,15(2003)408-411；S.R.Srikantharajah,M.Klaum
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nzer,V.Lobaz,M.Voigt,W.Peukert,Thin Solid Films,(2014),562,659
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667；M.Wang,Le He,S.Zorba,Y.Yin,Nano Lett.,(2014),14,3966-3971.,Langmuir-Blodgett deposition[F.Kim,S.Kwan,J.Akana,P.Yang,Journal of the American Chemical Society,123(2001)4360-4361)；蒸发辅助组装(J.L.Baker,A.Widmer-Cooper,M.F.Toney,P.L.Geissler,A.P.Alivisatos,Nano Lett,10(2009)195-201],electric field-assisted assembly[Z.Hu,M.D.Fischbein,C.Querner,M.Nano Lett,6(2006)2585-2591)；模板辅助组装(A.Lutich,L.Carbone,S.Volchek,V.Yakovtseva,V.Sokol,L.Manna,S.Gaponenko,Physica status solidi(RRL)-Rapid Research Letters,3(2009)151-153；T.Wang,J.Zhuang,J.Lynch,Ou Chen,Z.Wang,X.Wang,D.LaMontagne,H.Wu,Z.Wang,Y.C.Cao；Science,(2012),388,358],and mechanical rubbing[Y.Amit,A.Faust,I.Lieberman,L.Yedidya,U.Banin,Phys Status Solidi A,209(2012)235-242])；和机械摩擦(Y.Amit,A.Faust,I.Lieberman,L.Yedidya,U.Banin,Phys Status Solidi A,209(2012)235-242)。
[0004]然而，这些方法满足制造LCD应用所需的大面积膜的标准的能力很大程度上受其复杂性的限制，即使对于在小面积上的排序、低有序参数和膜均匀性也是如此。相反，下列技术显示出解决该问题的潜力：细长纳米结构体(如纳米棒)在聚合物介质主体中进行排列
(T.Du,J.Schneider,A.K.Srivastava,A.S.Susha,V.G.Chigrinov,H.S.Kwok,A.L.Rogach,ACS Nano,9(2015)11049-11055；J.Schneider,W.L.Zhang,A.K.Srivastava,V.G.Chigrinov,H.S.Kwok,A.L.Rogach,Nano Lett,17(2017)3133-3138)；以及通过电纺丝制备纤维和随后配向(M.Hasegawa,Y.Hirayama,S.Dertinger,Appl Phys Lett,106(2015).；T.Aubert,L.Paangetic,M.Mohammadimasoudi,K.Neyts,J.Beeckman,C.Clasen,Z.Hens,ACS Photonics,2(2015)583-588]and stretching of polymer films doped with nanorods[P.D.Cunningham,J.B.Souza,I.Fedin,C.X.She,B.Lee,D.V.Talapin,ACS Nano,10(2016)5769-5781)。这些技术提供细长纳米结构体的大规模均匀排列，但也可在微观通道中将其排列(静电纺丝法)，并允许高分辨率的图案化(光配向)。
[0005]无论将纳米结构体配向的方法如何，附在纳米结构体上的配体与相邻的主体基质之间的相互作用是确认纳米结构体均匀和配向的关键因素。
[0006]此外，对于采用常规天然配体的纳米结构体而言，膜的偏振比(PR)，即取向度，在纳米结构体的浓度增加时仍被强烈抑制，因此阻碍了获得小厚度的高效量子棒增亮膜(QFEF)。
[0007]本领域持续需要解决偏振比受纳米结构体的含量或者浓度抑制的问题的新方法和新技术。

技术实现思路

[0008]经过谨慎的研究，本申请的专利技术人发现通过优化薄膜中纳米结构体的表面配体与有机主体基质之间的相互作用，可以至少部分地解决上述技术问题。
[0009]因此，本专利技术提供了一种新的纳米结构膜，该纳米结构膜的制备方法以及其在各种电子装置中的应用。特别是，本专利技术提供了包含用特别设计的配体组合物改性的细长纳米结构体(特别是纳米棒)和有机聚合物介质的膜，其中所述配体组合物能够诱导细长纳米结构体(特别是纳米棒)平行于周围有机聚合物介质的光学轴(易磁化轴，例如液晶聚合物LCP中的指向矢或简单排列的线性聚合物的聚合物链)取向。
[0010]具体来说，本专利技术提供了：
[0011]1.一种纳米结构膜，包括：
[0012]纳米结构层，该纳米结构层包含聚合物介质和用配体组合物改性的细长纳米结构体，其中所述配体组合物包含具有刚性主核和与刚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米结构膜，其特征在于包括：纳米结构层，该纳米结构层包含聚合物介质和用配体组合物改性的细长纳米结构体，其中所述配体组合物包含具有刚性主核和与刚性主核相连的侧链的T型配体(1)，其中所述侧链与纳米结构体的表面结合，并且由于所述的T型配体的作用，所述细长纳米结构体的长轴的取向与聚合物分子在纳米结构层中的取向基本平行。2.根据权利要求1所述的纳米结构膜，其特征在于还包括基底以及基底上的配向层，所述纳米结构层设置在配向层上，其中所述用表面改性剂组合物改性的细长纳米结构体的配向与所述配向层的易磁化轴的方向一致。3.根据权利要求1或2所述的纳米结构膜，其特征在于所述T型配体(1)如下列结构式1表示：其中，
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R、R1、R2和R3各自独立地是芳基、杂芳基、1,4-环己基、1,4-环己烯基、1,3-二氧戊环基团、其中两个或更多个环彼此稠合的多环芳基或者其中两个或更多个环通过共价键连接的多环芳基，可选地，在横向位置彼此独立的一个或多个H原子可以被F原子取代；
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G、G1、G3、G4、G5和G6各自独立地是直接将两个相邻的片段连接的单键、或-O-、或-S-原子、或酮基(-C(O)-)或酯基(-C(O)-O-或
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OC(O)-)或-C(O)CH2COO-或偶氮基(-N＝N-)或乙烯(-C＝C-)或乙炔(-C≡C-)基团，或-CX2CH2COO-，其中X为H或卤素原子，或-(CH2)m-，或-(OCH2)
m-，其中m为1-11；
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W1和W2各自独立地是正烷基、烯基、包括手性基团的支链烷基，其中一个或多个-CH
2-基团任选地各自独立地被-CF
2-、-O-、-CH＝CH-或-C≡C-基团取代，其中-O-原子不彼此直接连接并且其中任选地包括可聚合基团；
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E和E3各自独立地为正亚烷基、亚烯基或包括手性基团的支链亚烷基，其中一个或多个-CH
2-基团任选地各自独立地被-CF
2-、-O-、-CH＝CH-或-C≡C-基团取代，其中-O-原子不彼此直接连接；
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X和X3各自独立地是膦酸基团((-P(O)(OH)2)、磷酸基团(-OP(O)(OH)2)或次膦酸基团((-PH(O)OH)、羧酸基团(-C(O)OH)、磺酸基(-S(O)2OH)、亚磺酸基(-S(O)OH)或它们的盐、巯基(-SH)、氨基(-NH2)、硝基(-NO2)、羟基(-OH)、-Si(OH)3或OSi(OH)3、-CH(P(O)(OH)2)2、-CH(OP(O)(OH)2)2、-CH(PH(O)OH)2、-CH(C(O)OH)2、-CH(SH)2、-CH(NH2)2、-CH(OH)2、-CH(Si(OH)3)2、-CH(OSi(OH)3)2、-CH(S(O)2OH)2或-CH(S(O)OH)2；
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m、m1、m2、m3彼此独立，范围为0-20，但至少m和/或m3不等于0；
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k和k1彼此独立为1或2。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的纳米结构膜，其中所述配体组合物还包含通式
W-G-(E)
n-X表示的配体(2)，其中：
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W各自独立地是正烷基、烯基、包括手性基团的支链烷基，其中一个或多个-CH
2-基团任选地各自独立地被-CF
2-、-O-、-CH＝CH-或-C≡C-基团取代，其中-O-原子不彼此直接连接并且其中任选地包括可聚合基团；
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G为单键，从而直接连接两个相邻的片段，或-O-或-S-原子，或酮基(-C(O)-)或酯基(-C(O)O-或-OC(O)-)或-C(O)CH2COO-或偶氮基(-N＝N-)或乙烯基(-C＝C-)或乙炔基(-C≡C-)或-CX2CH2COO-X为H或卤素原子，-(CH2)m-或-(OCH2)m-，其中m为1-11；
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E各自独立地为正亚烷基、亚烯基或包括手性基团的支链亚烷基，其中一个或多个-CH
2-基团任选地各自独立地被-CF
2-、-O-、-CH＝CH-或-C≡C-基团取代，其中-O-原子不彼此直接连接；
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X是各自独立地是膦酸基团((-P(O)(OH)2)、磷酸基团(-OP(O)(OH)2)或次膦酸基团((-PH(O)OH)、羧酸基团(-C(O)OH)、磺酸基(-S(O)2OH)、亚磺酸基(-S(O)OH)或它们的盐、巯基(-SH)、氨基(-NH2)、硝基(-NO2)、羟基(-OH)、-Si(OH)3或OSi(OH)3、-CH(P(O)(OH)2)2、-CH(OP(O)(OH)2)2、-CH(PH(O)OH)2、-CH(C(O)OH)2、-CH(SH)2、-CH(NH2)2、-CH(OH)2、-CH(Si(OH)3)2、-CH(OSi(OH)3)2、-CH(...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克西姆，
申请(专利权)人：香港科技大学，
类型：发明
国别省市：