一种可简便图案化的耐溶剂高介电常数绝缘层的制备方法技术

本发明专利技术属于高分子电介质材料领域，公开了一种可简便图案化的耐溶剂高介电常数绝缘层材料及其制备方法。在聚合物中通过极性基团的加入增加材料内部的偶极极化从而达到增加聚合物介电常数的目的；通过引入具有光反应活性的基团使预聚物可以通过光固化技术固化成膜，且能通过控制曝光条件形成具有特定形状的精细图案；通过在较低的温度下实现抗溶剂型聚合物的制备。本发明专利技术制备绝缘层聚合物的整个制备过程简单、省时，且不需要高温固化，能在“卷对卷”印刷制造柔性薄膜晶体管中获得广泛应用。印刷制造柔性薄膜晶体管中获得广泛应用。

【技术实现步骤摘要】
一种可简便图案化的耐溶剂高介电常数绝缘层的制备方法


[0001]本专利技术属于高分子电介质材料领域，具体涉及一种可简便图案化的耐溶剂高介电常数绝缘层及其制备方法。

技术介绍

[0002]当今社会便携式电子器件和柔性电子器件的应用越来越广泛，而其中基于柔性薄膜晶体管（TFT）的各种电子器件更是受到各个领域的密切关注。柔性电子器件是使用各种柔性的有机材料替代电子器件中的刚性部分从而制备的可弯折、可拉伸的电子器件。然而，在柔性的便携式电子器件发展过程中，各种挑战也是层出不穷。
[0003]便携式的要求注定了电子器件的能量供应系统不能太大，这就要求电子器件必须能够在较低的电压下运行；另外从人身安全考虑，电子器件的运行电压也不能太高。从理论预测和实验验证，在薄膜晶体管中，具有高的介电常数的栅极电介质能够有效降低器件的运行电压，从而实现器件在较低的电压下运行。因此，制备高介电常数的绝缘层是十分必要的。
[0004]当下薄膜晶体管的制备不是通过复杂的化学气相沉积就是通过高温下的退火反应。可是，高温可能使柔性基板变形，而引发化学气相沉积则需要在高的真空度下进行，会要求复杂的生产设备和较高的能量消耗。基于这部分考虑，科研工作者提出了溶液法制备薄膜晶体管基的柔性电子器件。为了满足生产制备过程中薄膜晶体管中各个部分的顺利沉积，栅极绝缘层的抗溶剂性能是非常重要的。然而，目前抗溶剂型的栅极介电层的制备通常是在高温下进行热交联，如有的研究团队使用环氧基团的热开环进行交联反应，尽管制备的薄膜具有不错的抗溶剂的性能，可是却需要大约100 ℃的反应温度，更高的甚至达到160 ℃，这样高的温度将会使柔性基板（PET）产生大面积的变形，无法进行柔性电子器件的生产。
[0005]图案化的聚合物一直是柔性电子器件加工过程中的关键技术。图案化的聚合物能够防止导电线路之间的串流扰动带来的器件性能的变化。随着电子器件的集成度越来越高，人们也越来越关注高精度图案化聚合物的制备。然而，目前聚合物的图案化主要集中在低介电常数的聚合物薄膜的图案化（聚酰亚胺），对于高介电常数薄膜的图案化却极少提及。但高介电常数的聚合物在低电压驱动的晶体管制备过程中是至关重要的，而高精度的图案化也是高集成度柔性电子的要求。因此，发展能够进行高精度图案化的高介电常数薄膜也成为了制备高集成度低驱动电压的柔性电子的必要条件。
[0006]综上，为了制备高性能的低压运行的柔性薄膜晶体管，能够在低温下固化的可图案化的抗溶剂高介电常数薄膜的制备便成为了关键。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中存在的问题和不足，本专利技术的目的在于提供一种可简便图案化的耐溶剂高介电常数绝缘层聚合物及其制备方法。
[0008]基于上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术第一方面提供了一种可简便图案化的耐溶剂高介电常数绝缘层材料的制备方法，包括如下步骤：（1）将含有极性基团的丙烯酸酯单体和双丙烯酸酯单体溶解在溶剂中，得到单体溶液，将引发剂加入单体溶液中，混合均匀后在紫外光下进行照射处理，得到预混液；（2）将步骤（1）得到的预混液进行加热、保温处理，然后向预混液加入交联剂、光引发剂和光活化剂，并用溶剂稀释，分散均匀得到混合溶液；（3）将混合溶液涂覆在基材上，置于紫外光下进行固化，得到绝缘层材料。
[0009]更加优选地，所述步骤（3）中将混合溶液在硅片上采用旋涂法制膜。
[0010]优选地，所述含有极性基团的丙烯酸酯单体的结构式如式（Ⅰ）所示，所述双丙烯酸酯单体的结构式如式（Ⅱ）所示：（Ⅰ）（Ⅱ）其中，、、均为或者；为、、、、、中的任意一种；为，其中x为2～8的整数。
[0011]更加优选地，所述含有极性基团的丙烯酸酯单体为2
‑
乙基氰基丙烯酸酯。
[0012]更加优选地，所述双丙烯酸酯单体为1，6
‑
己二醇二丙烯酸酯。
[0013]优选地，所述含有极性基团的丙烯酸酯单体、双丙烯酸酯单体的质量比为（6～9）∶（4～1）；所述交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯，所述三烯丙基异氰脲酸酯与双丙烯酸酯单体的物质的量之比为1∶（2～3）。
[0014]优选地，所述引发剂为偶氮二异丁腈，所述光引发剂为安息香双甲醚和二苯甲酮的混合物，所述光活化剂为三乙胺。
[0015]优选地，所述偶氮二异丁腈的加入量为含有极性基团的丙烯酸酯单体和双丙烯酸酯单体质量和的2wt%～3wt%；所述安息香双甲醚、二苯甲酮、三乙胺的质量比为1∶1∶0.03；所述安息香双甲醚的加入量为含有极性基团的丙烯酸酯单体和双丙烯酸酯单体质量和的2wt%～3wt%。
[0016]优选地，所述步骤（1）中紫外光的光照时间为50～60 min。
[0017]优选地，所述步骤（2）中加热、保温处理的具体过程为：进行60～80 ℃水浴加热，保温1.5～2 h。
[0018]优选地，所述步骤（1）得到的预混液中含有极性基团的丙烯酸酯单体和双丙烯酸酯单体质量和的质量分数为8%～10%。
[0019]优选地，所述步骤（2）得到的混合溶液中含有极性基团的丙烯酸酯单体、双丙烯酸酯单体和交联剂三者质量和的质量分数为4 wt%～5 wt%。
[0020]优选地，所述步骤（3）中紫外光的光照时间为1～3 h。
[0021]优选地，所述紫外光的波长为365 nm；所述溶剂为四氢呋喃。
[0022]本专利技术第二方面提供了一种所述制备方法制备的可简便图案化的耐溶剂高介电常数绝缘层材料产品。
[0023]本专利技术第三方面提供了一种利用所述可简便图案化的耐溶剂高介电常数绝缘层材料产品在绝缘层或电子器件中的应用，尤其是在制备低运行电压的薄膜晶体管中的应用。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：（1）本专利技术中采用带有强极性基团的单体和交联剂进行聚合，通过在分子链中引入大量的极性基团从而提高聚合物的介电常数。本专利技术采用的制备方法利用偶氮二异丁腈的光引发特点进行自由基聚合反应，同时由于聚合过程中的双丙烯酸酯单体（如1，6
‑
己二醇二丙烯酸酯，HDDA）的加入使分子链中存在一定的不饱和度，后续再加入复合光引发剂和交联剂后，便可以在紫外光的照射下再次进行自由基聚合，从而实现分子链之间的交联，形成网络结构。这样交联的网络结构能够有效的降低溶剂的进入，从而使本专利技术制备的聚合物不能溶于常见的溶剂（如去离子水、无水乙醇、N,N
‑
二甲基甲酰胺等）。也正是基于在紫外光的照射下能够进行自由基聚合的特点，对绝缘层材料进行区域化的光照，便可实现高精度的介电层的图案化。
[0025]（2）本专利技术在聚合物分子链中引入极性基团，通过增加材料内部的偶极极化增加聚合物的介电常数。在其中一项实施例中，本专利技术制备的聚合物的介电常数均在6以上，这是远高于经常使用的聚合物的介电常数的（PP=2.2）。而高介电常数的聚合物能够应用于柔性薄膜晶体管的栅极绝缘层，并且能够有效的降低场效应晶体管的运行电压。在其中一项实施例中，以本专利技术制备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可简便图案化的耐溶剂高介电常数绝缘层材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将含有极性基团的丙烯酸酯单体和双丙烯酸酯单体溶解在溶剂中，得到单体溶液，将引发剂加入单体溶液中，混合均匀后在紫外光下进行照射处理，得到预混液；（2）将步骤（1）得到的预混液进行加热、保温处理，然后向预混液加入交联剂、光引发剂和光活化剂，并用溶剂稀释，分散均匀得到混合溶液；（3）将混合溶液涂覆在基材上，置于紫外光下进行固化，得到绝缘层材料。2.根据权利要求1所述的可简便图案化的耐溶剂高介电常数绝缘层材料的制备方法，其特征在于，所述含有极性基团的丙烯酸酯单体的结构式如式（Ⅰ）所示，所述双丙烯酸酯单体的结构式如式（Ⅱ）所示：（Ⅰ）（Ⅱ）其中，、、均为或者；为、、、、、中的任意一种；为，其中x为2～8的整数。3.根据权利要求2所述的可简便图案化的耐溶剂高介电常数绝缘层材料的制备方法，其特征在于，所述含有极性基团的丙烯酸酯单体、双丙烯酸酯单体的质量比为（6～9）∶（4～1）；所述交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯，所述三烯丙基异氰脲酸酯与双丙烯酸酯单体的物质的量之比为1∶（2～3）。4.根据权利要求3所述的可简便图案化的耐溶剂高介电常数绝缘层材料的制备方法，其特征在于，所述引发剂为偶氮二异丁腈，所述光引发剂为安息香双甲醚和二苯甲酮的混合物，所述光活化剂为三乙胺。5.根据权利要求4所述的可简便图案化的耐溶剂高介电常数绝缘层材料的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘旭影，孙晴晴，王帅，陈金周，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：