一种纳米级层厚的二维共轭有机框架聚合物单晶薄膜及剥离制备方法技术

本发明专利技术属于液相剥离技术领域，公开了一种纳米级层厚的二维共轭有机框架聚合物单晶薄膜及剥离制备方法。该方法在双电极系统内进行；以二维共轭有机框架晶体薄膜作为阴极；以铂片作为阳极；以弱酸与球状离子TBA

【技术实现步骤摘要】
一种纳米级层厚的二维共轭有机框架聚合物单晶薄膜及剥离制备方法


[0001]本专利技术属于液相剥离
，更具体地，涉及一种纳米级层厚的二维共轭有机框架聚合物单晶薄膜及剥离制备方法。

技术介绍

[0002]二维共轭有机框架聚合物是通过缩聚反应形成的一类具有规整孔道结构的晶态高分子半导体。二维共轭有机框架可以近似看作是具有规整孔洞分布，图案化的类石墨烯，其电子结构与石墨烯、石墨炔有很多相似之处，尤其是其费米能级附近线性的能量色散导致狄拉克费米子的无质量属性，赋予其许多独特的物理性质。二维共轭有机框架聚合物与石墨烯最大区别在于其能带宽度以及完全离散的全对称π
–
π
*
带宽，加之其有机属性，可以通过化学反应的灵活性，目标性的调节二维共轭有机框架的能级结构，更重要的是其轻质、柔性、耐应力拉伸特点，适合于作为有机半导体集成电路的活性层材料。
[0003]受制于诱导距离限制，自下而上步骤生长的二维共轭有机框架晶体薄膜并不能直接应用于有机半导体器件，如何将定向诱导生成的二维共轭有机框架晶体薄膜剥离去除上层的三维交错层，得到无损的纳米级层厚单晶薄膜，并应用于有机半导体器件是目前有机半导体领域亟需解决的难题。目前已有的剥离二维共轭有机框架晶体薄膜的技术包括：球磨技术剥离、一步溶剂辅助超声剥离，引入离子后依靠层间的静电斥力剥离、微机械剥离等，利用以上方法可以得到纳米级层厚单晶薄膜，但是剥离产物的面积仍然太小，不适用于其进一步的应用，且剥离过程会对原本脆弱的二维共轭有机框架晶体薄膜产生不可逆转的严重结构破坏，这是导致缺陷密度过高，电荷传输受阻的主因，因此，以上方法并不适用于电子级器件活性层样品的制备。
[0004]针对上述问题，目前的研究大多集中在寻找合适的阳离子以实现大面积剥离和产率，而忽略了配位阴离子的作用。因此，亟待提出一种新的对二维共轭有机框架晶体薄膜进行剥离的方法，获得大面积、无损的纳米级层厚的二维共轭有机框架聚合物单晶薄膜。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种纳米级层厚的二维共轭有机框架聚合物单晶薄膜及剥离制备方法。本专利技术提供的剥离方法能够实现对水热法合成的二维共轭有机框架晶体薄膜进行大面积、无损、高效剥离。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种纳米级层厚的二维共轭有机框架聚合物单晶薄膜的剥离制备方法，该方法在双电极系统内进行；
[0007]以二维共轭有机框架晶体薄膜作为所述双电极系统的阴极；
[0008]以铂片作为所述双电极系统的阳极；
[0009]以弱酸与球状离子TBA
+
形成的配合物作为所述双电极系统的电解质，并将所述电解质与溶剂混合，形成所述双电极系统的电解液；
[0010]将所述阴极和阳极放入电解液中，并将所述阴极和阳极分别与直流电源的负极和正极电连接，向所述双电极系统施加直流电压，得到所述纳米级层厚的二维共轭有机框架聚合物单晶薄膜。
[0011]根据本专利技术，优选地，所述弱酸为CH3COOH、H3PO2和H2SO3中的至少一种。
[0012]根据本专利技术，优选地，所述弱酸与球状离子TBA
+
形成的配合物为CH3COOTBA、TBAH2PO2和TBAHSO3中的至少一种。
[0013]根据本专利技术，优选地，所述CH3COOTBA与脱氧的二甲基甲酰胺混合，形成所述双电极系统的电解液；所述CH3COOTBA在所述电解液中的浓度为0.2～20mmol，例如0.2mmol、0.4mmol、0.6mmol、0.8mmol、1mmol、1.5mmol、2mmol、5mmol、10mmol、12mmol或15mmol等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，浓度范围优选为1～10mmol。
[0014]根据本专利技术，优选地，所述CH3COOTBA与脱氧的二甲基甲酰胺混合形成的电解液中水的比例为0％～2.0％，例如0％、0.2％、0.4％、0.6％、0.8％、1.0％、1.5％或2.0％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，水的比例优选为0～0.5％。
[0015]根据本专利技术，优选地，向所述双电极系统施加的直流电压的大小为10V～25V，例如10V、12V、14V、16V、18V、20V、22V或25V等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，电解电压优选为15V～20V。
[0016]根据本专利技术，优选地，向所述双电极系统施加的直流电压的时间为20min～60min，例如20min、25min、30min、40min、50min或60min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，插层时间优选为25min～30min。
[0017]根据本专利技术，优选地，所述阴极和阳极之间的距离为2
‑
3cm，例如2cm、2.2cm、2.4cm、2.6cm、2.8cm或3cm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，电极距离优选为2.5cm。
[0018]在本专利技术中，所述二维共轭有机框架晶体薄膜在Z轴方向为层状结构，根据本专利技术，优选地，所述二维共轭有机框架晶体薄膜通过水热合成法获得。
[0019]根据本专利技术，优选地，所述方法还包括对纳米级层厚的二维共轭有机框架聚合物单晶薄膜进行离心处理，得到不同厚度的纳米级层厚的二维共轭有机框架聚合物单晶薄膜；优选地，所述离心处理的转速为2500
‑
3500rpm，离心处理的时间为4
‑
6min。
[0020]本专利技术另一方面提供了所述的纳米级层厚的二维共轭有机框架聚合物单晶薄膜的剥离制备方法制备得到的纳米级层厚的二维共轭有机框架聚合物单晶薄膜。
[0021]根据本专利技术，优选地，所述纳米级层厚的二维共轭有机框架聚合物单晶薄膜的厚度为2～100nm，例如2nm、4nm、6nm、8nm、10nm、20nm、40nm、60nm、80nm或100nm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0022]根据本专利技术，优选地，所述纳米级层厚的二维共轭有机框架聚合物单晶薄膜的畴区面积为1μm2～120μm2，例如1μm2、3μm2、5μm2、7μm2、9μm2、10μm2、20μm2、40μm2、60μm2、80μm2、100μm2或120μm2等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0023]根据本专利技术，优选地，所述纳米级层厚的二维共轭有机框架聚合物单晶薄膜中的
25
‑
35％的厚度<10nm。
[0024]根据本专利技术，优选地，所述纳米级层厚的二维共轭有机框架聚合物单晶薄膜中的75
‑
85％的畴区面积>60μm2。
[0025]本专利技术的技术方案的有益效果本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米级层厚的二维共轭有机框架聚合物单晶薄膜的剥离制备方法，其特征在于，该方法在双电极系统内进行；以二维共轭有机框架晶体薄膜作为所述双电极系统的阴极；以铂片作为所述双电极系统的阳极；以弱酸与球状离子TBA
+
形成的配合物作为所述双电极系统的电解质，并将所述电解质与溶剂混合，形成所述双电极系统的电解液；将所述阴极和阳极放入电解液中，并将所述阴极和阳极分别与直流电源的负极和正极电连接，向所述双电极系统施加直流电压，得到所述纳米级层厚的二维共轭有机框架聚合物单晶薄膜。2.根据权利要求1所述的纳米级层厚的二维共轭有机框架聚合物单晶薄膜的剥离制备方法，其中，所述弱酸为CH3COOH、H3PO2和H2SO3中的至少一种。3.根据权利要求2所述的纳米级层厚的二维共轭有机框架聚合物单晶薄膜的剥离制备方法，其中，所述弱酸与球状离子TBA
+
形成的配合物为CH3COOTBA、TBAH2PO2和TBAHSO3中的至少一种。4.根据权利要求3所述的纳米级层厚的二维共轭有机框架聚合物单晶薄膜的剥离制备方法，其中，所述CH3COOTBA与脱氧的二甲基甲酰胺混合，形成所述双电极系统的电解液；所述CH3COOTBA在所述电解液中的浓度为0.2～20mmol。5.根据权利要求4所述的纳米级层厚的二维共轭有机框架聚合物单晶薄膜的剥离制备方法，其中，所述CH3COOTBA与脱氧的二甲基甲酰胺混合形成的电解液中水的比例为0％～2.0％。6.根据权利要求1所述的纳米级层厚的二维共轭有机框架聚合物单晶薄膜的剥离...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐智策，顾卫荣，刘海宁，乔山林，姜海超，
申请(专利权)人：石家庄循环化工研究院，
类型：发明
国别省市：