【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光电材料领域，尤其是涉及一种含硝基或氰基及两性离子对的高介电常数聚氨酯及其制备方法和应用。
技术介绍
1、电子设备的设计和开发必须满足社会的主体需求，众多需求中，节能和柔性是现今最为流行且需求最甚的主体需求。时代的快速发展也对节能和柔性赋予了更严格的要求，如：柔性要同时满足高的形变及优异的抗疲劳性，节能不仅包含器件的能耗，同样也涵盖器件及其所需材料的生产过程。有机场效应晶体管(ofet)是电子设备的基本构成元件，因此低能耗和柔性的ofet的设计和制备极其关键。
2、近年来，随着电器“柔性化”的潮流驱动，以聚合物构筑柔性ofet已成为新一代ofet的研究热点之一，其中，绝缘层作为构筑ofet的重要组成部分，其机械柔性在一定程度决定着柔性otft的发展。但是，现在常用的绝缘层材料为无机的氧化物、氮化物等，这些材料制备工艺相当复杂，不利于大面积、低温柔性器件的发展要求。此外，提高绝缘层的电容或介电常数是可降低ofet的操作电压，是实现低能耗otft的有效途径，现有的报道也非常好的诠释了这一手段的有效性。因此，研究开发高性能的有机绝缘层材料来取代无机绝缘材料是当今ofet研究的重要方向之一。聚氨酯由于具有优异的机械性、溶液可加工性、成膜性优异且结构设计可变性，在制备柔性ofet方面具有固有的优势，但其具有介电常数较低的缺点。通过改性手段赋予聚氨酯绝缘层更高的电容或者介电常数将更有利于构筑低能耗柔性ofet。但是，在实现器件低操作电压的同时维持原有的电荷传输性能仍是非常有挑战的。同时，现有技术中往往采用共混或接枝
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服上述技术不足，提出一种含硝基或氰基及两性离子对的高介电常数聚氨酯及其制备方法和应用，解决现有技术中聚氨酯绝缘层介电常数较低的技术问题。
2、第一方面，本专利技术提供一种含硝基或氰基及两性离子对的高介电常数聚氨酯，其结构通式如下所示：
3、
4、其中，r1为：
5、
6、r2为：
7、
8、r3为：
9、
10、r4为：
11、
12、m为o或n；x为1、2或3。
13、第二方面，本专利技术提供一种含硝基或氰基及两性离子对的高介电常数聚氨酯的制备方法，包括以下步骤：
14、将聚多元醇与异氰酸酯及催化剂混合，进行预聚反应，得到聚氨酯预聚体；
15、将聚氨酯预聚体与含硝基或氰基及两性离子对的二醇小分子扩链剂混合，进行一次扩链反应，得到一次扩链产物；
16、将一次扩链产物与二醇或二胺类扩链剂混合，进行二次扩链反应，得到二次扩链产物；
17、将二次扩链产物与封端剂混合，进行封端反应，经分离纯化后得到含硝基或氰基及两性离子对的高介电常数聚氨酯。
18、第三方面，本专利技术提供上述含硝基或氰基及两性离子对的高介电常数聚氨酯的应用，该含硝基或氰基及两性离子对的高介电常数聚氨酯应用于作为有机场效应晶体管器件的绝缘层。
19、与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：
20、本专利技术通过在聚氨酯中引入硝基或氰基以及两性离子对可进一步提高聚氨酯的介电常数。硝基或氰基具有较大的极性和偶极矩，基团上电荷不均匀分布，存在一定程度的正负电荷，同时引入两性离子对，其中铵正离子处于主链上，负离子及具有较大偶极矩的基团均处于侧链上。利用硝基或氰基的强极性及大偶极矩、两性离子对在外加电场中形成的双电层特性，实现高介电常数的聚氨酯的合成。采用本专利技术的方案能够在降低阈值电压的同时提高迁移率，最终能够在实现器件低操作电压的同时进一步提高器件的电荷传输性能。同时，本专利技术的聚氨酯即使是在高频交变电场下介电常数依然保持稳定。本专利技术还提出将此聚氨酯作为绝缘层应用到ofet中，从而获得更为优异的器件性能。
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1.一种含硝基或氰基及两性离子对的高介电常数聚氨酯，其特征在于，结构通式如下所示：
2.一种含硝基或氰基及两性离子对的高介电常数聚氨酯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述含硝基或氰基及两性离子对的高介电常数聚氨酯的制备方法，其特征在于，所述聚多元醇为聚四氢呋喃二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、聚丙烯酸丁酯、聚碳酸酯二醇、聚硅氧烷二醇、全氟聚醚二醇中的至少一种；所述异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二环己基甲烷异氰酸酯中的至少一种；所述二醇或二胺类扩链剂为乙二醇、乙二胺、丁二醇、丁二胺、己二醇、己二胺中的至少一种；所述封端剂为无水甲醇、无水乙醇、丁醇、乙二醇单乙醚中的至少一种。
4.根据权利要求2所述含硝基或氰基及两性离子对的高介电常数聚氨酯的制备方法，其特征在于，所述含硝基或氰基及两性离子对的二醇小分子扩链剂为3-((2-氰乙基)双(2-羟乙基)铵)丙烷-1-磺酸内盐、2-((2-氰乙基)双(2-羟乙基)铵)乙酸酯、3-(双(2-羟乙基)(硝基)铵)丙烷-1-磺酸内盐、2-(
5.根据权利要求2所述含硝基或氰基及两性离子对的高介电常数聚氨酯的制备方法，其特征在于，所述聚多元醇与异氰酸酯的摩尔含量比为(0.3-0.5)：1；所述含硝基或氰基及两性离子对的二醇小分子扩链剂和二醇或二胺类扩链剂的总摩尔含量与异氰酸酯的摩尔含量之比为(0.5-0.7)：1。
6.根据权利要求2所述含硝基或氰基及两性离子对的高介电常数聚氨酯的制备方法，其特征在于，体系中的羟基和仲氨基的总和与异氰酸酯基团的摩尔比为1：1。
7.根据权利要求2所述含硝基或氰基及两性离子对的高介电常数聚氨酯的制备方法，其特征在于，所述含硝基或氰基及两性离子对的二醇小分子扩链剂占所述含硝基或氰基及两性离子对的二醇小分子扩链剂和所述二醇或二胺类扩链剂总摩尔量的比例为15mol％-95mol％。
8.根据权利要求2所述含硝基或氰基及两性离子对的高介电常数聚氨酯的制备方法，其特征在于，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡；所述催化剂占聚多元醇、异氰酸酯、含硝基或氰基及两性离子对的二醇小分子扩链剂、二醇或二胺类扩链剂总质量的0.2wt％-0.6wt％；所述异氰酸酯与封端剂的摩尔比为1：(0.5-1)。
9.根据权利要求2所述含硝基或氰基及两性离子对的高介电常数聚氨酯的制备方法，其特征在于，所述预聚反应的温度为50-80℃，所述预聚反应的时间为3-5h；所述一次扩链反应的温度为50-80℃，所述一次扩链反应的时间为3-5h；所述二次扩链反应的温度为室温，所述二次扩链反应的时间为4-6h；所述封端反应的温度为室温，所述封端反应的时间为1-3h。
10.如权利要求1所述含硝基或氰基及两性离子对的高介电常数聚氨酯或如权利要求2-9中任一项所述含硝基或氰基及两性离子对的高介电常数聚氨酯的制备方法得到的含硝基或氰基及两性离子对的高介电常数聚氨酯应用于作为有机场效应晶体管器件的绝缘层。
...【技术特征摘要】
1.一种含硝基或氰基及两性离子对的高介电常数聚氨酯，其特征在于，结构通式如下所示：
2.一种含硝基或氰基及两性离子对的高介电常数聚氨酯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述含硝基或氰基及两性离子对的高介电常数聚氨酯的制备方法，其特征在于，所述聚多元醇为聚四氢呋喃二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、聚丙烯酸丁酯、聚碳酸酯二醇、聚硅氧烷二醇、全氟聚醚二醇中的至少一种；所述异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二环己基甲烷异氰酸酯中的至少一种；所述二醇或二胺类扩链剂为乙二醇、乙二胺、丁二醇、丁二胺、己二醇、己二胺中的至少一种；所述封端剂为无水甲醇、无水乙醇、丁醇、乙二醇单乙醚中的至少一种。
4.根据权利要求2所述含硝基或氰基及两性离子对的高介电常数聚氨酯的制备方法，其特征在于，所述含硝基或氰基及两性离子对的二醇小分子扩链剂为3-((2-氰乙基)双(2-羟乙基)铵)丙烷-1-磺酸内盐、2-((2-氰乙基)双(2-羟乙基)铵)乙酸酯、3-(双(2-羟乙基)(硝基)铵)丙烷-1-磺酸内盐、2-(双(2-羟乙基)(硝基)氨基)乙酸酯、3-(双(2-羟乙基)(4-硝基苯基)铵)丙烷-1-磺酸内盐、2-(双(2-羟乙基)(4-硝基苯基)铵)乙酸酯中的至少一种。
5.根据权利要求2所述含硝基或氰基及两性离子对的高介电常数聚氨酯的制备方法，其特征在于，所述聚多元醇与异氰酸酯的摩尔含量比为(0.3-0.5)：1；所述含硝基或氰基及两性离子对的二醇小分子扩链剂和二醇或二胺类扩链剂的总摩尔含...
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