含咔唑、萘酐基团聚合物的合成及其电存储性能的研究

【摘要】近几十年来，聚合物电存储材料由于分子结构可设计、机械性能良好、制备工艺简单等优点越来越来被研究者关注。到目前为止，主要基于咔唑、萘酰亚胺、萘酐等功能基团的系列聚合物材料已合成，表现出不同类型的存储性能。然而，这些存储材料基本上基于两种存储态（“0”和“1”）的二进制信息存储。为了满足高密度的信息存储要求，以及克服这种单模式存储的缺陷，基于多电压响应性的多进制存储材料逐步得到发展并愈来愈受到重视。本文基于咔唑，萘酐等功能基团合成了系列侧链聚合物材料，材料在电压作用下均存在双重驱动机理，以便实现多电压响应的多进制存储性能。基于此，我们做了如下几部分工作：（1）在PMCz基础上通过不同的聚合方式引入少量的萘酐基团，合成了嵌段共聚物PMCz8-b-PMBNa2和无规共聚物PMCz8-co-PMBNa2，以期通过萘酰亚胺和咔唑之间的构象转变和电荷转移双机理驱动作用实现三进制信息存储。表明，基于两种不同类型聚合物所制备的器件Al/polymer/ITO均表现出三进制存储性能，并且无规聚合物所表现出的存储性能稳定性优于嵌段聚合物。这是由于D/A间作用强度及分散程度不同导致，可通过分析材料的光电性能及薄膜AFM表面形貌等验证。继续增加萘酐基团的含量，将进一步增加咔唑与萘酐间的CT作用，从而进一步降低器件的功耗（薄膜的HOMO与ITO之间能垒差，ΔEp）。这对未来材料的设计及优化具有一定的指导作用。（2）设计合成了无规共聚物PMNN和PMNB，以期通过萘酐基团在萘环间的空间位阻效应实现存储性能的调节。结果PMNN器件表现出WORM型存储性能，而PMNB器件表现出SRAM型存储性能。这是由于萘酐基团中O=C–N–C=O单元在聚合物链间的空间位阻效应导致，可薄膜导电前后的紫外及荧光得到验证。活性层PMNN在施加电压后先后发生了不可逆的构象转变和电荷填充；而PMNB材料的过程在撤销电场后是自发的，可逆的。像这样通过空间效应调控器件的存储性能对我们今后的材料的设计具有一定的指导意义。（3）为了进一步对双机理驱动过程解析，我们设计合成了系列聚合物P4VPCz。通过调节聚合物中咔唑基团的含量，实现了器件ITO/P4VPCz/Al从二进制到三进制的转变并解析驱动机理过程。此外，在聚合物中引入离子盐对提高器件的稳定性具有积极的作用，但是达到一定的数量后，将完全改变器件的性能，呈现高导状态。因此该体系的研究对双机理调控实现多进制存储性具有重大突破的重要。（4）基于具有三进制存储性能的偶氮咔唑小分子，我们进行了烷基化修饰，以便旋涂成膜简化其器件制备工艺。结果表明薄膜表面形貌均匀性，而器件只表现出二进制WORM型存储性能。这是由于器件成膜时功能基团间的π-π有序堆积变差，双陷阱依次填充消失导致，可通过薄膜的UV、CV等测试验证。此外，我们发现适当的烷基链增加，对器件的开启电压和ON/OFF电流比均有明显的增加。这对器件制备简化具有一定的指导意义。从上述体系研究得知，我们通过组合机理实现多进制信息存储，而且对其作用的过程也进行了进一步的解析。这对今后通过分子结构设计来满足电存储性能需求有着重要的借鉴意义。此外，我们也验证了分子的空间位阻性、堆积有序性及薄膜的形貌对电存储的性能具有重要的影响。
【作者】何东伟；
【导师】路建美；
【作者基本信息】苏州大学，有机化学，2014，硕士
【关键词】聚合物；双机理；三进制；电存储；

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