超支化聚酰亚胺的合成及其电存储性能研究

论文摘要

近些年来高分子记忆存储材料因为其良好的机械性能,加工性能,多变的化学结构,逐渐成为人们关注的热点。与传统的无机存储材料的半导体性质不同,高分子材料通过双稳态实现数据的存储。当外加电场达到某一值时,高分子材料会由低导通态向高导通态发生突变,即发生了开关效应,此时外场电压为开关电压。高分子材料的低导通态相当于半导体材料中的“0”信号,高导通态相当于“1”信号。聚酰亚胺因为其优良的综合性能成为了高分子存储材料中的一个重要分支。目前人们研究的聚酰亚胺存储材料通过在其分子链中引入电性能官能团来实现他的存储性能。常见的电光能团有苯胺类,咔唑类,萘,葸等。不过目前的研究主要集中于线性聚酰亚胺存储材料的开发,很少有人关注分子本身的三维结构。超支化聚酰亚胺除了具有聚酰亚胺通用性能外,因为其支化结构还有更好的溶解性能和加工性能。研究人员已经在气体过滤膜和光电性能上对超支化聚酰亚胺在上进行了一定的研究。但是很少见到关于对超支化聚酰亚胺的存储性能研究的报道。本论文将开发一种具有存储特性的超支化结构的聚酰亚胺,并对其存储机理进行研究。实验中设计了一种含有三苯胺结构的四官能团的氨基单体——四（4-氨基苯基）对苯二胺（TEAPBD）,并通过乌尔曼偶联反应和还原反应将其合成出来。将其与4,4’-（六氟异丙烯）二酞酸酐（6FDA）反应制的超支化的聚酰亚胺。在合成中为了避免凝胶出现,将反应液的固含量控制在O.075mol/L,并将TEAPBD缓慢的加入6FDA中保证单体充分反应。通过各项表征确定通过以上实验方法合成出了具有一定分子量的超支化聚酰亚胺。将这种超支化的聚酰亚胺制备成三明治结构的器件,并对器件进行半导体测试我们发现它具有明显的双稳态性能。当外加电流达到2v时,器件状态会从低导通态向高导通态转化。器件转化的过程是不可逆的,具有典型的一次写入多次读取的记忆存储性台（write-once-read-many times, WORM）,且器件开关比到达300。我们又通过对合成的超支化聚酰亚胺电性能（紫外可见光谱以及循环伏安测试）的测试和分子模拟发现,在分子链中三苯胺结构以给电子体存在,而酰亚胺环以受电子体存在。在施加外场得情况下,分子链中的给电子体和受电子体形成电荷转移络合物增加了材料的导通性,致使材料电性能发生变化。此外,我们还证明了在导通状态下,三苯胺基团作为空穴传输体存在而且材料本身具有P型杂化的半导体特性。

论文目录

• 学位论文数据集
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 有机高分子存储材料
• 1.2.1 有机高分子存储材料的种类和发展
• 1.2.2 有机高分子存储材料的存储机理
• 1.2.3 聚酰亚胺存储材料
• 1.3 超支化聚合物
• 1.3.1 超支化聚合物的结构特点和合成
• 1.3.2 超支化聚合物的应用
• 1.3.3 超支化聚酰亚胺
• 1.4 本课题的研究意义和创新之处
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验原料和仪器
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验仪器以及测试仪器
• 2.2 多官能团反应单体的合成
• 2.2.1 四（4-硝基苯基）对苯二胺（TENPBD）的合成
• 2.2.2 四（4-氨基苯基）对苯二胺（TEAPBD）的合成
• 2.3 超支化聚酰亚胺（6F-TEAPBD PI）的合成
• 2.4 三明治结构聚酰亚胺存储器件的制备
• 2.5 聚酰亚胺性能的表征
• 2.5.1 紫外可见光谱分析测试
• 2.5.2 循环伏安法测试
• 2.5.3 半导体参数分析测试
• 2.5.4 分子轨道能级模拟
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 多氨基单体的合成与表征
• 3.1.1 单体反应机理
• 3.1.2 单体的表征
• 3.2 超支化聚酰亚胺的合成与表征
• 3.2.1 超支化聚酰亚胺的合成
• 3.2.2 超支化聚酰亚胺的表征
• 3.3 超支化聚酰亚胺材料电性能分析
• 3.4 超支化聚酰亚胺材料存储性能分析
• 3.5 聚酰亚胺存储机理分析
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 导师和作者简介
• 附件