弯扭对分子包埋纳米粒子薄膜电开关特性的影响

摘要

有机柔性器件以其优异的光电性能、较低的生产成本、简单的加工工艺流程、良好的机械性能等优势成为光电信息技术领域的新方向并取得广泛的应用，但仍有很多问题亟待解决。现有研究发现，柔性存储器件开关比较小、稳定性差、耐弯折和扭转性差，距实际应用还有较大差距。并且现阶段大部分实验停留在薄膜静态弯折，对柔性薄膜连续多次弯折或扭转研究较少。
　　为了研究连续多次弯折和扭转对柔性薄膜电开关特性的影响，本文通过对有机物和NPs进行不同组合，探究不同弯折和扭转次数对复合柔性薄膜电学性质的影响。通过扫描探针显微镜(AFM)分析弯折扭转后薄膜表面形貌的改变，通过电化学工作站测量分析弯折扭转对柔性薄膜开关比和阂值电压的影响。论文主要内容如下:
　　首先，研究了三种不同的有机物聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯咔唑(PVK)、9，9-二正辛基芴-苯并噻二唑共聚物(PFBT)分别包埋Alq3和ZnO NPs制成柔性薄膜后，原有电学特性随弯折次数的变化。结果表面，弯折对薄膜电开关特性产生了很大的影响，在1000次弯折后，开关比至少下降一个数量级，而PVK包埋Alq3柔性复合薄膜在600次后就已经失效。使薄膜原有电开关特性改变的原因是，弯折过程破坏了原有的电荷传输通道，膜层破裂和堆叠影响了纳米粒子对电荷正常捕获与释放，进而导致薄膜电阻变大，开电流降低，开关比下降。
　　其次，研究了喷涂法和旋涂法制备的柔性薄膜受弯折影响的区别。结果表面，喷涂薄膜因其均匀的厚度、致密的表面、无污染的制备环境耐弯折性远远好于旋涂法制备的柔性薄膜。对比喷涂法和旋涂法制备的PMMA、PVK、PFBT分别包埋Alq3和ZnO NPs柔性薄膜在弯折后的开关比可以发现，喷涂薄膜在弯折后开关比比旋涂薄膜高一个数量级，而且喷涂薄膜可以经受2000次的弯折依旧保持相对稳定的开关比，而旋涂薄膜在1000次弯折后会出现明显的开关比不稳定现象，开关比也会从103数量级下降到10数量级。
　　最后，研究了扭转对PFBT包埋ZnO NPs柔性薄膜电开关特性的影响。通过和弯折后柔性薄膜电学特性进行对比，我们发现扭转对电学特性的影响更大。旋涂法制备的PFBT包埋ZnO NPs柔性薄膜在弯折2000次后开关比为从4448下降到1623，而扭转10次后就下降到508。这是由于弯折过程实际是一个薄膜受拉应力的过程，这一过程会导致薄膜表面出现裂痕，改变了原有的导电通道，进而影响电荷的传输。同时薄膜内部结构的改变也影响了纳米粒子对电荷的捕获功能，使关电流提高，进而降低开关比。而扭转过程是一个是薄膜受到拉应力、压应力还有扭矩同时作用的过程，整体受力情况比弯折复杂很多，在整个过程中不仅会使薄膜表面出现裂痕，还会出现堆叠，对膜层间界面效应的影响更大。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 柔性有机双稳态器件的研究进展

1．2 有机分子结构对复合薄膜电学特性的影响

1．3 纳米粒子对复合薄膜电学性质的影响

1．3．1 氧化物纳米粒子

1．3．2 金属纳米粒子

1．3．3 石墨烯和合金纳米粒子

1．4 复合薄膜电极对电学特性的影响

1．5 论文选题依据

1．6 本论文的主要内容

第2章 弯折对聚合物包埋Alq3旋涂薄膜电开关特性影响

2．1 引言

2．2 弯折实验平台介绍

2．2．1 电控系统

2．2．2 动作系统

2．2．3 软件系统

2．3 PMMA包埋不同比例Alq3薄膜的电开关特性研究

2．3．1 薄膜制备

2．2．2 复合薄膜电学特性测试

2．4 弯折对PMMA：Alq3旋涂薄膜电开关特性影响

2．4．1 薄膜制备

2．4．2 复合薄膜电学特性测试

2．4．3 开关机理

2．5 弯折对PVK：Alq3旋涂薄膜电开关特性影响

2．5．1 薄膜制备

2．5．2 复合薄膜电学特性测试

2．5．3 开关机理

2．6 弯折对PFBT：Alq3旋涂薄膜电开关特性影响

2．6．1 薄膜制备

2．6．2 复合薄膜电学特性测试

2．6．3 开关机理

2．7 本章小结

第3章 弯折对聚合物包埋Alq3喷涂薄膜电开关特性影响

3．2 真空喷涂系统

3．3 弯折对PMMA：Alq3喷涂薄膜电开关特性影响

3．3．1 薄膜制备

3．3．2 复合薄膜电学特性测试

3．3．3 开关机理

3．4 弯折对PMMA：Alq3喷涂薄膜电开关特性影响

3．4．1 薄膜制备

3．4．2 复合薄膜电学特性测试

3．4．3 开关机理

3．5 弯折对PFBT：Alq3喷涂薄膜电开关特性影响

3．5．1 薄膜制备

3．5．2 复合薄膜电学特性测试

3．5．3 开关机理

3．6 喷涂与成膜关系

3．7 本章小结

第4章 弯折对聚合物包埋ZnO NPs薄膜电开关特性影响

4．1 引言

4．2．1 薄膜制备

4．2．2 复合薄膜电学特性测试

4．3 弯折对PMMA：ZnO薄膜电开关特性影响

4．3．1 薄膜制备

4．3．2 弯折对旋涂薄膜电开关特性影响

4．3．3 弯折对喷涂薄膜电开关特性影响

4．4 弯折对PVK：ZnO薄膜电开关特性影响

4．4．1 薄膜制备

4．4．2 弯折对旋涂薄膜电开关特性影响

4．4．3 弯折对喷涂薄膜电开关特性影响

4．4．4 PVK开关机理总结

4．5．1 薄膜制备

4．5．2 弯折对旋涂薄膜电开关特性影响

4．5．3 弯折对喷涂薄膜电开关特性影响

4．6 本章小结

第5章 扭转对PFBT包埋ZnO NPs薄膜电开关特性影响

5．1 引言

5．2 扭转平台设计

5．3 扭转对PFBT：ZnO薄膜电开关特性的影响

5．3．1 薄膜制备

5．3．2 扭转对旋涂薄膜电开关特性影响

5．3．3 扭转对喷涂薄膜电开关特性影响

5．4 扭转对多层薄膜电开关特性影响

5．4．1 不同层数的复合薄膜的制备

5．4．2 喷涂层数对复合薄膜电开关特性影响

5．4．3 旋涂层数对复合薄膜电开关特性影响

5．5 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 研究展望

参考文献

致谢