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《吉林大学》 2017年
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超支化聚酰亚胺的制备及其电双稳态存储效应的研究

宋颖  
【摘要】:近年来,聚酰亚胺材料因其突出的电性能、优异的热稳定性以及化学稳定性等优点,在信息存储领域得到了广泛的关注。目前报道的聚酰亚胺存储材料集中于线型聚酰亚胺,然而,刚性的分子骨架以及很强的分子链堆积,导致其溶解性差,难以加工。对线型聚酰亚胺进行分子设计时,需兼顾其溶解性与耐热性,很大程度上限制了线型聚酰亚胺的结构多样性。超支化聚酰亚胺结合了超支化聚合物与聚酰亚胺的性能特点,不仅具有良好的有机溶解性,同时还具有优异的耐热性。此外,超支化聚酰亚胺独特的分子结构赋予其很高的结构可设计性。因此,通过合理的分子设计,制备超支化聚酰亚胺信息存储材料,并探索其分子结构与存储性能的变化规律,对未来信息存储材料的发展具有重要的意义。本论文以超支化聚酰亚胺为研究对象,从不同的角度,如支化结构、线型链长以及端基结构,研究超支化聚酰亚胺的分子结构与存储性能之间的关系。1、研究了支化结构中的推拉电子效应对超支化聚酰亚胺存储性能的影响:设计合成了一种含多个三苯胺基团的新型三胺单体,将此单体作为电子给体,与多个具有不同吸电子能力的商用二酐单体进行聚合,制备一系列具有不同支化结构的超支化聚酰亚胺。基于此系列聚合物的存储器件表现出多种类型的存储特性,如绝缘体、易失性的SRAM存储特性以及非易失性的WORM存储特性。对超支化聚酰亚胺的支化单元进行分子模拟,发现其电双稳态存储行为源于场致电荷转移机理,支化结构的引入有利于提高电荷传输效率,从而降低器件的开关电压。此外,通过改变支化单元中受体的分子结构,能够调节聚合物的吸电子强度以及偶极矩,进而调节电荷转移络合物的稳定性,实现对聚合物存储性能的调控。2、研究了线型链节长度对超支化聚酰亚胺存储性能的影响:合成了一种含三苯胺基团的二胺单体,将此二胺单体与新型三胺单体和商用的六氟二酐进行共聚,调整共聚单体的比例,制备了一系列具有不同线型链节长度的超支化聚酰亚胺。热性能分析表明随着线型链节长度的增加,聚合物的热稳定性逐渐升高。以此系列聚合物作为活性层制备存储器件,并测试器件的存储性能。发现随着聚合物线型链节长度的增加,器件的存储类型由易失性的SRAM转变为非易失性的WORM。对聚合物的存储机理进行分析,发现延长线型链节能够增加聚合物的构象扭曲程度,有利于提高电荷转移络合物的稳定性,从而使器件表现出非易失性的存储特性。因此,通过调整线型链节的长度能够调控超支化聚酰亚胺的存储性能。3、研究了端基结构对超支化聚酰亚胺存储性能的影响:以新型三胺单体作为电子给体,六氟二酐作为电子受体,引入具有不同共轭结构的封端单体(苯酐,萘酐、苝酐),制备了一系列具有不同端基结构的超支化聚酰亚胺。发现采用萘酐和苝酐封端修饰后的聚合物,其热性能以及光电性能显著提高。以苯酐封端超支化聚酰亚胺制备的存储器件表现出易失性的SRAM存储特性,而以萘酐和苝酐封端超支化聚酰亚胺制备的存储器件表现出非易失性的WORM存储特性,同时具有更低的开关电压。对聚合物存储机理的分析表明,采用大共轭结构的封端单体对超支化聚酰亚胺进行端基修饰,有利于促进以及稳定电荷转移过程,进一步提升聚合物的存储性能。
【关键词】:超支化聚酰亚胺 电荷转移 给体-受体 线型链长 末端基团
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TP333;TQ323.7
【目录】:
  • 中文摘要4-6
  • Abstract6-12
  • 第一章 绪论12-54
  • 1.1 引言12-13
  • 1.2 有机信息存储器件13-17
  • 1.2.1 有机信息存储器件的基本概念13-14
  • 1.2.2 有机信息存储器件的存储类型及特性曲线14-17
  • 1.3 有机信息存储器件的存储机理17-22
  • 1.3.1 丝状传导机理17-18
  • 1.3.2 空间电荷与陷阱18-19
  • 1.3.3 电荷转移效应19-21
  • 1.3.4 构象转变机理21-22
  • 1.4 有机信息存储材料22-43
  • 1.4.1 有机小分子材料22-26
  • 1.4.2 共轭聚合物26-28
  • 1.4.3 非共轭侧链型聚合物28-31
  • 1.4.4 聚合物掺杂材料31-36
  • 1.4.5 功能性聚酰亚胺材料36-43
  • 1.5 超支化聚酰亚胺43-51
  • 1.5.1 超支化聚酰亚胺概述43-44
  • 1.5.2 超支化聚酰亚胺的合成44-48
  • 1.5.3 超支化聚酰亚胺的应用48-51
  • 1.6 本论文的设计思想及研究内容51-54
  • 1.6.1 本论文的设计思想51-52
  • 1.6.2 本论文的研究内容52-54
  • 第二章 实验部分54-60
  • 2.1 实验原料54-56
  • 2.2 测试仪器与测试方法56-60
  • 2.2.1 结构及分子量测试56-57
  • 2.2.2 热性能测试57
  • 2.2.3 形貌及膜厚测试57-58
  • 2.2.4 光性能及电学性能测试58
  • 2.2.5 存储性能测试58-60
  • 第三章 支化结构对超支化聚酰亚胺存储性能的影响60-82
  • 3.1 引言60-61
  • 3.2 三胺单体的合成与表征61-65
  • 3.2.1 三胺单体的合成61-63
  • 3.2.2 三胺单体的表征63-65
  • 3.3 超支化聚酰亚胺的合成与表征65-80
  • 3.3.1 超支化聚酰亚胺的合成65-67
  • 3.3.2 超支化聚酰亚胺的表征67-74
  • 3.3.3 存储器件的制备74-75
  • 3.3.4 存储性能测试75-77
  • 3.3.5 理论计算77
  • 3.3.6 存储机理77-80
  • 3.4 本章小结80-82
  • 第四章 线型链长对超支化聚酰亚胺存储性能的影响82-100
  • 4.1 引言82-83
  • 4.2 二胺单体的合成与表征83-86
  • 4.2.1 二胺单体的合成83-84
  • 4.2.2 二胺单体的表征84-86
  • 4.3 超支化聚酰亚胺的合成与表征86-98
  • 4.3.1 超支化聚酰亚胺的合成86-87
  • 4.3.2 超支化聚酰亚胺的表征87-93
  • 4.3.3 存储性能测试93-95
  • 4.3.4 存储机理95-98
  • 4.4 本章小结98-100
  • 第五章 端基结构对超支化聚酰亚胺存储性能的影响100-114
  • 5.1 引言100-101
  • 5.2 超支化聚酰亚胺的合成与表征101-111
  • 5.2.1 超支化聚酰亚胺的合成101-102
  • 5.2.2 超支化聚酰亚胺的表征102-108
  • 5.2.3 存储性能测试108-110
  • 5.2.4 存储机理110-111
  • 5.3 本章小结111-114
  • 第六章 结论114-116
  • 参考文献116-134
  • 致谢134-136
  • 作者简介136
  • 攻读博士学位期间发表论文136-137

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