金属卟啉聚酰亚胺的设计合成及其电双稳性能的研究

发布时间：2020-04-24 09:19

【摘要】：有机存储材料因其可以制备分子尺寸的器件而成为新型存储器的备选材料之一。与传统材料相比,采用有机存储材料的存储器件具有结构多样化、低成本、可实现三维堆积、高存储密度、高可扩展性、柔性、易于加工等优点。聚酰亚胺具有优异的耐高温性能、较高机械强度、多功能性和丰富的结构多样性使其成为有机存储材料的最佳选择之一。近年来,卟啉化聚酰亚胺因其良好的光电性能而在光电导材料、薄膜化学传感器和电双稳态信息存储材料领域成为研究热点。卟啉分子容易进行化学修饰,能够与多种金属形成稳定配合物,产生独特的结构和性能。研究合成卟啉聚酰亚胺和三种金属卟啉聚酰亚胺,考察了卟啉环中间络合金属离子的不同对其存储性能的影响。本文以卟啉基团作为电子给体,六氟二酐(6FDA)作为电子受体设计合成了卟啉聚酰亚胺和三种金属卟啉聚酰亚胺(Por-cis-DATPP-6FDA,ZnPor-cis-DATPP-6FDA、CuPor-cis-DATPP-6FDA 和 NiPor-cis-DATPP-6FDA),并对其进行了光物理性能和电化学性能测试,结果表明金属卟啉聚酰亚胺的能级差变大,分子内形成的电荷转移络合物更加稳定。制备了以卟啉聚酰亚胺和三种金属卟啉聚酰亚胺作为工作层、ITO作为底电极、Al作为顶电极的三明治结构器件,并测试其电双稳态性能:Por-cis-DATPP-6FDA呈现非易失的WORM存储特性,而其他三种金属卟啉聚酰亚胺 ZnPor-cis-DATPP-6FDA、CuPor-cis-DATPP-6FDA和NiPor-cis-DATPP-6FDA均呈现易失的SRAM存储特性。通过分子模拟对卟卜啉聚憸亚胺和三种金属卟啉聚憸亚胺的电子结构和几何构象进行计算分析,发现金属卟啉聚酰亚胺能级差比卟啉聚酰亚胺稍大,偶极矩也较大,导致电荷转移过程变的困难,所形成电荷转移络合物更加稳定。另外,随着所络合金属功函的增加,金属卟啉聚酰亚胺电子给受体之间的二面角增大,使得电子给受体之间的电荷转移更加困难,所形成的电荷转移络合物更加稳定。结合卟啉聚酰亚胺和三种金属卟啉聚酰亚胺的存储性能,研究认为,金属离子在其中起内桥的作用,降低了电子给受体之间电荷转移的难度,在去掉外电场后,电荷转移络合物能够分解,使得器件从ON状态回复到OFF状态。本文探究了络合不同金属对卟啉聚酰亚胺存储性能的影响及其机理,为设计合成具有不同存储性能的聚酰亚胺基信息存储材料提供新的研究思路,同时为实现具有光控行为的聚酰亚胺存储材料提供研究基础。
【图文】：

酰亚胺存储机理逡逑导体存储器与常见的无机硅基半导体存储器存储电荷的机导体的存储器的存储机理有电荷转移、丝状导电、载流子捕理等，而聚酰亚胺基的存储材料主要涉及电荷转移理论和丝机理。逡逑转移机理逡逑胺基存储材料的研究大多是基于电荷转移机理的｜４９］。在外加物分子被激发，电子从电子给体转移到电子受体上，形成电分子从低导态转变为高电导态，实现信息的写入［２９］。通过密子的结构模型进行模拟计算可以得到电子给受体单元的电其电荷转移过程。当施加的电压高于阈值电压时，，聚合物分子

可以发射出很强的磷光。卟啉是一个大环共轭结构，利用紫外、荧光、磷光逡逑等手段都可以检测到它的微小变化，是研宄分子传感器的理想材料。吕媛媛等逡逑利用卟啉和４，４＇－二氨基二苯醚（ＯＤＡ）共聚的聚酰亚胺（见图１－４）可以检测微量逡逑的甲醇蒸汽，当空气中含有甲醇蒸汽时，其紫外光谱出现红移，并且荧光强度降逡逑低。逡逑ｔ逦Ｈ邋＂Ｉ邋［＿逦ｆｆ逦ｆ邋＊逡逑Ｌ邋Ｉ邋ｇ逦Ｉ邋Ｉ邋Ｊｎ逡逑ｏ逡逑０ｒ＾逡逑Ｈ邋Ｍ逡逑0邋Ｗ逦ｃｉｓ－ＤＡＩＷ逡逑图１－４卟啉化聚酰亚胺（ＰＰＩ）及其卟啉单体逡逑Ｆｉｇ．邋１－４邋Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｐｏｒｐｈｙｒｉｎ邋ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ邋（ＰＰＩ）邋ａｎｄ邋ｐｏｒｐｈｙｒｉｎ邋ｍｏｎｏｍｅｒ逡逑１．３．３．２光电导材料逡逑芳香性聚酰亚胺分子中的电子给受体之间可以形成电荷转移络合物，在电场逡逑或紫外可见光的激发下，电荷转移络合物的形成使得聚酰亚胺表现出一定的光电逡逑导性能（非本征）。在均苯四甲酸二酐／二氨基二苯醚（ＰＭＤＡ／ＯＤＡ）聚酰亚胺中加入逡逑有机氨类小分子作为电子给体时，可以形成活化
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O641.4;TB34

【参考文献】

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本文编号：2638798