[發明專利]二階非線性共軛聚合物電暈極化方法

無效

• 申請號: 00118423.7
• 申請日: 2000-06-07
• 公開（公告）號: CN1327003A
• 公開（公告）日: 2001-12-19
• 發明（設計）人: 邢汝冰;高福斌;張平
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: C08J7/04
• 分類號: C08J7/04;B29B13/08;C08L25/06
• 代理公司: 長春科宇專利代理有限責任公司
• 代理人: 李恩慶

本發明屬于電光波導材料技術領域，是一種改進的對二階非線性聚合物進行電暈極化的方法，適用于制備聚合物有源光電子器件等。

導電聚合物材料按其結構和導電機理的不同通常分為復合導電聚合物材料和共軛聚合物材料。復合導電聚合物材料因原料易得、成本較低、工藝相對簡單、電阻率可在較大范圍內調節，同時具有一定程度的再加工性，目前已有許多工業化產品。復合導電聚合物的應用主要集中在抗靜電材料、電磁波屏蔽材料、導電材料、開關性能元器件、半導體材料等方面。

復合導電聚合物材料通常是依賴其中的導電功能體進行導電，這類材料大多具有導電相和基體相的分相結構。這種結構可用于制成體積較大的各種產品和器件，也可用于制造某些功能性元器件，但其功能穩定性和持久性受到器件最小尺度的限制，也就是說，復合導電聚合物材料不適合微電子元器件方面的應用。

共軛聚合物材料在導電機理和結構特征方面與復合導電聚合物材料很不相同。由于共軛聚合物材料保持其材料性能的加工尺度可達微米級，而且某些共軛聚合物材料還具有特殊光學性質，因此這類材料在微電子學和光電子學領域中的潛在應用價值倍受關注。現已合成出多種共軛聚合物材料(主要有聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩及其各系列衍生物)，并應用于微傳感器、新型電池、分子電子器件、光學器件、半導體器件、隱形材料和導電薄膜等方面。

聚合物通常是無定型物質，不具有三維有序，因而是中心對稱的。決定材料二階非線性光學特性的二階非線性系數是三階張量，在材料具有中心對稱結構時，其值為零。因此，各向同性的共軛聚合物不具有二階非線性光學性質。目前，使這類無序體系具有統計各向異性的最有效技術方法是高溫電暈極化。這種方法的基本原理是把共軛聚合物加熱到其玻璃化溫度附近時加上一個強的外電場，維持一定的時間，使共軛聚合物薄膜中的發色團分子偶極矩沿電場方向排列，待冷卻至室溫后再移去電場，從而把取向凍結下來，這樣聚合物就具有宏觀的二階非線性特性。

電暈極化是采用電暈放電的方法，使得極化電極尖端附近的強電場將周圍的氣體分子電離，形成與電極極性相同的離子，這些離子在電場的作用下飛向涂在接地電極的共軛聚合物薄膜，并在薄膜表面聚集，從而在薄膜內部產生一個很高的電場，該電場使薄膜中的發色團取向，形成具有統計各向異性的非中心對稱結構，使共軛聚合物薄膜具有二階非線性光學行為。這種極化方法的缺點是：由于電離的離子堆積在共軛聚合物的表面，使得它們很容易與共軛聚合物薄膜表面的缺陷復合，造成共軛聚合物薄膜表面光潔度下降，從而增加了薄膜的光傳播損耗。

本發明的目的是提供一種改善極化后共軛聚合物薄膜發色團的取向均勻性和薄膜表面形貌，降低薄膜的光傳播損耗的二階非線性共軛聚合物極化方法。

本發明是在上述電暈放電極化之前，在極化共軛聚合物薄膜表面上，用旋轉涂覆法均勻地涂上一層共軛導電聚合物薄膜，這樣在電暈極化時，電離的離子就聚集在共軛導電聚合物的表面上，使得積聚離子與表面缺陷和灰塵的復合在共軛導電聚合物薄膜表面進行，從而保護了極化共軛聚合物薄膜表面不被破壞。

本發明的共軛導電聚合物的電阻為10¹⁰Ω-cm以下，比被極化的共軛聚合物的電阻10¹⁵Ω-cm小5個數量級，因此在共軛導電聚合物薄膜內的電壓降很小，使得在相同極化電壓的條件下，共軛聚合物薄膜內的電場幾乎不變，基本上同未涂覆共軛導電聚合物薄膜相同，那么就使共軛聚合物中發色團取向的效果相同。待極化后，用溶劑將共軛導電聚合物薄膜溶掉，就能顯示出未被破壞、表面光潔的極化共軛聚合物薄膜了。

本發明采用的共軛導電聚合物材料，具體地可以是聚乙烯二氧噻吩PEDOT(polyetheylene－dioxythtophene)，磺化聚苯乙烯PSS(polystyrene?sulphonate)或聚乙烯醇PVA(polyvingl?alcohol)或它們的混合物。

若把共軛導電聚合物PRFOT、PSS和PVA按適當比例混合，其電阻率還可大幅降低，如將PEDOT按25％的重量比混入PSS/PVA的混合物中，其電阻率減小到10⁵Ω-cm，比極化共軛聚合物的電阻率低10個數量級。