[發明專利]一種超薄配位聚合物薄膜及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 201210151631.4
• 申請日: 2012-05-16
• 公開（公告）號: CN102709474A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 徐偉;王鵬飛
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L51/00
• 分類號: H01L51/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于功能薄膜技術領域，具體涉及一種超薄配位聚合物薄膜及其制備方法和應用。

技術背景

金屬-有機配位聚合物是一個比較傳統的研究領域，但是近年來該領域又成為科學界的研究熱點，包括：如何用金屬-有機配位聚合物來制備薄膜并研究其功能和應用。[（1）A.?Betard?and?R.A.?Fischer，Metal-Organic?Framework?Thin?Films:?From?Fundamentals?to?Applications.?Chem.?Rev.,?112:?1055-1083?(2012)]。

金屬-有機配位聚合物通常很難形成高品質的薄膜，因此在制膜技術方面有新的挑戰。另外，為了滿足多方面的功能需要，對不同薄膜的平整性和聚集形態也有不同的要求。在本領域中，能否研制出高品質的、表面高度平整的超薄配位聚合物薄膜是人們一直在追求的目標，因為這類薄膜有望成為未來高新技術的基礎之一。

發明人所在的實驗室曾經采用有機配體的乙醇溶液與銅薄膜通過界面反應來制備配位聚合物薄膜，并制作了一次寫入多次讀取的存儲器件（write-once?read-many-time?memories,?簡稱?WORM）。這類器件的成品率很高，但是其成品率仍然有進一步提高的空間。[（2）徐偉，董元偉，一次寫入多次讀取的電存儲器件及其制備方法，發明專利：200810038578.0?]?

一次寫入多次讀取的存儲器件在大容量數據存儲方面有重要的用途，比如：圖書、檔案以及航天數據的存儲等.?近年來，采用聚合物薄膜為功能層的WORM器件引起了廣泛的關注.?[（3）S.?Moller,?C.?Perlov,?W.?Jackson,?et?al.,?A?polymer/semiconductor?write-once-read-many-times?memory.?Nature,?426:?166?(2003)；（4）Qi-dan?Ling,?Yan?Song,?E.Y.H?Teo,?et?al.?Worm-type?memory?device?based?on?a?conjugated?copolymer?containing?europium?complex?in?the?main?chain.?Electrochemical?and?Solid-state?Letters,?9:?G268-G271（2006）]。

在WORM器件的研究中，功能介質層的制備是關鍵。有機聚合物材料難以采用真空熱蒸鍍法沉積，通常只能采用旋涂法；而旋涂法制備薄膜，需要用到有機溶劑，而有機溶劑的殘留是一個比較嚴重的問題。另外，一般的旋鍍設備很難形成非常平整的薄膜，如果要形成高品質的、平整的聚合物薄膜，需要有精密的實驗設備和嚴格的實驗條件。?因此，如何采用簡單的方法和工藝來制備高品質的、沒有溶劑殘留的聚合物薄膜是人們一直追求的目標。

在本發明中，我們對前期發明做進一步改進和創新，研制出高度平整的、超薄配位聚合物薄膜。實驗還證明，用這種超薄配位聚合物做介質層可以使WORM器件的成品率達到99%。

發明內容

本發明的目的在于提出一種高度平整的超薄配位聚合物薄膜及其制備方法和用途。

前期研究發現特定結構的有機配體分子的溶液能夠與銅底電極反應，從而在銅底電極表面上原位形成配位聚合物薄膜。[（2）徐偉，董元偉，一次寫入多次讀取的電存儲器件及其制備方法.?發明專利：200810038578.0?]

通過深入研究，我們發現如果先在銅膜表面上形成銅氧化物覆蓋層，再讓表面的銅氧化物與有機配體溶液反應來制備配位聚合物薄膜，薄膜的品質和平整性有明顯的提高。

另外，在前期發明中，我們使用乙醇作為有機配體溶液的溶劑和清洗劑。要獲得高的成品率，需要完全清除殘留的乙醇，對實驗技藝有較高的要求。因此，特別需要開發更合適的溶劑和清洗劑。

本發明提出超薄配位聚合物薄膜的制備方法，以清潔、平整的銅膜為基底，先在銅膜表面上形成超薄的銅氧化物覆蓋層，再讓銅膜表面上的銅氧化物覆蓋層與有機配體溶液通過固液界面反應來形成配位聚合物薄膜。該制備方法流程如圖1所示。

本發明提出采用自然氧化方法在銅膜表面上形成超薄的銅氧化物覆蓋層。具體可以在室溫下、清潔的大氣環境中進行，自然氧化時間通常為2~3天。