[發(fā)明專利]二維聚合物薄膜及其制備方法

有效

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• 申請日: 2018-03-31
• 公開（公告）號: CN110317310B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發(fā)明（設計）人: 雷圣賓;劉潔
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C08G12/08
• 分類號: C08G12/08;C08J5/18;C08L61/22
• 代理公司: 天津創(chuàng)智天誠知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 12214
• 代理人: 王秀奎;李蕊

本發(fā)明公開了一種二維聚合物薄膜及其制備方法，包括以下步驟：將芳香多醛混合溶液滴加在芳香多胺混合溶液的液面上，于室溫20～25℃下放置至芳香多醛混合溶液中的芳香類有機溶劑B揮發(fā)完畢，在液面上得到二維聚合物薄膜。本發(fā)明首次將芳香多醛和芳香多胺作為反應單體制備出共價有機二維聚合薄膜，提供了制備共價有機二維聚合物的生長條件。該制備方法簡單經(jīng)濟，不需要高端精密的儀器，無需提供高能量即可得到大面積均勻的二維聚合物薄膜，并且通過對單體量的調(diào)節(jié)達到對二維聚合物薄膜厚度的調(diào)節(jié)，適合實際生產(chǎn)的需求。

技術領域

本發(fā)明屬于有機二維材料技術領域，具體來說涉及一種二維聚合物薄膜及其制備方法。

背景技術

二維材料的橫向尺寸大于100nm，甚至幾微米甚至更大的片狀結(jié)構，但厚度僅為單原子或幾個原子厚度(通常小于5納米)，是一種內(nèi)部具有區(qū)域重復單元、周期性結(jié)構的高分子材料。在二維材料中，電子被限制在兩個維度上，從而獲得前所未有的物理、電子和化學性質(zhì)。最初發(fā)現(xiàn)的二維材料是從石墨上剝離出來的石墨烯。石墨烯作為一種單原子層厚度的二維材料，是由sp²雜化的碳原子組成的六邊形蜂窩狀晶格構成，基于此結(jié)構形成的大π共軛體系使之具有優(yōu)異的電子傳輸、光學、機械和導熱性能。石墨烯這些優(yōu)異性質(zhì)的發(fā)現(xiàn)，激起了研究者們從原子或分子層面理性設計與合成新型二維高分子的興趣。

經(jīng)過研究者的進一步探索，發(fā)現(xiàn)了二維共價有機網(wǎng)格材料(2D COFs)。這種材料由有機結(jié)構單元以共價鍵鏈接而成的、具有周期性結(jié)構和單結(jié)構單元厚度的新型二維材料。該材料是由C、H、O、N這些“輕元素”組成的單體，通過原子間較強的共價鍵形成非常穩(wěn)定的多孔性納米材料。因此可以通過對單體官能團種類以及位置的調(diào)節(jié)，達到對二維聚合物功能的調(diào)控。與石墨烯類似，傳統(tǒng)的二維聚合物是采用“自上而下”的方法剝離共價有機框架材料(COF)得到的。由于二維有機網(wǎng)格框架材料(COFs)本身尺寸的原因，大大限制了單原子層厚度二維單晶材料的面積，從而使二維材料難以滿足納米電子器件的要求。而另外一種“自下而上”的方法在二維材料的制備中也經(jīng)常被用到。這種方法是先將單體沉積在適當?shù)幕撞牧媳砻妫缓蠼o與一定的外界刺激，通過表面反應制備二維聚合物。這種在界面上制備二維材料的方法可以充分利用基底的催化活性和范德華外延作用制備出單層的二維聚合物，而且有可能得到大面積的單層材料。但是這種方法往往需要一些苛刻的條件，例如高溫、超高真空環(huán)境等，才能促使反應的發(fā)生。除此之外，該方法得到的二維材料存在著難轉(zhuǎn)移的問題。不論是“自上而下”還是“自下而上”的方法制備的二維材料，在尺寸和性質(zhì)方面都很難滿足實際應用的需求。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種二維聚合物薄膜的制備方法，該制備方法基于界面法，在近室溫下大氣環(huán)境中即可制備出超薄的二維聚合物薄膜，在制備過程中通過改變單體的濃度和摩爾量(芳香多醛和芳香多胺的比例)的方法即可得到不同厚度的二維聚合物薄膜。通過本發(fā)明制備方法得到的二維聚合物薄膜可以根據(jù)需要轉(zhuǎn)移至任意所需的基底上，有利于構建不同結(jié)構的電子器件。

本發(fā)明的目的是通過下述技術方案予以實現(xiàn)的。

一種二維聚合物薄膜的制備方法，包括以下步驟：

將芳香多醛混合溶液滴加在芳香多胺混合溶液的液面上，于室溫20～25℃下放置至所述芳香多醛混合溶液中的芳香類有機溶劑B揮發(fā)完畢，在液面上得到二維聚合物薄膜，其中，

所述芳香多醛混合溶液中的芳香多醛與所述芳香多胺混合溶液中的芳香多胺的物質(zhì)的量的比(0.0015～0.005)：0.01389；

所述芳香多胺混合溶液的配置方法為：將芳香多胺均勻分布在有機溶劑A中，得到溶液A，在所述溶液A中加入去離子水并均勻混合，得到淺棕色的芳香多胺混合溶液，其中，所述溶液A中芳香多胺的濃度為0.185～4.63mmol/mL，所述有機溶劑A為非質(zhì)子性且與水互溶的有機試劑；