热交联的聚苯乙烯聚合物及其制备方法、用途
【专利摘要】本发明提供了一种热交联的聚苯乙烯聚合物及其制备方法、用途；所述聚合物的结构如式（I）所示：（I）。本发明还涉及前述的聚苯乙烯聚合物的制备方法及用途。本发明的热交联聚苯乙烯聚合物首次引入加热条件下叠氮-炔的成环反应作为交联方式，实现了在较低温度、无金属催化剂和无添加交联剂的条件下制备交联的聚苯乙烯聚合物，制备工艺简单，所得材料性能优异，适合通过溶液法制备各种OFETs器件，应用前景十分广泛。
【专利说明】热交联的聚苯乙烯聚合物及其制备方法、用途
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种热交联的聚苯乙烯绝缘层材料，尤其是一种热交联的聚苯乙烯聚合物及其制备方法、用途。
【背景技术】
[0002]有机场效应晶体管(organicfield-effect transistor, OFETs)是以有机半导体材料为有源层的晶体管器件，是重要的有机半导体器件之一。有机场效应晶体管与无机场效应晶体管相比具有很多优点:1.具有机械柔韧性，可与塑料衬底兼容，可应用在可折叠的产品中；2.制作工艺简单，不需要高温、高真空和复杂的平板印刷技术；3.制备工艺简单，成本较低；4.有机物易得，通过对有机物分子的化学修饰可以方便地调节场效应晶体管的性能；5.可实现大面积化，可大尺度弯曲等。这些无机器件不具有的特点，使其在大面积、低成本和柔性化有机电子产品(如柔性显示器件的驱动电路、射频识别标签和传感器)方面有潜在的应用前景。(参见文献:Klauk, H., Organic thin-filmtransistors, Chem.Soc.Rev.，2010，39，2643-2666 ;Wang，C.，Dong，H., Hu, W.，Liu，Y., Zhu,D.，Semiconducting -conjugated systems in field-effect transistors:a materialodyssey of organic electronics，Chem.Rev..2012，112，2208-2267 ;Facchetti，A.，J1-Conjugated polymers for organic electronics and photovoltaic cellapplications, Chem.Mater.，2011，23，733-758 ；Arias, A.C.，MacKenzie，J.D.，McCulloch，
1.，Rivnay，J.，Salleo，A.，Materials and applications for large area electronics:solution-based approaches, Chem.Rev.，2010，110，3-24)
[0003]在有机场效应晶体管中，绝缘层材料是一个重要的组成部分，这主要是由于有机场效应晶体管的电荷主要是在临近绝缘层一侧的有机半导体层(2-6个分子层)中传输。绝缘层对器件的影响主要有以下几方面:1.绝缘层的形貌、取向以及表面粗糙度对半导体薄膜形态、半导体晶粒的尺寸、分子排列以及电荷传输均有较大的影响；2.绝缘层的界面性质对有机场效应晶体管的稳定性、载流子传输有着很大的影响；3.绝缘层的介电常数与器件的阈值电压与操作电压有着密切联系。因此，研究和制备与有机半导体想匹配的性能优异的绝缘层也是有机场效应晶体管仅有发展的一个重要方向。(参见文献:Yang SY， Shin K， Park C E.The effect of gate-dielectric surface energy on pentacenemorphology and organic field-effect transistor characteristics[J].Adv.Funct.Mater.，2005，15:1806-1814.Chabinyc M L，Salleo A.Materials requirementsand fabrication of active matrix arrays of organic thin-film transistorsfordisplays [J].Chem.Mater.，2004，16:4509-4521.)
[0004]目前应用于有机薄膜晶`体管研究的有机绝缘层材料主要有以下几类:聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺、聚乙烯苯酚、聚苯乙烯、聚乙烯醇等。较比与无机绝缘层材料，它们具有以下优点:材料种类丰富；表面粗糙度低；表面陷阱密度低；杂质浓度低；与有机半导体及柔性基底有很好的相容性；能应用于低成本的低温、溶液加工技术，这些与有机薄膜晶体管柔性概念有很好的相容性。这些优点使得有机绝缘层材料在柔性电子应用中显示出极大的潜力。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种热交联的聚苯乙烯聚合物及其制备方法、用途。
[0006]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0007]第一方面，本发明提供一种热交联的聚苯乙烯聚合物，所述聚合物的结构如式(I)
所示:
【权利要求】
1.一种热交联的聚苯乙烯聚合物，其特征在于，所述聚合物的结构如式(I)所示:
2.一种如权利要求1所述的热交联的聚苯乙烯聚合物的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤:将含叠氮基团的聚苯乙烯共聚物和含炔键的聚苯乙烯共聚物共混后，旋涂成膜，在低温加热条件下，形成热交联的聚苯乙烯聚合物。
3.如权利要求2所述的热交联的聚苯乙烯聚合物的制备方法，其特征在于，所述含叠氮基团的聚苯乙烯共聚物和含炔键的聚苯乙烯共聚物质量比是1: 0.8~1: 1.2。
4.如权利要求2所述的热交联的聚苯乙烯聚合物的制备方法，其特征在于，所述低温加热条件具体为:温度为80~120°C，加热时间为0.5~2小时。
5.如权利要求2所述的热交联的聚苯乙烯聚合物的制备方法，其特征在于，所述含叠氮基团的聚苯乙烯共聚物的结构式如式A所示:
6.如权利要求5所述的热交联的聚苯乙烯聚合物的制备方法，其特征在于，所述含叠氮基团的聚苯乙烯共聚物的制备方法包括如下步骤: (a)、取4-氯甲基苯乙烯和叠氮化钠在有机溶剂中反应，获得叠氮化的苯乙烯单体； (b)、将叠氮化的苯乙烯单体、苯乙烯和引发剂在有机溶剂中加热发生自由基共聚反应，获得所述含叠氮基团的聚苯乙烯共聚物。
7.如权利要求6所述的热交联的聚苯乙烯聚合物的制备方法，其特征在于，步骤(a)中，所述反应的条件为室温条件下搅拌24~48小时。
8.如权利要求6所述的热交联的聚苯乙烯聚合物的制备方法，其特征在于，步骤(a)中，所述4-氯甲基苯乙烯和叠氮化钠的摩尔比为1: 2~1: 5。
9.如权利要求6所述的热交联的聚苯乙烯聚合物的制备方法，其特征在于，步骤(a)中，所述有机溶剂为N，N- 二甲基甲酰胺。
10.如权利要求6所述的热交联的聚苯乙烯聚合物的制备方法，其特征在于，步骤(b)中，所述叠氮化的苯乙烯单体和苯乙烯的摩尔比为1: 0.3~1:1。
11.如权利要求6所述的热交联的聚苯乙烯聚合物的制备方法，其特征在于，步骤(b)中，所述的引发剂是偶氮二异丁腈，所述叠氮化的苯乙烯单体和引发剂的摩尔比是1: 0.01 ~1: 0.03。
12.如权利要求6所述的热交联的聚苯乙烯聚合物的制备方法，其特征在于，步骤(b)中，所述有机溶剂为甲苯。
13.如权利要求6所述的热交联的聚苯乙烯聚合物的制备方法，其特征在于，步骤(b)中，所述发生自由基共聚反应的条件为无氧条件下，60~80°C反应12~16小时。
14.如权利要求2所述的热交联的聚苯乙烯聚合物的制备方法，其特征在于，所述含炔键的聚苯乙烯共聚物的结构式如式B所示:
15.如权利要求14所述的热交联的聚苯乙烯聚合物的制备方法，其特征在于，所述含炔键的聚苯乙烯共聚物的制备方法包括如下步骤: (a)、取4-羟基苯乙烯、溴丙炔、无水碳酸钾和相转移催化剂在有机溶剂中反应，获得带有炔键的苯乙烯单体； (b)、将带有炔键的苯乙烯单体、苯乙烯和引发剂在有机溶剂中加热发生自由基共聚反应，获得所述含炔键的聚苯乙烯共聚物。
16.如权利要求13所述的热交联的聚苯乙烯聚合物的制备方法，其特征在于，步骤(a)中，所述反应的条件为氮气氛围下，加热回流18~36小时。
17.如权利要求15所述的热交联的聚苯乙烯聚合物的制备方法，其特征在于，步骤(a)中，所述有机溶剂为丙酮，所述相转移催化剂是四丁基溴化铵。
18.如权利要求15所述的热交联的聚苯乙烯聚合物的制备方法，其特征在于，步骤(a)中，所述4-羟基苯乙烯、溴丙炔、无水碳酸钾、相转移催化剂的摩尔比为1: 2~4: 2~4: 0.1 ~0.3。
19.如权利要求15所述的热交联的聚苯乙烯聚合物的制备方法，其特征在于，步骤(b)中，所述带有炔键的苯乙烯单体和苯乙烯的摩尔比为1: 0.3~1:1。
20.如权利要求15所述的热交联的聚苯乙烯聚合物的制备方法，其特征在于，步骤(b)中，所述引发剂是偶氮二异丁腈，带有炔键的苯乙烯单体和引发剂的摩尔比是1: 0.01~I: 0.03ο
21.如权利要求15所述的热交联的聚苯乙烯聚合物的制备方法，其特征在于，步骤(b)中，所述有机溶剂为甲苯。
22.如权利要求15所述的热交联的聚苯乙烯聚合物的制备方法，其特征在于，步骤(b)中，所述自由基共聚反应的条件为无氧条件下，60~80°C反应12~16小时。
23.一种如权利要求1所述的热交联的聚苯乙烯聚合物作为栅极绝缘层在有机场效应晶体管中的用途。
【文档编号】H01L51/30GK103819684SQ201410053643
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年2月17日 优先权日:2014年2月17日
【发明者】李胜夏, 冯林润, 张清, 郭小军 申请人:上海交通大学