基材结构体及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种基材结构体及其制备方法，更具体地设及一种包含新型稳定官能 团的基材结构体，其中将通过分子层沉积方法交替使用无机前体和有机前体形成的有机-无机杂化薄膜层压;及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 尽管用于显示目的、框架、飞行器、容器等的玻璃基材具有许多优点，包括小的线 性膨胀系数、优异的气体阻隔性能、高透光率、表面平整度W及优异的耐热性和耐化学性， 然而其具有缺点，例如其是脆性的，因此容易由于冲击而破碎，且由于其高密度而是沉重 的。
[0003] 随着最近对液晶、有机发光显示器或电子纸的兴趣急剧增大，正积极研究用塑料 代替该类显示设备中的基材。即，如果用塑料基材代替玻璃基材，则显示器的总重量变得更 轻且可提供设计灵活性。此外，其耐冲击，且如果W连续方法生产，则可具有相对于玻璃基 材的经济优势。
[0004] 另一方面，为了将塑料基材用于显示器，需要某些特性，例如高玻璃化转变溫度、 阻隔氧气和水蒸汽W防止液晶和有机发光材料老化、低线性膨胀系数和尺寸稳定性W防止 由加工溫度变化所导致的基材变形、高机械强度W与用于现有玻璃基材的加工仪器兼容、 耐化学性W耐受蚀刻工艺、高透光性和小双折射，W及耐表面刮擦性。
[0005] 然而，由于不存在包括聚合物-无机杂化膜在内的聚合物膜或高功能聚合物基材， 正进行在聚合物基材膜上制备大量功能涂层W满足上述物理性能的研究。
[0006] 有机-无机杂化材料是能通过基于物理或化学方法将有机材料与无机材料结合而 显示出有机材料性质和无机材料性质二者的材料。
[0007] 使用最多的制备有机-无机杂化薄膜的方法是溶胶-凝胶法，其能容易地在低溫下 制备有机-无机杂化材料，因此对其已深入研究了很长时间了。然而，溶胶-凝胶法具有缺 点，从而使得难W控制单分子层W及在热处理后发生变形，运使得难W制备高质量的有机-无机杂化薄膜。
[000引制备有机-无机杂化薄膜的另一种方法是基于插层，其能制备难W通过溶胶-凝胶 法制备的有机-无机杂化材料。然而，由于该方法也难W控制单分子层且具有低沉积速率， 因此当制备局质量的有机-无机纳米杂化超晶格时存在困难。
[0009] 分子自组装法通过利用静电制备有机-无机杂化薄膜，其是一种能使聚合物、纳米 颗粒、纳米片等W层形式生长的极其有用的方法。在其研究上已付出了大量努力。然而，分 子自组装法通过利用静电制备有机-无机杂化薄膜，其不是严格意义上控制单分子层的技 术。其低热稳定性使得难W制备高质量的稳定有机-无机杂化薄膜。此外，热沉积(蒸发)法 在气相中制备有机-无机杂化薄膜，其难W控制单分子层。此外，其原料分子非常苛刻，从而 使得其应用也受到限制。
[0010] 为了解决制备有机-无机杂化薄膜的现有方法的该类问题，已开发了分子层沉积 技术，其不仅能沉积有机聚合物，而且能沉积有机-无机杂化材料。分子层沉积技术是气相 沉积，其中可基于无机或有机分子的自控制表面反应而W分子单元控制无机或有机分子。 作为使用分子层沉积技术的代表性实例，S.M.George组使用S甲基侣(TMA)和乙二醇化G) 制备alucone聚合物膜。然而，在该现有分子层沉积中，有机前体所含的官能团限于径基、簇 基及其衍生物，因此制得的有机-无机杂化薄膜具有在空气中静置时变得不稳定且分解的 问题。
[0011] 目前，封装膜具有各种形式，包括基于无机材料如Si化、SiN和Al2〇3的单膜、通过交 替沉积无机材料而制得的多层膜，和通过交替沉积无机材料和有机材料而制得的多层膜。 尽管已使用离子束沉积、电子束沉积、等离子束沉积和化学气相沉积来形成无机纯化膜，然 而该类现有技术具有其沉积溫度必须高且薄膜的覆盖率不够好的问题。
[0012] 因此，原子层沉积(ALD)方法受到了很多的关注，其能在低溫下形成纯化膜。ALD是 用于制备无机和金属薄膜的理想技术，其中在原子单元中使用自控制反应来沉积单原子 层，且可视为一种能控制单原子层厚度的新概念沉积技术。然而，由于在纯化膜形成过程中 出现针孔，尚不能获得所需的性能。
[0013] 此外，美国Vitex Systems生产了一种具有优异气体阻隔性的柔性基材，其中重复 如下方法W制备多个有机-无机层:其中通过PECVDXVD等方法在聚合物基材膜上形成单体 薄膜，对其进行UV照射W实施聚合反应，从而获得高分子量(固化的有机层）W形成涂层，并 通过瓣射在其上形成无机薄膜。
[0014] 然而，尽管已提出了其气体和湿气阻隔特性由于上述气体阻隔膜而改善的塑料基 材，然而具有如下缺点：其气体和湿气阻隔特性W及表面硬度过低W至于无法用于包括 OL邸和LCD在内的应用。
[001引发明详述
[0016] 技术任务
[0017] 本发明的目的是解决上述现有技术的问题并提供一种包括新型稳定有机-无机杂 化薄膜的基材结构体，其中交替使用用于形成无机层的前体化合物，和用于形成有机层的 包含新型官能团的前体化合物。
[0018] 本发明的目的还为提供一种制备本发明基材结构体的方法。
[0019] 任务的解决方式
[0020] 本发明提供了一种基材结构体W解决上述任务，其包括基材和下式1所示的层压 在基材上的有机-无机杂化薄膜：
[0021] [式1] -[M-X-Rl-Y-Im-[00剖化上式1中，
[0023] m为1或更大，
[0024] Rl为打~20烷基、Cwm环烷基，或5~10个核原子的芳基或杂芳基，
[0025] M选自化、511、111、〔(1、6日、41、1'1、51、￥、]\111^6、(：〇、〇1、2'、咖、]\1〇、佩和胖，且
[0026] X或Y选自0、S、N、NH和CO，且X或Y之一为S)。
[0027] 在本发明的基材结构体中，有机-无机杂化薄膜的厚度特别为1-500;屋。
[0028] 在本发明的基材结构体中，假设有机-无机杂化薄膜的初始厚度为do且在STP条件 下静置n小时后的有机-无机杂化薄膜厚度为dn，则满足如下关系式：
[0029] 〇< (dn/dO) <0.1 (0<n< 240)。
[0030] 本发明一个实施例的基材结构体的结构示于图I中。如图I所示，本发明一个实例 的基材结构体包括基材(10)，和在基材上形成的有机-无机杂化薄膜(20)。
[0031] 在本发明的基材结构体中，基材（10)为选自如下组的导电透明基材：IT0、FT0、 化0、CdO、CdSe 和 CdS。
[0032] 在本发明的基材结构体中，基材为选自如下组的聚合物基材:含氣聚合物树脂、聚 醋、聚丙締酸醋、聚酷胺、聚酷亚胺和聚碳酸醋。
[0033] 在本发明的基材结构体中，聚合物基材选自如下组:聚偏氣乙締(PVDF)、聚对苯二 甲酸乙二醇醋(PET)、聚糞二甲酸乙二醇醋(PEN)和聚甲基丙締酸甲醋(PMMA)。
[0034] 在本发明的基材结构体中，有机-无机杂化薄膜(20)的厚度为1-500A。
[0035] 在本发明的基材结构体中，假设有机-无机杂化薄膜的初始厚度为do且在STP条件 下静置n小时后的有机-无机杂化薄膜厚度为dn，则满足如下关系式：
[0036] 〇< (dn/dO) <0.1 (0<n< 240)
[0037] 本发明还提供了一种包括基材的基材结构体，基材结构体包括层压在基材上的有 机-无机杂化薄膜和包括选自如下组的金属的氧化物层的功能薄膜:Zn、Sn、In、Cd、Ga、Al、 1'1、51、￥、]?11^6、(：〇、〇1、2'、咖、]\1〇、佩和胖。
[0038] 图2显示了一种包括本发明另一实施例的功能薄膜的基材结构体。如图2所示，所 述功能薄膜包括有机-无机杂化薄膜(20)和氧化物层(30)。即，所述基材结构体包括基材 (10)和层压在基材上的有机-无机杂化薄膜(20 )，和层压在有机-无机杂化薄膜上的选自如 下组的金属的氧化物层（30):Zn、Sn、In、Cd、Ga、Al、Ti、Si、V、Mn、Fe、Co、Cu、Zr、Ru、Mo、NWP W。
[0039] 在本发明的包括功能薄膜的基材结构体中，选自Zn、Sn、In、Cd、Ga、Al、Ti、Si、V、 Mn、Fe、Co、Cu、Zr、Ru、Mo、Nb和W的金属的