一种基于溶液加工的均匀离散型绒球状红荧烯晶体生长的方法与流程

本发明主要涉及一种基于溶液加工的均匀离散型绒球状红荧烯晶体生长的方法，属于有机光电子技术领域。

背景技术：

基于有机半导体的薄膜晶体管因为在实现低成本、大面积、工业量产柔性电子器件方面有巨大的潜力，近年来引起了广泛关注。红荧烯是一种典型的p型有机小分子半导体材料，由于良好的半导体特性和荧光特性，红荧烯广泛应用于有机薄膜晶体管，有机发光二极管和有机太阳能电池中，成为人们研究的热点之一。大量研究表明，器件性能与薄膜晶态结构息息相关，为了能够制出大面积高质量的有机晶体薄膜，人们尝试了多种制备有机晶态薄膜的方法。目前所制得的高迁移率红荧烯小分子薄膜多通过真空沉积、物理气相传输方法来加工，但是这些方法都要求较高的真空操作环境，设备成本高，加工过程较为复杂，不利于其大面积应用。

溶液法制备高性能的有机小分子薄膜，由于成膜设备简单、温度低、成本低、耗时短等优点，有非常好的发展前景。但红荧烯采用溶液加工技术成膜得到的晶体薄膜成膜性差、结晶过程难以控制，很难获得大面积均匀的有机小分子晶体薄膜。并且，目前的溶液法普遍需要氮气环境下高温加热或者蒸汽退火过程，制膜过程较为复杂，而且器件性能相对较低。

本发明利用溶液法制得了一种新的红荧烯晶体，即离散型绒球状红荧烯晶体，成膜温度低、操作简便、成本低、耗时短，丰富了红荧烯的晶体类型，为红荧烯的晶体研究奠定了基础，对有机光电子器件性能的提高有重要的研究意义。

技术实现要素：

本发明是一种基于溶液加工的均匀离散型绒球状红荧烯晶体生长的方法，目的是为了克服溶液法高温加热或者蒸汽退火成膜等问题，提高红荧烯的成膜性，改善器件性能。

本发明是一种基于溶液加工的均匀离散型绒球状红荧烯晶体生长的方法，本发明是这样实现的：如图1所示，将氯仿为溶剂的聚苯乙烯溶液（1）滴涂（I）在n型高掺杂的Si/SiO₂衬底（3）上，形成聚苯乙烯液滴（4），将样品空气环境下低温退火（II）固化成膜处理，随着氯仿溶剂的挥发，聚苯乙烯分子（5）发生微观排列固化形成一层高度有序的诱导层薄膜。再在退火固化形成的诱导层上（6）滴涂（III）四氢呋喃/DMF为溶剂的红荧烯溶液（2），形成红荧烯液滴（7），将初步形成的红荧烯薄膜进行低温退火（IV）处理，低沸点的四氢呋喃溶剂（8）首先挥发，随着四氢呋喃溶剂（8）的挥发，在应力的作用下，红荧烯分子聚集生长成晶核（10）及小的枝状晶体（11）。随后，高沸点的DMF溶剂（9）挥发，初步形成绒球状晶体（12），同时在聚合物诱导层的诱导下，形成均匀的离散型绒球状红荧烯晶体（13），最终形成高度有序的红荧烯晶体薄膜（14）。得到的均匀离散型绒球状红荧烯晶体的偏光显微镜形貌图如图2所示。

本发明采用溶液方法，利用退火固化形成的聚合物单层诱导制备了均匀的离散型绒球状红荧烯晶体，操作简单、成膜温度低、成本低，对红荧烯晶体形貌的研究不仅提供了重要的理论意义，而且还提供了有效的实验手段。

附图说明

图1是离散型绒球状红荧烯晶体生长过程示意图。

1-氯仿为溶剂的聚苯乙烯（PS）溶液、2-四氢呋喃/DMF为溶剂的红荧烯溶液、3-Si/SiO₂衬底、4-聚苯乙烯液滴、5-聚苯乙烯分子、6-退火固化形成的诱导层薄膜、7-红荧烯液滴、8-四氢呋喃溶剂、9-DMF溶剂、10-晶核、11-枝状红荧烯晶体、12-初步形成的绒球状晶体、13-离散型绒球状晶体、14-红荧烯晶体薄膜、I-滴涂、II-退火、III-滴涂、IV-退火

图2是均匀的离散型绒球状红荧烯晶体的偏光显微镜形貌图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行进一步阐述，但并不是对本发明进行限制。

首先分别配置四氢呋喃为溶剂的4.8 mg/ml的红荧烯溶液（2）和氯仿为溶剂的5mg/ml的聚苯乙烯（PS）溶液（1），将配置好的溶液超声处理15 min，促使溶质完全溶解。向超声后的红荧烯溶液中滴加0.3 ml的高沸点溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)。再配置食人鱼溶液，食人鱼溶液成分为体积比70：30的浓硫酸：30 %的双氧水，将Si/SiO₂衬底（3）放置在水浴加热90 ℃的食人鱼溶液下浸泡25 min进行衬底亲水处理，取出衬底后，再分别用丙酮、乙醇、去离子水清洗一遍，用氮气吹干后放在烘箱中烘干。

如图1所示，先在处理好的Si/SiO₂衬底（3）上滴涂（I）适量的PS溶液（1），将初步制得的样品放在80 ℃烘箱中空气退火（II）5 min,固化成膜，聚苯乙烯分子（5）发生微观排列形成一层退火固化的PS薄膜（6）。再在制得的退火固化的PS薄膜（6）上滴涂（III）适量的红荧烯溶液（2），将初步形成的红荧烯薄膜放在80 ℃烘箱中空气退火（IV）20 min,固化成膜，在四氢呋喃（8）/DMF（9）双溶剂和聚苯乙烯诱导层的作用下，红荧烯晶体先生长形成晶核（10）和小的枝状晶体（11），晶体继续聚集有序生长，最后形成均匀的离散型绒球状红荧烯晶体（13），进而形成均匀的高有序的红荧烯晶体薄膜（14）。