咔唑偶氮苯聚合物的合成及其电存储性能的研究.pdf

硕士学位论文


论文题目咔唑-偶氮苯聚合物的合成及
其电存储性能研究
研究生姓名范乃勇
指导教师姓名路建美教授
专业名称应用化学
研究方向光电高分子材料的设计与合成
论文提交日期 2013 年 5 月
咔唑-偶氮苯聚合物的合成及其电存储性能研究中文摘要
咔唑-偶氮苯聚合物的合成及其电存储性能研究
中文摘要
由于信息存储科技迅猛发展,有机聚合物电存储材料得到了科学家们广泛的研
究。基于咔唑和偶氮苯的聚合物合成方法简单,分子结构的可调控性强,在功能高
分子材料中有着广泛应用。然而,该类化合物在电存储材料方面报道较少。本论文
采用化学方法,通过共价键将咔唑与偶氮苯基团连在一起,并通过自由基聚合得到
了多种含有咔唑偶氮苯的共聚物及均聚物,分别制备成三明治存储器件
ITO/Polymer/Al,研究了它们的电存储性能。
(1)设计合成了一种侧链含有咔唑偶氮苯基团的甲基丙烯酸甲酯类单体 Azo,
我们将其与苯乙烯单体共聚得到共聚物 P(Azo)x(St)y,测试了器件 ITO/ P(Azo)x(St)y
/Al 的电存储性能,发现其开启电压与功能性单体含量存在着近似的线性关系,通
过对共聚物的薄膜的紫外及循环伏安测试,我们研究得到了其线性变化的内在原因
是与 P(Azo)x(St)y 薄膜的 HOMO 与 ITO 之间能垒差ΔEp 有关系,同时我们通过理论
计算分析了器件的存储机理。因此本体系的研究对器件开启电压的降低有了实验和
理论的基础,对未来器件能耗的降低的研究起到了积极作用。
(2)通过对咔唑偶氮苯与主链之间的间隔基的调节,我们设计合成了两种含
有不同间隔基的均聚物 PBCAZO 和 PMCZAZO,测试了器件 ITO/PBCAZO/Al 和
ITO/PMCZAZO/Al 的电存储性能。我们发现间隔基的不同大大影响了其材料制备成
器件的性能,均聚物 PBCAZO 薄膜退火后所制备的 ITO/PBCAZO/Al 实现了三进制
的存储性能,而 PMCZAZO 退火前后制备的器件 ITO/PMCZAZO/Al 都只是二进制
的存储器件。我们对两种均聚物的薄膜 XRD、AFM 和紫外研究得出 PBCAZO 薄膜
在退火后侧链形成了规整性的有序排列时其实现三进制存储的重要原因。这为今后
实现多进制存储材料分子结构和性能之间的关系奠定了一定的理论基础。
(3)基于在二进制存储材料机理的研究发现,构象变化和电荷陷阱都可以实
现二进制存储,于是我们设计合成了含有构象变化和电荷陷阱基团的共聚物
PY-VCz,于此同时我们也合成了只含有构象转变可能的共聚物 PS-VCz 作为对比研
I
中文摘要咔唑-偶氮苯聚合物的合成及其电存储性能研究
究了这两中共聚物的电存储性能。结果显示器件 ITO/PY-VCz/Al 具有三进制 WORM
型存储,而器件 ITO/ PS-VCz /Al 只具有二进制的存储。因此该系列共聚物的研究
达到了通过分子结构调控实现器件存储性能重大突破的目的。
(4)通过第二个体系的研究发现分子在成膜过程中有序的堆积对器件的性能
有重大的影响,于是我们通过调节是否含有甲氧基,设计合成了的偶氮噻唑小分子
化合物 BPMBE 和 BPBE,通过表征我们发现含有甲氧基的 BPMBE 分子在成膜后
分子有序程度明显比 BPBE 好,在性能上呈现出 BPMBE 器件的开启电压比 BPBE
器件要小。通过对两种分子的 AFM、XRD 等的测试,研究了-OCH3 基团的引入使
得器件的开启电压降低的原因。此外根据 I−V 扫描曲线,模拟了两种器件 OFF 态
和 ON 态的电流模型。
通过上述体系的研究,我们得出分子在薄膜中的有序排列、电荷陷阱及基团的
构象变化都会影响存储的性能,这对今后通过分子空间结构设计来调节电存储性能
有着重要的借鉴意义。

关键词: 聚合物;咔唑;偶氮苯;电存储;三进制

作者:范乃勇
指导老师:路建美


II
Synthesis and Electronic Memory Characteristics of Carbazole-Azobenzene Polymer Abstract
Synthesis and Electronic Memory Characteristics of
Carbazole-Azobenzene Polymer
Abstract
Due to their simple synthesis of carbazole-azobenzene polymers, molecular
structure