金属卟啉聚酰亚胺的设计合成及其电双稳性能的研究
有机存储材料因其可以制备分子尺寸的器件而成为新型存储器的备选材料之一。与传统材料相比，采用有机存储材料的存储器件具有结构多样化、低成本、可实现三维堆积、高存储密度、高可扩展性、柔性、易于加工等优点。聚酰亚胺具有优异的耐高温性能、较高机械强度、多功能性和丰富的结构多样性使其成为有机存储材料的最佳选择之一。近年来，卟啉化聚酰亚胺因其良好的光电性能而在光电导材料、薄膜化学传感器和电双稳态信息存储材料领域成为研究热点。 卟啉分子容易进行化学修饰，能够与多种金属形成稳定配合物，产生独特的结构和性能。研究合成卟啉聚酰亚胺和三种金属卟啉聚酰亚胺，考察了卟啉环中间络合金属离子的不同对其存储性能的影响。本文以卟啉基团作为电子给体，六氟二酐(6FDA)作为电子受体设计合成了卟啉聚酰亚胺和三种金属卟啉聚酰亚胺(Por-cis-DATPP-6FDA,ZnPor-cis-DATPP-6FDA、CuPor-cis-DATPP-6FDA和NiPor-cis-DATPP-6FDA)，并对其进行了光物理性能和电化学性能测试，结果表明金属卟啉聚酰亚胺的能级差变大，分子内形成的电荷转移络合物更加稳定。 制备了以卟啉聚酰亚胺和三种金属卟啉聚酰亚胺作为工作层、ITO作为底电极、Al作为顶电极的三明治结构器件，并测试其电双稳态性能:Por-cis-DATPP-6FDA呈现非易失的WORM存储特性，而其他三种金属卟啉聚酰亚胺ZnPor-cis-DATPP-6FDA、CuPor-cis-DATPP-6FDA和NiPor-cis-DATPP-6FDA均呈现易失的SRAM存储特性。 通过分子模拟对卟啉聚酰亚胺和三种金属卟啉聚酰亚胺的电子结构和几何构象进行计算分析，发现金属卟啉聚酰亚胺能级差比卟啉聚酰亚胺稍大，偶极矩也较大，导致电荷转移过程变的困难，所形成电荷转移络合物更加稳定。另外，随着所络合金属功函的增加，金属卟啉聚酰亚胺电子给受体之间的二面角增大，使得电子给受体之间的电荷转移更加困难，所形成的电荷转移络合物更加稳定。结合卟啉聚酰亚胺和三种金属卟啉聚酰亚胺的存储性能，研究认为，金属离子在其中起内桥的作用，降低了电子给受体之间电荷转移的难度，在去掉外电场后，电荷转移络合物能够分解，使得器件从ON状态回复到OFF状态。 本文探究了络合不同金属对卟啉聚酰亚胺存储性能的影响及其机理，为设计合成具有不同存储性能的聚酰亚胺基信息存储材料提供新的研究思路，同时为实现具有光控行为的聚酰亚胺存储材料提供研究基础。
卟啉化聚酰亚胺;制备工艺;电荷转移;存储性能
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
齐胜利
2018
中文
TQ323.7;TQ320.6
77
2018-09-10（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）