[发明专利]一种测定聚合物玻璃化转变温度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非晶态聚合物玻璃化转变温度的测试方法，尤其涉及一种用场效应晶体管测试非晶态聚合物薄膜表面和本体玻璃化转变温度的方法。

背景技术

玻璃化转变温度(T_g)是非晶态聚合物材料的一个重要特性参数，材料的许多特性都在玻璃化转变温度附近发生急剧的变化。从分子结构来看，T_g是聚合物无定形部分从冻结状态到解冻状态的一种松弛现象。聚合物在T_g时，除了形变和模量等力学性质发生变化外，许多其他物理性质，如体积、热膨胀系数、比热、导热系数、介电常数等都有很大的变化。在聚合物的使用上，T_g一般是塑料使用温度的上限，橡胶使用温度的下限。因此，T_g对聚合物材料的研究有着重要意义。测定T_g的常规方法有很多，如测定体积变化的热膨胀系数和折射系数、测定力学性质变化的热机械法和应力松弛法、测定热学性质的差热分析法(DTA)和差示扫描量热法(DSC)以及测定模量或内耗的动态机械分析法(DMA)等。

但是，上述常规方法得到的一般是聚合物的本体(bulk)玻璃化转变温度。上世纪九十年代初，人们发现对于聚合物薄膜来说，由于纳米受限、薄膜中的界面效应(空气/聚合物、聚合物/衬底)以及与分子量相关的限制效应(特别是薄膜厚度和高聚物分子的回转半径相近时)，该薄膜玻璃化转变温度(又称表面玻璃化转变温度)会偏离该聚合物本体玻璃化转变温度。从此以后，对于非晶聚合物的表面玻璃化转变温度偏离本体值的表征和物理本质的研究人们有着浓烈的兴趣。最早对此进行深入研究的是Beaucage和Keddie课题组(Keddie J L，Jones R A L，Lory R A.Eurphys.Lett.，1994，27：59)，他们用椭圆偏光法对聚苯乙烯(PS)薄膜研究发现，当硅衬底上的PS薄膜的膜厚h小于40nm时，其T_g就会低于本体玻璃化转变温度(Tg(bulk))，可表示为：T_g(h)＝T_g(bulk)[1-(α/h)^δ]，该表达式对分子量相差高达25倍的不同PS薄膜均成立。后来又有很多课题组尝试用各种各样手段来研究这种纳米受限引起的玻璃化转变温度偏离本体值的现象，这些研究方法包括：X射线反射法、布里渊光散射法(BLS)、介电松弛法(DRS)和荧光光谱法等等。

美国西北大学的Tobin J.Marks发明了一种新的方法(Kim C，Facchetti A，Marks T J.Science，2007，318，76)，利用场效应晶体管测定聚合物薄膜的玻璃化温度。具体做法是：将聚合物旋涂于带有SiO₂绝缘层的硅片上作为场效应晶体管的基板，在不同的基板温度下将半导体并五苯沉积在聚合物薄膜上，制得一系列半导体器件，这些器件中SiO₂层和聚合物层共同充当器件的绝缘层，通过比较不同温度下制备的半导体器件的迁移率，得到聚合物的玻璃化转变温度。研究发现，当沉积温度低于某一个温度时测得的器件迁移率比高于这个温度时器件的迁移率高至少十倍，并且这个温度与聚合物膜厚无关。因此，采用这种方法可以测定聚合物薄膜的表面玻璃化转变温度。然而这种方法的样品制备和测试过程比较繁琐，为了测出一个玻璃化转变温度需要在一定的温度范围内制备一系列半导体器件分别进行测试，而且所测得的表面玻璃化转变温度，无法同时获得本体玻璃化转变温度。

发明内容

本发明的目的是提供一种测定聚合物玻璃化转变温度的方法。

本发明提供的测定聚合物玻璃化转变温度的方法，是将待测聚合物样品作为有机薄膜场效应晶体管的绝缘层，通过测定不同温度下该晶体管的迁移率可得到聚合物的玻璃化转变温度。

本发明提供的用于测定的有机场效应晶体管，依次包括基板、位于所述基板上的源电极和漏电极，覆盖所述基板、源电极和漏电极的有机半导体薄膜层、位于所述有机半导体薄膜层之上的绝缘层和覆盖所述绝缘层的栅极；所述栅极在所述绝缘层上的覆盖面积小于所述基板面积。