[发明专利]使用环境稳健的溶液处理来制备纳米级有机铁电膜

权利要求书

1.一种用于制备具有铁电滞后性质的铁电膜的方法，所述方法包括：

(a)获得包含溶剂和溶解于其中的有机铁电聚合物的组合物；

(b)将所述组合物加热至高于75℃且低于所述溶剂的沸点；

(c)将加热的组合物沉积至衬底上；以及

(d)使所述加热的组合物退火以形成具有铁电滞后性质和400nm或更小的厚度的铁电膜。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述铁电膜的所述厚度为350nm或更小、300nm或更小、10nm至400nm，优选140nm至300nm，最优选200nm至300nm。

3.根据权利要求2所述的方法，其中将所述组合物加热至高于75℃至200℃，优选高于75℃至150℃，最优选80℃至120℃。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述铁电聚合物是聚偏二氟乙烯(PVDF)或其共混物。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述膜的表面形态是平滑的，或者所述膜具有如通过原子力显微镜检查(AFM)所测定的20nm或更小的表面粗糙度。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述衬底包括下电极，并且其中加热的溶液被沉积在所述下电极上。

7.根据权利要求6所述的方法，其进一步包括将上电极沉积在所述铁电膜上。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述溶剂包括二甲基甲酰胺、乙酸二甲酯、二甲基乙酰胺、四甲基脲、二甲亚砜、磷酸三甲酯、N-甲基-2-吡咯烷酮、碳酸二乙酯或其任何组合。

9.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(b)中的温度足以克服或防止来自周围环境的湿气的扩散。

10.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(c)中的沉积所述组合物在50％或更低的相对湿度下进行。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述膜在300nm至1000nm的波长下具有10^-1a.u.或更小的吸光度。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述有机铁电聚合物是基于聚偏二氟乙烯(PVDF)的聚合物、基于聚十一烷酰胺(尼龙11)的聚合物或其共混物。

13.根据权利要求1所述的方法，其中将所述基于PVDF的聚合物与基于非PVDF的聚合物共混，其中所述非PVDF聚合物是聚(苯醚)(PPO)聚合物、聚苯乙烯(PS)聚合物或聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)聚合物，或者其共混物。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述基于PVDF的聚合物是PVDF。

15.根据权利要求1所述的方法，其中所述有机铁电聚合物材料不含金属醇盐。

16.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(a)至(c)在60分钟或更长时间内进行。

17.根据权利要求1所述的方法，其中所述衬底的温度为80℃或更低，50℃或更低，30℃或更低，或者环境温度。

18.根据权利要求1所述的方法，其中所述衬底在步骤(b)期间未被加热。

19.一种用于控制具有铁电滞后性质的铁电膜的表面粗糙度的方法，所述方法包括：

(a)通过将包含溶剂和溶解于其中的有机铁电聚合物的组合物加热至高于室温且低于所述溶剂的沸点的目标温度范围，减少扩散至所述组合物中的水的量，其中所述目标温度范围对应于所述铁电膜的目标表面形态；

(b)将加热的组合物沉积至衬底上；以及

(c)使所述加热的组合物退火以形成具有铁电滞后性质、400nm或更小的厚度和所述目标表面形态的铁电膜。

20.一种具有铁电滞后性质的铁电膜，所述膜包含有机铁电聚合物、400nm或更小的厚度和平滑的表面形态。