一种光控多功能P(VDF-TrFE)复合薄膜的制备方法

一种光控多功能p(vdf-trfe)复合薄膜的制备方法
技术领域
1.本发明涉及有机铁电传感材料领域，具体涉及一种光控多功能p(vdf-trfe)复合薄膜的制备方法。


背景技术：

2.在智能感知传感器、机器人控制系统、生物医学组织成像、场效应晶体管、纳米发电机等领域的研究中，柔性有机铁电聚合物材料占据举足轻重的地位。目前的电子器件制备过程中越来越重视多元化、多样化、多功能化的应用，因此对有机铁电传感材料的多功能性研发提出了要求。偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物(p(vdf-trfe))作为铁电压电性能最好的有机材料之一，同时具有良好的柔性、耐腐蚀性，密度、声阻抗小等优势，得到了越来越广泛的关注。然而目前的研究中，p(vdf-trfe)仅表现出红外波段的响应，无法实现可见光波段的光响应，同时对其力、电、光耦合的多功能效应研究较为缺乏，从而大大制约了p(vdf-trfe)在电子、光学、声学传感器件中的应用。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种光控多功能p(vdf-trfe)复合薄膜及制备方法。
4.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种光控多功能p(vdf-trfe)复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：
5.(1)取1.05-4.74g p(vdf-trfe)粉末溶解在10-20ml n,n-二甲基甲酰胺中，搅拌后得到均匀溶液；
6.(2)取摩尔比为1:1的pbi2和mai充分溶于相应量的n,n-二甲基甲酰胺中，在55-65℃水浴加热搅拌得到均匀的mapbi3前驱体溶液；
7.(3)取适量步骤(2)得到的mapbi3前驱体溶液加入步骤(1)得到的均匀溶液中，充分搅拌混合得到mapbi3/p(vdf-trfe)前驱体溶液；所述mapbi3前驱体溶质与p(vdf-trfe) 粉末质量比为1～20:100；
8.(4)取步骤(3)得到的mapbi3/p(vdf-trfe)前驱体溶液滴在衬底上，并先以500-1000 rpm的速度在匀胶机上旋涂3-10s，再以1500-3000rpm的速度旋涂30-60s，得到旋涂完毕的样品；
9.(5)将旋涂完毕的样品进行退火处理，得到光控多功能p(vdf-trfe)复合薄膜。
10.进一步地，所述步骤(2)中水浴加热的最佳温度为60℃。
11.进一步地，所述步骤(4)中使用的衬底是透明的玻璃基底。
12.具体地，所述步骤(5)中退火处理的温度控制为100～120℃，退火处理的时间为1～2小时。
13.本发明的有益效果如下：
14.本发明制备工艺简单，过程易于控制，制备的复合薄膜中，mapbi3晶体均匀地分散
在 p(vdf-trfe)薄膜母体之中。复合薄膜样品的吸收边测试结果证实p(vdf-trfe)薄膜在复合以后产生较强的吸光能力。对其进行光照下的铁电性能测试时发现，随着mapbi3加入含量的增大，光照下的薄膜矫顽场变小程度变大，当加入mapbi3的质量为p(vdf-trfe)粉末质量的 15％时，532nm的激光照射下复合薄膜矫顽场随着激光强度升高而不断减小，最小减小10.7％左右，而薄膜的饱和铁电极化强度和铁电剩余极化强度未发生变化，并通过循环实验证实这种光电响应过程可逆。进一步地，通过光照下的原位x射线衍射(xrd)实验发现，加入mapbi3的质量为p(vdf-trfe)粉末质量的5％的样品在532nm激光照射(637mw/cm2)的环境下， mapbi3晶体的(310)晶面对应的衍射峰产生了0.02
°
的峰位左移，即产生0.171pm的晶格膨胀，产生光致伸缩效应。通过大量的拓展实验表明，这种光致伸缩产生的应力使了复合薄膜产生光照下的矫顽场变化的现象，从而实现复合薄膜力、电、光的耦合效应。
附图说明
15.图1是mapbi3/p(vdf-trfe)复合薄膜的微观形貌图，其中，a是复合薄膜表面的sem 图，b是复合薄膜横截面的sem图；
16.图2是mapbi3/p(vdf-trfe)复合薄膜与纯p(vdf-trfe)薄膜的吸收边对比图；
17.图3是mapbi3/p(vdf-trfe)复合薄膜在激光照射前后的铁电电滞回线对比图；
18.图4是mapbi3/p(vdf-trfe)复合薄膜与纯p(vdf-trfe)薄膜的激光照射前后的变化曲线图；
19.图5是照射前后并恢复暗室的复合体(310)晶面xrd峰位变化曲线。
具体实施方式
20.以下结合实施例进一步说明本发明的技术方案。
21.下列实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无说明，均可从商业途径获得。
22.实施例1
23.一种光控多功能p(vdf-trfe)复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：
24.(1)取1.67g p(vdf-trfe)粉末溶解在10ml n,n-二甲基甲酰胺中，磁力搅拌后形成均匀溶液；
25.(2)取摩尔比为1:1的pbi2和mai充分溶于相应量的n,n-二甲基甲酰胺中，在55-65℃水浴加热搅拌得到均匀的mapbi3前驱体溶液；
26.(3)取110μl步骤(2)得到的mapbi3前驱体溶液加入步骤(1)得到的均匀溶液中，充分搅拌混合得到mapbi3/p(vdf-trfe)前驱体溶液；所述mapbi3前驱体溶质与p(vdf-trfe) 粉末质量比为1～20:100；
27.4)取步骤(3)得到的mapbi3/p(vdf-trfe)前驱体溶液滴在衬底上，并先以500-1000rpm 的速度在匀胶机上旋涂3-10s，再以1500-3000rpm的速度旋涂30-60s，得到旋涂完毕的样品；
28.5)将旋涂完毕的样品进行退火处理，得到不同质量比的光控多功能p(vdf-trfe)复合薄膜。
的速度旋涂30s；
43.5)将旋涂完毕的样品进行120℃，2h退火处理，得到15wt％的光控多功能p(vdf-trfe) 复合薄膜。
44.实施例3
45.一种光控多功能p(vdf-trfe)复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：
46.1)取1.67g p(vdf-trfe)粉末溶解在10ml n,n-二甲基甲酰胺中，磁力搅拌后形成均匀溶液；
47.2)取0.578g pbi2和0.2g mai溶于1ml n,n-二甲基甲酰胺中，60℃水浴加热搅拌得到均匀的mapbi3前驱体溶液；
48.3)取240μl步骤2)得到的溶液加入步骤1)的溶液中，充分搅拌混合得到均匀溶液；
49.4)取步骤3)得到的溶液滴在衬底上，并先以500rpm的速度旋涂3s，再以1500rpm 的速度旋涂30s；
50.5)将旋涂完毕的样品进行120℃，2h退火处理，得到10wt％的光控多功能p(vdf-trfe) 复合薄膜。
51.实施例4
52.一种光控多功能p(vdf-trfe)复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：
53.1)取1.67g p(vdf-trfe)粉末溶解在10ml n,n-二甲基甲酰胺中，磁力搅拌后形成均匀溶液；
54.2)取0.578g pbi2和0.2g mai溶于1ml n,n-二甲基甲酰胺中，60℃水浴加热搅拌得到均匀的mapbi3前驱体溶液；
55.3)取20μl步骤2)得到的溶液加入步骤1)的溶液中，充分搅拌混合得到均匀溶液；
56.4)取步骤3)得到的溶液滴在衬底上，并先以500rpm的速度旋涂3s，再以1500rpm 的速度旋涂30s；
57.5)将旋涂完毕的样品进行120℃，2h退火处理，得到1wt％光控多功能p(vdf-trfe) 复合薄膜。
58.实施例5
59.一种光控多功能p(vdf-trfe)复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：
60.1)取4.74g p(vdf-trfe)粉末溶解在10ml n,n-二甲基甲酰胺中，磁力搅拌后形成均匀溶液；
61.2)取0.578g pbi2和0.2g mai溶于1ml n,n-二甲基甲酰胺中，60℃水浴加热搅拌得到均匀的mapbi3前驱体溶液；
62.3)取320μl步骤2)得到的溶液加入步骤1)的溶液中，充分搅拌混合得到均匀溶液；
63.4)取步骤3)得到的溶液滴在衬底上，并先以1000rpm的速度旋涂3s，再以3000rpm 的速度旋涂30s；
64.5)将旋涂完毕的样品进行120℃，2h退火处理，得到5wt％的光控多功能p(vdf-trfe) 复合薄膜。
65.实施例6
66.一种光控多功能p(vdf-trfe)复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：
67.1)取1.05g p(vdf-trfe)粉末溶解在20ml n,n-二甲基甲酰胺中，磁力搅拌后形成
均匀溶液；
68.2)取0.578g pbi2和0.2g mai溶于1ml n,n-二甲基甲酰胺中，60℃水浴加热搅拌得到均匀的mapbi3前驱体溶液；
69.3)取70μl步骤2)得到的溶液加入步骤1)的溶液中，充分搅拌混合得到均匀溶液；
70.4)取步骤3)得到的溶液滴在衬底上，并先以1000rpm的速度旋涂3s，再以3000rpm 的速度旋涂30s；
71.5)将旋涂完毕的样品进行120℃，2h退火处理，得到5wt％的光控多功能p(vdf-trfe) 复合薄膜。
72.实施例7
73.一种光控多功能p(vdf-trfe)复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：
74.1)取1.67g p(vdf-trfe)粉末溶解在10ml n,n-二甲基甲酰胺中，磁力搅拌后形成均匀溶液；
75.2)取0.578g pbi2和0.2g mai溶于1ml n,n-二甲基甲酰胺中，60℃水浴加热搅拌得到均匀的mapbi3前驱体溶液；
76.3)取110μl步骤2)得到的溶液加入步骤1)的溶液中，充分搅拌混合得到均匀溶液；
77.4)取步骤3)得到的溶液滴在衬底上，并先以1000rpm的速度旋涂3s，再以3000rpm 的速度旋涂30s；
78.5)将旋涂完毕的样品进行100℃，1h退火处理，得到5wt％的光控多功能p(vdf-trfe) 复合薄膜。
79.实施例2-7均制备得到光控多功能p(vdf-trfe)复合薄膜。
80.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
81.以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。