CN103642145A

CN103642145A - 具有存储效应的石墨烯量子点/聚对乙烯基苯酚复合材料及其制备方法和用途

Info

Publication number: CN103642145A
Application number: CN201310596712.XA
Authority: CN
Inventors: 彭林峰; 李亮; 张桥; 郭俊芳; 喻湘华; 吴艳光
Original assignee: Wuhan Institute of Technology
Current assignee: Wuhan Institute of Technology
Priority date: 2013-11-22
Filing date: 2013-11-22
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2033-11-22
Also published as: CN103642145B

Abstract

本发明公开了一种具有存储效应的石墨烯量子点/聚对乙烯基苯酚复合材料及其制备方法与用途。本发明是先通过电化学方法制备石墨烯量子点，再将石墨烯量子点与聚对乙烯基苯酚混合均匀后，旋涂在基底上，通过固化得到具有存储效应的石墨烯量子点/聚对乙烯基苯酚复合材料。此类复合材料可作为存储材料用于构造存储器件。通过调控复合材料中石墨烯量子点的含量，可调控基于该复合材料的存储器件的开启电压和开关电流比。本发明提供的具有存储效应的石墨烯量子点/聚对乙烯基苯酚复合材料具有制备方法简单，存储性能好与稳定性高等优点，有着广阔的应用前景。

Description

具有存储效应的石墨烯量子点/聚对乙烯基苯酚复合材料及其制备方法和用途

技术领域

本发明涉及一种具有存储效应的石墨烯量子点/聚对乙烯基苯酚复合材料及其制备方法与用途，属于新材料、有机存储器领域。

背景技术

随着信息技术的发展，具有存储效应的新材料越来越受到人们的重视。这类具有存储效应的无机或有机材料在外加的不同电场下，会改变载流子的状态，分别呈现出高电阻与低电阻两种不同的电阻状态，对应于存储双进位系统中的0与1，从而实现数据的存储过程。传统的无机氧化物材料一般需要利用化学气相方式沉积成膜，其制作工艺复杂，成本较高，因此这些无机材料在存储器件构造受到很大的限制。而有机高分子材料可通过溶液法制备得到，工艺设备相对简单。

聚对乙烯基苯酚作为传统的有机绝缘材料，已经被作为介电层，用于构造有机电子器件。由于聚对乙烯基苯酚自身极低的载流子迁移率，不能有效传递电荷，不能直接用于存储器件构造。尽管对于基于此类高分子材料的存储器件仍处在初期探索阶段，但是由于聚对乙烯基苯酚良好的热稳定性，它成为目前的研究热点之一。

近年来，具有独特的电学、力学、热学性能的石墨烯材料吸引了众多科学家的研究兴趣，在许多领域都得到了应用。但是二维石墨烯片与片之间的Van der Waals相互作用导致吸引石墨烯容易发生聚集，而且石墨烯较难均匀分散在溶剂中，限制了石墨烯与有机高分子材料的有效复合。最近人们发现，与常见的二维石墨烯纳米片相比，直径小于10nm的石墨烯量子点具有更强的量子限域效应与边缘效应，而且石墨烯量子点还具有良好的溶解分散性，极高的比表面积与能带可调性。因此将性能优异的石墨烯量子点均匀分散在有机高分子材料中，可提高复合材料的力学与电学性能，有望在应用在光电器件、生物传感、机械等领域。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提供一种具有存储效应的石墨烯量子点/聚对乙烯基苯酚复合材料及其制备方法和用途，此类复合材料可作为存储材料用于构造存储器件，通过调控复合材料中石墨烯量子点的含量，可调控基于该复合材料的存储器件的开启电压和开关电流比，具有制备方法简单，存储性能好与稳定性高等优点，有着广阔的应用前景。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：具有存储效应的石墨烯量子点/聚对乙烯基苯酚复合材料，其为下述制备方法得到的产物，包括有以下步骤：

1）通过电化学方法制备水溶性石墨烯量子点；

2）将聚对乙烯基苯酚与交联剂甲基化聚（三聚氰胺－co－甲醛）溶于有机溶剂中，其中聚对乙烯基苯酚的浓度为5%-10%，甲基化聚（三聚氰胺－co－甲醛）的浓度为2%，再向其中加入石墨烯量子点，超声分散30-60分钟，得到含有石墨烯量子点与聚对乙烯基苯酚复合材料的溶液；

3）在基底上以转速2000-6000转/分钟旋涂步骤2）得到的溶液，旋涂时间为30-60秒；然后将表面旋涂有石墨烯量子点与聚对乙烯基苯酚的基底置于200度下固化20-60分钟，即得到具有存储效应的石墨烯量子点/聚对乙烯基苯酚复合材料。

按上述方案，所述基底为ITO导电玻璃、单晶硅或金属铝。

按上述方案，所述有机溶剂为正己醇或丙二醇单甲醚乙酸酯。

按上述方案，所述石墨烯量子点在复合材料中的比例为0.05%-0.5%。

具有存储效应的石墨烯量子点/聚对乙烯基苯酚复合材料的制备方法，包括有以下步骤：

1）通过电化学方法制备水溶性石墨烯量子点；

按上述方案，所述基底为ITO导电玻璃、单晶硅、金属铝；

按上述方案，所述有机溶剂为正己醇、丙二醇单甲醚乙酸酯；

按上述方案，所述石墨烯量子点在复合材料中的比例为0.05%-0.5%；

具有存储效应的石墨烯量子点/聚对乙烯基苯酚复合材料作为电活性中间层用于构造信息存储器件的应用。

本发明有以下显著特点：1）石墨烯量子点能够很好的分散在有机溶剂中，从而实验与聚合物的有效均匀复合，保证了材料的重复性和稳定性；2）复合材料的原料易得，复合工艺简便，制备成本低，适合大规模生；3）通过调控复合材料中石墨烯量子点的含量，调控基于该复合材料的存储器件的开启电压和开关电流比，在信息存储领域有较好的应用前景。

基于石墨烯量子点/聚对乙烯基苯酚的存储器件的性能测试实验：取表面含有旋涂固化石墨烯量子点/聚对乙烯基苯酚复合材料的基底，在基底表面再蒸镀金属铝作为存储器件的上电极。测量存储器件的开启电压和开关电流比。结果表明该器件具有相应的开启电压、开关电流比和良好的稳定性能。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1：

1）按照文献报道，利用电化学方法制备水溶性石墨烯量子点（Advanced Materials，2010，23，776-780）；

2）将聚对乙烯基苯酚与交联剂甲基化聚（三聚氰胺－co－甲醛）溶于丙二醇单甲醚乙酸酯中，其中聚对乙烯基苯酚的浓度为10%，甲基化聚（三聚氰胺－co－甲醛）的浓度为2%，再向其中加入石墨烯量子点，超声分散30分钟，得到含有石墨烯量子点与聚对乙烯基苯酚复合材料的溶液，石墨烯量子点在复合材料中的比例为0.05%；

3）在ITO导电玻璃基底上以转速3000转/分钟旋涂步骤2得到的溶液，旋涂时间为30秒。然后将表面旋涂有石墨烯量子点与聚对乙烯基苯酚的基底置于200度下固化30分钟，即得到具有存储效应的石墨烯量子点/聚对乙烯基苯酚复合材料。

取实施例1制得的具有存储效应的石墨烯量子点/聚对乙烯基苯酚复合材料，制备存储器件并进行性能测试实验：取表面含有旋涂固化石墨烯量子点/聚对乙烯基苯酚复合材料的ITO导电玻璃，在ITO导电玻璃表面再蒸镀金属铝作为存储器件的上电极。测定器件的开启电压为3.81V和开关电流比10⁵。结果表明该器件具有相应的开启电压，开关电流比和良好的热稳定性能。

实施例2：

1）与实施例1的步骤1相同；

2）将聚对乙烯基苯酚与交联剂甲基化聚（三聚氰胺－co－甲醛）溶于正己醇中，其中聚对乙烯基苯酚的浓度为8%，甲基化聚（三聚氰胺－co－甲醛）的浓度为2%，再向其中加入石墨烯量子点，超声分散40分钟，得到含有石墨烯量子点与聚对乙烯基苯酚复合材料的溶液，石墨烯量子点在复合材料中的比例为0.35%；

3）在单晶硅基底上以转速6000转/分钟旋涂步骤2得到的溶液，旋涂时间为40秒。然后将表面旋涂有石墨烯量子点与聚对乙烯基苯酚的基底置于200度下固化60分钟，即得到具有存储效应的石墨烯量子点/聚对乙烯基苯酚复合材料。

取实施例2制得的具有存储效应的石墨烯量子点/聚对乙烯基苯酚复合材料，制备存储器件并进行性能测试实验：取表面含有旋涂固化石墨烯量子点/聚对乙烯基苯酚复合材料的单晶硅，在单晶硅表面再蒸镀金属铝作为存储器件的上电极。测定器件的开启电压为3.95V和开关电流比10⁵。结果表明该器件具有相应的开启电压，开关电流比和良好的热稳定性能。

实施例3：

1）与实施例1的步骤1相同；

2）将聚对乙烯基苯酚与交联剂甲基化聚（三聚氰胺－co－甲醛）溶于正己醇中，其中聚对乙烯基苯酚的浓度为5.5%，甲基化聚（三聚氰胺－co－甲醛）的浓度为2%，再向其中加入石墨烯量子点，超声分散450分钟，得到含有石墨烯量子点与聚对乙烯基苯酚复合材料的溶液，石墨烯量子点在复合材料中的比例为0.45%；

3）在ITO导电玻璃基底上以转速5000转/分钟旋涂步骤2得到的溶液，旋涂时间为50秒。然后将表面旋涂有石墨烯量子点与聚对乙烯基苯酚的基底置于200度下固化30分钟，即得到具有存储效应的石墨烯量子点/聚对乙烯基苯酚复合材料。

实施例4：

1）与实施例1的步骤1相同；

2）将聚对乙烯基苯酚与交联剂甲基化聚（三聚氰胺－co－甲醛）溶于丙二醇单甲醚乙酸酯中，其中聚对乙烯基苯酚的浓度为7.5%，甲基化聚（三聚氰胺－co－甲醛）的浓度为2%，再向其中加入石墨烯量子点，超声分散45分钟，得到含有石墨烯量子点与聚对乙烯基苯酚复合材料的溶液，石墨烯量子点在复合材料中的比例为0.25%；

3）在金属铝基底上以转速4000转/分钟旋涂步骤2得到的溶液，旋涂时间为30秒。然后将表面旋涂有石墨烯量子点与聚对乙烯基苯酚的基底置于200度下固化45分钟，即得到具有存储效应的石墨烯量子点/聚对乙烯基苯酚复合材料。

实施例5：

1）与实施例1的步骤1相同；

2）将聚对乙烯基苯酚与交联剂甲基化聚（三聚氰胺－co－甲醛）溶于丙二醇单甲醚乙酸酯中，其中聚对乙烯基苯酚的浓度为5%，甲基化聚（三聚氰胺－co－甲醛）的浓度为2%，再向其中加入石墨烯量子点，超声分散50分钟，得到含有石墨烯量子点与聚对乙烯基苯酚复合材料的溶液，石墨烯量子点在复合材料中的比例为0.15%；

3）在金属铝基底上以转速5000转/分钟旋涂步骤2得到的溶液，旋涂时间为30秒。然后将表面旋涂有石墨烯量子点与聚对乙烯基苯酚的基底置于200度下固化50分钟，即得到具有存储效应的石墨烯量子点/聚对乙烯基苯酚复合材料。

实施例6：

1）与实施例1的步骤1相同；

2）将聚对乙烯基苯酚与交联剂甲基化聚（三聚氰胺－co－甲醛）溶于丙二醇单甲醚乙酸酯中，其中聚对乙烯基苯酚的浓度为8%，甲基化聚（三聚氰胺－co－甲醛）的浓度为2%，再向其中加入石墨烯量子点，超声分散60分钟，得到含有石墨烯量子点与聚对乙烯基苯酚复合材料的溶液，石墨烯量子点在复合材料中的比例为0.1%；

3）在ITO导电玻璃基底上以转速4500转/分钟旋涂步骤2得到的溶液，旋涂时间为50秒。然后将表面旋涂有石墨烯量子点与聚对乙烯基苯酚的基底置于200度下固化35分钟，即得到具有存储效应的石墨烯量子点/聚对乙烯基苯酚复合材料。

实施例7：

1）与实施例1的步骤1相同；

2）将聚对乙烯基苯酚与交联剂甲基化聚（三聚氰胺－co－甲醛）溶于正己醇中，其中聚对乙烯基苯酚的浓度为6%，甲基化聚（三聚氰胺－co－甲醛）的浓度为2%，再向其中加入石墨烯量子点，超声分散60分钟，得到含有石墨烯量子点与聚对乙烯基苯酚复合材料的溶液，石墨烯量子点在复合材料中的比例为0.15%；

3）在ITO导电玻璃基底上以转速3500转/分钟旋涂步骤2得到的溶液，旋涂时间为40秒。然后将表面旋涂有石墨烯量子点与聚对乙烯基苯酚的基底置于200度下固化45分钟，即得到具有存储效应的石墨烯量子点/聚对乙烯基苯酚复合材料。

本发明所列举的各原料都能实现本发明，以及各原料的上下限取值、区间值都能实现本发明；在此不一一列举实施例。本发明的工艺参数的上下限取值、区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

Claims

1.具有存储效应的石墨烯量子点/聚对乙烯基苯酚复合材料，其为下述制备方法得到的产物，包括有以下步骤：

1）通过电化学方法制备水溶性石墨烯量子点；

2.根据权利要求1所述的具有存储效应的石墨烯量子点/聚对乙烯基苯酚复合材料，其特征在于：所述基底为ITO导电玻璃、单晶硅或金属铝。

3.根据权利要求1所述的具有存储效应的石墨烯量子点/聚对乙烯基苯酚复合材料，其特征在于：所述有机溶剂为正己醇或丙二醇单甲醚乙酸酯。

4.根据权利要求1所述的具有存储效应的石墨烯量子点/聚对乙烯基苯酚复合材料，其特征在于：所述石墨烯量子点在复合材料中的比例为0.05%-0.5%。

5.具有存储效应的石墨烯量子点/聚对乙烯基苯酚复合材料的制备方法，包括有以下步骤：

1）通过电化学方法制备水溶性石墨烯量子点；

6.根据权利要求5所述的具有存储效应的石墨烯量子点/聚对乙烯基苯酚复合材料的制备方法，其特征在于：所述基底为ITO导电玻璃、单晶硅、金属铝。

7.根据权利要求5所述的具有存储效应的石墨烯量子点/聚对乙烯基苯酚复合材料的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂为正己醇、丙二醇单甲醚乙酸酯。

8.根据权利要求5所述的具有存储效应的石墨烯量子点/聚对乙烯基苯酚复合材料的制备方法，其特征在于：所述石墨烯量子点在复合材料中的比例为0.05%-0.5%。

9.根据权利要求1的具有存储效应的石墨烯量子点/聚对乙烯基苯酚复合材料作为电活性中间层用于构造信息存储器件的应用。