高电子迁移率超支化聚酰亚胺的合成及其电储存性能研究

The design and synthesis of polyimide with high electron mobility is a key issue needed to be resolved to expand its application in electronic memories. The project plans to enhance the electron mobility of the polyimide by introducing triphenylamine , carbazole and more functional groups, of which owing low ionization energy and good hole transport properties, to enhance the electron mobility of the polyimide. Novel A2 + B4 type hyperbranched polyimide will be synthesized by polymerizing new electron donor tetramine monomer (B4) and electron acceptor dianhydride monomer (A2). Then a linear polyimide, by which polymerizing electron donor with the structure of triphenylamine and carbazole diamine monomer (B2) and electron acceptor dianhydride (A2), will be synthesized as well. The D-A charge-transfer behavior of linear and hyperbranched polyimide will be well investigated in order to evaluate the influence of hyperbranched structure on the electron mobility and electrical storage performance in detail. Then, the synthesized carbazole amine monomer, which assumed to enhance the electron donation capability, will be used to cap the new designed hyperbranched polyimide. The hyperbranched structure and the end-functional will further improve the electronic mobility. This project will provide an useful reference on designing hyperbranched polyimide with high electron mobility and new type of electricity storage polymer materials.

设计合成具有高电子迁移率的聚酰亚胺材料是拓展其应用领域所必需解决的一个关键问题。本项目拟通过在聚酰亚胺体系中引入具有较低的电离能和良好的空穴传输性能的三苯胺及咔唑多氮官能团，从而提高聚酰亚胺的电子迁移率。设计合成含电子给体三苯胺和咔唑结构的二胺单体（B2）和新型四胺单体（B4），与电子受体二酐单体聚合制备线性聚酰亚胺以及A2+B4型超支化聚酰亚胺；研究线性聚酰亚胺和超支化聚酰亚胺中D-A结构的电荷转移行为，考察聚合物支化结构对其电子迁移率及电储存性能的影响。其次，利用合成出的含咔唑胺单体对超支化聚酰亚胺进行封端，通过聚酰亚胺超支化结构和末端官能团给电子能力的协同调控，进一步提高聚酰亚胺材料的电子迁移率。本项目将为具有高电子迁移率的超支化聚酰亚胺的设计合成提供有益的参考，为电储存提供一种有实用价值的聚合物材料。

项目背景：随着人类社会的进步，信息技术的快速发展对存储器提出更高的要求，需要尺寸更小，存储速度更快，存储密度更高，存储寿命更长，制作工艺简单等。当前，新兴存储器主要有铁电存储器、磁随机存储器、相变存储器、纳米晶存储器、碳纳米管存储器、有机电存储器等。有机存储器通常由有机薄膜和两端电极构成，其电极材料有Cu, Al, ITO, Au, p或n型掺杂硅以及PPy导电薄膜。一些含有给体，受体(D-A)的聚酰亚胺具有优异的电存储性能，三苯胺基团是一个电子给体，而酰亚胺基团和三氟甲基基团是一个电子受体。当在电场作用下，电子会从三苯胺的最高已占轨道流向酰亚胺和三氟甲基基团的最低未占轨道跃迁，从而使轨道处在半充满状态，产生电存储现象。共轭体系中电荷陷阱深度影响其存储功能，阱内电子态密度受到阱深与外加电场共同影响；如果发生转换时电子能量小于势阱深度，载流子只能在阱内运动，表现出WORM功能，反之势阱内载流子被拉出而表现出DRAM或Flash功能。.主要研究内容：本项目通过在聚合物体系中引入具有较低的电离能和良好的空穴传输性能的三苯胺及咔唑多氮官能团，从而提高聚酰亚胺的电子迁移率。设计合成含电子给体三苯胺和咔唑结构新型聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚酯三种聚合物体系；研究不同体系中聚合物的D—A结构的电荷转移行为，考察不同聚合物结构对其电子迁移率及电储存性能的影响。.关键数据：.1.开关电流比(ON/OFF)大于1000。.2.跃迁时间短(< 100 ns)。.3.较高的可擦写次数。.4.跃迁电压在6V以下。.5.具有良好的热稳定性，较高温度下能正常工作。.科学意义：本项目为具有高电子迁移率的聚合物体系的设计合成提供有益的参考，为高耐热电存储器件提供一种有实用价值的聚合物材料。