具有存储效应的聚合物刷的设计、可控合成及其器件的研究

高质量的存储器件是信息技术发展的基础。具有存储效应的聚合物是构造聚合物基存储器件的关键。本项目拟研究具有存储效应的聚合物刷，构造具有不同存储行为的存储器件。具体研究内容是设计合成一系列侧链含有咔唑、萘、蒽等功能基团的烯类单体，在基底电极表面可控合成具有存储效应的聚合物刷。利用表面引发可控聚合的特点，调控在基底表面的聚合物刷的分子量、厚度、表面形貌、分子结构和功能性等，进而调控基于聚合物刷的存储器件中载流子在电场下的传输，调控器件的开关电压、开关电流比、读写响应时间和环境稳定性等，并深入探讨存储器件的工作机理，构造具有不同存储行为的性能优良的存储器件。该项目的成功实施，既会丰富聚合物刷可控合成的研究，又将改善有机聚合物与无机基底电极之间的界面接触性能，进一步推动新型聚合物基存储器件的设计与构造，同时为其他基于聚合物刷的光电器件研制提供新思路。

信息技术发展离不开高质量的存储器件与存储材料。在本项目进行过程中，深入开展了聚合物刷的设计与合成的研究工作，在多种基底（包括导电ITO玻璃，单晶硅、有机高分子膜、碳纳米管与石墨烯等）表面实现了聚合物刷的可控合成。选取设计合成了一系列有代表性的侧链含有咔唑等功能基团的烯类单体，在基底电极表面可控合成具有存储效应的聚合物刷。这类基于聚合物刷的存储器件，由于聚合物刷与基底电极材料之间通过化学键连接，改善了聚合物薄膜与无机材料表面的相容性，提高了存储器件的综合性能。而且利用表面引发可控聚合的特点，调控基于聚合物刷的存储器件中载流子在电场下的传输，调控器件的开关电压、开关电流比等性能，并深入探讨了存储器件的工作机理，构造具有不同存储行为的性能优良的存储器件。在另一方面，由于碳纳米管与石墨烯分别是性能优异的一维与二维纳米材料，改性后的碳纳米管与石墨烯表面具有大量的羧基、羟基或环氧基等官能团，进而可以在其表面进行高分子的聚合反应，得到具有存储效应的聚合物刷/碳纳米管复合材料与聚合物/石墨烯复合材料。通过表面引发ATRP可控聚合，在碳纳米管表面接枝了侧链含有咔唑的聚合物刷，这种侧链含有咔唑的聚合物/碳纳米管复合材料可作为用于存储器件的电活性中间层，该器件具有较低的开启电压和较高的开关电流比。而且将含有咔唑基团的聚合物与还原氧化石墨烯可控复合，用于构造存储器件。研究发现，基于这类复合材料的存储器件的存储行为强烈依赖于复合材料中所含的还原氧化石墨烯的用量。不同的还原氧化石墨烯用量会使器件表现出绝缘态、write-once read-many-times（WORM）态、可读写态、完全导电态等不同的电流电压曲线。.本项目积极与境内外高校、科研院所进行合作研究，相关研究工作与香港理工大学、南京大学、苏州大学共同开展。依托本研究，目前在Polymer、Organic Electronics、Synthetic Metals、ACS Appl. Mater. Interfaces等杂志上发表SCI收录文章12篇，已被他人引用接近100次；获批中国发明专利2项；指导研究生12名，毕业研究生6名。该项目的实施，既丰富了聚合物刷可控合成的研究，又进一步推动了新型聚合物基存储器件的设计与构造。本项目基本完成了申请书的研究内容，并将聚合物刷的研究拓展到复合材料中，达到了申请书所提到的目标。