基材結(jié)構(gòu)體及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種基材結(jié)構(gòu)體及其制備方法，更具體地設(shè)及一種包含新型穩(wěn)定官能 團的基材結(jié)構(gòu)體，其中將通過分子層沉積方法交替使用無機前體和有機前體形成的有機-無機雜化薄膜層壓;及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 盡管用于顯示目的、框架、飛行器、容器等的玻璃基材具有許多優(yōu)點，包括小的線 性膨脹系數(shù)、優(yōu)異的氣體阻隔性能、高透光率、表面平整度W及優(yōu)異的耐熱性和耐化學性， 然而其具有缺點，例如其是脆性的，因此容易由于沖擊而破碎，且由于其高密度而是沉重 的。
[0003] 隨著最近對液晶、有機發(fā)光顯示器或電子紙的興趣急劇增大，正積極研究用塑料 代替該類顯示設(shè)備中的基材。即，如果用塑料基材代替玻璃基材，則顯示器的總重量變得更 輕且可提供設(shè)計靈活性。此外，其耐沖擊，且如果W連續(xù)方法生產(chǎn)，則可具有相對于玻璃基 材的經(jīng)濟優(yōu)勢。
[0004] 另一方面，為了將塑料基材用于顯示器，需要某些特性，例如高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、 阻隔氧氣和水蒸汽W防止液晶和有機發(fā)光材料老化、低線性膨脹系數(shù)和尺寸穩(wěn)定性W防止 由加工溫度變化所導致的基材變形、高機械強度W與用于現(xiàn)有玻璃基材的加工儀器兼容、 耐化學性W耐受蝕刻工藝、高透光性和小雙折射，W及耐表面刮擦性。
[0005] 然而，由于不存在包括聚合物-無機雜化膜在內(nèi)的聚合物膜或高功能聚合物基材， 正進行在聚合物基材膜上制備大量功能涂層W滿足上述物理性能的研究。
[0006] 有機-無機雜化材料是能通過基于物理或化學方法將有機材料與無機材料結(jié)合而 顯示出有機材料性質(zhì)和無機材料性質(zhì)二者的材料。
[0007] 使用最多的制備有機-無機雜化薄膜的方法是溶膠-凝膠法，其能容易地在低溫下 制備有機-無機雜化材料，因此對其已深入研究了很長時間了。然而，溶膠-凝膠法具有缺 點，從而使得難W控制單分子層W及在熱處理后發(fā)生變形，運使得難W制備高質(zhì)量的有機-無機雜化薄膜。
[000引制備有機-無機雜化薄膜的另一種方法是基于插層，其能制備難W通過溶膠-凝膠 法制備的有機-無機雜化材料。然而，由于該方法也難W控制單分子層且具有低沉積速率， 因此當制備局質(zhì)量的有機-無機納米雜化超晶格時存在困難。
[0009] 分子自組裝法通過利用靜電制備有機-無機雜化薄膜，其是一種能使聚合物、納米 顆粒、納米片等W層形式生長的極其有用的方法。在其研究上已付出了大量努力。然而，分 子自組裝法通過利用靜電制備有機-無機雜化薄膜，其不是嚴格意義上控制單分子層的技 術(shù)。其低熱穩(wěn)定性使得難W制備高質(zhì)量的穩(wěn)定有機-無機雜化薄膜。此外，熱沉積(蒸發(fā))法 在氣相中制備有機-無機雜化薄膜，其難W控制單分子層。此外，其原料分子非常苛刻，從而 使得其應(yīng)用也受到限制。
[0010] 為了解決制備有機-無機雜化薄膜的現(xiàn)有方法的該類問題，已開發(fā)了分子層沉積 技術(shù)，其不僅能沉積有機聚合物，而且能沉積有機-無機雜化材料。分子層沉積技術(shù)是氣相 沉積，其中可基于無機或有機分子的自控制表面反應(yīng)而W分子單元控制無機或有機分子。 作為使用分子層沉積技術(shù)的代表性實例，S.M.George組使用S甲基侶(TMA)和乙二醇化G) 制備alucone聚合物膜。然而，在該現(xiàn)有分子層沉積中，有機前體所含的官能團限于徑基、簇 基及其衍生物，因此制得的有機-無機雜化薄膜具有在空氣中靜置時變得不穩(wěn)定且分解的 問題。
[0011] 目前，封裝膜具有各種形式，包括基于無機材料如Si化、SiN和Al2〇3的單膜、通過交 替沉積無機材料而制得的多層膜，和通過交替沉積無機材料和有機材料而制得的多層膜。 盡管已使用離子束沉積、電子束沉積、等離子束沉積和化學氣相沉積來形成無機純化膜，然 而該類現(xiàn)有技術(shù)具有其沉積溫度必須高且薄膜的覆蓋率不夠好的問題。
[0012] 因此，原子層沉積(ALD)方法受到了很多的關(guān)注，其能在低溫下形成純化膜。ALD是 用于制備無機和金屬薄膜的理想技術(shù)，其中在原子單元中使用自控制反應(yīng)來沉積單原子 層，且可視為一種能控制單原子層厚度的新概念沉積技術(shù)。然而，由于在純化膜形成過程中 出現(xiàn)針孔，尚不能獲得所需的性能。
[0013] 此外，美國Vitex Systems生產(chǎn)了一種具有優(yōu)異氣體阻隔性的柔性基材，其中重復 如下方法W制備多個有機-無機層:其中通過PECVDXVD等方法在聚合物基材膜上形成單體 薄膜，對其進行UV照射W實施聚合反應(yīng)，從而獲得高分子量(固化的有機層）W形成涂層，并 通過瓣射在其上形成無機薄膜。
[0014] 然而，盡管已提出了其氣體和濕氣阻隔特性由于上述氣體阻隔膜而改善的塑料基 材，然而具有如下缺點：其氣體和濕氣阻隔特性W及表面硬度過低W至于無法用于包括 OL邸和LCD在內(nèi)的應(yīng)用。
[001引發(fā)明詳述
[0016] 技術(shù)任務(wù)
[0017] 本發(fā)明的目的是解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問題并提供一種包括新型穩(wěn)定有機-無機雜 化薄膜的基材結(jié)構(gòu)體，其中交替使用用于形成無機層的前體化合物，和用于形成有機層的 包含新型官能團的前體化合物。
[0018] 本發(fā)明的目的還為提供一種制備本發(fā)明基材結(jié)構(gòu)體的方法。
[0019] 任務(wù)的解決方式
[0020] 本發(fā)明提供了一種基材結(jié)構(gòu)體W解決上述任務(wù)，其包括基材和下式1所示的層壓 在基材上的有機-無機雜化薄膜：
[0021] [式1] -[M-X-Rl-Y-Im-[00剖化上式1中，
[0023] m為1或更大，
[0024] Rl為打~20烷基、Cwm環(huán)烷基，或5~10個核原子的芳基或雜芳基，
[0025] M選自化、511、111、〔(1、6日、41、1'1、51、￥、]\111^6、(：〇、〇1、2'、咖、]\1〇、佩和胖，且
[0026] X或Y選自0、S、N、NH和CO，且X或Y之一為S)。
[0027] 在本發(fā)明的基材結(jié)構(gòu)體中，有機-無機雜化薄膜的厚度特別為1-500;屋。
[0028] 在本發(fā)明的基材結(jié)構(gòu)體中，假設(shè)有機-無機雜化薄膜的初始厚度為do且在STP條件 下靜置n小時后的有機-無機雜化薄膜厚度為dn，則滿足如下關(guān)系式：
[0029] 〇< (dn/dO) <0.1 (0<n< 240)。
[0030] 本發(fā)明一個實施例的基材結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)示于圖I中。如圖I所示，本發(fā)明一個實例 的基材結(jié)構(gòu)體包括基材(10)，和在基材上形成的有機-無機雜化薄膜(20)。
[0031] 在本發(fā)明的基材結(jié)構(gòu)體中，基材（10)為選自如下組的導電透明基材：IT0、FT0、 化0、CdO、CdSe 和 CdS。
[0032] 在本發(fā)明的基材結(jié)構(gòu)體中，基材為選自如下組的聚合物基材:含氣聚合物樹脂、聚 醋、聚丙締酸醋、聚酷胺、聚酷亞胺和聚碳酸醋。
[0033] 在本發(fā)明的基材結(jié)構(gòu)體中，聚合物基材選自如下組:聚偏氣乙締(PVDF)、聚對苯二 甲酸乙二醇醋(PET)、聚糞二甲酸乙二醇醋(PEN)和聚甲基丙締酸甲醋(PMMA)。
[0034] 在本發(fā)明的基材結(jié)構(gòu)體中，有機-無機雜化薄膜(20)的厚度為1-500A。
[0035] 在本發(fā)明的基材結(jié)構(gòu)體中，假設(shè)有機-無機雜化薄膜的初始厚度為do且在STP條件 下靜置n小時后的有機-無機雜化薄膜厚度為dn，則滿足如下關(guān)系式：
[0036] 〇< (dn/dO) <0.1 (0<n< 240)
[0037] 本發(fā)明還提供了一種包括基材的基材結(jié)構(gòu)體，基材結(jié)構(gòu)體包括層壓在基材上的有 機-無機雜化薄膜和包括選自如下組的金屬的氧化物層的功能薄膜:Zn、Sn、In、Cd、Ga、Al、 1'1、51、￥、]?11^6、(：〇、〇1、2'、咖、]\1〇、佩和胖。
[0038] 圖2顯示了一種包括本發(fā)明另一實施例的功能薄膜的基材結(jié)構(gòu)體。如圖2所示，所 述功能薄膜包括有機-無機雜化薄膜(20)和氧化物層(30)。即，所述基材結(jié)構(gòu)體包括基材 (10)和層壓在基材上的有機-無機雜化薄膜(20 )，和層壓在有機-無機雜化薄膜上的選自如 下組的金屬的氧化物層（30):Zn、Sn、In、Cd、Ga、Al、Ti、Si、V、Mn、Fe、Co、Cu、Zr、Ru、Mo、NWP W。
[0039] 在本發(fā)明的包括功能薄膜的基材結(jié)構(gòu)體中，選自Zn、Sn、In、Cd、Ga、Al、Ti、Si、V、 Mn、Fe、Co、Cu、Zr、Ru、Mo、Nb和W的金屬的