CN108559113A - 一种用于形成柔性强介电薄膜的衬底 - Google Patents

一种用于形成柔性强介电薄膜的衬底 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于形成柔性强介电薄膜的衬底，其材质为聚酰亚胺，所述聚酰亚胺的FT‑IR谱图在波数为800‑840cm‑1范围内有两个吸收峰，和/或在波数为1060‑1140cm‑1范围内有两个吸收峰。本发明的衬底在高温环境下更稳定，不仅可弯曲，还不易折损，适用于形成柔性强介电薄膜，且可形成大面积的柔性强介电薄膜，适合于大规模工业化生产。

Description

一种用于形成柔性强介电薄膜的衬底
技术领域
本发明涉及强介电薄膜技术领域，尤其涉及一种用于形成柔性强介电薄膜的衬底。
背景技术
锆钛酸铅(PZT)是PbZrO3和PbTiO3的混合体材料，有着优异的压电特性和介电特性，并且随着PZT中Zr/Ti比的变化，其特性也会发生改变，因此被广泛应用于传感器、电容器等电子器件中，并逐渐从独立的个体材料向可集成化的薄膜材料转变。
近些年，随着穿戴设备迅猛发展，人们认识到柔性化材料的应用优势，很多研究机投入巨大精力从事这方面的研究。
现有技术主要通过改进原材料构成、制作工艺来将PZT薄膜的成膜温度降低到500℃以下，但是，直接在有机衬底上制备PZT等无机薄膜材料会面临着有机衬底的高温分解，收缩变形等问题。
目前，PZT薄膜的柔性化方法主要有以下两种：(1)采用耐热的金属薄片作为衬底；(2)以硬质硅(Si)为衬底，并在硅衬底上设置牺牲层，然后在牺牲层形成PZT薄膜，再通过各种手段使PZT薄膜与硅衬底分离，并将PZT薄膜转移固定到树脂材料上，达到柔性化的目的。
但是，金属薄片虽然具有一定的可弯曲性，但是其硬度高，一旦发生弯折，不容易再恢复回原来的状态，可操作性差，不适合用于穿戴设备。其次，金属薄片的热膨胀系数大，从室温加热到几百度高温过程中容易发生变形，难以在其上面形成大面积的均匀性薄膜。采用Si衬底制备出PZT薄膜后再剥离的方法，则因为工艺复杂，可制备面积受限，不适合工业化生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于形成柔性强介电薄膜的衬底，可弯曲，不易折损，并且适合于大规模工业化生产。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于形成柔性强介电薄膜的衬底，其材质为聚酰亚胺，所述聚酰亚胺的FT-IR谱图在波数为800-840cm-1范围内有两个吸收峰。
本发明还提供了另一种用于形成柔性强介电薄膜的衬底，其材质为聚酰亚胺，所述聚酰亚胺的FT-IR谱图在波数为1060-1140cm-1范围内有两个吸收峰。
本发明还提供了另一种用于形成柔性强介电薄膜的衬底，其材质为聚酰亚胺，所述聚酰亚胺的FT-IR谱图在波数为800-840cm-1范围内有两个吸收峰，在波数为1060-1140cm-1范围内有两个吸收峰。
作为上述方案的改进，所述聚酰亚胺的FT-IR谱图在波数为800-840cm-1范围内的两个吸收峰，波数短的吸收峰的透光率小于波数长的吸收峰的透光率。
作为上述方案的改进，所述聚酰亚胺的FT-IR谱图在波数为810-830cm-1范围内的两个吸收峰，波数短的吸收峰的透光率小于波数长的吸收峰的透光率。
作为上述方案的改进，所述聚酰亚胺的FT-IR谱图在波数为810cm-1上具有第一吸收峰，在波数为823cm-1上具有第二吸收峰，且第一吸收峰的透光率小于第二吸收峰的透光率。
作为上述方案的改进，所述聚酰亚胺的FT-IR谱图在波数为1060-1140cm-1范围内的两个吸收峰，波数短的吸收峰的透光率小于波数长的吸收峰的透光率。
作为上述方案的改进，所述聚酰亚胺的FT-IR谱图在波数为1100-1130cm-1范围内的两个吸收峰，波数短的吸收峰的透光率小于波数长的吸收峰的透光率。
作为上述方案的改进，所述聚酰亚胺的FT-IR谱图在波数为1100cm-1上具有第三吸收峰，在波数为1120cm-1上具有第四吸收峰，且第三吸收峰的透光率小于第四吸收峰的透光率。
作为上述方案的改进，其厚度为10-100微米。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明提供的一种用于形成柔性强介电薄膜的衬底，其材质为聚酰亚胺，所述聚酰亚胺的FT-IR谱图在波数为800-840cm-1范围内有两个吸收峰，和/或在波数为1060-1140cm-1范围内有两个吸收峰。本发明的衬底在高温环境下更稳定，不仅可弯曲，还不易折损，适用于形成柔性强介电薄膜，且可形成大面积的柔性强介电薄膜，适合于大规模工业化生产。
附图说明
图1是本发明衬底的FT-IR谱图；
图2是普通聚酰亚胺的FT-IR谱图；
图3是图1中的衬底经过高温处理后的FT-IR谱图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
本发明提供了一种用于形成柔性强介电薄膜的衬底，其材质为聚酰亚胺，所述聚酰亚胺的FT-IR谱图在波数为800-840cm-1范围内有两个吸收峰，和/或在波数为1060-1140cm-1范围内有两个吸收峰。
优选的，所述聚酰亚胺的FT-IR谱图在波数为800-840cm-1范围内的两个吸收峰，波数短的吸收峰的透光率小于波数长的吸收峰的透光率；更佳的,所述聚酰亚胺的FT-IR谱图在波数为810-830cm-1范围内的两个吸收峰，波数短的吸收峰的透光率小于波数长的吸收峰的透光率。
优选的，所述聚酰亚胺的FT-IR谱图在波数为1060-1140cm-1范围内的两个吸收峰，波数短的吸收峰的透光率小于波数长的吸收峰的透光率；更佳的,所述聚酰亚胺的FT-IR谱图在波数为1100-1130cm-1范围内的两个吸收峰，波数短的吸收峰的透光率小于波数长的吸收峰的透光率。
作为本发明一优选的实施例，所述聚酰亚胺的FT-IR谱图在波数为810cm-1上具有第一吸收峰，在波数为823cm-1上具有第二吸收峰，且第一吸收峰的透光率小于第二吸收峰的透光率；所述聚酰亚胺的FT-IR谱图在波数为1100cm-1上具有第三吸收峰，在波数为1120cm-1上具有第四吸收峰，且第三吸收峰的透光率小于第四吸收峰的透光率。
作为本本发明的另一优选的实施例，所述聚酰亚胺的FT-IR谱图在波数为817cm-1上具有第一吸收峰，在波数为830cm-1上具有第二吸收峰，且第一吸收峰的透光率小于第二吸收峰的透光率；所述聚酰亚胺的FT-IR谱图在波数为1060cm-1上具有第三吸收峰，在波数为1090cm-1上具有第四吸收峰，且第三吸收峰的透光率小于第四吸收峰的透光率。
作为本本发明的另一优选的实施例，所述聚酰亚胺的FT-IR谱图在波数为820cm-1上具有第一吸收峰，在波数为837cm-1上具有第二吸收峰，且第一吸收峰的透光率小于第二吸收峰的透光率；所述聚酰亚胺的FT-IR谱图在波数为1120cm-1上具有第三吸收峰，在波数为1140cm-1上具有第四吸收峰，且第三吸收峰的透光率小于第四吸收峰的透光率。
需要说明的是，所述吸收峰还可以处于其他波数上,只要其中两个吸收峰处于810-830cm-1范围内,和/或两个吸收峰处于1060-1140cm-1范围即可,其实施方式并不局限于本发明所举实施例。
本发明的衬底的厚度对于柔性强介电薄膜的性能而言也是至关重要的,所述衬底的厚度优选为20-100微米。更佳的，本发明衬底的厚度为50微米。当衬底的厚度小于20微米时，其厚度过薄，在高温环境下容易发生变形，且容易弯折，不利于形成柔性强介电薄膜；当衬底的厚度大于100微米时，其厚度过厚，不仅增加成本，且降低衬底的弯曲度。
采用Nicolet6700光谱仪用全反射方式对本发明的衬底进行测量，得到的傅里叶红外(FT-IR)光谱图如图1所示，本发明衬底的FT-IR谱图在波数为810cm-1上具有第一吸收峰，在波数为823cm-1上具有第二吸收峰，且第一吸收峰的透光率小于第二吸收峰的透光率；所述聚酰亚胺的FT-IR谱图在波数为1100cm-1上具有第三吸收峰，在波数为1120cm-1上具有第四吸收峰，且第三吸收峰的透光率小于第四吸收峰的透光率。具体的，根据聚酰亚胺材料的特性，其FT-IR谱图在波数为800cm-1和1100cm-1附近的吸收峰对应于聚酰亚胺材料中的C＝O和C-N键的结合状态。在聚酰亚胺内部结晶性较好的情况下，在波数为800cm-1和1100cm-1附近的吸收峰会发生***，因此分别会产生两个吸收峰。因此，采用具有图1所示FT-IR图谱的聚酰亚胺作为本发明的衬底，使得本发明的衬底在高温环境下更稳定，不仅可弯曲，还不易折损。
采用Nicolet6700光谱仪用全反射方式对普通的聚酰亚胺进行测量，得到的傅里叶红外(FT-IR)光谱图如图2所示，普通的聚酰亚胺的FT-IR谱图在波数为800cm-1附近只有一个吸收峰，在波数为1100cm-1附近具有两个吸收峰，但其波数短的吸收峰的透光率大于波数长的吸收峰的透光率，因此，普通的聚酰亚胺不能作为柔性强介电薄膜的衬底，由于其在高温环境下不稳定，容易发现变形，且容易弯折。
将上述图1中的衬底进行高温处理，温度为450℃，加热时间为15分钟，经过高温处理的衬底FT-IR图谱如图3所示，本发明的衬底各个吸收峰位置和吸收强度比例基本没有发生变化，所以本发明的衬底适用于形成柔性强介电薄膜。本发明的衬底，其材质为聚酰亚胺，其中，聚酰亚胺薄膜的幅值可达500mm以上，现有用于制备强介电薄膜的硅衬底，其尺寸一般只有8英寸或12英寸，因此，与现有的衬底相比，本发明的衬底可形成大面积的柔性强介电薄膜，适合于大规模工业化生产。
相应地，本发明还提供了一种柔性强介电薄膜，其包括上述的用于形成柔性强介电薄膜的衬底。
下面将以具体实施例来进一步阐述本发明
实施例1
一种用于形成柔性强介电薄膜的衬底，其材质为聚酰亚胺，所述聚酰亚胺的FT-IR谱图在波数为810cm-1上具有第一吸收峰，在波数为823cm-1上具有第二吸收峰，且第一吸收峰的透光率小于第二吸收峰的透光率。
实施例2
一种用于形成柔性强介电薄膜的衬底，其材质为聚酰亚胺，所述聚酰亚胺的FT-IR谱图在波数为1100cm-1上具有第三吸收峰，在波数为1120cm-1上具有第四吸收峰，且第三吸收峰的透光率小于第四吸收峰的透光率。
实施例3
一种用于形成柔性强介电薄膜的衬底，其材质为聚酰亚胺，所述聚酰亚胺的FT-IR谱图在波数为810cm-1上具有第一吸收峰，在波数为823cm-1上具有第二吸收峰，且第一吸收峰的透光率小于第二吸收峰的透光率；所述聚酰亚胺的FT-IR谱图在波数为1100cm-1上具有第三吸收峰，在波数为1120cm-1上具有第四吸收峰，且第三吸收峰的透光率小于第四吸收峰的透光率。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种用于形成柔性强介电薄膜的衬底，其特征在于，其材质为聚酰亚胺，所述聚酰亚胺的FT-IR谱图在波数为800-840cm-1范围内有两个吸收峰。
2.一种用于形成柔性强介电薄膜的衬底，其特征在于，其材质为聚酰亚胺，所述聚酰亚胺的FT-IR谱图在波数为1060-1140cm-1范围内有两个吸收峰。
3.一种用于形成柔性强介电薄膜的衬底，其特征在于，其材质为聚酰亚胺，所述聚酰亚胺的FT-IR谱图在波数为800-840cm-1范围内有两个吸收峰，在波数为1060-1140cm-1范围内有两个吸收峰。
4.如权利要求1或3所述的用于形成柔性强介电薄膜的衬底，其特征在于，所述聚酰亚胺的FT-IR谱图在波数为800-840cm-1范围内的两个吸收峰，波数短的吸收峰的透光率小于波数长的吸收峰的透光率。
5.如权利要求4所述的用于形成柔性强介电薄膜的衬底，其特征在于，所述聚酰亚胺的FT-IR谱图在波数为810-830cm-1范围内的两个吸收峰，波数短的吸收峰的透光率小于波数长的吸收峰的透光率。
6.如权利要求5所述的用于形成柔性强介电薄膜的衬底，其特征在于，所述聚酰亚胺的FT-IR谱图在波数为810cm-1上具有第一吸收峰，在波数为823cm-1上具有第二吸收峰，且第一吸收峰的透光率小于第二吸收峰的透光率。
7.如权利要求2或3所述的用于形成柔性强介电薄膜的衬底，其特征在于，所述聚酰亚胺的FT-IR谱图在波数为1060-1140cm-1范围内的两个吸收峰，波数短的吸收峰的透光率小于波数长的吸收峰的透光率。
8.如权利要求7所述的用于形成柔性强介电薄膜的衬底，其特征在于，所述聚酰亚胺的FT-IR谱图在波数为1100-1130cm-1范围内的两个吸收峰，波数短的吸收峰的透光率小于波数长的吸收峰的透光率。
9.如权利要求8所述的用于形成柔性强介电薄膜的衬底，其特征在于，所述聚酰亚胺的FT-IR谱图在波数为1100cm-1上具有第三吸收峰，在波数为1120cm-1上具有第四吸收峰，且第三吸收峰的透光率小于第四吸收峰的透光率。
10.如权利要求1所述的用于形成柔性强介电薄膜的衬底，其特征在于，其厚度为10-100微米。
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