一種基于氧化石墨烯/聚苯乙烯/金納米粒子復(fù)合材料的存儲(chǔ)器件及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微納米材料和電子存儲(chǔ)器件領(lǐng)域，具體涉及一種基于氧化石墨烯/聚苯乙烯/金納米粒子復(fù)合材料的存儲(chǔ)器件及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超高速超高密度的存儲(chǔ)材料和器件是構(gòu)造平板電腦、智能手機(jī)等電子產(chǎn)品必不可少的部件。目前新型的記憶存儲(chǔ)器件利用材料在不同的外加電場下，改變載流子(電子或空穴)的狀態(tài)，器件呈現(xiàn)出兩種不同的電阻狀態(tài)(高電阻與低電阻)，因而實(shí)現(xiàn)了信息的存儲(chǔ)。這類新型記憶存儲(chǔ)器件具有構(gòu)造工藝簡單、存儲(chǔ)密度高、讀寫時(shí)間快等優(yōu)點(diǎn)，成為材料學(xué)、微電子與半導(dǎo)體等領(lǐng)域的新熱點(diǎn)之一。
[0003]隨著信息技術(shù)的發(fā)展，具有存儲(chǔ)效應(yīng)的新材料越來越受到人們的重視。這類具有存儲(chǔ)效應(yīng)的無機(jī)或有機(jī)材料在外加的不同電場下，會(huì)改變載流子的狀態(tài)，分別呈現(xiàn)出高電阻與低電阻兩種不同的電阻狀態(tài)，對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)雙進(jìn)位系統(tǒng)中的O與1，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)過程。傳統(tǒng)的無機(jī)氧化物材料一般需要利用化學(xué)氣相方式沉積成膜，其制作工藝復(fù)雜，成本較高，因此這些無機(jī)材料在存儲(chǔ)器件構(gòu)造受到很大的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于氧化石墨烯/聚苯乙烯/金納米粒子復(fù)合材料的存儲(chǔ)器件及其制備方法。所述的存儲(chǔ)器件由下電極、旋涂在下電極上的氧化石墨烯/聚苯乙烯/金納米粒子復(fù)合材料作為存儲(chǔ)器件的中間電活性存儲(chǔ)層、沉積在電活性存儲(chǔ)層上的上電極組成。通過調(diào)節(jié)復(fù)合材料中各組分的含量，可調(diào)控所得存儲(chǔ)器件的存儲(chǔ)行為。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種基于氧化石墨烯/聚苯乙烯/金納米粒子復(fù)合材料的存儲(chǔ)器件，它由下電極、中間電活性存儲(chǔ)層和上電極組成，其中，中間電活性存儲(chǔ)層為氧化石墨烯/聚苯乙烯/金納米粒子復(fù)合材料，旋涂于下電極上；上電極沉積在中間電活性存儲(chǔ)層上。
[0006]上述方案中，所述氧化石墨稀/聚苯乙稀/金納米粒子復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟:
[0007]I)將0.5-lg氧化石墨稀、20-50mL的2_溴異丁酰溴和10_20mL的三乙胺分散于50-100mL有機(jī)溶劑中，然后在冰水浴中恒溫反應(yīng)24-48小時(shí)，經(jīng)離心、洗滌和干燥，得含有引發(fā)基團(tuán)的氧化石墨烯；
[0008]2)將0.1-0.2g含有引發(fā)基團(tuán)的氧化石墨烯分散在5-10mL的N，N-二甲基甲酰胺中，在氬氣氣氛條件下，加入3-6mg催化劑、0.5-1.2mg阻活劑、0.15-0.3mmol配體和1.2-2mmol苯乙烯，然后在60_70°C下恒溫反應(yīng)18-36小時(shí)，經(jīng)離心、洗滌和干燥，得表面接枝聚苯乙烯的氧化石墨烯；
[0009]3)將金納米粒子與表面接枝聚苯乙烯的氧化石墨烯超聲分散在甲苯中，得所述的氧化石墨稀/聚苯乙稀/金納米粒子復(fù)合材料。
[0010]上述方案中，所述有機(jī)溶劑為三氯甲烷或N，N- 二甲基甲酰胺。
[0011 ] 上述方案中，所述催化劑為氯化亞銅或溴化亞銅。
[0012]上述方案中，所述阻活劑為氯化銅或溴化銅。
[0013]上述方案中，所述配體為聯(lián)二吡啶或五甲基二亞乙基三胺。
[0014]上述方案中，所述步驟3)中，金納米粒子占金納米粒子和表面接枝聚乙稀R比啶的氧化石墨烯總重量的0.28?0.42%。
[0015]上述方案中，所述下電極為ITO導(dǎo)電玻璃、單晶硅或表面蒸鍍有氧化銦摻錫的柔性PET聚醋薄膜；氧化石墨稀/聚苯乙稀/金納米粒子復(fù)合材料厚度為100-200nm ;上電極為金屬鋁層，厚度為100-300nm。
[0016]上述一種基于氧化石墨稀/聚苯乙稀/金納米粒子復(fù)合材料的存儲(chǔ)器件的制備方法，其特征在于，包括以下方法:
[0017]I)將0.5-lg氧化石墨烯、20-50mL的2_溴異丁酰溴和10_20mL的三乙胺分散于50-100mL有機(jī)溶劑中，然后在冰水浴中恒溫反應(yīng)24-48小時(shí)，經(jīng)離心、洗滌和干燥，得含有引發(fā)基團(tuán)的氧化石墨烯；
[0018]2)將0.1-0.2g含有引發(fā)基團(tuán)的氧化石墨烯分散在5-10mL的N，N-二甲基甲酰胺中，在氬氣氣氛條件下，加入3-6mg催化劑、0.5-1.2mg阻活劑、0.15-0.3mmol配體和
1.2-2mmol苯乙烯，然后在60_70°C下恒溫反應(yīng)18-36小時(shí)，經(jīng)離心、洗滌和干燥，得表面接枝聚苯乙烯的氧化石墨烯；
[0019]3)將金納米粒子與表面接枝聚苯乙烯的氧化石墨烯超聲分散在甲苯中，得所述的氧化石墨稀/聚苯乙稀/金納米粒子復(fù)合材料，然后以3000-5000r/min的速度旋涂于下電極上，旋涂時(shí)間為30-60S，然后置于室溫下干燥10-20min ;
[0020]4)在步驟3)中經(jīng)旋涂完成的下電極上，通過熱蒸發(fā)沉積厚度為100-300nm的金屬鋁層作為上電極材料，得所述的基于氧化石墨烯/聚苯乙烯/金納米粒子復(fù)合材料的存儲(chǔ)器件。
[0021]本發(fā)明的有益效果為:
[0022]I)本發(fā)明在氧化石墨稀表面接枝聚苯乙稀，提尚氧化石墨稀在有機(jī)溶劑中的溶解性能，減弱石墨烯片之間的聚集。
[0023]2)氧化石墨稀表面接枝的聚苯乙稀有利于金納米粒子均勾分布在氧化石墨稀表面。
[0024]3)聚苯乙稀作為介電層，可改善載流子在復(fù)合材料中的傳輸能力。
[0025]4)本發(fā)明制備的信息存儲(chǔ)器件可表現(xiàn)出較好的存儲(chǔ)性能，且可以通過調(diào)節(jié)復(fù)合材料的組分比例來調(diào)控信息存儲(chǔ)器件的存儲(chǔ)行為。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制得的基于氧化石墨烯/聚苯乙烯/金納米粒子復(fù)合材料的存儲(chǔ)器件的ι-ν曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0027]為了更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。
[0028]實(shí)施例1
[0029]一種基于氧化石墨烯/聚苯乙烯/金納米粒子復(fù)合材料的存儲(chǔ)器件，期制備方法包括以下步驟:
[0030]I)將0.5g氧化石墨稀、25mL的2-溴異丁酰溴和1mL的三乙胺分散于50mL的N, N-二甲基甲酰胺中，在冰水浴中反應(yīng)24h，然后經(jīng)離心、洗滌和干燥，得含有引發(fā)基團(tuán)的氧化石墨烯；
[0031]2)將0.1g含有引發(fā)基團(tuán)的氧化石墨烯分散在5mL的N，N-二甲基甲酰胺中，在氬氣氣氛下，加入3mg溴化亞銅、0.5mg溴化銅、0.15mmol聯(lián)二卩比啶和1.2mmol苯乙稀，加熱至60°C恒溫反應(yīng)24h，然后經(jīng)離心、洗滌和干燥，得表面接枝聚苯乙烯的氧化石墨烯；
[0032]3)將金納米粒子和表面接枝聚苯乙烯的氧化石墨烯超聲分散于甲苯中，然后在單晶娃(下電極)上以轉(zhuǎn)速3000r/min的速度旋涂60s，厚度為10nm(中間電活性存儲(chǔ)層)，金納米粒子占金納米粒子和表面接枝聚乙烯吡啶的氧化石墨烯總重量的0.28%，然后將表面旋涂有復(fù)合材料的單晶硅置于室溫下干燥1min ;
[0033]4)在表面旋涂有復(fù)合材料的單晶硅上，通過熱蒸沉積厚度為10nm的金屬鋁層作為上電極材料，得所述的基于氧化石墨稀/聚苯乙稀/金納米粒子復(fù)合材料的存儲(chǔ)器件。
[0034]在室溫環(huán)境下，將本實(shí)施例制得的基于氧化石墨烯/聚苯乙烯/金納米粒子復(fù)合材料的存儲(chǔ)器件通過探測儀器測試其ι-v曲線見圖1。在第一次掃描時(shí)，存儲(chǔ)器的寫入電壓為2.5V，存儲(chǔ)器件從高阻態(tài)跳變到低阻態(tài)，即由“O”變?yōu)椤?I ”，并保持“ I ”狀態(tài)；再進(jìn)行第二次掃描時(shí)，存儲(chǔ)器件仍能保持低阻態(tài)；再進(jìn)行第三次掃描時(shí)，在反向電壓下，存儲(chǔ)器件仍能保持在低阻態(tài)，保留最初寫入的數(shù)據(jù)，表現(xiàn)出較好的存儲(chǔ)效應(yīng)。
[0035]實(shí)施例2
[0036]—種基于氧化石墨稀/聚苯乙稀/金納米粒子復(fù)合材料的存儲(chǔ)器件，期指北方法包括以下步驟:
[0037]I)將0.6g氧化石墨稀、20mL的2_溴異丁酰溴和15mL的三乙胺分散于70mL的N, N-二甲基甲酰胺中，在冰水浴中反應(yīng)24h，然后經(jīng)離心、洗滌和干燥，得含有引發(fā)基團(tuán)的氧化石墨烯；
[0038]2)將0.1g含有引發(fā)基團(tuán)的氧化石墨烯分散在SmL的N，N-二甲基甲酰胺中，在氬氣氣氛下，加入4mg溴化亞銅、0.6mg溴化銅、0.18mmol五甲基二亞乙基三胺和1.5mmol苯乙烯，加熱至70°C恒溫反應(yīng)18h，然后經(jīng)離心、洗滌和干燥，得表面接枝聚苯乙烯的氧化石墨稀;
[0039]3)將金納米粒子和表面接枝聚苯乙烯的氧化石墨烯超聲分散于甲苯中，然后在單晶硅(下電極)上以轉(zhuǎn)速3500r/min的速度旋涂50s，厚度為150nm(中間電活性存儲(chǔ)層)，金納米粒子占金納米粒子和表面接枝聚乙烯吡啶的氧化石墨烯總重量的0.32%，然后將表面旋涂有復(fù)合材料的單晶硅置于室溫下干燥1min ;
[0040]4)在表面旋涂有復(fù)合材料的單晶硅上，通過熱蒸沉積厚度為10nm的金屬鋁層作為上電極材料，得所述的基于氧化石墨稀/聚苯乙稀/金納米粒子復(fù)合材料的存儲(chǔ)器件。
[0041]在室溫環(huán)境下，將本實(shí)施例制得的基于氧化石墨烯/聚苯乙烯/金納米粒子復(fù)合材料的存儲(chǔ)器件通過探測儀器測試其1-V曲線，表現(xiàn)出較好的存儲(chǔ)效應(yīng)
[0042]實(shí)施例3
[0043]一種基于氧化石墨烯/聚苯乙烯/金納米粒子復(fù)合材料的存儲(chǔ)器件，期指北方法包括以下步驟:
[0044]I)將0.8g氧化石墨稀、30mL的2_溴異丁酰溴和15mL的三乙胺分散于80mL的三氯甲烷中，在冰水浴中反應(yīng)36h，然后經(jīng)離心、洗滌和干燥，得含有引發(fā)基團(tuán)的氧化石墨烯；
[0045]2)將0.15g含有引發(fā)基團(tuán)的氧化石墨烯分散在1mL的N，N-二甲基甲酰胺中，在氬氣氣氛下，加入4.5mg溴化亞銅、0.7mg溴化銅、0.2mmol聯(lián)二卩比啶和1.8mmol苯乙稀，加熱至60°C恒溫反應(yīng)30h，然后經(jīng)離心、洗滌和干燥，得表面接枝聚苯乙烯的氧化石墨烯；
[0046]3)將金納米粒子和表面接枝聚