Регистрация / Вход
Прислать материал

14.625.21.0037

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.625.21.0037
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исполнитель проекта
Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт химических реактивов и особо чистых химических веществ"
Название доклада
Разработка простой экологически безопасной технологии получения гибких в широком интервале температур полимерных материалов для фоточувствительных элементов
Докладчик
Иванов Виталий Сергеевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
1. Разработка технологии создания прозрачных полиимидов, способных образовывать гибкие в широком интервале температур пленки, применимых для создания элементов микроэлектроники.
2. Разработка технологии создания пленкообразующих гибких в широком интервале температур композиционных материалов, применимых для создания элементов микроэлектроники.
3. Лабораторные технологические регламенты, производства пленкообразующих материалов и нанокомпозитов гибких в широком интервале температур, применимых для создания фоточувствительных элементов
4. Лабораторная установка по производству пленкообразующих нанокомпозитов, гибких в широком интервале температур
5. Разработка инновационных, ресурсосберегающих, конкурентоспособных технологий получения в промышленных масштабах на базе отечественного сырья гибких в широких интервалах температур полиимидных пленок и композиционных материалов на полиимидной основе для элементов микроэлектроники.

Актуальность и новизна исследования
Модифицированные полимеры используются в настоящее время в качестве различных антистатических покрытий, электромагнитных экранов, в литографических процессах, как проводящие жилы в силиконовых проводах и др. Разрабатываются полностью полимерные интегральные схемы, которые могут заменить в некоторых случаях кремниевые микросхемы, в частности, полимерные светодиоды, состоящие из проводящего полимера в качестве электрода с одной стороны, полупроводникового полимера в центре и полупрозрачного электрода, имеющие эффективность преобразования электроэнергии в излучение от 4 до 20% (что сравнимо с соответствующими параметрами кристаллических светодиодов) и излучающие свет во всем видимом диапазоне (смеси полимеров могут излучать белый свет).
Основная часть научно-исследовательских работ в этом направлении интенсивно проводится крупнейшими зарубежными центрами, включая Samsung, LG, DuPont, General Electric и др. Отечественные исследования и разработки носят разрозненный характер и не доведены до производства и конечного потребителя. Требуется проведение масштабных работ по разработке новых полимерных пленкообразующих материалов, более устойчивых и гибких в широких рамках условий функционирования готовых изделий. Наибольшее внимание в этом аспекте стало уделяться полиимидам, которые обладают наибольшей термической, химической устойчивостью по сравнению с другими органическими полимерами. Однако интенсивность развития применения ограничивается тем, что большая часть таких структур нерастворимы, не обладают пленкообразующей способностью, либо образуют хрупкие пленки, в большинстве случаев – ярко-окрашенные от желтого до темно-коричневого цвета, что также сужает спектр из применения.
Описание исследования

Ароматические полиимиды обычно имеют коричневую окраску из-за переноса заряда между донорными диаминовыми фрагментами и акцепторными диангидридными фрагментами. Цвет полиимида может быть изменен путем введения сильных электроноакцепторных -CF3 – групп в диангидридный фрагмент или включением в основную цепь алифатических диаминов и/или диангидридов. Менее окрашенные или бесцветные полиимиды могут быть получены при сочетании менее электронно-акцепторными диангидридов с менее электрон-донорными диаминами [1].

Авторы [2] описывают полимерные электролюминесцентные устройства (органические светодиоды, OLED) с использованием полиимидов в качестве активных слоев. Активные слои на основе полиимидов получают введением хромофоров с высокой эффективностью. В качестве основы активных слоев OLED используют термостойкие и хорошо растворимые в органических растворителях полиимиды. Поэтому следует учитывать взаимосвязь между растворимостью, термическими свойствами и химическими структурами полиимидов при проектировании OLED их основе.

Авторы [3] разработали новые светочувствительные полиимидные покрытия для OLED. Покрытия имеют высокую надежность, а также хорошие фотолитографические характеристики с более низкой температурой отверждения. Покрытия имеют высокие и стабильные электрические свойства, проявляют отличную термическую стабильность (без газовыделения ), хорошее сопротивляемость воздействию  кислородной плазмы и хорошую стабильность раствора полиимида. Кроме того, OLED-панель  с разработанным покрытием в качестве защитного слоя показывает отличную светоизлучающую способность (без уменьшения пикселя).

УНТ, благодаря их выдающейся электропроводности, малому диаметру, малому весу, высоким значением соотношения сторон, а также высоким термо- и окислительной стабильности, являются превосходные наполнители для электропроводящих полимерных композитов. Хотя УНТ-полимерные композиты имеют впечатляюще низкие пороги перколяции, их электропроводность по-прежнему не очень высока. Хорошо известно, что легирование углеродных нанотрубок приводит к резкому увеличению проводимости, вследствие изменения электронных структур, вызванных переносом заряда [4]. Сочетание легированных углеродных нанотрубок и полиимидов, как ожидается, будет играть важную роль в разработке новых функциональных нанокомпозитов.

 

Рис. 1 Гибкие печатные платы на основе полиимидов

1) Yang C.P. Wang J.-M., Su Y.-Y., Hsiao S.-H. Thermally Stable, Organosoluble, and Colorless Poly(ether imide)s Having Ortho-Linked Aromatic Units in the Main Chain and Trifluoromethyl Pendent Groups. / Macromol Chem Phys., 2006, V. 207 (12), P. 1049–1061

2) Liaw D.-J., Wang K.-L., Huang Y.-C., Lee K.-R., Lai J.-Y., Ha C.-S. Advanced polyimide materials: Syntheses, physical properties and applications / Progress in Polymer Science., 2012, 37, 907 – 974

3) Okuda R., Miyoshi K., Arai N., Tomikawa M. Polyimide Coatings for OLED Applications // Journal of Photopolymer Science and Technology., 2004, V. 17(2) P. 207-213.

4) Sankapal R. B., Setyowati K., Chen J., Liu H. Electrical properties of air-stable, iodine-doped carbon-nanotube–polymer composites / Appl. Phys. Lett., 2007, V. 91, P. 173103.

 

Результаты исследования

В рамках первого этапа ПНИЭР были достигнуты следующие результаты:

1. Выполнен аналитический обзор современной научно-технической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках Проекта. Особое внимание уделили рассмотрению проводящих полимеров и применению их в изделиях микроэлектроники, изготовлению и применению прозрачных пленок полимеров в микроэлектронике и композиционным материалам на полимерной основе. В частности были рассмотрены полиимидные пленки и нанокомпозиты на полиимидной основе.  

2. Произведен выбор и обоснование направления исследований, а именно:

-выбор и обоснование структур диангидридов ароматических тетракарбоновых кислот

-выбор и обоснование структур ароматических диаминов

-выбор и обоснование марки наполнителя -углеродных нанотрубок (УНТ)

3. Проведены патентные исследования в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96.

4. Выполнен обзор методов получения выбранных диангидридов ароматических тетракарбоновых кислот,

5  Выполнен обзор методов получения выбранных ароматических диаминов

6. Созданы и проанализированы ретросинтетические схемы, по которым будут составлены планы синтеза выбранных мономеров.

7. Выполнен обзор методов получения прозрачных полиимидных пленок.

8. Выполнен обзор методов получения полиимидных матриц для композиционных материалов.

9. Проведены маркетинговые исследования рынка электронных устройств на основе пленок полимеров.

10. Закуплены необходимые реактивы и оборудование.

Практическая значимость исследования
Лабораторные технологические регламенты получения пленкообразующих полиимидов, устойчивых и сохраняющих гибкость в широком интервале температур, могут быть использованы для создания специальных прозрачных покрытий электронных приборов, в том числе обладающих защитными и поляризационными свойствами.
Лабораторный технологический регламент получения композиционных материалов на основе полиимидов, могут быть использованы для создания основных действующих компонентов полупроводниковых приборов.
Разработанные технологии найдут свое применение в изготовлении изделий микроэлектроники таких, как органические светодиоды, солнечные батареи, тонкопленочные транзисторы, фоточувствительные элементы и т.д. На основе данных тонкопленочных устройств могут быть изготовлены, гибкие интегральные схемы гибкие энергосберегающие дисплеи, энергосберегающие осветительные приборы, ткани специального назначения и т. п.
Пленочные покрытия и композиционные материалы будут производится на одной и той же основе (полиимидной), наиболее технологично будет объединять разработанные технологии в одном устройстве. Ввиду чрезвычайно высоких значений химической, термической и механической стойкости разрабатываемых полиимидных матриц, возможно применение в том числе и в экстремальных условиях и агрессивных средах.
Результаты ПНИЭР могут быть интересны всем научным и коммерческим организациям, работающим в области получения полимеров и композиционных материалов на основе органических полимерных матриц и наноструктурированных наполнителей. В том числе, научно-образовательные структуры соответствующего профиля (МГУ им. М.В. Ломоносова, РХТУ им. Д.И. Менделеева, МИТХТ им. М.В. Ломоносова, МГТУ им. Н.Э. Баумана и т.д., ИОХ им. Н.Д. Зелинского РАН, Институт синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова РАН и др. институты РАН); отраслевые организации и коммерческие структуры (ФГУП «ВИАМ», ОАО «СИБУР Холдинг», Американская химическая компания DuPont).
Потребителями результатов ПНИЭР могут быть предприятия, специализирующиеся на создании полимерных композиционных материалов для преобразования световой энергии в электрическую, а также отечественным и иностранными производителям высокотехнологичных электронных приборов (Samsung, LG, Sony).