導電聚(3，4-乙烯二氧噻吩)復合物的合成及基于有機表面的圖案化.pdf

1、聚(3，4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)因其特有的高電導率，高穩(wěn)定性和摻雜態(tài)的高透明性等優(yōu)點，在抗靜電涂層、導電薄膜、電致發(fā)光器材、有機電容器、電致變色器材、光伏電池、有機發(fā)光二極管和有機傳感器等諸多方面都有廣泛的應用前景。但本征PEDOT由于不溶于任何溶劑，也不能熔融，因而不能對其進行有效的加工，這一缺陷嚴重影響了它的應用。PEDOT/PSS體系雖能分散在水中，并能用旋涂、浸涂、印刷等多種方法涂覆于金屬、半導體等材料表面，但由于其固有

2、的強酸性以及不耐水等因素，會對基體造成污染而降低了性能，并且與材料表面的粘接性也存在問題。本課題提出探索新的聚合方法及新聚合體系來改善PEDOT加工性的問題。主要工作如下：
　　 1、以乙腈-水混合溶液為溶劑，三氯化鐵為氧化劑，用原位氧化聚合法制備聚(3，4-乙烯二氧噻吩)-聚丙烯柔性透明復合導電薄膜。聚合過程分為兩步進行：(1)通過表面受限光催化氧化法(CPO)在聚合物基底表面引入-SO4-基團；(2)原位沉積制備PEDOT復

3、合導電薄膜。以雙軸拉伸聚丙烯薄膜為模型基底，通過控制反應條件得到了厚度約為20nm、對可見光的透過率超過90％、電導率超過300S/cm的高透明性、高導電性復合PEDOT薄膜。制得的PEDOT復合薄膜具有納米微纖的形貌，并且通過控制反應條件，如混合溶劑中的含水量、反應物濃度、FeCl3溶液的放置時間，可以調節(jié)形貌。實驗結果證實PEDOT的聚合反應動力學在形貌的控制方面起主導作用。XPS結果說明通過CPO處理引入的-SO4-能引導PEDO

4、T在BOPP表面的沉積，在BOPP表面上-SO4-是沉積的PEDOT的主要摻雜劑；3M膠帶的拉撕結果證明CPO處理引入的-SO4-也能提高PEDOT與基底之間的粘接性。在進行CPO處理時使用掩?？梢栽诒砻嫔闲纬捎H疏水區(qū)域組成的圖案，沉積PEDOT后再用3M膠帶撕扯可以制得由PEDOT形成的微圖案。
　　 2、分別在2-羥基-4-甲氧基二苯甲酮-5-磺酸(BP-4)的水-乙酸溶液、H2SO4的水-乙酸溶液和純水溶液中通過原位聚合合

5、成PEDOT-MWCNT復合物。SEM結果說明在BP-4和H2SO4的水-乙酸溶液中能夠得到復合效果較好的PEDOT-MWCNT復合物。所得的PEDOT-MWCNT復合物的表面形貌隨反應物中EDOT和MWCNT的用量之比而發(fā)生變化。在BP-4的水-乙酸溶液中，當EDOT用量大于MWCNT用量的1/2時可生成表面由PEDOT微纖堆積而成的納米管復合物；而當EDOT的量小于MWCNT的1/4時則生成PEDOT包覆均勻的PEDOT-MWCNT

6、復合物。電子衍射圖說明具有納米微纖形貌的納米管復合物是通過PEDOT與MWCNT之間的超分子作用堆積而成，是無定型態(tài)；PEDOT均勻包覆的納米管復合物是由PEDOT在MWCNT表面上生長而成，具有一定結晶結構。而這種表面形貌的變化與聚合反應的溶劑和反應溫度也有關。實驗結果證明PEDOT的聚合動力學對表面形貌的變化起控制作用。MWCNT在復合體系中對PEDOT納米微纖的堆積和在MWCNT表面的生長起模板作用。FTIR、UV-Vis、XRD

7、的結果都說明在產(chǎn)物中存在PEDOT。XPS結果顯示PEDOT-MWCNT的復合物中還殘存有少量溶劑分子，如乙酸和BP-4，它們主要是作為PEDOT的摻雜劑。PEDOT-MWCNT的電導率比純的PEDOT大得多，而具有PEDOT納米微纖表面形貌的納米管復合物則具有更高的電導率，這應與PEDOT納米微纖在MWCNT表面上取向性的堆積方式有關。經(jīng)與PEDOT復合后，MWCNT在水中的分散性得到一定程度的改善，這為其在電子元器件等方面的應用提供

8、了可能。
　　 3、用P(SS-BA)共聚物為摻雜劑合成了水溶性PEDOT/P(SS-BA)復合物。IR和UV-Vis光譜都說明與PEDOT形成的復合物中有BA組分存在。從電導率測試結果可見，向PSS中加入BA共聚組分是提高與PEDOT復合物電導率的一個有效的方法。對于原料中質量分率為40％的BA制成的復合物，其電導率比PEDOT/PSS高40倍。SEM顯示含有BA組分的PEDOT/P(SS-BA)復合物成膜均勻，且隨BA含量的