PEDOTPSS導(dǎo)電自支撐薄膜的合成與表征

隨著個(gè)人信息平臺與物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，柔性、可穿戴電子器件需求的增長已經(jīng)滲透到現(xiàn)代電子工業(yè)、材料工業(yè)和諸多相關(guān)多學(xué)科領(lǐng)域中，其要求傳感器能夠附著于織物表面，或使用膠黏帶、皮帶直接安裝在人類皮膚上等，輸出物理或化學(xué)信號，從而實(shí)現(xiàn)疾病診斷、健康監(jiān)測或身體運(yùn)動監(jiān)測等方面的功能。柔性可穿戴電子器件的發(fā)展對于推動中國生命健康、醫(yī)療衛(wèi)生、人工智能等方面的進(jìn)一步發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。柔性電子器件通常需要包含能夠進(jìn)行電荷傳導(dǎo)的導(dǎo)電電極材料，而傳統(tǒng)的電極材料如單晶硅、多晶金屬或金屬氧化物等，普遍具有密度大、質(zhì)脆和剛硬的缺點(diǎn)，難以貼合曲面結(jié)構(gòu)或進(jìn)行拉伸，從而限制了其在柔性傳感器方面的應(yīng)用。而導(dǎo)電高分子材料，通常為具有共軛π鍵的分子鏈，能夠在保留高分子固有的低密度、柔性高等優(yōu)勢的前提下，通過摻雜（導(dǎo)電聚合物主鏈發(fā)生部分氧化或還原）來實(shí)現(xiàn)從半導(dǎo)體到導(dǎo)體的電導(dǎo)率范圍變化（1×10–6~1×104S/cm）[4-6]，從而在柔性可穿戴傳感器應(yīng)用方面具有極大的優(yōu)勢。本文以簡便、低成本的化學(xué)氧化法一步合成PEDOT:PSS懸浮液，并通過簡單的抽濾方式，快速去除水分，避免涂膜等方式在薄膜烘干或晾干過程中導(dǎo)致的顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象，使PEDOT:PSS在濾膜上均勻沉積，制得純PEDOT:PSS自支撐薄膜。對懸浮液進(jìn)行了粒徑、紫外-可見吸收光譜表征，對自支撐薄膜進(jìn)行了傅里葉變換紅外光譜驗(yàn)證，并測試了其電導(dǎo)率、微觀形貌與力學(xué)性能。摘要：以3,4-乙烯二氧噻吩（EDOT）為原料，聚對苯乙烯磺酸鈉（PSS-Na）為分散劑和摻雜劑，通過化學(xué)氧化合成法在水體系中聚合制備了聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS）懸浮液，通過真空抽濾法制備了PEDOT:PSS自支撐柔性導(dǎo)電薄膜。通過FTIR、UV-Vis對聚合產(chǎn)物結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征與確證，通過四探針電導(dǎo)率測試、SEM、拉伸斷裂強(qiáng)度測試對PEDOT:PSS薄膜的導(dǎo)電性、微觀形貌與力學(xué)性能進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，成功制備了PEDOT:PSS目標(biāo)產(chǎn)物，在氧化劑過硫酸銨與單體EDOT物質(zhì)的量比為0.875時(shí)達(dá)到最佳電導(dǎo)率（19.19S/cm）。自支撐薄膜厚度約18μm，在25℃，40%~60%相對濕度范圍內(nèi)拉伸強(qiáng)度達(dá)到45~60MPa，具有良好的導(dǎo)電性與機(jī)械性能。結(jié)論以EDOT為單體，PSS-Na為分散劑，成功制備了導(dǎo)電聚合物PEDOT:PSS的懸浮液，并探究得到了實(shí)驗(yàn)條件下氧化劑(NH4)2S2O8與單體EDOT的最佳投料比為n〔(NH4)2S2O8〕∶n(EDOT)=0.875∶1，制得的PEDOT:PSS薄膜最高電導(dǎo)率為19.19S/cm，且在空氣中室溫放置6個(gè)月保持穩(wěn)定。PEDOT:PSS自支撐薄膜厚度約18μm，具備明顯的柔性，其拉伸強(qiáng)度在25℃，40%