二甲基亚砜改性聚(3,4-乙撑二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸薄膜的研究及应用进展

二甲基亚砜(DMSO)被称为“万能溶剂”,除了在化学、医学、化妆品等领域的常规应用,在有机电子领域也有展现出特色应用。 聚(3,4-乙撑二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)是一类卓越的水分散性导电聚合物材料,具有优异的可加工性、混合性、生物兼容性、成膜性以及可商业规模生产等优势,被广泛应用于抗静电涂层、透明电极、有机太阳能电池、超级电容、生物传感等新材料和绿色能源领域。 DMSO对调控PEDOT:PSS薄膜的形貌、导电、热电、功函,界面接触、力学、自修复等性能具有重要作用。 基于我们团队及国内外学者在本领域的研究成果,本文系统综述了DMSO对PEDOT及其衍生物:PSS(PEDOTs:PSS)作用的效果及其机制,探讨了应用中面临的问题与挑战。     

聚(3,4-乙烯二氧噻吩)∶聚苯乙烯磺酸/无机纳米复合材料的制备及应用

聚(3,4-乙烯二氧噻吩)∶聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT∶PSS)是一种水溶性导电高分子体系,具有易加工、高透光率及柔韧性等优点,但其应用范围仅限于作为电子器件的柔性电极材料。为了进一步扩大PEDOT∶PSS的应用范围,将无机纳米材料引入该体系实现材料的多功能化是较为有效的方法。本文首先介绍了PEDOT∶PSS/无机纳米复合材料最常用的四种制备方法,即原位法、共混法、自组装法、插层复合法,分别介绍了每种制备方法的原理和特点,并阐述了研究人员对复合材料的结构设计思路及引入的无机相对材料性能的影响。随后,综述了PEDOT∶PSS/无机纳米复合材料在传感器、太阳能电池、超级电容器、热电发电机等领域中应用的最新进展。最后指出了目前在PEDOT∶PSS/无机纳米复合材料的研究中面临的挑战,并对该材料的研究方向和发展趋势进行了展望。     

聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐热电性能的 提升策略研究进展

近十年,有机聚合物及其复合热电材料与柔性器件取得了显著进展,在废热回收利用、可穿戴电子学、软体机器人和物联网等领域有广泛的应用.其中,聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)是迄今研究最多也是性能最高的聚合物体系.本文对近年来有关PEDOT:PSS热电性能有效提升主要策略的文献报道进行了总结.首先,从PEDOT:PSS的二次掺杂/去掺杂、酸或碱处理和离子液体处理方面等,重点论述了掺杂/去掺杂策略的研究进展;然后,分别从改善聚集态结构、构筑PEDOT微纳米结构和与碳纳米材料复合等3个方面,重点介绍了采用此3种策略提升PEDOT:PSS热电性能的研究进展;最后,对该领域进行总结,提出了开展进一步研究的建议,并对其未来发展前景进行展望.     

聚(3,4-乙烯二氧噻吩)在电磁屏蔽领域的应用

随着现代电子信息技术的迅猛发展,电磁干扰问题日益严重,发展综合性能优异的电磁屏蔽材料具有重要意义.聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(poly(3,4-ethylenedioxythiophene),PEDOT)具有分子结构简单、能隙小、电导率高等特点,为高性能电磁屏蔽材料的实现提供了新途径.同时,随着对材料电磁屏蔽性能研究的深入以及制备技术的进步,将PEDOT与其他材料复合,通过合理的组分选择与结构设计,可以协同发挥各组分间电磁匹配特性,从而使PEDOT更好地满足柔性显示、智能可穿戴设备、高频器件、高精密电子设备等应用领域对电磁屏蔽材料"厚度薄、密度低、屏蔽强、屏蔽带宽宽"的具体要求.近年来,较多的研究致力于此并取得重要的成果.本文对以PEDOT为功能组分的电磁屏蔽材料的最新研究进展进行了综述,将近年来PEDOT及其与不同功能组分复合(包括导电组分、磁性组分及无电磁特性组分)构筑的电磁屏蔽材料体系的制备及电磁性能进行归纳总结,重点讨论电磁组分、微观结构与电磁屏蔽特性的联系,及其电磁屏蔽机理与性能优化方式,并对PEDOT在电磁屏蔽研究领域的机遇与挑战进行了展望.     

由分子链构象转变及结构重组引起的聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸/聚乙烯醇纤维高性能化

采用一种新颖的二甲基亚砜(DMSO)蒸汽处理的方法制备高导电性的(聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸盐/聚乙烯醇)(PEDOT:PSS/PVA)有机导电纤维.通过分析蒸汽处理前后纤维在化学结构、形貌、表面化学组分及分子链构象等方面的变化,探究蒸汽处理提高纤维导电性能的机理.结果表明,蒸汽处理引起纤维内部结构重组和分子链构象转变,显著提高了纤维导电性能.蒸汽处理使PEDOT和PSS间发生相分离,部分无定形的PSS链段富集到纤维表面,减少了毗邻的导电PEDOT颗粒间绝缘的PSS层厚度,促使导电PEDOT颗粒之间形成更好的导电网络通路,进而增强纤维导电性能.蒸汽热处理还使PEDOT分子链构象由苯式结构转变为利于载流子传输的醌式结构.随着蒸汽处理的进行,纤维表面变得光滑,表面粗糙度下降;同时,纤维的力学性能有所提升.     

修饰LB膜法制备聚3,4-乙烯二氧噻吩薄膜

采用修饰Langmuir-Blodget(LB)膜法以二十烷酸(AA) LB膜为模板, 通过3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)单体在LB膜亲水基团间聚合, 制备了AA/PEDOT复合LB膜. 实验分析表明薄膜具有较好的层状有序结构, 并进一步研究发现EDOT在AA多层膜中的聚合破坏了原有LB膜的有序性, 这与聚合过程对层状结构产生的破坏作用有关; 研究了薄膜导电性能, 发现AA/PEDOT多层膜的电导率随处理时间的变化产生突变, 这与多层膜中导电通道的“渝渗”有关, 在有效导电网络连通后电导率发生了突变. 测试结果还表明AA/PEDOT膜导电性明显优于PEDOT旋涂膜和十八胺-硬脂酸/聚(3,4)乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺(ODA-SA/PEDOT-PSS)复合膜.     

原位聚合聚(3,4-乙烯二氧噻吩):π共轭聚电解质应用于聚合物太阳能电池空穴传输层

以带磺酸基团的π共轭聚电解质为模板,采用化学氧化还原方法制备了在水相中稳定分散的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)与聚电解质的复合物,并用作聚合物太阳能电池的空穴传输层.通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外可见光谱(UV-Vis)、紫外光电子能谱(UPS)、原子力显微镜(AFM)、透射电子显微镜(TEM)和接触角等对聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)和复合物薄膜的形貌和光电性能进行测试与表征.结果表明,相比于PEDOT:PSS,PEDOT:聚电解质复合物作为空穴传输层,具有合适的能级结构、高达95%的透光率(30 nm)、更疏水的表面形貌以及更高的空穴迁移率,有利于与活性层形成欧姆接触并提高空穴的注入和收集效率,进而提高器件的光伏性能.     

聚-3,4-乙烯二氧噻吩导电聚合物纳米粒子的制备及性能

采用反向胶束合成法, 以二乙基磺基琥珀酸钠(AOT)形成的反胶束为模板制备了导电聚合物聚-3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)纳米粒子. 用紫外-可见-近红外光谱、红外光谱、X射线光电子能谱、扫描电子显微镜及透射电镜等手段对PEDOT粒子进行了表征. 研究了纳米粒子的导电性能并采用石英微天平(QCM)对纳米粒子的气敏特性进行了分析, 对相应导电机理及气体敏感机理进行了讨论.     

聚(3,4-乙撑二氧噻吩)/木质素磺酸导电复合物的结构与性能

3,4-乙撑二氧噻吩(EDOT)以木质素磺酸(LS)作载体,通过化学氧化法聚合形成了聚(3,4-乙撑二氧噻吩)/木质素磺酸(PEDOT/LS)导电复合物.该导电复合物的结构与性能分别采用紫外可见分光光度计、红外光谱仪、zeta电位及粒度分析仪、原子力显微镜、X-射线光电子能谱仪、X-射线衍射仪、四探针测试仪、电泳仪,以及表面电阻仪来表征.结果表明,EDOT能在LS水溶液中氧化聚合,得到水分散性PEDOT/LS导电颗粒.该颗粒是一种聚电解质复合物,等量电荷配比的PEDOT/LS位于内核而富余的亲水性LS包在外层.LS与PEDOT两者之间存在较强的作用力,无法通过电泳分开.X-射线衍射仪结果表明该复合物是无定型的.当LS与EDOT单体质量比从0.7∶1升高至3.0∶1时,复合物的粒径从673 nm降低至348 nm,涂膜表面变得均匀,同时表面电阻从1.9 kΩ/sq上升至87.2 kΩ/sq.用PEDOT/LS配置得到的抗静电剂,可以使玻璃片表面电阻从1012Ω/sq减小至107Ω/sq.     

水下超疏油聚(3,4-乙烯基二氧)噻吩薄膜的制备

以离子液体溴化(1-己基-3-甲基咪唑盐)作为电解质和掺杂剂采用电化学一步法制备了微纳米复合结构的聚(3,4-乙烯基二氧噻吩)薄膜, 薄膜由槽内排布着纳米珠链的棒状结构组成. 研究表明, 通过控制电流密度的大小, 可以调节棒状结构和珠状结构的平均直径. 离子液体中的咪唑阳离子和对阴离子均掺杂到聚合物中, 该薄膜具有可逆的电化学活性及水下超疏油特性.     

聚(3,4-二氧乙基噻吩)在有机光电子领域的应用进展

简要综述了高性能导电高分子聚(3, 4 二氧乙基噻吩)在有机光电子领域,特别是在有机电致发光和有机太阳能电池中的应用.     

吡咯-(3,4-乙烯二氧噻吩)共聚物有序纳米阵列薄膜的制备及表征

采用阳极氧化铝(AAO)模板电化学沉积方法, 合成了1种新型吡咯-(3,4-乙烯二氧噻吩)(PE)共聚物纳米线阵列薄膜, 作为锂离子电池电极材料, 其表现出较高的比容量(1426.1 mA·h/g, 充放电电流密度为100 mA/g)和很好的循环稳定性(在充放电循环300圈之后, 比容量仍然保持在1400 mA·h/g以上). 这种多组分共聚物纳米线阵列有可能成为下一代长寿命、 高性能的锂离子电池电极材料而被广泛开发.     

聚3,4-乙烯二氧噻吩/石墨烯/钛电极的制备及其电化学性能

采用直流电弧等离子体喷射化学气相沉积法把石墨烯生长在钛(Ti)基底上,并采用电化学氧化聚合法在石墨烯表面沉积聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT),由此构造PEDOT/石墨烯/Ti电极。形貌及结构表征结果表明,电聚合200圈以上的PEDOT呈线状或泡沫状且均匀分布于石墨烯表面。电化学性能测试结果表明,PEDOT/石墨烯/Ti电极具有高的比电容和库伦效率;其电聚合次数为400圈时,与PEDOT/Ti电极相比,比电容提高42倍,其最大电势窗口可达1.4 V,而在0～1.2 V电势窗口范围内,扫描速度为10 mV·s-1时,比电容可达到269.6 mF·cm-2。     

聚(对-苯撑乙烯)衍生物蓝色发光二极管及平面显示

成功地合成了柔性脂肪链段和刚性发光链段相互交替的共聚物,并对其进行了表征.发现该聚合物的荧光随柔性链段的增长而增强的实验结果.用所合成的共聚物作发光层,研制出了发光亮度可达190cd/m~2,最小开启电压为15V的发蓝色光的聚合物发光二极管及平板显示屏.讨论了(口恶)二唑衍生物(PBD)和8-羟基喹淋铝(Alq_3)电子输运层的引入对器件的发光亮度和稳定性的影响.     

反向胶束法制备聚3,4-乙烯二氧噻吩纳米粒子的光电性能和热稳定性

采用聚合和掺杂同时进行的反向胶束体系制备了粒径分散较小的聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)纳米粒子, 利用紫外-可见光光谱(UV-Vis)、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等分析方法对纳米粒子进行了表征. 实验结果发现, 氧化剂用量、超声处理、聚合温度及掺杂程度对PEDOT纳米粒子的形貌、电性能及热稳定性有不同程度的影响. 根据实验结果对反向胶束法制备PEDOT纳米粒子过程进行优化发现, 在PEDOT纳米粒子聚合过程中, 甲基苯磺酸有效掺杂浓度约为0.17 mol/L时, PEDOT链的取向最规则, 在6.7°, 12.7°, 25°出现衍射峰, 掺杂剂的有效掺杂使得纳米粒子中分子链的取向不同, 并可以获得较高的电导率(>100 S/cm)的PEDOT纳米粒子, 当粒子的尺寸小于20 nm后电导率降低; 热失重法(TG)分析结果表明, PEDOT纳米粒子的热稳定性比普通块材好, 掺杂剂浓度对纳米粒子的热稳定性有一定影响.     

聚(3,4-乙撑二氧噻吩)基电极材料:制备、改性及在电子器件中的应用

聚(3,4-乙撑二氧噻吩)(PEDOT)作为一种成膜性好、热稳定性高、电导率可调且廉价的透明导电高分子材料,在多种能量转换和储存器件中有着诱人的应用前景。然而,较低的电导率等因素制约了基于PEDOT组装的各类器件的实际性能。本文首先简述了PEDOT薄膜的基本性质、常用的化学与物理制备途径以及提高电导率的几种方式,随后综述了PEDOT以及PEDOT和其他物相构成的复合结构在包括太阳能电池、发光二极管、电致变色器件和超级电容器等器件中的应用的最新进展。其中,不仅阐述了PEDOT基材料在上述器件中所起的作用,还详细介绍了针对不同器件对PEDOT基材料的要求,研究人员提出的PEDOT基材料的设计思路,包括设计具有特定微观形貌的PEDOT薄膜、对PEDOT薄膜的电导率、功函数和透光度等进行调控以及将PEDOT和碳材料、金属纳米颗粒、金属氧化物等其他物相进行复合。最后指出了目前在PEDOT基电极材料的研究中面临的挑战,并对该材料的研究前景进行了展望。     

电沉积法制备聚(3,4-乙烯二氧噻吩)微米管及其在柔性全固态超级电容器的应用

通过一步电沉积方法制备了不同的酸介质和表面活性剂掺杂的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)微米管电极材料,并用其来制备柔性的全固态对称超级电容器。同时探究了沉积时间对相同的酸介质和表面活性剂掺杂的PEDOT微米管电容性能的影响。最终产物的结构通过各种表征技术进行表征,包括扫描电子显微镜(SEM)和FT-IR光谱。电化学结果表明,用硫酸(H2SO4)和十二烷基硫酸钠(SDS)掺杂的PEDOT微米管的电容性能明显提升。用沉积时间为600 s的PEDOT微米管所制备的超级电容器的面积比电容在10 mV·s-1的扫速下达到113.5 mF·cm~(-2)。在不同的弯曲角度下,该固态的对称超级电容器的面积比电容仍保持初始电容值的93%,表明其具有较高的柔性。此外,在电流密度为0.6 mA·cm~(-2)的条件下经过2 000次循环后,其电容值几乎保持初始电容值的95.5%,显示出优异的循环稳定性。制备出来的柔性全固态超级电容器可点亮LED灯,表明其能够满足微电源的实际应用。     

纳微米聚(3,4-二氧乙基噻吩)导电高分子的合成及其性能研究

在导电高分子家族中,聚(3,4-二氧乙基噻吩)(PEDOT)由于具有高的电导率、环境稳定性、透明性以及良好的成膜性等优异性能而广泛地应用于有机电致发光器件、太阳能电池、防静电、电致变色器件、传感器等领域.本论文研究了绝缘高分子聚乙二醇(PEG)和乙二醇、一缩二乙二醇等有机极性溶剂提高PEDOT/PSS(聚苯乙烯磺酸钠)电导率的机理,并通过改变稳定剂、掺杂剂等因素制备了具有不同结构和性能的PEDOT胶体颗粒以及PEDOT/PMMA(聚甲基丙烯酸酯)复合微球,取得了以下主要的创新性结果:1.通常,在导电高分子中加入绝缘高分子会降低其电导率.然而在PEDOT/PSS中加入绝缘高分子PEG,不但没有降低其电导率,反而大大提高了其电导率.PEG浓度对复合膜电导率的影响很大.其电导率最大值比PEDOT/PSS提高了两个数量级.而且,复合膜电导率最大值随PEG分子量的增加而降低,呈现良好的线性关系.     

脉冲恒电位一步法制备聚3,4-乙烯二氧噻吩石墨烯复合材料构建无酶葡萄糖传感器

本研究利用石墨烯(rGO)与3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)单体芳香环之间的π-π*相互作用和氢键作用,采用脉冲恒电位一步法制备了聚3,4-乙烯二氧噻吩石墨烯(PEDOT-rGO)复合膜,将纳米镍(NiNPs)电沉积在此复合膜(PEDOT-rGO)表面,制备了NiNPs/PEDOT-rGO修饰玻碳电极(NiNPs/PEDOT-rGO/GCE),研究了此修饰电极对葡萄糖的电催化氧化性能.实验结果表明,此NiNPs/PEDOT-rGO/GCE可以作为无酶传感器实现对葡萄糖的检测.本方法稳定性高,选择性好,线性范围宽(2μmol/L~58 mmol/L),检出限低至0.7μmol/L,可以用于对葡萄糖的快速、灵敏检测.