助剂对PEDOT/PSS聚合物薄膜导电性能的影响
发布时间：2021-08-14 03:56
聚3,4-乙撑二氧噻吩（PEDOT）是一种导电聚合物材料,与聚苯乙烯磺酸盐（PSS）络合后溶解于水形成PEDOT/PSS水溶液。由于PEDOT/PSS薄膜的电导率较低,限制了其在柔性器件上的应用。考察了含有不同羟基数目和端基含有甲基的醇类助剂、醇助剂的质量分数、炭黑质量分数以及热退火条件对PEDOT/PSS薄膜导电性和耐溶剂性的影响。结果表明:醇的亲水性的增加有利于提高PEDOT/PSS薄膜的导电性,且当乙二醇的体积分数为2%时PEDOT/PSS薄膜的方块电阻能达到35Ω/sq。PEDOT/PSS薄膜在DMSO溶剂中的浸泡实验表明,PEDOT/PSS薄膜在DMSO溶剂中表现稳定,同时DMSO有利于进一步提高PEDOT/PSS薄膜的导电性。此外,碳黑的掺杂也能有效地提高PEDOT/PSS薄膜导电性能。
【文章来源】：北京石油化工学院学报. 2020,28(03)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
不同质量分数炭黑对超声喷雾法制备的PEDOT/PSS薄膜方块电阻的影响
研究了醇的亲疏水性和体积分数对PEDOT/PSS薄膜的导电性以及炭黑掺杂和热退火对PE-DOT/PSS薄膜的电阻的影响机制。结果表明，醇的亲水性越大，有利于提高PEDOT/PSS薄膜的导电性，且乙二醇体积分数为2%时，PEDOT/PSS薄膜显示最高导电性。DMSO的浸泡实验结果表明，PEDOT/PSS薄膜在DMSO溶剂中表现稳定，且DMSO浸泡可进一步提高PEDOT/PSS薄膜的导电性。此外，导电炭黑对PEDOT/PSS薄膜的导电性有线性增加的影响，而且热退火稳定有利于优化PEDOT/PSS薄膜的导电性能。
PEDOT与PSS的化学结构如图1所示。带部分负电荷的PSS的磺酸基与带部分正电荷PEDOT的-S-基团相互作用形成PEDOT/PSS的结合物，促使其在水中的溶解性。为了研究不同醇的亲疏水性对PEDOT/PSS薄膜导电性的影响，测试了相同质量分数（占混合溶液的4%）的不同醇掺杂的PEDOT/PSS薄膜的方块电阻，如表2所示。此外，为了研究PEDOT/PSS膜在DMSO溶剂中的稳定性，用DMSO浸泡前后的方块电阻进行了比较。在乙醇、乙二醇、异丙醇、丙二醇和山梨醇中，掺杂山梨醇的PEDOT/PSS薄膜的方块电阻最低，而且与异丙醇或丙二醇掺杂相比，乙醇或乙二醇掺杂的PEDOT/PSS薄膜的方块电阻更低。然而，乙二醇掺杂的PEDOT/PSS薄膜与乙醇掺杂PEDOT/PSS薄膜相比，其方块电阻稍微低一点，然而差异不是很显著。同样，丙二醇掺杂的PEDOT/PSS薄膜与异丙醇掺杂PEDOT/PSS薄膜相比，其方块电阻稍微低一点，然而差异也不是很显著。为了进一步理解醇对PEDOT/PSS薄膜的导电性的调控机理，将醇的log D值与方块电阻作图，结果如图2所示。由图2可以看出，醇的log D值与PEDOT/PSS的方块电阻有近似的线性关系。说明醇的亲水性是影响PEDOT/PSS薄膜导电率的主要因素；且醇的亲水性越大，对提高PE-DOT/PSS薄膜的导电性更有利。实验结果表明，醇的亲水性增加，更有利于PSS与醇的相互作用，导致减弱PEDOT与PSS的相互作用，促使PEDOT的结晶形成，有利于提高导电性。此外，虽然丙二醇的log D值低于乙醇，然而丙二醇掺杂的PEDOT/PSS薄膜的方块电阻高于20%乙醇掺杂的PEDOT/PSS薄膜方块电阻。说明除了亲疏水性之外，其他的因素也影响PEDOT/PSS薄膜的导电性，其机制需要进一步的研究。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Optimization of Ethylene Glycol Doped PEDOT:PSS Transparent Electrodes for Flexible Organic Solar Cells by Drop-coating Method[J]. Hui-Qin Cui,Rui-Xiang Peng,Wei Song,Jian-Feng Zhang,Jia-Ming Huang,Li-Qiang Zhu,Zi-Yi Ge. Chinese Journal of Polymer Science. 2019(08)
[2]二元溶剂掺杂的PEDOT/PSS在纸上的导电性研究[J]. 刘国栋,罗宁宁,刘羽,王志伟,李茂盛,周建军. 包装工程. 2019(11)
[3]合成条件及二次掺杂剂对PEDOT/PSS水分散液电导率的影响[J]. 县泽宇,李昕,郭方方,郑一平. 北京服装学院学报(自然科学版). 2017(01)
[4]乙二醇掺杂对PVA/PEDOT∶PSS导电纤维结构和性能的影响[J]. 王新月,葛明桥,冯古雨. 高分子材料科学与工程. 2016(12)
[5]不同掺杂剂对PEDOT∶PSS薄膜结构及其性能的影响[J]. 王明晖,宗艳凤,史高飞,胡俊涛,吕国强. 液晶与显示. 2013(06)
[6]PEDOT:PSS薄膜的山梨醇掺杂对光电池性能的影响[J]. 李蛟,刘俊成,高从堦. 物理学报. 2011(07)
[7]聚（3,4-乙撑二氧噻吩）的二次掺杂改性研究[J]. 李宝铭,郑玉婴,张伟. 半导体光电. 2010(06)
[8]退火及掺杂对空穴传输层PEDOT:PSS电学特性的影响[J]. 张亚萍,张建军,耿新华,赵颖. 光电子.激光. 2009(10)
本文编号：3341723
【文章来源】：北京石油化工学院学报. 2020,28(03)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
不同质量分数炭黑对超声喷雾法制备的PEDOT/PSS薄膜方块电阻的影响
研究了醇的亲疏水性和体积分数对PEDOT/PSS薄膜的导电性以及炭黑掺杂和热退火对PE-DOT/PSS薄膜的电阻的影响机制。结果表明，醇的亲水性越大，有利于提高PEDOT/PSS薄膜的导电性，且乙二醇体积分数为2%时，PEDOT/PSS薄膜显示最高导电性。DMSO的浸泡实验结果表明，PEDOT/PSS薄膜在DMSO溶剂中表现稳定，且DMSO浸泡可进一步提高PEDOT/PSS薄膜的导电性。此外，导电炭黑对PEDOT/PSS薄膜的导电性有线性增加的影响，而且热退火稳定有利于优化PEDOT/PSS薄膜的导电性能。
PEDOT与PSS的化学结构如图1所示。带部分负电荷的PSS的磺酸基与带部分正电荷PEDOT的-S-基团相互作用形成PEDOT/PSS的结合物，促使其在水中的溶解性。为了研究不同醇的亲疏水性对PEDOT/PSS薄膜导电性的影响，测试了相同质量分数（占混合溶液的4%）的不同醇掺杂的PEDOT/PSS薄膜的方块电阻，如表2所示。此外，为了研究PEDOT/PSS膜在DMSO溶剂中的稳定性，用DMSO浸泡前后的方块电阻进行了比较。在乙醇、乙二醇、异丙醇、丙二醇和山梨醇中，掺杂山梨醇的PEDOT/PSS薄膜的方块电阻最低，而且与异丙醇或丙二醇掺杂相比，乙醇或乙二醇掺杂的PEDOT/PSS薄膜的方块电阻更低。然而，乙二醇掺杂的PEDOT/PSS薄膜与乙醇掺杂PEDOT/PSS薄膜相比，其方块电阻稍微低一点，然而差异不是很显著。同样，丙二醇掺杂的PEDOT/PSS薄膜与异丙醇掺杂PEDOT/PSS薄膜相比，其方块电阻稍微低一点，然而差异也不是很显著。为了进一步理解醇对PEDOT/PSS薄膜的导电性的调控机理，将醇的log D值与方块电阻作图，结果如图2所示。由图2可以看出，醇的log D值与PEDOT/PSS的方块电阻有近似的线性关系。说明醇的亲水性是影响PEDOT/PSS薄膜导电率的主要因素；且醇的亲水性越大，对提高PE-DOT/PSS薄膜的导电性更有利。实验结果表明，醇的亲水性增加，更有利于PSS与醇的相互作用，导致减弱PEDOT与PSS的相互作用，促使PEDOT的结晶形成，有利于提高导电性。此外，虽然丙二醇的log D值低于乙醇，然而丙二醇掺杂的PEDOT/PSS薄膜的方块电阻高于20%乙醇掺杂的PEDOT/PSS薄膜方块电阻。说明除了亲疏水性之外，其他的因素也影响PEDOT/PSS薄膜的导电性，其机制需要进一步的研究。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Optimization of Ethylene Glycol Doped PEDOT:PSS Transparent Electrodes for Flexible Organic Solar Cells by Drop-coating Method[J]. Hui-Qin Cui,Rui-Xiang Peng,Wei Song,Jian-Feng Zhang,Jia-Ming Huang,Li-Qiang Zhu,Zi-Yi Ge. Chinese Journal of Polymer Science. 2019(08)
[2]二元溶剂掺杂的PEDOT/PSS在纸上的导电性研究[J]. 刘国栋,罗宁宁,刘羽,王志伟,李茂盛,周建军. 包装工程. 2019(11)
[3]合成条件及二次掺杂剂对PEDOT/PSS水分散液电导率的影响[J]. 县泽宇,李昕,郭方方,郑一平. 北京服装学院学报(自然科学版). 2017(01)
[4]乙二醇掺杂对PVA/PEDOT∶PSS导电纤维结构和性能的影响[J]. 王新月,葛明桥,冯古雨. 高分子材料科学与工程. 2016(12)
[5]不同掺杂剂对PEDOT∶PSS薄膜结构及其性能的影响[J]. 王明晖,宗艳凤,史高飞,胡俊涛,吕国强. 液晶与显示. 2013(06)
[6]PEDOT:PSS薄膜的山梨醇掺杂对光电池性能的影响[J]. 李蛟,刘俊成,高从堦. 物理学报. 2011(07)
[7]聚（3,4-乙撑二氧噻吩）的二次掺杂改性研究[J]. 李宝铭,郑玉婴,张伟. 半导体光电. 2010(06)
[8]退火及掺杂对空穴传输层PEDOT:PSS电学特性的影响[J]. 张亚萍,张建军,耿新华,赵颖. 光电子.激光. 2009(10)
本文编号：3341723
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