聚乙撑二氧噻吩（PEDOT）的制备及与无机材料的复合应用

发布时间：2020-10-13 15:17

　　 导电高分子材料的应用面广,种类多,但是由于加工应用困难,到目前为止,成功商业化的导电高分子材料只有聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺等,其中最成功的是拜尔公司研发的PEDOT:PSS(聚乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸)水分散液。通常,聚乙撑二氧噻吩通过聚苯乙烯磺酸掺杂并乳化后,分散于水中制成水性涂料或者水性油墨加以应用。遗憾的是,在工业化生产中乳液聚合出来的PEDOT:PSS通常为纳米球状,这种纳米球状结构限制了其工业应用范围。针对这一问题,本论文首先研究了乳液聚合合成的PEDOT:PSS(聚乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸)和反相乳液聚合合成的PEDOT:AOT(聚乙撑二氧噻吩:丁二酸二辛酯磺酸)纳米微观结构对于宏观性能的影响,进一步研究了PEDOT:PSS与银纳米线的复合及其性能,力求扩大聚乙撑二氧噻吩在工业上的应用范围,以期将PEDOT:PSS/无机复合材料应用于高新技术领域。研究结果表明,与乳液聚合法制备得到得的纳米球状PEDOT:PSS相比,反相乳液聚合制备得到的PEDOT:AOT从微观形貌而言具有纳米线、纳米棒状结构,制得的导电膜在吸塑后能保持较好的导电性。综合考虑生产成本、工艺难度、设备投资等方面的因素,PEDOT:PSS比反相乳液聚合得到的PEDOT:AOT更有优势。因此,本文进一步利用PEDOT:PSS与纳米银线进行复合,制备得到低成本、柔韧性更好的银纳米线/PEODT:PSS复合材料,并初步研究了材料在有机太阳能电池中的应用。结果发现,这种银纳米线/PEDOT:PSS/有机感光层(P3HT:PCBM)/Al复合材料(其中P3HT:PCBM为聚3-己基噻吩:富勒烯衍生物,Al为铝),在AM1.5(100 mW/cm~2)的模拟太阳光照下,光电转换效率可以达到2.13%,说明了本文制备得到的银纳米线/PEDOT:PSS复合材料具有替代ITO(氧化铟锡)的可行性,有望在柔性屏或者有机太阳能电池中得到应用。
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ316.334;TB332
【部分图文】：

.1 导电高分子.1.1 导电高分子概述随着时代的发展，材料的通用属性已经有了新的发展，例如陶瓷不再只是且脆，高分子材料也不全是绝缘体。1978 年美国物理学家 Alen Heeger、美国家 Alan MacDiarmid、日本化学家 Hideki Shirakawa 共同发现碘掺杂后的聚乙导率可以接近金属[1]，从而开启了材料学的一个新领域——导电高分子材料此发现，他们共同获得了 2000 年的诺贝尔化学奖。聚乙炔是结构最简单并且最早被发现的本征型导电高分子，然而，由于其气中容易被氧化而造成稳定性不好，使得应用受到限制，随后陆续有新结构电高分子材料不断被开发出来。图 1-1 是几种典型的导电高分子结构，从中可出绝大部分导电高分子都具有五环或者六环这样的共轭结构[2]。

交通大学工程硕士学位论文 第一章 绪论特性，即较高的分子量，从而带来高电导率和可以结构化设计的特性，具有轻，易加工，用途多样化的特点。导电高分子掺杂原理见图 1-2。P 型掺杂时，受体从 HOMO 能级（最高占据轨道 Highest Occupied Molecular Orbital）获得电子，产生空穴，空穴即为载流从而出现了导电性；N 型掺杂时，供体向共轭高分子的 LUMO 能级（最低未子轨道 Lowest Unoccupied Molecular Orbital）注入电子，电子即为载流子，从现出了导电性。与无机半导体的掺杂不同的是，这种对导电高分子的掺杂通荷的转移来实现，其实质是一个氧化还原过程。

图 1-2 化学掺杂引起能带变化的模式图[4]attern diagram of energy band changes induced by chem导电高分子的种类已经很多，除了研究最多的还包括了本课题聚焦的聚噻吩的衍生物道，PEDOT[5]是目前最好的导电高分子之一，高(high conductivity)[6]、雾度低、透光率高、还原电位低(low redox potential)等优点，并且经受了市场的考验。
【参考文献】

相关期刊论文 前3条

1 郭宜鲁;武培怡;;傅立叶变换红外光谱对琥珀酸-2-乙基己基磺酸钠非极性溶液中反胶束结构的研究[J];化学学报;2008年14期

2 熊平;导电高分子在固体钽电解电容器中的应用[J];成都电子机械高等专科学校学报;2004年04期

3 孙建平,李宝铭,吴洪才;十二烷基苯磺酸掺杂聚苯胺的性能研究[J];精细化工;2002年10期

本文编号：2839339