还原氧化石墨烯/聚3,4-二氧乙烯噻吩∶聚苯乙烯磺酸柔性透明导电薄膜的制备及表征
发布时间：2021-03-27 01:15
采用HI整体还原法将原位聚合法制备出的氧化石墨烯/聚3,4-二氧乙烯噻吩∶聚苯乙烯磺酸（GO/PEDOT∶PSS）复合薄膜还原成还原氧化石墨烯/PEDOT∶PSS（RGO/PEDOT∶PSS）复合薄膜。通过X射线衍射、拉曼光谱、扫描电镜、四探针测试仪和紫外分光光度仪等手段对所制备材料的性能进行了表征。结果表明:当RGO掺杂量为15%（质量分数）时,RGO/PEDOT∶PSS复合薄膜综合性能最优,其方块电阻为0.25kΩ/□,透光率达到85.2%（λ=550nm）,同时具有优良的导电性和柔性。
【文章来源】：化工新型材料. 2017,45(11)北大核心CSCD
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
图２ＧＯ和ＲＧＯ的拉曼光谱图分析
可以看出，已成功制备出单层和多层ＧＯ。对比图３（ａ—ｂ）可以看出，石墨和ＧＯ的形态不同，石墨层数较厚，表面较为平滑，而ＧＯ的片层较薄，表面褶皱较多。由图３（ｃ）可见，ＰＥＤＯＴ∶ＰＳＳ和ＲＧＯ的π－π相互作用使其紧紧的包覆在石墨烯表面［１２］，可以看出薄膜表面光滑紧密，而且没有明显的褶皱等缺陷，所制得的薄膜厚薄较均匀。图３石墨（ａ）、ＧＯ（ｂ）和ＲＧＯ／ＰＥＤＯＴ∶ＰＳＳ（ｃ）的ＳＥＭ图２．４薄膜方块电阻测试图４显示了ＧＯ还原前后掺杂量不同对薄膜方块电阻的影响。由图可知，单组分ＰＥＤＯＴ∶ＰＳＳ的电阻较大，ＲＧＯ的电阻较小，将二者复合后电阻呈现先减小后增大的趋势，当石墨烯的掺杂量为１５％时，ＲＧＯ／ＰＥＤＯＴ∶ＰＳＳ薄膜的方块电阻值最小，低至０．２５ｋΩ／□，还原后相较于还原前薄膜方块电阻下降约８４％。掺杂ＧＯ后薄膜的方块电阻较大，高至几千欧甚至十几千欧，这是因为石墨被氧化后共轭结构被严重破坏，导致导电性变差，方块电阻变大。经过ＨＩ处理后，ＧＯ被还原得到ＲＧＯ，导电性增强，方块电阻变校但当石墨烯掺杂量过多时，容易在反应体系中出现堆积的情况，ＰＥＤＯＴ∶ＰＳＳ在石墨烯片层间沉积不均匀，阻碍了电子间的传输，导致导电性下降，方块电阻变大，所以石墨烯的最适宜掺杂量为１５％。图４石墨烯掺杂量对薄膜方块电阻的影响２．５薄膜透光率测试图５显示了石墨烯掺杂量的不同对薄膜透光率的影响。由图可知，单组分ＰＥＤＯＴ∶ＰＳＳ薄膜在·６４·
为７３．５％。因为ＲＧＯ颜色较黑，对光的吸收较强，所以当石墨烯掺杂量增加时薄膜透光率降低。同时结合薄膜方块电阻和透光率两方面的性能综合考虑，虽然单组分ＰＥＤＯＴ∶ＰＳＳ制成的薄膜透光性较好，但其电阻较大，而单组分ＲＧＯ虽然导电性较好，但透光性较差。二者复合后可以改善彼此的缺点，得到同时具有良好导电性和透光性的复合薄膜，通过实验得出当石墨烯的掺杂量为１５％时，薄膜的综合性能最优，其方块电阻为０．２５ｋΩ／□，透光率也能达到８５．２％（λ＝５５０ｎｍ）。图５石墨烯掺杂量对薄膜透光率的影响２．６薄膜导电性和柔韧性能分析图６为ＲＧＯ／ＰＥＤＯＴ∶ＰＳＳ复合薄膜置于通电回路中ＬＥＤ灯的发光图。从图６（ａ）可见，当复合薄膜平铺置于通电回路中时，ＬＥＤ灯可以正常亮；从图６（ｂ）可见，当复合薄膜弯曲近１８０°时，ＬＥＤ灯依旧可以亮，且亮度不但没有减弱反而有增强的趋势，这可能是因为当薄膜被弯曲时，由于受力使得分子间接触更加紧密，电子转移内阻降低，从而改善了导电性能。经过实验，在复合薄膜反复弯曲百次之后，方块电阻为０．２７８ｋΩ／□，置于通电回路中ＬＥＤ灯仍然可以亮，且亮度没有明显减弱，可见ＲＧＯ／ＰＥ－ＤＯＴ∶ＰＳＳ复合薄膜良好的导电性和柔性。图６ＲＧＯ／ＰＥＤＯＴ∶ＰＳＳ复合薄膜置于通电回路中ＬＥＤ灯的发光图［（ａ）复合薄膜平铺；（ｂ）复合薄膜弯曲近１８０°］３结论（１）ＸＲＤ、拉曼谱图和ＳＥＭ分析表明采用改进的Ｈｕｍｍｅｒｓ法成功制备出ＧＯ，并通过原位聚合法合成了ＧＯ／ＰＥＤＯＴ∶ＰＳ
本文编号：3102597
【文章来源】：化工新型材料. 2017,45(11)北大核心CSCD
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
图２ＧＯ和ＲＧＯ的拉曼光谱图分析
可以看出，已成功制备出单层和多层ＧＯ。对比图３（ａ—ｂ）可以看出，石墨和ＧＯ的形态不同，石墨层数较厚，表面较为平滑，而ＧＯ的片层较薄，表面褶皱较多。由图３（ｃ）可见，ＰＥＤＯＴ∶ＰＳＳ和ＲＧＯ的π－π相互作用使其紧紧的包覆在石墨烯表面［１２］，可以看出薄膜表面光滑紧密，而且没有明显的褶皱等缺陷，所制得的薄膜厚薄较均匀。图３石墨（ａ）、ＧＯ（ｂ）和ＲＧＯ／ＰＥＤＯＴ∶ＰＳＳ（ｃ）的ＳＥＭ图２．４薄膜方块电阻测试图４显示了ＧＯ还原前后掺杂量不同对薄膜方块电阻的影响。由图可知，单组分ＰＥＤＯＴ∶ＰＳＳ的电阻较大，ＲＧＯ的电阻较小，将二者复合后电阻呈现先减小后增大的趋势，当石墨烯的掺杂量为１５％时，ＲＧＯ／ＰＥＤＯＴ∶ＰＳＳ薄膜的方块电阻值最小，低至０．２５ｋΩ／□，还原后相较于还原前薄膜方块电阻下降约８４％。掺杂ＧＯ后薄膜的方块电阻较大，高至几千欧甚至十几千欧，这是因为石墨被氧化后共轭结构被严重破坏，导致导电性变差，方块电阻变大。经过ＨＩ处理后，ＧＯ被还原得到ＲＧＯ，导电性增强，方块电阻变校但当石墨烯掺杂量过多时，容易在反应体系中出现堆积的情况，ＰＥＤＯＴ∶ＰＳＳ在石墨烯片层间沉积不均匀，阻碍了电子间的传输，导致导电性下降，方块电阻变大，所以石墨烯的最适宜掺杂量为１５％。图４石墨烯掺杂量对薄膜方块电阻的影响２．５薄膜透光率测试图５显示了石墨烯掺杂量的不同对薄膜透光率的影响。由图可知，单组分ＰＥＤＯＴ∶ＰＳＳ薄膜在·６４·
为７３．５％。因为ＲＧＯ颜色较黑，对光的吸收较强，所以当石墨烯掺杂量增加时薄膜透光率降低。同时结合薄膜方块电阻和透光率两方面的性能综合考虑，虽然单组分ＰＥＤＯＴ∶ＰＳＳ制成的薄膜透光性较好，但其电阻较大，而单组分ＲＧＯ虽然导电性较好，但透光性较差。二者复合后可以改善彼此的缺点，得到同时具有良好导电性和透光性的复合薄膜，通过实验得出当石墨烯的掺杂量为１５％时，薄膜的综合性能最优，其方块电阻为０．２５ｋΩ／□，透光率也能达到８５．２％（λ＝５５０ｎｍ）。图５石墨烯掺杂量对薄膜透光率的影响２．６薄膜导电性和柔韧性能分析图６为ＲＧＯ／ＰＥＤＯＴ∶ＰＳＳ复合薄膜置于通电回路中ＬＥＤ灯的发光图。从图６（ａ）可见，当复合薄膜平铺置于通电回路中时，ＬＥＤ灯可以正常亮；从图６（ｂ）可见，当复合薄膜弯曲近１８０°时，ＬＥＤ灯依旧可以亮，且亮度不但没有减弱反而有增强的趋势，这可能是因为当薄膜被弯曲时，由于受力使得分子间接触更加紧密，电子转移内阻降低，从而改善了导电性能。经过实验，在复合薄膜反复弯曲百次之后，方块电阻为０．２７８ｋΩ／□，置于通电回路中ＬＥＤ灯仍然可以亮，且亮度没有明显减弱，可见ＲＧＯ／ＰＥ－ＤＯＴ∶ＰＳＳ复合薄膜良好的导电性和柔性。图６ＲＧＯ／ＰＥＤＯＴ∶ＰＳＳ复合薄膜置于通电回路中ＬＥＤ灯的发光图［（ａ）复合薄膜平铺；（ｂ）复合薄膜弯曲近１８０°］３结论（１）ＸＲＤ、拉曼谱图和ＳＥＭ分析表明采用改进的Ｈｕｍｍｅｒｓ法成功制备出ＧＯ，并通过原位聚合法合成了ＧＯ／ＰＥＤＯＴ∶ＰＳ
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