重慶大學能源與動力工程學院孫寬研究員團隊,在重慶大學-新加坡國立大學新能源材料與器件聯合實驗室的平臺支持下,聯合多個國內外團隊,開發了一種全新的導電高分子薄膜沉積技術,能夠在不同襯底上快速聚合形成聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)薄膜,其電導率比商用產品PH1000(Heraeus GmbH)高三個數量級。該方法適用于多種印刷工藝,以量產柔性透明導電薄膜。以柔性聚對苯二甲酸乙二酯 (PET) 塑料為基底的PEDOT薄膜制成的觸控屏表現出優異的柔韌性和靈敏度。相關研究成果近日在Cell出版社旗下子刊iScience期刊發表,題目為《以V2O5為氧化劑連續液相聚合PEDOT及其在柔性觸控屏的應用》(Sequential Solution Polymerization of Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Using V2O5 as Oxidant for Flexible Touch Sensors)。
聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)是一種具有高導電性、良好的柔韌性和化學穩定性的共軛聚合物。這些優良的品質使得PEDOT在透明電極、電致變色、電磁屏蔽等方面應用廣泛,F在,有許多方法用于PEDOT的合成,如電化學合成(EP)、氧化化學氣相沉積(OCVD)和氣相沉積聚合(VPP)等,但是這些合成方法需要嚴格的基底或溫度壓強控制,應用于大規模工業生產成本高昂且面臨諸多挑戰。因此,開發能夠在常溫常壓下通過濕法工藝制備(solution-processed)具有機械柔性的導電材料既有重要的學術價值,又有實際的工程意義。
為此,孫寬研究員課題組開發了一種通過連續沉積氧化劑溶液和單體溶液的PEDOT原位合成方法。該合成體系中,V2O5作為氧化劑、甲磺酸為摻雜劑兩者相溶形成氧化劑溶液。該團隊首先通過在玻璃基底上先后通過旋涂沉積氧化劑溶液和EDOT單體溶液成功合成PEDOT薄膜。由于該薄膜具有PEDOT含量高(69%)、結晶性好和摻雜水平高(載流子濃度為2.6221 cm-3)等特點,導電率最高可達1420 S/cm。接著,該團隊使用棒式涂布法在15 cm × 12 cm的柔性PET基底上沉積氧化劑溶液然后浸入單體溶液進行聚合,所得到的柔性PEDOT薄膜方阻為80.3 Ω/sq。該柔性PET為基底的薄膜制成的觸控裝置表現出優異的傳感性質和柔韌性,即使在反復彎曲甚至對折之后,也能保持良好的功能性。該全新合成路線不僅可以兼容棒式涂布法,同時適用于刮涂、絲網印刷、噴涂、卷對卷印刷等不同印刷工藝,為在柔性基底上大面積合成均勻的導電高分子薄膜提供了重要的思路和可能性。
該研究工作得到了國家自然科學基金、重慶市重點研發專項、重慶市基礎與前沿研究計劃、重慶市留創計劃、中央高校基本科研業務費、低品位能源利用技術及系統教育部重點實驗室的資助。重慶大學能源與動力工程學院碩士生陳瑞為論文第一作者,重慶大學孫寬研究員與新加坡國立大學歐陽建勇教授為共同通訊作者。
論文鏈接:https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(19)30003-3
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