聚乙二醇对PEDOT-PSS导电性能的影响 聚乙二醇对PEDOT-PSS导电性能的影响

聚乙二醇对PEDOT-PSS导电性能的影响

  • 期刊名字:科学通报
  • 文件大小:207
  • 论文作者:王铁军,齐英群,徐景坤,胡秀杰,陈萍
  • 作者单位:中国科学院理化技术研究所
  • 更新时间:2020-06-12
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论文简介

等通扳第48卷第19期2003年10月简报聚乙二醇对 PEDOT-PS导电性能的影响王铁军齐英群徐景坤胡秀杰陈萍(中国科学院理化技术研究所,北京100101.*联系人,E-mail:chenla@mail.ipc,ac.cn)摘要通过共混法将不同浓度的聚乙二醇(PEG加入聚二氧乙基噻吩聚对苯乙烯磺酸( PEDOT-PSS)中制备了 PEDOT-PSS/PEG复合膜.采用四探针法测量复合膜的电导率.实验结果表明聚乙二醇的加入明显影响 PEDOT-PSS的电导率.随着聚乙二醇浓度的增加,复合膜的电导率迅速增加至最大值,然后缓慢下降.而且,聚乙二醇分子量和环境温度对复合膜的电导率也影响很大.在lnoⅸc和T-2之间存在一个良好的线性关系关键词 PEDOT- PSS PEG电导率复合膜四探针法导电高分子自发现以来由于其广泛的应用前景,2结果和讨论已经引起了人们的高度关注2.其中聚二氧乙基噻吩21PEG的浓度和分子量对 PEDOT-PSS电导率的( PEDOT)的掺杂态具有电导率高在空气中结构和电影响导率高度稳定等卓越性能,因而成为导电高分子新的在 PEDOT-PSS水溶液中分别加入不同浓度的分研究热点.本征态的 PEDOT导电性很差而且不熔不子量为400,80,2000的聚乙二醇(简称PEG后涂布溶,聚(对苯乙烯磺酸)根阴离子(PSS)掺杂的 PEDOT成膜.膜干燥后采用四探针法测其电导率.图1所可以分散溶解在水溶液中,涂布成膜后在空气中非常表示的是上述各种复合膜的电导率随加入的不同分子稳定,同时具有高电导率,水溶液可以进一步加工处量的PEG的浓度变化曲线.其中未加PEG的PE理4,因而大大地促进了 PEDOT的应用.以 PEDOT-DOT-PSS薄膜的电导率为0.1S/cm.而在加入PSS为对象,研究影响其电导率的因素不仅有利于提PG400后膜电导率随浓度的增加有很大的变化.并高 PEDOT材料的性能,促进材料的应用,同时有利且电导率与浓度之间存在如下关系:当PEG400浓度于研究导电聚合物导电机理中的一些基本问题及其影从0增加至1.>102moL时,电导率从01S/cm缓响因素.本文通过共混法制备了 PEDOT-PSS和聚乙慢增加至024s/m.当浓度从1.×102mon增加至醇(PEG)复合膜,并利用四探针法测试了PEDO406.×102mol/时,电导率急剧增加并在浓度为PSS/PEG复合膜的导电性能.有关这方面的研究尚未10-2mol/L时达到最大值17.7S/cm,提高了两个数见报道量级.此后随着浓度的增加电导率逐渐降低.加入PEG800时,浓度从0增加至1×10-2mol/L,电导率1实验变化较大,从0.1s/cm增加至1.7S/cm.此后电导率(.i)试剂和仪器. PEDT-PSS水溶液(商品名急剧增加,并在浓度为3.13×102moL时电导率达Baytron P, Bayer AG公司),聚乙二醇40,.800.2000最大值142s/cm,也提高了两个数量级然后随着浓(分析纯,Mrck- Schuchardt. Advantest r6142pro-度的增加电导率也逐渐降低.加入PEG2000时电导grammable dc电位/电流发生器和 Keithley196型万率在PEG浓度为0~1.25.×10-2mol/L范围内急剧增用表.测厚仪(上海第二光学仪器厂)加至最大值6.5S/cm,提高了一个数量级.此后随着(-i)复合膜的制备.将不同量和不同分子量的浓度的增加电导率迅速降低.由于PEG2000分子量聚乙二醇与 PEDT-PSS水溶液混合溶解后搅拌24h,大,当浓度增加至333×102moL时得不到良好的涂布在经过清洁处理的玻璃基板上,70下干燥24h薄膜.此外,分子量对电导率的影响也是显而易见的后成膜,厚度为30~50mi)电导率的测量.采用四探针法测量膜的电在较低浓度中国煤化工导率越高:而在导率.并在变温条件下对复合膜的电导率进行测量.较高浓度时CNMHG越低,另外,随着PEG分子量的增加,电导率曲线峰值左移20拓方数据www.scichina.com简报第48卷第19期2003年10月斜学通扳其中α为定域态长度,E为在费米能级的态密度,k为■PEG400PEG800玻尔兹曼常数,Z为最邻近的数目.由(1)式得到▲PEG2000由 Ing(η)-T-2直线斜率,可以计算出载流子跳跃的能垒T经计算, PEDOT-PSS/PEG复合膜的T0=-745K.与 PEDOT-PSS薄膜的T0=~1700K比较要低得多,如图2所示.由此分析PEG的加入可能使载流子跃迁所需要的能量降低从而引起膜电导率的增加3结论00204.0608.010012.0×10浓度molL1PEG的加入对膜的电导率影响极大.此外,PEC的分子量对膜电导率的影响呈现规律性的变化.随着图1PEG浓度和分子量对 PEDOT-PSS电导率的影响PEG浓度的增加 PEDOT-PSS/PEG复合膜的电导率存在一个最大值.复合膜的环境温度也对电导率的影而且,复合膜电导率最大值随PEG分子量的增加而响较大,在 Ing和T1之间存在良好的线性关系降低经过分析,PEG的加入可能使载流子跃迁所需要的能2.2 PEDOT-PSS/PEG复合膜电导率与温度的关系量降低从而引起膜电导率的增加PEDOT-PSS/PEG复合膜的电导率受环境温度影致谢感谢中国科学院物理研究所龙云泽博士在测试方面响很大,它们之间的关系遵循一维变程跳跃模型(ID-给予的帮助VRHo dd(r)=o exp[-(T/T)1参考文献其中I Skotheim T A. Handbook of Conducting Polymers. New York:TO= 8a/ZNEEMarcel Dekker. 1986oD(T)为电导率T为温度0o为常数,T为载流子跳跃2 Skotheim T A. ElsembaumerR L, Reynolds jr. Handbook of的能垒.T与定域长度和态密度的关系,如式(2)所示Conducting Polymer. 2nd ed. New York: Marcel Dekker, 19983 Francois T V, Sebastien G. Guy L et al. Fully undoped and soluble(3, 4-ethylenedioxythiophene)s: spectroscopic study and elec-trochemical characterization. Journal of Material Chemistry, 20014 Lefebvre M, Qi Z, Rana D, et al. Chemical synthesis, characterzation and electrochemical studies of poly (3, 4-cthylenedioxyth-ohene)/poly(styrene-4-sulfonate) composites. Chemical Materi-25 Kim JY, Jung JH, Lee d e, et al. Enhancemductivity of poly(3, 4-ethylenedioxythiophene)/poly(styrene-4-sul-Ifonate)by a change of solvents. Synthetic Metals, 2002, 126311~3162003-07-24收稿,2003-09-09收修改稿)图2温度对 PEDOT- PSS/PEG复合膜电导率的影响PEG400浓度=7.1810-2molL中国煤化工CNMHG际方数d捐 sina. com037

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