FeCl3对PEDOT液相沉积聚合的影响

时间：2020-06-22

聚3，4-乙撑二氧噻吩（PEDOT）是具有共轭π键的本征导电高分子，具有电导率高、稳定性和透明性好、电化学性能优异等优点。预期PEDOT膜在柔性显示、**级电容器、光伏电池、电磁屏蔽膜、电致变色器件等领域有广泛应用。但PEDOT本体不溶不熔，很难加工成膜。如何制备高品质PEDOT导电膜是亟待解决的问题。德国拜耳公司开发的PEDOT/PＳＳ水性分散液能够直接涂布成膜，在一定程度上解决了PEDOT的成膜问题，但涂布所得导电膜的电导率低、稳定性差，很难满足市场需求。

此后众多科技工作者致力于高品质导电PEDOT膜的制备研究，提出了各种解决方案，其中以气相沉积聚合法（VPP）制备的PEDOT膜结构规整、电导率高。但VPP设备复杂且昂贵，需水汽夺取噻吩阳离子上的质子构成共轭，而过多水汽易导致氧化剂水化结晶和水解而引发EDOT在酸性条件下的加成聚合，使PEDOT分子链的规整性受到破坏，因此水汽含量的严格控制对设备和工艺提出了严峻的挑战。

借鉴VPP法PEDOT的聚合机理，张美娟等采用聚合条件比较温和的液相沉降聚合，将吸附有氧化剂的基材浸入单体溶液中，引发单体在基材表面聚合成膜。本文研究了氧化剂FeCl3的溶剂对氧化剂吸附和液相沉降聚合PEDOT膜的影响。



FeCl3溶液浓度对PI膜表面总氧化剂当量的影响

图中是FeCl3溶液浓度对浸渍过氧化PI膜表面总氧化剂当量的影响。对乙醇溶剂而言，当FeCl3浓度为30mmol/L时，总氧化剂当量为3.14mmol/m２；溶液浓度增大到100mmol/L，总氧化剂当量随之增加到5.78mmol/m２；继续提高溶液浓度至250mmol/L，总氧化剂当量达到7.25mmol/m２。PI膜表面总氧化剂当量随FeCl3溶液浓度的增加而增大。其他溶剂也有类似的规律。但碳酸二乙酯对FeCl3的溶解度为2.4g，当溶液接近饱和浓度时，总氧化剂当量不再变化。

FeCl3溶剂对液相沉降聚合PEDOT膜表面电阻的影响

表中是过氧化PI膜从不同溶剂的FeCl3溶液吸附FeCl3后，在EDOT的环己烷溶液中沉降聚合PEDOT膜的表面电阻。以乙醇和正丁醇为FeCl3溶剂时，PEDOT膜的表面电阻在600Ω左右，而以乙酸乙酯和碳酸二乙酯为溶剂时PEDOT膜的表面电阻分别为990Ω和1438Ω。在上述样品中，氧化剂的吸附量和吸附FeCl3膜的均匀性是决定液相沉降聚合PEDOT膜导电性的关键因素。以乙酸乙酯为溶剂时，总氧化剂当量为4.29mmol/m２，大于以乙醇为溶剂时的吸附量3.66mmol/m２；但以乙酸乙酯为FeCl3溶剂时所得PEDOT膜的表面电阻却高过乙醇为溶剂所得PEDOT膜的表面电阻约50％，如表中所示。

这应是乙酸乙酯为溶剂时吸附的FeCl3不均所致。本液相沉降聚合以非极性的环己烷为EDOT溶剂，FeCl3在环己烷中的溶解度仅为0.25g/100g。尽管FeCl3能溶于PI膜表面的滞流层，氧化EDOT单体聚合。但在环己烷中Fe3+的扩散半径有限，导致液相沉积聚合PEDOT膜 不 均 匀，表 面 电 阻 大。 在 以 环 己 烷 为EDOT溶剂的液相沉降聚合中，吸附氧化剂的量和均匀性都是决定所得PEDOT膜导电性的关键因素。氧化剂的吸附量越大、吸附FeCl3膜越均匀所制得的PEDOT膜导电性越好。

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