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離子液體助力提升PEDOT:PSS 的電子器件的性能

2024-08-26 13:11:37 sh默尼 7
PEDOT:PSS由兩種主要成分組成: PEDOT具有電子導(dǎo)電性，而 PSS 則是一種聚電解質(zhì)具有穩(wěn)定性和水溶性。單獨(dú)使用時(shí)，PEDOT 通常不溶于大多數(shù)溶劑，在加工過(guò)程中會(huì)遇到困難。然而，當(dāng) PEDOT 與 PSS 結(jié)合時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一種穩(wěn)定的化合物，可有效地分散于水和某些極性有機(jī)溶劑中。由于 PEDOT:PSS 具有出色的溶解性，因此只要具備適當(dāng)?shù)牧髯儗傩?，就能通過(guò)旋涂、噴墨打印或絲網(wǎng)印刷等各種基于溶液的技術(shù)制作出一致、均勻的導(dǎo)電薄膜。因此，PEDOT:PSS 已廣泛應(yīng)用于能源轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)、傳感器和生物電子學(xué)等領(lǐng)域。然而，未經(jīng)處理的PEDOT:PSS 薄膜表現(xiàn)出不合格的導(dǎo)電性(小于 1 S cm-1)，原因是其核(PEDOT)殼(PSS)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致缺乏明確且不間斷的電荷傳輸通道，商業(yè)懸浮液中存在過(guò)量的絕緣 PSS(PEDOT/PSS 比約為 1:2。因此，作為導(dǎo)電聚合物內(nèi)部的電荷載流子，原始 PEDOT:PSS 中的極子(一種與晶格畸變相關(guān)的自由基離子)和雙極子的濃度較低，而且是局部的。有必要進(jìn)行二次摻雜或使用導(dǎo)電增強(qiáng)劑，以便在聚合物鏈中引入更多的自由移動(dòng)電荷載流子，從而提高導(dǎo)電率。PEDOT:PSS 是否適用于各種可拉伸電子配方取決于其機(jī)械性能，然而，由于PEDOT 和 PEDOT:PSS 固有的剛性共結(jié)構(gòu)(至少在原始狀態(tài)下是如此)它們?cè)谌魏吻闆r下都是脆性的，因而不具備可拉伸性。通過(guò)在 PEDOT 和 PSS 段之間生成柔性域并促使聚合物鏈排列，幾種添加劑能夠使 PEDOT:PSS 更具延展性，從而有助于減小拉伸過(guò)程中的應(yīng)力，最終提高材料的拉伸性。此外，PEDOT:PSS 的導(dǎo)電性和拉伸性之間通常存在權(quán)衡，因?yàn)橐岣?PEDOT:PSS 的導(dǎo)電性，通常需要?jiǎng)?chuàng)建更密集和相互連接的結(jié)構(gòu)，這可能會(huì)限制其拉伸而不斷裂的能力。


值得注意的是，作為導(dǎo)電增強(qiáng)劑和增塑劑，離子液體具有催化 PEDOT:PSS 結(jié)構(gòu)重組的能力，同時(shí)還能在更大范圍內(nèi)促進(jìn)有序晶體和導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的形成。離子液體有別于其他添加劑的一個(gè)顯著特點(diǎn)是它們能夠協(xié)調(diào) PEDOT:PSS 的多種屬性，包括導(dǎo)電性、可變形性和可印刷性。PEDOT:PSS/復(fù)合材料的性能得到了提升，因此在生物電子學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用，包括 TEGOECT、生物電位記錄電極，甚至作為電池的粘合劑。然而，雖然已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步但一些關(guān)鍵性的挑戰(zhàn)仍然擺在眼前，因此有必要在未來(lái)集中精力，充分發(fā)揮依賴于PEDOT:PSS/離子液體復(fù)合材料的個(gè)性化生物電子設(shè)備的潛力。


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