[發明專利]具有花形微結構的導電聚合物柔性薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201310573830.9
• 申請日: 2013-11-15
• 公開（公告）號: CN103588986A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 胡秀杰;李宇鑫;周樹云;楊麗;孫承華;嚴峻;肖時卓;陳萍
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: C08J7/00
• 分類號: C08J7/00;C08J7/06;C08G61/12;C08L65/00
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 李柏

技術領域

本發明屬于高導電性聚合物柔性薄膜領域，特別涉及具有花形微結構的導電聚合物柔性薄膜及其制備方法。

背景技術

由于柔性光電器件的方便使用，易于攜帶和存放，日益成為未來的發展趨勢，作為柔性光電器件電極材料的高導電性柔性薄膜材料的研究已引起了人們的廣泛關注。這種電極材料不僅要求具有優異的電性能而且要求能夠自由彎曲、卷繞、折疊，承受多次的動態彎折而不損壞其性能。現有研究中盡管柔性ITO具備理想的導電性，但不耐彎折，而且資源有限，急待尋找新的替代材料。

在柔性薄膜材料追求高電導率、高透過率、強耐彎折性等方面，導電聚合物作為一種新型的柔性薄膜材料，具有很好的應用前景。導電聚合物是一類具有π共軛長鏈結構的經過化學或電化學氧化還原反應能夠導電的聚合物材料，其通過氣相聚合制備成的薄膜具有高電導率、高透過率等優點，已經引起了人們的關注。Winther-Jensen和West等人（Macromolecules,2004,37,4538-4543）通過在高溫條件下，使用對甲苯磺酸鐵為氧化劑，正丁醇為溶劑，通過氣相聚合（Vapor?Phase?Polymerization）的方法在PET薄膜表面制備了具有高電導率、高透過率的PEDOT柔性薄膜，電導率可以達到1000S/cm。Levermore等人（Adv.Mater.,2007,19,2379-2385）通過高溫回火的后處理方式，得到了電導率為1180S/cm的PEDOT薄膜。Murphy等人（J.Mater.Chem.,2012,22,14889-14895）利用真空氣相聚合的方法，并獲得了電導率2500S/cm的PEDOT薄膜。這些研究主要是采用對甲苯磺酸鐵為氧化劑，通過真空、高溫及高溫回火等后處理方式獲得較高電導率的PEDOT薄膜，上述方法不僅耗能，而且不利于工業化生產。而采用三氯化鐵為氧化劑時，即使通過真空、高溫等手段，氣相聚合得到的PEDOT薄膜的電導率通常在1000S/cm左右。

發明內容

本發明的目的之一是提供具有獨特花形微結構的高導電性聚合物柔性薄膜。

本發明的目的之二是提供以三氯化鐵為氧化劑，無需真空、高溫及任何添加劑，在室溫溫和的條件下，通過氣相聚合（VPP）法制備具有獨特花形微結構的高導電性聚合物柔性薄膜的制備方法。

本發明的具有獨特花形微結構的導電聚合物柔性薄膜是由柔性基底與導電聚（3,4-二氧乙基）噻吩（PEDOT）柔性薄膜構成，且在導電聚（3,4-二氧乙基）噻吩（PEDOT）柔性薄膜的表面具有獨特的花形微結構，所述的花形微結構呈凹陷狀。

所述的導電聚（3,4-二氧乙基）噻吩（PEDOT）柔性薄膜中的平坦區的厚度為50～110nm。

所述的導電聚（3,4-二氧乙基）噻吩（PEDOT）柔性薄膜的透光率為85%～95%，總的電導率為810～1500S/cm。

對所述的導電聚（3,4-二氧乙基）噻吩（PEDOT）柔性薄膜中呈凹陷狀的花形微結構的微區進行電導率測量，所測電阻較所述的導電聚（3,4-二氧乙基）噻吩（PEDOT）柔性薄膜中的平坦區更低，表明呈凹陷狀的花形微結構的微區的電導率更高，因此花形微結構的產生更有利于獲得電導率更高、光透過率更好的導電聚合物柔性薄膜。具體結果為花形微結構的微區的電導率為1400～2700S/cm。

本發明的具有獨特花形微結構的導電聚合物柔性薄膜的制備方法是將含有三氯化鐵的乙醇溶液旋涂到柔性基底的表面，然后在反應室內，于室溫、常壓條件下，與3,4-二氧乙基噻吩（EDOT）單體的氣體進行氣相聚合，通過控制反應時間，即可得到不同厚度的高電導率、高透光率的具有花形微結構的導電聚（3,4-二氧乙基）噻吩柔性薄膜，柔性薄膜的表面具有花形微結構，柔性薄膜的厚度為50～110nm。該制備方法包括以下步驟：

a）將氧化劑三氯化鐵（FeCl₃）粉末超聲溶解于乙醇溶液中，得到固含量為1～10wt%的含有三氯化鐵的乙醇溶液；

b）將步驟a）得到的含有三氯化鐵的乙醇溶液滴到柔性基底的表面，通過旋涂的方法（優選旋涂的轉速為2000～4000r/min），使柔性基底的表面均勻涂覆一層含有三氯化鐵的乙醇溶液；