耐水性聚噻吩透明导电材料的合成及性能研究

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聚3,4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸钠(PEDOT∶PSS)薄膜具备高电导率、高透明性、良好的稳定性、优异的可加工性能,因而在许多领域受到广泛的应用,然而PEDOT∶PSS薄膜耐水性差,限制了PEDOT∶PSS所制备器件的使用性能。为了解决PEDOT∶PSS导电薄膜的耐水性问题,本文采用以下两个解决方案,具体研究工作如下:  一、本文采用含有碳碳双键结构的甲基丙烯酸异氰基乙酯(MOI)接枝聚对苯乙烯磺酸钠(SSNa)-丙烯酸羟乙酯(HEA)(MOI-P(SS-HEA))作为多功能对阴离子参与PEDOT合成,制备了可紫外辐照交联的PEDOT∶MOI-P(SS-HEA)导电分散液,研究发现,紫外辐照交联后PEDOT∶MOI-P(SS-HEA)-C薄膜具有良好的耐环境湿度、耐水性及耐热性。相比传统的PEDOT∶PSS薄膜,PEDOT∶MOI-P(SS-HEA)-C薄膜在30%、60%、100%的湿度条件下显现出更小的吸水率,而接触角表明PEDOT∶MOI-P(SS-HEA)-C薄膜相对PEDOT∶PSS薄膜亲水性下降,耐水性提升。同时,PEDOT∶MOI-P(SS-HEA)-C薄膜呈现更好的电导率热稳定性,在150℃的条件下放置50h后,PEDOT∶MOI-P(SS-HEA)-C薄膜的电导率变为原来的61%,而PEDOT∶PSS薄膜则只剩余原有电导率的19%。  二、采用苯乙烯磺酸钠(SSNa)与丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸羟丙酯(HPA)共聚,通过研究乳化剂的类型及乳化剂的加入量对乳液粒径的影响,合成出粒径约为84 nm的P(SS-HPA-BA)乳液,并将其作为多功能对阴离子参与PEDOT的合成,制备了PEDOT∶P(SS-HPA-BA)导电分散液。结果显示,相比传统的PEDOT∶PSS薄膜,PEDOT∶P(SS-HPA-BA)-1.5薄膜具有更好的柔性和耐水性。PEDOT∶P(SS-HPA-BA)-1.5薄膜对折后不断裂,留有折痕,而PEDOT∶PSS薄膜断裂成两半;接触角表明PEDOT∶P(SS-HPA-BA)-1.5薄膜相对 PEDOT∶PSS薄膜亲水性下降;PEDOT∶P(SS-HPA-BA)-1.5在水中可以保持一定的柔韧性,弯折后不断裂,而PEDOT∶PSS薄膜裂成碎片;同时PEDOT∶P(SS-HPA-BA)-1.5薄膜在水中浸泡超过1周不从玻璃基板上脱落,而PEDOT∶PSS薄膜浸泡3 min后便碎成片状。最后将两种方案制得的PEDOT导电膜进行了性能对比,结果表明,两种方案得到的薄膜均呈现良好的透光性。但引入交联结构的方案可以获得具有更好耐环境湿度的薄膜,而采用三元共聚乳液的方案得到的薄膜在水中呈现更好的柔性和耐水性。
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