聚乙二醇對PEDOT-PSS導電性能的影響

匝扳第48卷第19期2008年10月簡(jiǎn)報聚乙二醇對 PEDOT-PS導電性能的影響王鐵軍齊英群徐景坤胡秀杰陳萍(中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所,北京100101.*聯(lián)系人,Emai:chenla@mail.ipc.ac.cn)摘要通過(guò)共混法將不同濃度的聚乙二醇(PEG)加入聚二氧乙基噻吩麇聚對苯乙烯磺酸( PEDOT-PSS)中制備了 PEDOT-PSS/PEG復合膜.采用四探針?lè )y量復合膜的電導率.實(shí)驗結果表明聚乙二醇的加入明顯影響 PEDOT-PSS的電導率.隨著(zhù)聚乙二醇濃度的增加,復合膜的電導率迅速增加至最大值,然后緩慢下降.而且,聚乙二醇分子量和環(huán)境溫度對復合膜的電導率也影響很大.在lnσc和T-之間存在一個(gè)良好的線(xiàn)性關(guān)系關(guān)鍵詞 PEDOT-PSS PEG電導率復合膜四探針?lè )▽щ姼叻肿幼园l(fā)現以來(lái)由于其廣泛的應用前景,2結果和討論已經(jīng)引起了人們的高度關(guān)注2·其中聚二氧乙基噻吩2.1PECG的濃度和分子量對 PEDOT-PSS I電導率的( PEDOT)的摻雜態(tài)具有電導率高在空氣中結構和電影響導率高度穩定等卓越性能,因而成為導電高分子新的在 PEDOT-PSS水溶液中分別加入不同濃度的分研究熱點(diǎn).本征態(tài)的 PEDOT導電性很差而且不熔不子量為40,800,2000的聚乙二醇簡(jiǎn)稱(chēng)PEG后涂布溶,聚(對苯乙烯磺酸)根陰離子(PSS)摻雜的 PEDOT成膜.膜干燥后采用四探針?lè )y其電導率.圖1所可以分散溶解在水溶液中,涂布成膜后在空氣中非常表示的是上述各種復合膜的電導率隨加入的不同分子穩定,同時(shí)具有高電導率,水溶液可以進(jìn)一步加工處量的PEG的濃度變化曲線(xiàn),其中未加PEG的PE理4,因而大大地促進(jìn)了 PEDOT的應用.以 PEDOT-DOT-PSS薄膜的電導率為0.1S/cm,而在加入PSS為對象,研究影響其電導率的因素不僅有利于提PEG400后膜電導率隨濃度的增加有很大的變化并高 PEDOT材料的性能促進(jìn)材料的應用,同時(shí)有利且電導率與濃度之間存在如下關(guān)系:當PEG400濃度于研究導電聚合物導電機理中的一些基本問(wèn)題及其影從0增加至1×102molL時(shí),電導率從01S/m緩響因素本文通過(guò)共混法制備了 PEDOT-PSS和聚乙慢增加至024s/m.當濃度從1102mon增加至醇(PEG)復合膜,并利用四探針?lè )y試了 PEdOT-406×10-2mol時(shí),電導率急劇增加并在濃度為4.06PSS/PEG復合膜的導電性能.有關(guān)這方面的研究尚未10-2mol/L時(shí)達到最大值177S/cm,提高了兩個(gè)數量級.此后隨著(zhù)濃度的增加電導率逐漸降低.加入見(jiàn)報道PEG800時(shí),濃度從0增加至1.×10-2mol,電導率1實(shí)驗變化較大,從0.1s/cm增加至1.7S/cm.此后電導率(.i)試劑和儀器. PEDT-PSS水溶液(商品名急劇增加,并在濃度為3.13.×10-2moL時(shí)電導率達Baytron P, Bayer AG公司,聚乙二醇40,.800.200最大值142scm,也提高了兩個(gè)數量級然后隨著(zhù)濃(分析純,Merk- Schuchard). Advantest r6142pro-度的增加電導率也逐漸降低.加入PEG2000時(shí)電導grammable do電位/電流發(fā)生器和 Keithley196型萬(wàn)率在PEG濃度為0-1.25.×102mol/L范圍內急劇增用表.測厚儀(上海第二光學(xué)儀器廠(chǎng))加至最大值6.5S/cm,提高了一個(gè)數量級.此后隨著(zhù)i)復合膜的制備.將不同量和不同分子量的濃度的增加電導率迅速降低.由于PEG2000分子量聚乙二醇與 PEDT-PSS水洛液混合溶解后攪拌24h,大,當濃度增加至3.33×102m時(shí)得不到良好的涂布在經(jīng)過(guò)清潔處理的玻璃基板上,70·℃下干燥24h薄膜.此外,分子量對電導率的影響也是顯而易見(jiàn)的后成膜,厚度為30~50μmi)電導率的測量.采用四探針?lè )y量膜的電在較低濃度時(shí),PEG分子量越大,電導率越高;而在導率.并在變溫條件下對復合膜的電導率進(jìn)行測量較高濃度時(shí),PEG分子量越大,電導率越低.另外,隨著(zhù)PEG分子量的增加,電導率曲線(xiàn)峰值左移報第48卷第19期2003年10月斛邊扳其中α為定域態(tài)長(cháng)度,EF為在費米能級的態(tài)密度,k為玻爾茲曼常數,Z為最鄰近的數目.由(1)式得到●PEG800▲PEG2000Ino pd(T)=-(T/T)+Ing o5≌由 Ino()-T-2直線(xiàn)斜率,可以計算出載流子跳躍的能壘T0經(jīng)計算, PEDOT-PSS/PEG復合膜的T0745K.與 PEDOT-PSS薄膜的T=~1700K5比較要低得多,如圖2所示.由此分析PEG的加入可能使載流子躍遷所需要的能量降低從而引起膜電導率的增加.3結論0.02.0406.08.0100120×10液度/moLPEG的加入對膜的電導率影響極大.此外,PEG的分子量對膜電導率的影響呈現規律性的變化隨著(zhù)圖1PEG濃度和分子量對 PEDOT-PSS電導率的影響PEG濃度的增加 PEDOT-PSS/PEG復合膜的電導率存在一個(gè)最大值.復合膜的環(huán)境溫度也對電導率的影而且,復合膜電導率最大值隨PEG分子量的增加而響較大,在1np和T12之間存在良好的線(xiàn)性關(guān)系降低.經(jīng)過(guò)分析,PEG的加入可能使載流子躍遷所需要的能2,2 PEDOT- PSS/PEG復合膜電導率與溫度的關(guān)系量降低從而引起膜電導率的增加PEDOT- PSS/PEG復合膜的電導率受環(huán)境溫度影致謝感謝中國科學(xué)院物理研究所龍云澤博士在測試方面響很大,它們之間的關(guān)系遵循一維變程跳躍模型(ID-給予的幫助o dd(r)=g gexp[-(TT) 1,(1)參考文獻其中I Skotheim T A. Handbook of Conducting Polymers. New York:TO=8O/ZN()Marcel Dekker. 1986σⅸ(T為電導率,T為溫度.σ為常數,T為載流子跳躍2 Skotheim T A, Elsembaumer R L, Reynolds JR. Handbook of的能壘.T0與定域長(cháng)度和態(tài)密度的關(guān)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 solubleJournal of Material Chemistry, 20012.611:137813824 Lefebvre M. Qi Z, Rana D, et al. Chemical synthesis, characteri2.4ohene )/poly(styrene-4-sulfonate) composites, Chemical Materials,1999,11:262-2685 Kim JY, Jung j H. Lee d E et al. Enhancement of electrical con-2.00.09311~316(2003-07-24收稿,2003-09-09收修改稿)圖2溫度對 PEDOT-PSS/PEG復合膜電導率的影響PEG400濃度=7.1810-2mol/L