等通扳第48卷第19期2003年10月簡(jiǎn)報(bào)聚乙二醇對(duì) PEDOT-PS導(dǎo)電性能的影響王鐵軍齊英群徐景坤胡秀杰陳萍(中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所,北京100101.*聯(lián)系人,E-mail: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聚對(duì)苯乙烯磺酸( PEDOT-PSS)中制備了 PEDOT-PSS/PEG復(fù)合膜.采用四探針?lè)y(cè)量復(fù)合膜的電導(dǎo)率.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明聚乙二醇的加入明顯影響 PEDOT-PSS的電導(dǎo)率.隨著聚乙二醇濃度的增加,復(fù)合膜的電導(dǎo)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(duì)復(fù)合膜的電導(dǎo)率也影響很大.在lnoⅸc和T-2之間存在一個(gè)良好的線性關(guān)系關(guān)鍵詞 PEDOT- PSS PEG電導(dǎo)率復(fù)合膜四探針?lè)▽?dǎo)電高分子自發(fā)現(xiàn)以來(lái)由于其廣泛的應(yīng)用前景,2結(jié)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21PEG的濃度和分子量對(duì) PEDOT-PSS電導(dǎo)率的( PEDOT)的摻雜態(tài)具有電導(dǎo)率高在空氣中結(jié)構(gòu)和電影響導(dǎo)率高度穩(wěn)定等卓越性能,因而成為導(dǎo)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(dǎo)電性很差而且不熔不子量為400,80,2000的聚乙二醇(簡(jiǎn)稱PEG后涂布溶,聚(對(duì)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(cè)其電導(dǎo)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(fù)合膜的電導(dǎo)率隨加入的不同分子穩(wěn)定,同時(shí)具有高電導(dǎo)率,水溶液可以進(jìn)一步加工處量的PEG的濃度變化曲線.其中未加PEG的PE理4,因而大大地促進(jìn)了 PEDOT的應(yīng)用.以 PEDOT-DOT-PSS薄膜的電導(dǎo)率為0.1S/cm.而在加入PSS為對(duì)象,研究影響其電導(dǎo)率的因素不僅有利于提PG400后膜電導(dǎo)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(yīng)用,同時(shí)有利且電導(dǎo)率與濃度之間存在如下關(guān)系:當(dāng)PEG400濃度于研究導(dǎo)電聚合物導(dǎo)電機(jī)理中的一些基本問(wèn)題及其影從0增加至1.>102moL時(shí),電導(dǎo)率從01S/cm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(dāng)濃度從1.×102mon增加至醇(PEG)復(fù)合膜,并利用四探針?lè)y(cè)試了PEDO406.×102mol/時(shí),電導(dǎo)率急劇增加并在濃度為PSS/PEG復(fù)合膜的導(dǎo)電性能.有關(guān)這方面的研究尚未10-2mol/L時(shí)達(dá)到最大值17.7S/cm,提高了兩個(gè)數(shù)見(jiàn)報(bào)道量級(jí).此后隨著濃度的增加電導(dǎo)率逐漸降低.加入PEG800時(shí),濃度從0增加至1×10-2mol/L,電導(dǎo)率1實(shí)驗(yàn)變化較大,從0.1s/cm增加至1.7S/cm.此后電導(dǎo)率(.i)試劑和儀器. PEDT-PSS水溶液(商品名急劇增加,并在濃度為3.13×102moL時(shí)電導(dǎo)率達(dá)Baytron P, Bayer AG公司),聚乙二醇40,.800.2000最大值142s/cm,也提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)然后隨著濃(分析純,Mrck- Schuchardt. Advantest r6142pro-度的增加電導(dǎo)率也逐漸降低.加入PEG2000時(shí)電導(dǎo)grammable dc電位/電流發(fā)生器和 Keithley196型萬(wàn)率在PEG濃度為0~1.25.×10-2mol/L范圍內(nèi)急劇增用表.測(cè)厚儀(上海第二光學(xué)儀器廠)加至最大值6.5S/cm,提高了一個(gè)數(shù)量級(jí).此后隨著(-i)復(fù)合膜的制備.將不同量和不同分子量的濃度的增加電導(dǎo)率迅速降低.由于PEG2000分子量聚乙二醇與 PEDT-PSS水溶液混合溶解后攪拌24h,大,當(dāng)濃度增加至333×102moL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(duì)電導(dǎo)率的影響也是顯而易見(jiàn)的后成膜,厚度為30~50mi)電導(dǎo)率的測(cè)量.采用四探針?lè)y(cè)量膜的電在較低濃度中國(guó)煤化工導(dǎo)率越高:而在導(dǎo)率.并在變溫條件下對(duì)復(fù)合膜的電導(dǎo)率進(jìn)行測(cè)量.較高濃度時(shí)CNMHG越低,另外,隨著PEG分子量的增加,電導(dǎo)率曲線峰值左移20拓方數(shù)據(jù)www.scichina.com簡(jiǎn)報(bào)第48卷第19期2003年10月斜學(xué)通扳其中α為定域態(tài)長(zhǎng)度,E為在費(fèi)米能級(jí)的態(tài)密度,k為■PEG400PEG800玻爾茲曼常數(shù),Z為最鄰近的數(shù)目.由(1)式得到▲PEG2000由 Ing(η)-T-2直線斜率,可以計(jì)算出載流子跳躍的能壘T經(jīng)計(jì)算, PEDOT-PSS/PEG復(fù)合膜的T0=-745K.與 PEDOT-PSS薄膜的T0=~1700K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(dǎo)率的增加3結(jié)論00204.0608.010012.0×10濃度molL1PEG的加入對(duì)膜的電導(dǎo)率影響極大.此外,PEC的分子量對(duì)膜電導(dǎo)率的影響呈現(xiàn)規(guī)律性的變化.隨著圖1PEG濃度和分子量對(duì) PEDOT-PSS電導(dǎo)率的影響PEG濃度的增加 PEDOT-PSS/PEG復(fù)合膜的電導(dǎo)率存在一個(gè)最大值.復(fù)合膜的環(huán)境溫度也對(duì)電導(dǎo)率的影而且,復(fù)合膜電導(dǎo)率最大值隨PEG分子量的增加而響較大,在 Ing和T1之間存在良好的線性關(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(fù)合膜電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系量降低從而引起膜電導(dǎo)率的增加PEDOT-PSS/PEG復(fù)合膜的電導(dǎo)率受環(huán)境溫度影致謝感謝中國(guó)科學(xué)院物理研究所龍?jiān)茲刹┦吭跍y(cè)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VRHo dd(r)=o exp[-(T/T)1參考文獻(xiàn)其中I Skotheim T A. Handbook of Conducting Polymers. New York:TO= 8a/ZNEEMarcel Dekker. 1986oD(T)為電導(dǎo)率T為溫度0o為常數(shù),T為載流子跳躍2 Skotheim T A. ElsembaumerR L, Reynolds jr. Handbook of的能壘.T與定域長(zhǎng)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 soluble(3, 4-ethylenedioxythiophene)s: spectroscopic study and elec-trochemical characterization. Journal of Material Chemistry, 20014 Lefebvre M, Qi Z, Rana D, et al. Chemical synthesis, characterzation and electrochemical studies of poly (3, 4-cthylenedioxyth-ohene)/poly(styrene-4-sulfonate) composites. Chemical Materi-25 Kim JY, Jung JH, Lee d e, et al. Enhancemductivity of poly(3, 4-ethylenedioxythiophene)/poly(styrene-4-sul-Ifonate)by a change of solvents. Synthetic Metals, 2002, 126311~3162003-07-24收稿,2003-09-09收修改稿)圖2溫度對(duì) PEDOT- PSS/PEG復(fù)合膜電導(dǎo)率的影響PEG400濃度=7.1810-2molL中國(guó)煤化工CNMHG際方數(shù)d捐 sina. com037