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随着个人信息平台与物联网的发展,柔性、可穿戴电子器件需求的增长已经
渗透到现代电子工业、材料工业和诸多相关多学科领域中,其要求传感器能够附
着于织物表面,或使用胶黏带、皮带直接安装在人类皮肤上等,输出物理或化学
信号,从而实现疾病诊断、健康监测或身体运动监测等方面的功能。柔性可穿戴
电子器件的发展对于推动中国生命健康、医疗卫生、人工智能等方面的进一步发
展具有重要的现实意义。柔性电子器件通常需要包含能够进行电荷传导的导电电
极材料,而传统的电极材料如单晶硅、多晶金属或金属氧化物等,普遍具有密度
大、质脆和刚硬的缺点,难以贴合曲面结构或进行拉伸,从而限制了其在柔性传
感器方面的应用。而导电高分子材料,通常为具有共轭π键的分子链,能够在保
留高分子固有的低密度、柔性高等优势的前提下,通过掺杂(导电聚合物主链发
生部分氧化或还原)来实现从半导体到导体的电导率范围变化(1×10–6~1×104
S/cm)[4-6],从而在柔性可穿戴传感器应用方面具有极大的优势。
本文以简便、低成本的化学氧化法一步合成PEDOT:PSS悬浮液,并通过简单
的抽滤方式,快速去除水分,避免涂膜等方式在薄膜烘干或晾干过程中导致的颗
粒团聚现象,使PEDOT:PSS在滤膜上均匀沉积,制得纯PEDOT:PSS自支撑薄膜。
对悬浮液进行了粒径、紫外-可见吸收光谱表征,对自支撑薄膜进行了傅里叶变
换红外光谱验证,并测试了其电导率、微观形貌与力学性能。
摘要:以3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)为原料,聚对苯乙烯磺酸钠(PSS-Na)
为分散剂和掺杂剂,通过化学氧化合成法在水体系中聚合制备了聚(3,4-乙烯二氧
噻吩):聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)悬浮液,通过真空抽滤法制备了PEDOT:PSS
自支撑柔性导电薄膜。通过FTIR、UV-Vis对聚合产物结构进行了表征与确证,通
过四探针电导率测试、SEM、拉伸断裂强度测试对PEDOT:PSS薄膜的导电性、微
观形貌与力学性能进行了表征。结果表明,成功制备了PEDOT:PSS目标产物,在
氧化剂过硫酸铵与单体EDOT物质的量比为0.875时达到最佳电导率(19.19S/cm)。
自支撑薄膜厚度约18μm,在25℃,40%~60%相对湿度范围内拉伸强度达到
45~60MPa,具有良好的导电性与机械性能。
结论
以EDOT为单体,PSS-Na为分散剂,成功制备了导电聚合物PEDOT:PSS的悬
浮液,并探究得到了实验条件下氧化剂(NH4)2S2O8与单体EDOT的最佳投料比为
n〔(NH4)2S2O8〕∶n(EDOT)=0.875∶1,制得的PEDOT:PSS薄膜最高电导率为19.19
S/cm,且在空气中室温放置6个月保持稳定。PEDOT:PSS自支撑薄膜厚度约18μm,
具备明显的柔性,其拉伸强度在25℃,40%~60%相对湿度下达到了45~60MPa,
具备较高的机械性能与导电性,可作为柔性电极用于可穿戴传感器等领域。
图文导读
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