聚乙二醇对PEDOT-PSS导电性能的影响

匝扳第48卷第19期2008年10月简报聚乙二醇对 PEDOT-PS导电性能的影响王铁军齐英群徐景坤胡秀杰陈萍(中国科学院理化技术研究所,北京100101.*联系人,Emai:chenla@mail.ipc.ac.cn)摘要通过共混法将不同浓度的聚乙二醇(PEG)加入聚二氧乙基噻吩麇聚对苯乙烯磺酸( PEDOT-PSS)中制备了 PEDOT-PSS/PEG复合膜.采用四探针法测量复合膜的电导率.实验结果表明聚乙二醇的加入明显影响 PEDOT-PSS的电导率.随着聚乙二醇浓度的增加,复合膜的电导率迅速增加至最大值,然后缓慢下降.而且,聚乙二醇分子量和环境温度对复合膜的电导率也影响很大.在lnσc和T-之间存在一个良好的线性关系关键词 PEDOT-PSS PEG电导率复合膜四探针法导电高分子自发现以来由于其广泛的应用前景,2结果和讨论已经引起了人们的高度关注2·其中聚二氧乙基噻吩2.1PECG的浓度和分子量对 PEDOT-PSS I电导率的( PEDOT)的掺杂态具有电导率高在空气中结构和电影响导率高度稳定等卓越性能,因而成为导电高分子新的在 PEDOT-PSS水溶液中分别加入不同浓度的分研究热点.本征态的 PEDOT导电性很差而且不熔不子量为40,800,2000的聚乙二醇简称PEG后涂布溶,聚(对苯乙烯磺酸)根阴离子(PSS)掺杂的 PEDOT成膜.膜干燥后采用四探针法测其电导率.图1所可以分散溶解在水溶液中,涂布成膜后在空气中非常表示的是上述各种复合膜的电导率随加入的不同分子稳定,同时具有高电导率,水溶液可以进一步加工处量的PEG的浓度变化曲线,其中未加PEG的PE理4,因而大大地促进了 PEDOT的应用.以 PEDOT-DOT-PSS薄膜的电导率为0.1S/cm,而在加入PSS为对象,研究影响其电导率的因素不仅有利于提PEG400后膜电导率随浓度的增加有很大的变化并高 PEDOT材料的性能促进材料的应用,同时有利且电导率与浓度之间存在如下关系:当PEG400浓度于研究导电聚合物导电机理中的一些基本问题及其影从0增加至1×102molL时,电导率从01S/m缓响因素本文通过共混法制备了 PEDOT-PSS和聚乙慢增加至024s/m.当浓度从1102mon增加至醇(PEG)复合膜,并利用四探针法测试了 PEdOT-406×10-2mol时,电导率急剧增加并在浓度为4.06PSS/PEG复合膜的导电性能.有关这方面的研究尚未10-2mol/L时达到最大值177S/cm,提高了两个数量级.此后随着浓度的增加电导率逐渐降低.加入见报道PEG800时,浓度从0增加至1.×10-2mol,电导率1实验变化较大,从0.1s/cm增加至1.7S/cm.此后电导率(.i)试剂和仪器. PEDT-PSS水溶液(商品名急剧增加,并在浓度为3.13.×10-2moL时电导率达Baytron P, Bayer AG公司,聚乙二醇40,.800.200最大值142scm,也提高了两个数量级然后随着浓(分析纯,Merk- Schuchard). Advantest r6142pro-度的增加电导率也逐渐降低.加入PEG2000时电导grammable do电位/电流发生器和 Keithley196型万率在PEG浓度为0-1.25.×102mol/L范围内急剧增用表.测厚仪(上海第二光学仪器厂)加至最大值6.5S/cm,提高了一个数量级.此后随着i)复合膜的制备.将不同量和不同分子量的浓度的增加电导率迅速降低.由于PEG2000分子量聚乙二醇与 PEDT-PSS水洛液混合溶解后搅拌24h,大,当浓度增加至3.33×102m时得不到良好的涂布在经过清洁处理的玻璃基板上,70·℃下干燥24h薄膜.此外,分子量对电导率的影响也是显而易见的后成膜,厚度为30~50μmi)电导率的测量.采用四探针法测量膜的电在较低浓度时,PEG分子量越大,电导率越高;而在导率.并在变温条件下对复合膜的电导率进行测量较高浓度时,PEG分子量越大,电导率越低.另外,随着PEG分子量的增加,电导率曲线峰值左移报第48卷第19期2003年10月斛边扳其中α为定域态长度,EF为在费米能级的态密度,k为玻尔兹曼常数,Z为最邻近的数目.由(1)式得到●PEG800▲PEG2000Ino pd(T)=-(T/T)+Ing o5≌由 Ino()-T-2直线斜率,可以计算出载流子跳跃的能垒T0经计算, PEDOT-PSS/PEG复合膜的T0745K.与 PEDOT-PSS薄膜的T=~1700K5比较要低得多,如图2所示.由此分析PEG的加入可能使载流子跃迁所需要的能量降低从而引起膜电导率的增加.3结论0.02.0406.08.0100120×10液度/moLPEG的加入对膜的电导率影响极大.此外,PEG的分子量对膜电导率的影响呈现规律性的变化随着图1PEG浓度和分子量对 PEDOT-PSS电导率的影响PEG浓度的增加 PEDOT-PSS/PEG复合膜的电导率存在一个最大值.复合膜的环境温度也对电导率的影而且,复合膜电导率最大值随PEG分子量的增加而响较大,在1np和T12之间存在良好的线性关系降低.经过分析,PEG的加入可能使载流子跃迁所需要的能2,2 PEDOT- PSS/PEG复合膜电导率与温度的关系量降低从而引起膜电导率的增加PEDOT- PSS/PEG复合膜的电导率受环境温度影致谢感谢中国科学院物理研究所龙云泽博士在测试方面响很大,它们之间的关系遵循一维变程跳跃模型(ID-给予的帮助o dd(r)=g gexp[-(TT) 1,(1)参考文献其中I Skotheim T A. Handbook of Conducting Polymers. New York:TO=8O/ZN()Marcel Dekker. 1986σⅸ(T为电导率,T为温度.σ为常数,T为载流子跳跃2 Skotheim T A, Elsembaumer R L, Reynolds JR. Handbook of的能垒.T0与定域长度和态密度的关系,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)图2温度对 PEDOT-PSS/PEG复合膜电导率的影响PEG400浓度=7.1810-2mol/L