高导电PEDOT:PSS纳米薄膜及其制备和转移方法与流程

本发明涉及有机光电领域，特别是指一种高导电PEDOT:PSS纳米薄膜及其制备和转移方法。

背景技术：

近年来，随着能源危机的日益加重，能量转换及能量存储等光电子器件越来越受到人们的关注。在能量转换器件方面，有机太阳能电池以其清洁、廉价、可再生、柔性等优越性，受到科学家的青睐。在能量存储方面，超级电容器由于具有充电时间短、功率密度高、库仑效率高及使用寿命长等优点成为当前研究热点。而目前光电子器件制作过程中涉及到金属电极的空气稳定性、非柔性及真空过程的高成本等，因此具有较好空气稳定性、高导电性柔性电极的开发迫在眉睫。

导电高分子由于具有较高的电导率、较好的空气稳定性及柔性等优点，被人们认为是取代ITO导电玻璃电极的理想选择。其中，产品化的导电聚合物PEDOT:PSS溶液的固相含量为0.6％～5.0％，PEDOT与PSS的质量比为5:8～1:20，其中，PEDOT为EDOT(3，4-乙烯二氧噻吩单体)的聚合物，PSS为聚苯乙烯磺酸盐，为提高PEDOT的溶解性而添加在溶液中。PEDOT:PSS溶液具有较高的电导率、可溶液加工性能、高透光率及热稳定性，且配方多样，可满足不同类型器件的要求，因而倍受青睐。

现在，常用的制备PEDOT:PSS薄膜的方法是滴涂，旋涂等，但滴涂法制备的薄膜过厚，无法满足实际需求，旋涂薄膜难以控制精确相应厚度，并无法实现大规模生产，使用抽滤的方法得到的PEDOT:PSS薄膜平整且有较高的电导率，如专利号CN105405977A中公开了使用抽滤的方法得到纳米薄膜，但需要先将PEDOT:PSS滴加到酸溶液中以提高薄膜的电导率，所得PEDOT:PSS薄膜中质量比为3:7～15:2的PEDOT以及PSS，所述PEDOT:PSS薄膜的厚度为1μm～50μm，方块电阻为0.10Ω/sq～120Ω/sq，电导率为210S/cm～1827S/cm。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种低成本，表面光滑、完整、电导率高的高导电PEDOT:PSS纳米薄膜及其制备和转移方法。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一种高导电PEDOT:PSS纳米薄膜，所述PEDOT:PSS纳米薄膜中PEDOT:PSS质量比为1:2.5，所述纳米薄膜的厚度为0.15μm～0.35μm，电导率为1300S/cm～1610S/cm。PEDOT与PSS以一定的比例混合，能形成均一分散的PEDOT:PSS水溶液，由于PSS在水中的溶解度较高，所以可以较大提高PEDOT:PSS的溶解度，得到分散性较好的溶液，且具有稳定的电导率，良好的透明度。

进一步的，所述PEDOT:PSS纳米薄膜中PEDOT:PSS质量比为1:1.2～1:1.7。

一种高导电PEDOT:PSS纳米薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：用有机溶剂将PEDOT:PSS溶液稀释，超声分散；

步骤2:将上述溶液平铺于微孔滤膜上；

步骤3：通过真空抽滤得到所述纳米薄膜。

其中：所述步骤1中，有机溶剂为乙醇、甲醇、二甲基亚砜、二甲基二甲酰胺、乙二醇中的一种或多种。

其中：所述步骤1中，稀释倍数为30～200倍。

其中：所述步骤2中，微孔滤膜的孔径小于0.5μm。

其中：所述步骤3中，所述纳米薄膜的厚度为0.2μm～0.25μm。

采用有机溶剂稀释的PEDOT：PSS制得的自支撑纳米薄膜，电导性能优异。

上述中任一所述的高导电PEDOT:PSS纳米薄膜的转移方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将载有纳米薄膜的微孔滤膜浸入去离子水中，进行脱膜；

步骤2：将脱落的纳米薄膜转移至塑料或者玻璃片基上；

步骤3：真空干燥。

其中：所述步骤3中，真空干燥的温度为100℃～120℃。

如将抽滤后得到的载有纳米薄膜的微孔滤膜完全干燥后再做脱膜处理，得不到完整的纳米薄膜且操作十分困难，若将未完全干燥的载有纳米薄膜的微孔滤膜置于水中，进行湿法转移，既可以得到完整的纳米薄膜且操作方便。

本发明具有以下有益效果：

与现有技术相比，上述方案中，PEDOT:PSS纳米薄膜中PEDOT:PSS质量比为1:2.5，更加节省了PEDOT:PSS的原材料成本，并且使用抽滤的方法更容易控制所需薄膜的厚度，使其应用更加方便，制得的纳米薄膜厚度均匀，为0.2μm～0.25μm，电导率为1300S/cm～1610S/cm，导电性能优异，制备工艺简单，流程短，在抽滤的薄膜干燥之前进行湿法转移，更易得到完整的纳米薄膜，且适于大规模生产。

附图说明

图1为PEDOT:PSS纳米薄膜的制备及转移流程图；

图2不同片基转移的PEDOT:PSS纳米薄膜及弹性示意图；

图3不同溶剂制备的透明PEDOT:PSS纳米薄膜示意图；

图4基于乙醇为溶剂制备的不同厚度的PEDOT:PSS纳米薄膜示意图；

图5不同溶剂制备的PEDOT:PSS纳米薄膜厚度柱状图；

图6不同有机溶剂制备的PEDOT:PSS纳米薄膜电导率柱状图；

图7 PEDOT:PSS纳米薄膜厚度与其用量的关系曲线；

图8基于乙醇为溶剂制备的不同厚度的PEDOT:PSS纳米薄膜电导率折线图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

实施例1

(1)将塑料(玻璃)片基用OTG清洗液清洗，去离子水清洗，乙醇清洗干净后，烘干备用；

(2)将100μL质量比为1:2.5的PEDOT:PSS加入6mL的乙醇(EtOH)中，超声分散，铺于微孔滤膜上；

(3)真空抽滤成膜；

(4)将载有薄膜的微孔滤膜浸没到去离子水中，脱膜；

(5)转移过程(图1所示)，将脱落的薄膜转移分别转移至塑料或玻璃片基上；

(6)将脱下的薄膜120℃下真空干燥；

(7)采用四探针法进行电导率测试，采用扫描电镜对薄膜的厚度进行测试。

如图5-6所示，制得的纳米薄膜的厚度为0.225μm，导电率为1400S/cm，薄膜柔韧性良好，在塑料和玻璃片基上都呈现了良好的透明度(图2所示)。

实施例2

(1)将塑料(玻璃)片基用OTG清洗液清洗，去离子水清洗，乙醇清洗干净后，烘干备用；

(2)将100μL质量比为1:2.5的PEDOT:PSS加入6mL的甲醇(MeOH)中，超声分散，铺与微孔滤膜上；

(3)真空抽滤成膜；

(4)将载有薄膜的微孔滤膜上浸没到去离子水中，脱膜；

(5)转移过程(图1所示)，将脱落的薄膜转移分别转移至塑料或玻璃片基上；

(6)将脱下的薄膜120℃下真空干燥；

(7)采用四探针法进行电导率测试，采用扫描电镜对薄膜的厚度进行测试。

如图5-6所示，制得的纳米薄膜的厚度为0.25μm，导电率为1590S/cm，薄膜柔韧性良好，在塑料和玻璃片基上都呈现了良好的透明度。

实施例3

(1)将塑料(玻璃)片基用OTG清洗液清洗，去离子水清洗，乙醇清洗干净后，烘干备用；

(2)将100μL质量比为1:2.5的PEDOT:PSS加入6mL的二甲基亚砜(DMSO)中，超声分散，铺于微孔滤膜上；

(3)真空抽滤成膜；

(4)将载有薄膜的微孔滤膜浸没到去离子水中，脱膜；

(5)转移过程(图1所示)，将脱落的薄膜转移分别转移至塑料或玻璃片基上；

(6)将脱下的薄膜120℃下真空干燥；

(7)采用四探针法进行电导率测试，采用扫描电镜对薄膜的厚度进行测试。

如图5-6所示，制得的纳米薄膜的厚度为0.227μm，导电率为1610S/cm，薄膜柔韧性良好，在塑料和玻璃片基上都呈现了良好的透明度(图2所示)。

实施例4

(1)将塑料(玻璃)片基用OTG清洗液清洗，去离子水清洗，乙醇清洗干净后，烘干备用；

(2)将100μL质量比为1:2.5的PEDOT:PSS加入6mL的二甲基甲酰胺(DMF)中，超声分散，铺于微孔滤膜上；

(3)真空抽滤成膜；

(4)将载有薄膜的微孔滤膜浸没到去离子水中，脱膜；

(5)转移过程(图1所示)，将脱落的薄膜转移分别转移至塑料或玻璃片基上；

(6)将脱下的薄膜120℃下真空干燥；

(7)采用四探针法进行电导率测试，采用扫描电镜对薄膜的厚度进行测试。

如图5-6所示，制得的纳米薄膜的厚度为0.225μm，导电率为1400S/cm，薄膜柔韧性良好，在塑料和玻璃片基上都呈现了良好的透明度(图2所示)。

实施例5

(1)将塑料(玻璃)片基用OTG清洗液清洗，去离子水清洗，乙醇清洗干净后，烘干备用；

(2)将100μL质量比为1:2.5的PEDOT:PSS加入6mL的乙二醇(EG)中，超声分散，铺于微孔滤膜上；

(3)真空抽滤成膜；

(4)将载有薄膜的微孔滤膜浸没到去离子水中，脱膜；

(5)转移过程(图1所示)，将脱落的薄膜转移分别转移至塑料或玻璃片基上；

(6)将脱下的薄膜120℃下真空干燥；

(7)采用四探针法进行电导率测试，采用扫描电镜对薄膜的厚度进行测试。

如图5-6所示，制得的纳米薄膜的厚度为0.225μm，测得导电率为1300S/cm，薄膜柔韧性良好，在塑料和玻璃片基上都呈现了良好的透明度(图2所示)。

实施例6

分别取质量比为1:2.5的PEDOT:PSS溶液30μL、50μL、100μL、200μL加入6mL的乙醇(EtOH)中，对转移抽滤后的薄膜，进行电导率和薄膜厚度的测试。

如图4所示，不同取量的PEDOT:PSS水溶液在塑料上的图片，随着PEDOOT:PSS用量的增大，薄膜的颜色逐渐加深。

如图7所示，薄膜厚度随着PEDOT:PSS取量的增加而增厚。

此外，如图8所示，纳米薄膜的电导率随着PEDOT:PSS取量的增加呈先增大后减小的趋势。

实施例7

将稀释于EtOH、MeOH、DMF、DMSO、EG的PEDOT:PSS制成的纳米薄膜，同等厚度条件下，如图3所示，纳米薄膜在塑料上表现出不同的透明度。

对比例1

(1)将塑料(玻璃)片基用OTG清洗液清洗，去离子水清洗，乙醇清洗干净后，烘干备用；

(2)将100μL质量比为1:2.5的PEDOT:PSS加入6mL的水中，超声分散，铺于微孔滤膜上；

(3)真空抽滤成膜；

(4)将载有薄膜的微孔滤膜浸没到去离子水中，脱膜；

(5)转移过程(图1所示)，将脱落的薄膜转移分别转移至塑料或玻璃片基上；

(6)将脱下的薄膜120℃下真空干燥；

(7)采用四探针法进行电导率测试，采用扫描电镜对薄膜的厚度进行测试。

制得的纳米薄膜的厚度为0.24μm，导电率为1.5S/cm。

对比例2

(1)将塑料(玻璃)片基用OTG清洗液清洗，去离子水清洗，乙醇清洗干净后，烘干备用；

(2)将100μL质量比为1:2.5的PEDOT:PSS加入6mL的异丙醇中，超声分散，铺于微孔滤膜上；

(3)真空抽滤成膜；

(4)将载有薄膜的微孔滤膜浸没到去离子水中，脱膜；

(5)转移过程(图1所示)，将脱落的薄膜转移分别转移至塑料或玻璃片基上；

(6)将脱下的薄膜120℃下真空干燥；

(7)采用四探针法进行电导率测试，采用扫描电镜对薄膜的厚度进行测试。

制得的纳米薄膜的厚度为0.234μm，导电率为1100S/cm。

对比例3

(1)将塑料(玻璃)片基用OTG清洗液清洗，去离子水清洗，乙醇清洗干净后，烘干备用；

(2)将100μL质量比为1:2.5的PEDOT:PSS加入6mL的N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，超声分散，铺于微孔滤膜上；

(3)真空抽滤成膜；

(4)将载有薄膜的微孔滤膜浸没到去离子水中，脱膜；

(5)转移过程(图1所示)，将脱落的薄膜转移分别转移至塑料或玻璃片基上；

(6)将脱下的薄膜120℃下真空干燥；

(7)采用四探针法进行电导率测试，采用扫描电镜对薄膜的厚度进行测试。

制得的纳米薄膜的厚度为0.23μm，导电率为520S/cm。

经过试验发现，对比例2中，有机溶剂使用异丙醇，电导率大于1000S/cm，对比例3中，有机溶剂使用NMP，电导率小于1000S/cm，由于篇幅所限，有机溶剂可选取本领域常用试剂以形成新的实施例，不一一进行列举，但需要说明的是有机溶剂除了上述以外，还可以采用本领域技术人员能想到的其他有机溶剂，这些也应视为本发明的保护范围。

综上，本发明中PEDOT:PSS纳米薄膜更加节省了PEDOT:PSS的原材料成本，并且使用抽滤的方法更容易控制所需薄膜的厚度，使其应用更加方便，制得的纳米薄膜厚度均匀，在塑料和玻璃片基上都呈现良好的透明度，与对比例1相比，本发明制得的PEDOT:PSS纳米薄膜导电性能优异，电导率为1300S/cm～1610S/cm，制备工艺简单，流程短，在抽滤的薄膜干燥之前进行湿法转移，更易得到完整的纳米薄膜，且适于大规模生产。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。