一种透明高导电有机柔性PEDOT:PSS薄膜的制备方法与流程

本发明属于有机导电薄膜材料
技术领域：
，具体涉及一种透明高导电有机柔性pedot:pss薄膜的制备方法。
背景技术：
：随着电子产品的发展，日常生活中的电子产品越来越多，越来越趋于柔性化，因此发展柔性透明导电材料，设计新的、更为便捷的输入方式迫在眉睫。触控面板的诞生给电子领域带来了巨大的变化，人们可以通过手指接触屏幕实现对主机的操作，从而使得人机对话更加简单和快捷，同时，这种设备采用将输入设备与输出设备整合在一起的设计，加快了电子器件向微型化、便携式方向发展的步伐。在苹果iphone手机的带动下，2019年全球触控面板产值达到了210亿美元，同时预计2020年的产值将达230亿美元，2025年营收有望达到251亿美元，年复合成长率超过18％。现在广泛使用的触控面板是靠蒸镀在玻璃或者pet等透明基底上图案化的ito来实现的。ito是氧化铟锡复合物的英文简写，其中的铟为地球中的稀有金属，铟的价格高昂，其供应受限，同时ito层较脆弱且缺乏柔韧性，另外ito的制备需要苛刻的真空条件，ito的图案化还需要反复多次刻蚀酸洗工序，这些都直接导致了触控面板成本的大幅上升和工艺的复杂化。研发ito的替代品已经势在必行。在众多有机半导体中，pedot:pss以其良好的环境稳定性、可调控的电子结构被认为是最流行的导电高分子之一。近年来，关于pedot:pss的研究越来越多，pedot:pss具有很多优异的性能，比如良好的成膜性能、良好的透光性、良好的热稳定性，可以说为现今最好的、可应用的导电高分子。喷旋法制备透明高导电有机柔性薄膜有机材料，成本低、性能优异，且可根据生产需要和基底要求可达到规模化生产。喷旋法涉及到许多物理化学过程，如：润湿、挥发、粘滞、分散、浓缩等。在研究这些过程时，流体力学传质、传热、传动的原理是非常重要的。其中，需要考虑的参数主要包括薄膜的结构、厚度、面积等性能参数以及转速粘度、挥发速率等操作参数。现有技术中，需要本领域技术人员迫切解决的一个问题是：如何能提供一种可规模化生产、低成本、透光率高、导电性能高的柔性导电pedot:pss薄膜的制备方法。技术实现要素：针对上述技术问题，本发明提供一种透明高导电有机柔性pedot:pss薄膜的制备方法，简单的多次喷旋方式高效的制备出厚度可调、透明度高、性价比高、节能、柔性好的薄膜材料。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种透明高导电有机柔性pedot:pss薄膜的制备方法，包括如下步骤：(1)向pedot:pss水溶液中加入有机溶剂，分散均匀；(2)采用喷旋方法将上述制备的pedot:pss溶液多次喷旋到基底上，即得到pedot:pss薄膜。优选的，所述步骤(1)中，pedot:pss水溶液与有机溶剂的体积比为2∶30，在室温超声的条件下将pedot:pss水溶液逐滴滴入有机溶剂中。优选的，所述步骤(1)中，有机溶剂为第一溶剂与第二溶剂的混合溶剂，其中第一溶剂为无水乙醇、甲醇、甲酸、异丙醇中的任意一种，第二溶剂为二甲基亚砜、乙二醇、nmp、dmf中的任意一种。优选的，所述步骤(2)中，喷旋的条件为转速500rpm，距离为30cm用气枪喷涂。优选的，所述步骤(1)中，基底为玻璃片基或pet片基。进一步优选的，所述步骤(1)中，玻璃片基或pet片基需采用食人鱼溶液(浓硫酸：双氧水以7∶3混合)浸泡处理。优选的，所述步骤(2)中，每次喷旋之后烘干温度为60℃。优选的，所述步骤(2)中，喷旋层数为2-7层。进一步优选的，所述步骤(2)中，喷旋层数为7层。本发明的有益技术效果为：本发明利用喷旋法制备了一种层层叠加的pedot:pss薄膜，不需要借助其他添加剂，简单的多次喷旋方式高效的制备出厚度可调、透明度高、性价比高、节能、柔性好的薄膜材料，解决制作过程繁琐且薄膜性能受限的问题，并且本发明制备的薄膜的相关性能不受基底选择的影响，可以根据实际应用调整基底，在超级电容器、电致变色、太阳能电池以及热电材料领域具有潜在的应用价值。附图说明图1为本发明的实施例6制备的pedot:pss薄膜实物图片；图2为本发明的实施例15制备的pedot:pss薄膜实物图片；图3为本发明的实施例24制备的pedot:pss薄膜实物图片。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。本发明中实施列中使用试剂及材料，如无特殊说明，均可通过商业途径得到，本发明中采用的pedot:pss水溶液购买于德国的拜耳公司(质量浓度为13.6mg/ml)。实施例1-9一种透明高导电有机柔性pedot:pss薄膜的制备方法，包括以下步骤：(1)取1.0ml二甲基亚砜于洁净试剂瓶中，用移液管取437.5μl该试剂与93.75ml乙醇混合形成溶液，记为a溶液；(2)在超声a溶液的情况下，将6.6mlpedot:pss水溶液逐滴加入a溶液中形成a-e溶液；(3)设置转速为500rpm，将a-e溶液装入喷枪中，在距离基底为30cm用气枪喷涂于事前洗净的玻璃片基上，制备出2-10层不同层数的pedot:pss薄膜。将上述制备出的不同层数的pedot:pss薄膜，在60℃下烘干，测定薄膜的电导率(注：由于薄膜很薄不能计算其电导率，即测其表面电阻)，具体数据见表1：表1玻璃片基不同喷旋次数薄膜的透过率及表面电阻组别表面电阻透过率实施例11090±2091％实施例2702±1985％实施例3512±3184％实施例4356±2381％实施例5329±1276％实施例6172±572％实施例7170±1367％实施例8164±1451％实施例9153±2124％实施例10-18为了证明不同片基对该膜的性能影响，将基底玻璃片基换为pet片基，其它步骤完全相同，即：一种透明高导电有机柔性pedot:pss薄膜的制备方法，包括以下步骤：(1)取1.0ml二甲基亚砜于洁净试剂瓶中，用移液管取437.5μl该试剂与93.75ml乙醇混合形成溶液，记为a溶液；(2)在超声a溶液的情况下，将6.6mlpedot:pss水溶液逐滴加入a溶液中形成a-e溶液；(3)设置转速为500rpm，将a-e溶液装入喷枪中，在距离基底为30cm用气枪喷涂于事前洗净的pet片基上，制备出2-10层不同层数的pedot:pss薄膜。将上述制备出的不同层数的pedot:pss薄膜，在60℃下烘干，测定薄膜的电导率(注：由于薄膜很薄不能计算其电导率，即测其表面电阻)，具体数据见表2：表2pet片基不同喷旋次数薄膜的透过率及表面电阻组别表面电阻透过率实施例101081±2285％实施例11721±3181％实施例12498±2476％实施例13361±1569％实施例14305±1165％实施例15169±1660％实施例16163±1456％实施例17157±1247％实施例18151±1935％由表1、表2数据可知，基底材料为玻璃或pet片基对于薄膜的热电性能影响较小。实验测试的数据基本一致。喷涂的次数对pedot:pss薄膜的表面电阻影响较大。其中施例1-9、10-18，热电性能的变化规律随着喷涂的次数而提高，但又趋近于平缓，但随着喷涂次数的提高对pedot:pss薄膜的透过率影响较大，即实施例6、15为最优(喷旋层数为7层)。另外发现，对于基底的选择主要取决于其用途，而薄膜热电性能主要取决于喷涂的次数和溶剂处理情况。乙醇作为第一溶剂，二甲基亚砜作为第二溶剂对pedot:pss薄膜的作用由于二甲基亚砜强极性能够诱导pedot:pss实现相分离(pedot和pss分离)，随着旋涂以及溶剂挥发过程，部分不导电的pss被去除，因此整体电导率提高。实施例19-27为了证明不同溶剂对该膜的性能影响，选择第一溶剂为甲醇，第二溶剂为dmf，其它步骤完全相同，即:一种透明高导电有机柔性pedot:pss薄膜的制备方法，包括以下步骤：(1)取1.0mldmf于洁净试剂瓶中，用移液管取437.5μl该试剂与93.75ml甲醇混合形成溶液，记为a溶液；(2)在超声a溶液的情况下，将6.6mlpedot:pss水溶液逐滴加入a溶液中形成a-e溶液；(3)设置转速为500rpm，将a-e溶液装入喷枪中，在距离基底为30cm用气枪喷涂于事前洗净的玻璃片基上，制备出2-10层不同层数的pedot:pss薄膜。将上述制备出的不同层数的pedot:pss薄膜，在60℃下烘干，测定薄膜的电导率(注：由于薄膜很薄不能计算其电导率，即测其表面电阻)，具体数据见表3：表3不同溶剂玻璃片基不同喷旋次数薄膜的透过率及表面电阻组别表面电阻透过率实施例191071±1592％实施例20694±1886％实施例21518±1683％实施例22367±2980％实施例23324±2375％实施例24172±1172％实施例25171±966％实施例26166±1750％实施例27151±1429％由表3可知，不同的溶剂对pedot:pss薄膜的表面电阻影响不大，与实施例1-9中数据基本一致，热电性能的变化规律随着喷涂的次数而提高，但又趋近于平缓，但随着喷涂次数的提高对pedot:pss薄膜的透过率影响较大，即实施例24为最优(喷旋层数为7层)。即薄膜热电性能主要取决于喷涂的次数。由以上所述可知，本发明利用喷旋法制备透明高导电pedot:pss有机柔性薄膜，不需要借助其他添加剂，简单的喷旋的方式高效简单可规模化的制备出厚度可调、透光率可调、导电性能高的复合薄膜材料:并且本发明制备的薄膜的热电性能不受基底选择的影响，可以根据实际应用调整基底，在超级电容器，电致变色，太阳能电池以及热电材料领域具有潜在的应用价值。本发明的实施例6、实施例15、实施例24(喷旋层数均为7层)所制备的pedot:pss薄膜实物图片如图1、图2、图3所示。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。当前第1页12