基于GA⁃BP的多目标PEDOT∶PSS导电非织造布性能优化

针对聚(3,4-乙撑二氧噻吩)∶聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT∶PSS)导电非织造布存在导电性能不稳定和机械性能较差等问题,采用神经网络模型对PEDOT∶PSS导电非织造布进行性能优化。通过收集PEDOT∶PSS导电非织造布的试验数据,作为GA-BP神经网络的输入和输出,并建立针对PEDOT∶PSS导电聚合物配比的优化模型。结果表明:制备PEDOT∶PSS导电非织造布的最佳工艺参数为EDOT与PSS摩尔比例0.3345、过硫酸铵浓度0.0297 mol/L、硫酸铁浓度0.0487 mol/L、盐酸质量分数6.9630%,此时导电非织造布电导率为6.713 S/m,非织造布拉伸断裂强度为4.581 MPa。制备的PEDOT∶PSS导电非织造布经过20 min摩擦后,电导率由6.329 S/m下降到5.348 S/m;经过60 min水洗后电导率由6.536 S/m下降到5.435 S/m,且下降趋势缓慢。认为:所制备的导电非织造布具有良好的稳定性及耐用性。

PEDOT∶PSS/石墨烯复合纤维的制备及其电化学性能研究

为了更好地实现石墨烯基纤维在柔性可穿戴储能器件领域的应用,采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯水分散液与聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT∶PSS)分散液制备一定浓度的复合纺丝液;以氯化钙溶液为凝固浴,通过湿法纺丝技术制备不同比例的PEDOT∶PSS/氧化石墨烯复合纤维,经氢碘酸还原获得PEDOT∶PSS/石墨烯复合纤维。对PEDOT∶PSS/石墨烯复合纤维的结构形貌进行表征,PEDOT/PSS质量分数为20%时复合纤维的直径约为95μm,表面具有褶皱卷曲的形貌。以PEDOT∶PSS/石墨烯复合纤维组装柔性超级电容器,在不同凝胶电解质体系中进行电化学性能评价。结果表明,PEDOT∶PSS质量分数为20%的PEDOT∶PSS/石墨烯复合纤维在PVA/H_(2)SO_(4)凝胶电解质体系中的电化学性能最佳;当电流密度为0.14 mA/cm^(-2)时,面积比电容为420.7 mF/cm^(2),能量密度为9.35μW h/cm^(2),表现出良好的电化学性能,可为温湿度计供电,并显现出在智能可穿戴储能器件中的潜在应用前景。

导电聚合物PEDOT∶PSS及其在柔性生物医学传感器中的研究进展

柔性生物医学传感器面临延展性差、灵敏度不高的问题,需要开发同时具有高电学性能和力学性能的材料,而传统陶瓷、金属或半导体通常不能满足。在导电聚合物中,聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)∶聚(苯乙烯磺酸盐)[poly(3,4-ethylenedioxythiophene)∶poly(styrene sulfonate),PEDOT∶PSS]是一种具有较高导电性、化学稳定性以及良好生物相容性的材料,已成为一种被广泛研究的电极和传感器材料,并在生物医学领域得到应用。本文总结了PEDOT∶PSS的电学性能、力学性能及改性方式,并对其在柔性生物医学传感器方面的应用现状进行综述。

PEDOT∶PSS/PET织物传感器的制备及其衰变行为研究

为探究柔性传感器的衰变性能,达到促进柔性传感器在日常生活中应用的目的,以PEDOT∶PSS为导电填料,采用浸渍涂覆工艺制备PEDOT∶PSS/PET柔性织物传感器。研究了热氧化、水洗、酸以及紫外光处理对柔性传感器的影响,并对传感器的结构及性能进行了表征。结果表明,PEDOT∶PSS/PET柔性织物传感器感应范围较宽(0%~70%),循环稳定性良好(>1000个循环),并且通过将传感器贴合于人体不同部位所测得的电阻信号表明所制备的传感器在对人体关节运动的实时监测方面有良好的表现;在水洗、酸、热、紫外等外界因素作用下,柔性传感器会发生不同程度的破坏,稳定性下降,甚至无传感响应。

PEDOT∶PSS化学镀银涤棉织物电磁屏蔽性能研究

为了制备具有良好电磁屏蔽性能的织物,以化学镀银的方式在涤棉织物表面构建银层,通过浸渍的方式将聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚(苯乙烯磺酸钠)(PEDOT∶PSS)负载到镀银涤棉织物表面,制备PEDOT∶PSS镀银涤棉织物,研究了镀银时间对PEDOT∶PSS镀银涤棉织物导电性能和电磁屏蔽性能的影响,对织物表面形貌、X射线衍射曲线、热重曲线等进行了测试与表征。结果表明:织物表面成功镀覆银层,检测到银元素,PEDOT∶PSS较均匀地负载在镀银织物表面;镀银时间为45 min时,X波段(8.2 GHz~12.4 GHz)电磁屏蔽效能达到21.9 dB,镀银时间为60 min时,电磁屏蔽效能为23.8 dB。认为:当镀银时间达到45 min及以上时,PEDOT∶PSS镀银涤棉织物具有良好的导电性能和电磁屏蔽性能。

旋涂法酸处理PEDOT∶PSS薄膜对OLED性能的影响

采用旋涂法对PEDOT∶PSS薄膜进行了酸处理,研究了不同方法处理PEDOT∶PSS薄膜对器件ITO/酸处理PEDOT∶PSS/NPB/Alq3/Li F/Al性能的影响。实验结果表明:用盐酸(草酸)处理PEDOT∶PSS薄膜时,以0.75 mol/L的盐酸(草酸)在120℃下退火15 min时性能更好,最大电流效率达到4.28 cd/A。并且盐酸、草酸处理PEDOT∶PSS薄膜制备器件比未处理PEDOT∶PSS薄膜制备器件的电流效率明显提高了34%。

PEDOT∶PSS掺杂对聚合物太阳电池性能的影响

分别用不同体积分数的二甲基亚砜(DMSO)和丙三醇溶液作为掺杂剂优化PEDOT∶PSS薄膜,并对DMSO和丙三醇掺杂PEDOT∶PSS薄膜的影响进行了研究。此外,还对优化处理过的薄膜分别作为阳极修饰层的聚合物太阳电池进行对比。结果表明,掺杂过的PEDOT∶PSS薄膜的电导率得到了很大提高。PEDOT∶PSS薄膜的光学性质和表面粗糙度变化等表明DMSO掺杂的PEDOT∶PSS薄膜电导率的提高是因为PEDOT∶PSS相分离变小,使得两相区势垒降低;而丙三醇掺杂的PEDOT∶PSS薄膜电导率的提高是因为PEDOT∶PSS链结构的变化。器件的能量转换效率都是在掺杂3%DMSO和3%丙三醇时获得,分别为3.79%和2.70%,比未掺杂的电池分别提高了5.65倍和4.02倍。

异丙醇添加改善PVA/PEDOT∶PSS有机导电纤维表面形貌及性能研究

将浓度为10%(wt,质量分数,下同)的完全醇解的聚乙烯醇(PVA)水溶液与聚3,4-乙撑二氧噻吩∶聚对苯乙烯磺酸根阴离子(PEDOT∶PSS)分散液经高速搅拌共混制得纺丝液,采用湿法纺丝的方法制备PVA/PEDOT∶PSS复合导电纤维。通过向甲醇凝固浴中添加异丙醇改善PVA/PEDOT∶PSS复合导电纤维的表面微观形貌、导电及拉伸力学性能。混合凝固浴中异丙醇与甲醇的质量比分别为0∶1、1∶5、1∶4、1∶3、1∶2和1∶1,探究异丙醇添加量的变化对PVA/PEDOT∶PSS复合导电纤维表面微观形貌及力学、导电性能的影响。采用扫描电子显微镜、红外光谱分析仪、高阻计和电子单纤维强力仪对复合纤维进行测试表征。结果表明:异丙醇的添加改善了PVA/PEDOT∶PSS复合导电纤维的表面微观形貌、导电及拉伸力学性能。随着凝固浴中异丙醇含量的增加,PVA/PEDOT∶PSS复合导电纤维表面的沟槽逐渐减少,纤维表面逐渐变得光滑;复合纤维的电导率小幅度提升;复合纤维的拉伸强度提高,断裂伸长增加。

山梨醇掺杂对PVA/PEDOT∶PSS共混纤维结构和导电性能的影响

为改善PVA/PEDOT∶PSS共混纤维的导电性能,采用湿法纺丝的方法,通过向PVA/PEDOT∶PSS混合纺丝液中添加山梨醇,制备出经山梨醇掺杂的PVA/PEDOT∶PSS共混纤维。采用红外光谱分析仪(FTIR),高阻计,X射线衍射仪(XRD),显微共聚焦激光拉曼光谱仪,扫描电子显微镜(SEM),电子单纤维强力仪对共混纤维的结构与性能进行测试表征。通过对比分析掺杂前后共混纤维电导率的变化,探究了山梨醇掺杂对PVA/PEDOT∶PSS共混纤维结构和导电性能的影响。结果表明,山梨醇掺杂可以改善PVA/PEDOT∶PSS共混纤维的导电性能,掺杂质量分数为7%时,共混纤维电导率达到19.1S/cm。XRD结果显示,掺杂未改变PVA/PEDOT∶PSS共混纤维的结晶性能和聚集态结构;拉曼光谱显示,掺杂使得PEDOT的主要特征峰红移,PEDOT主链发生苯-醌转变;掺杂使得共混纤维的表面逐渐变得光滑;掺杂后,共混纤维的拉伸强度升高,断裂伸长降低。

PEDOT∶PSS/TiO2纳米管肖特基结的制备及紫外探测性能

利用电化学阳极氧化方法制备了高度有序的TiO2纳米管阵列,采用旋涂方法在纳米管表面制作一层聚（3,4-亚乙二氧基噻吩）∶聚（苯乙烯磺酸）（PEDOT∶PSS）薄膜构建PEDOT∶PSS/TiO2纳米管肖特基结并研究了其紫外探测性能。通过扫描电子显微镜（SEM）对TiO2纳米管和PEDOT∶PSS进行表面微观形貌表征。通过测试不同光照强度、不同偏压下的电压-电流和电流-时间曲线研究PEDOT∶PSS/TiO2纳米管肖特基结在紫外光（UV）下的光电探测性能。由于TiO2纳米管较高的比表面积和PEDOT∶PSS较高的透射率,PEDOT∶PSS/TiO2纳米管肖特基结具有优良的紫外光电探测性能。实验发现,在1 V偏压和光照强度为2. 14 m W/cm2的375 nm紫外光照射下,PEDOT∶PSS/TiO2纳米管肖特基结的光电流可达973. 5μA,响应度为2. 23 A/W,外量子效率高达736. 5%。实验结果表明PEDOT∶PSS/TiO2纳米管肖特基结的紫外探测结构性能良好。

热定型时间对PVA/PEDOT∶PSS共混纤维性能的影响

将聚乙烯醇(PVA)水溶液与聚(3,4-乙撑二氧噻吩)-聚(对苯乙烯磺酸)(PEDOT∶PSS)水分散液混合制备纺丝液,以甲醇做为凝固剂,通过湿法纺丝及后处理工艺制备出PVA/PEDOT∶PSS共混纤维。在此基础上,对共混纤维进行不同时间的热定型处理,探究热定型时间对PVA/PEDOT∶PSS共混纤维性能的影响。借助红外光谱分析仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、高阻计和单纤维强力仪考察共混纤维的性能。结果表明:随着热定型时间的增加,制备出的PVA/PEDOT∶PSS共混纤维直径减小,随后表面出现灼烧痕迹;电导率与拉伸断裂强度均先增后降,热定型时间3min时电导率和拉伸断裂强度达到最大,分别为3.12S/cm和4.65cN/dtex;纤维拉伸断裂伸长持续降低。

水洗工艺对PVA/PEDOT∶PSS共混纤维性能的影响

将PVA溶于DMSO中,制备完全溶解的PVA/DMSO溶液。将PVA/DMSO溶液与PEDOT∶PSS水分散液共混,制得混合均匀的PVA/DMSO/PEDOT∶PSS共混纺丝液。通过湿法纺丝方法将共混纺丝液挤入甲醇凝固浴以凝固成纤,随后凝固定型的纤维经过不同个数的水洗槽进行水洗而制得不同组别的PVA/PEDOT∶PSS共混纤维。探究了水洗次数对PVA/PEDOT∶PSS共混纤维性能的影响。借助扫描电子显微镜(SEM),红外光谱分析仪(FT-IR),高阻计和电子单纤维强力仪对共混纤维进行测试表征。结果表明:随着水洗次数的增加,纤维表面形貌逐渐变好,表面沟槽和凹陷数量减少,表面变得更加光滑;纤维的电导率逐渐增加;拉伸强度逐渐升高,断裂伸长率逐渐降低。

热定型工艺对PVA/PEDOT∶PSS共混纤维结构和性能的影响

将PVA水溶液与PEDOT∶PSS水分散液共混,制备出混合均匀的PVA/PEDOT∶PSS混合纺丝液,通过改变湿法纺丝后处理工艺中的热定型制备出不同热定型温度下的PVA/PEDOT∶PSS共混导电纤维。探究了热定型工艺对共混纤维结构和性能的影响,并分析了影响机理。借助红外光谱分析仪(FT-IR),X射线衍射仪(XRD),高阻计,电子单纤维强力仪和扫描电子显微镜(SEM)对共混纤维进行测试表征。结果表明:热定型温度对共混纤维的结晶性能,导电性能,拉伸力学性能,表面形貌及热稳定性均有一定程度的改善。随着热定型温度的升高,纤维大分子链的结晶程度逐渐完善,形成择优取向不明显的多晶结构;纤维电导率逐渐提高;纤维的拉伸断裂强度逐渐升高,拉伸断裂伸长逐渐降低;纤维表面的沟槽数量减少,沟槽的均匀性及平行度提高,纤维表面形貌得到改善。

纺丝体系温度对PVA/PEDOT∶PSS共混纤维性能的影响

将聚乙烯醇(PVA)水溶液与聚3,4-乙撑二氧噻吩∶聚对苯乙烯磺酸根阴离子(PEDOT∶PSS)水分散液共混,在不同的纺丝体系温度下,通过湿法纺丝方法制备出PVA/PEDOT∶PSS共混纤维。在制备出PVA/PEDOT∶PSS共混纤维的基础上,探究了纺丝体系温度对共混纤维化学结构、表面形貌、导电性能及拉伸力学性能的影响。借助扫描电子显微镜、红外光谱分析仪、高阻计和电子单纤维强力仪对共混纤维进行测试表征。结果表明:随着纺丝体系温度的升高,制备出的PVA/PEDOT∶PSS共混纤维的导电性能逐渐升高,电导率由1.55S/cm增加到2.39S/cm;制备出的PVA/PEDOT∶PSS共混纤维表面形貌有一定程度改善,纤维表面沟槽数量减少;制备出的PVA/PEDOT∶PSS共混纤维的拉伸强度逐渐升高,断裂伸长逐渐降低。

稀释溶剂对PEDOT∶PSS薄膜和有机太阳能电池性能的影响

采用喷涂技术制备聚3,4-乙撑二氧噻吩∶聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT∶PSS)有机层薄膜,系统研究了乙醇、去离子水、甲醇、异丙醇和乙二醇等稀释溶剂对PEDOT∶PSS薄膜形貌、透过率及导电性能的影响。将PEDOT∶PSS薄膜应用于有机太阳能电池器件的制备,研究了不同溶剂对器件性能的影响。实验结果表明:采用乙醇稀释PEDOT∶PSS溶液,能有效抑制PEDOT∶PSS颗粒团聚,降低薄膜粗糙度,提高薄膜的透过率和导电性。以其制备的太阳能电池器件的能量转换效率明显高于其他溶剂稀释,转换效率为2.66%。

具有PEDOT∶PSS/HAT-CN双空穴注入层的高效柔性OLED器件

为了研究不同的空穴注入层修饰柔性衬底对柔性OLED器件性能的影响,本文采用HAT-CN、PEDOT∶PSS、PEDOT∶PSS/HAT-CN 3种空穴注入层制备柔性OLED器件。设计的器件结构为PET/ITO/HIL/TAPC(60 nm)/CBP∶Ir(ppy)3(20 nm,10%)/TmPyPB(45 nm)/Liq(2 nm)/Al(100 nm)。采用旋涂的方法制备了PEDOT∶PSS,其余有机层及阴极采用真空蒸镀法制备。结果表明,采用PEDOT∶PSS/HAT-CN复合薄膜作为空穴注入层的柔性OLED器件性能最优。该器件的最大电流效率和最大功率效率分别为84 cd/A和76 lm/W。研究表明,经PEDOT∶PSS修饰的柔性衬底表面更为连续及平滑,不容易使器件发生漏电及短路现象;同时PET/ITO/PEDOT∶PSS/HAT-CN复合薄膜在绿光波段有较高的透过率,可以提高器件的出光率;另外该双空穴注入结构使器件内部载流子的注入处于动态平衡状态,增加了电子和空穴载流子的复合概率。

基于丝网印刷的导电聚合物(PEDOT∶PSS)电致变色器件的制备与分析

有机电致变色材料具有响应速度快、对比度高、成本低、循环稳定性好等优势,得以迅速发展。聚3,4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐(PEDOt∶PSS)作为一种应用前景广阔的有机导电聚合物,备受关注。本研究以PEDOt∶PSS为主体,采用甲醇(Me)、乙二醇(EG)、丙三醇(GL)、异丙醇(IPA),对PEDOt∶PSS溶液配方进行优化,分析溶液的成膜效果。同时将羧甲基纤维素钠(CMC)作为增黏剂,通过丝网印刷的方式实现PEDOt∶PSS变色层的有效成膜;通过浸泡EG的方式,提高变色层的导电性能。采用分别以氯化钠(NaCl)和聚苯乙烯磺酸钠(PSSNa)为主体的不同电解质溶液配方,在氧化铟锡(ItO)玻璃电极上实现了电致变色器件的制备。研究PEDOt∶PSS的印刷层数、导电性能及不同电解质配方对器件褪/显色电压和色差的影响。最后,确定了最优的变色器件物理结构参数,最佳的褪/显色色差ΔEβ*=37.82。在此基础上,也实现了图案化变色器件的制备。

Na_(0.015)Sn_(0.985)Se/PEDOT∶PSS块体复合热电材料的制备与性能研究

PEDOT∶PSS作为非常有潜力的有机热电材料,具有良好的加工性和成膜性、较高的电导率以及低热导率等优点,但是相对于无机材料,PEDOT∶PSS的ZT值仍较低。目前关于PEDOT∶PSS的研究大都集中在薄膜材料上,而热电材料的主流应用主要集中在块体材料上,因此对PEDOT∶PSS块体热电材料的研究具有重要意义。介绍了一种块体PEDOT∶PSS热电材料的制备方法,采用有机极性溶剂DMSO对PEDOT∶PSS进行掺杂改性,并与无机材料Na_(0.015)Sn_(0.985)Se复合制得高性能Na_(0.015)Sn_(0.985)Se/PEDOT∶PSS块体复合热电材料。结果表明,DMSO可以极大的提高材料的电导率;与Na_(0.015)Sn_(0.985)Se复合后虽然电导率有所下降,但同时伴随着热导率的降低以及Seebeck系数的增大,最终当复合量为10wt%时ZT值在300 K附近达到2.65×10-3,相比于基体提高了约3倍。

PEDOT∶PSS掺杂丝素蛋白复合薄膜的半导体性能

为了揭示丝素蛋白与有机半导体聚合物聚3,4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸(PEDOT∶PSS)复合薄膜作为有源层的场效应,采用旋涂制膜法在重掺杂氧化硅片上制备了厚度均一、表面平整度较好的场效应晶体管,并探索了这种生物相容性可降解材料作为半导体的潜质。通过XRD、紫外-可见光分光光度计、FTIR和拉曼光谱等表征手段研究了丝素蛋白与PEDOT∶PSS复合薄膜的构象变化。复合薄膜晶体管的输出和转移特性曲线表明,器件的开关电流比为3、阈值电压为20 V、场效应迁移率为7.9 cm^2/(V·s)。实验结果表明,通过在丝素蛋白中添加PEDOT∶PSS制备复合材料依然能够有效保留有机半导体的优良电学性质,证明了通过对生物材料进行掺杂是一种制备功能化生物复合材料的有效手段。

氯化铯掺杂PEDOT∶PSS助力高效率、高亮度钙钛矿发光二极管

空穴传输层(Hole Transport Layer,HTL)是金属卤化物钙钛矿发光二极管(Perovskite Light-emitting Diodes,Pero-LEDs)中影响载流子传输平衡的一个重要因素。聚(3,4-乙烯基二氧噻吩)∶聚苯乙烯磺酸钠(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)∶Poly(styrene sulfonate),PEDOT∶PSS)薄膜因其优异的导电性能、光透过率以及简单的溶液制膜工艺,而广泛应用于Pero-LEDs的HTL。然而,钙钛矿发光层的价带与PEDOT∶PSS薄膜最高占据分子轨道(Highest Occupied Molecular Orbital,HOMO)能级之间能带差较大,增大了空穴注入势垒,继而降低了器件效率。本文通过向PEDOT∶PSS水溶液掺入适量的氯化铯(CsCl)添加剂,有效调控了PEDOT∶PSS薄膜的HOMO能级,使其与钙钛矿发光层更加匹配;同时CsCl掺杂也提高了PEDOT∶PSS薄膜的空穴传输能力,使载流子传输更趋于平衡。基于改性的PEDOT∶PSS薄膜,最佳器件达到了124012 cd/m2的高亮度,其最大外量子效率(External Quantum Efficiency,EQE)达到了10.39%;相对于未掺杂的样品,最大亮度增加了25.49%,最大EQE增加了63.88%。