PEDOT:PSS полимерінің механикалық және электрлік қасиеттері
PEDOT:PSS
PEDOT:PSS полимері – сульфондалған полистирол және политиофен қоспасы. Бұл иономерлердің зарядалған макромолекулалық тұзы, қасиеттері мен қолданысы туралы біліңіз.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Полимер
Polymer
Поли(3,4-этилендиокситиофен) полистирол сульфонаты (PEDOT:PSS) – екі иономердің полимерлік қоспасы. Бұл қоспаның бір компоненті – сульфондалған полистирол, ол полистиролдің сульфондалған түрі. Сульфонил топтарының бір бөлігі депротонды болып, теріс заряд тасымалдайды. Екінші компонент – поли(3,4-этилендиокситиофен) (PEDOT) – конъюгацияланған полимер, оң заряд тасымалдайды және политиофенге негізделген. Зарядталған макромолекулалар бірлесіп макромолекулалық тұз құрайды.
poly(3,4 ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS) is a polymer mixture of two ionomers. One component in this mixture is made up of polystyrene sulfonate which is a sulfonated polystyrene. Part of the sulfonyl groups are deprotonated and carry a negative charge. The other component poly(3,4 ethylenedioxythiophene) (PEDOT) is a conjugated polymer and carries positive charges and is based on polythiophene. Together the charged macromolecules form a macromolecular salt.
Синтез
PEDOT:PSS сулы PSS ерітіндісін EDOT мономерімен араластыру арқылы, ал содан кейін пайда болған қоспаға натрий персульфаты мен темір(II) сульфаты ерітіндісін қосу арқылы дайындалады.
PEDOT:PSS can be prepared by mixing an aqueous solution of PSS with EDOT monomer, and to the resulting mixture, a solution of sodium persulfate and ferric sulfate.
Механикалық қасиеттері
PEDOT:PSS көбінесе жұқа пленкалық архитектураларда қолданылатындықтан, оның механикалық қасиеттерін дәл анықтау үшін бірнеше әдістер әзірленді; мысалы, сумен қолдау көрсетілген созу сынағы, адгезиялық және когезиялық сыну энергиясын өлшеуге арналған төрт нүктелі иілу сынақтары, модульді өлшеуге арналған бүктеу сынақтары және PDMS және полиэтилен тіректеріндегі иілу сынақтары. PEDOT:PSS кремнийге қарағанда төмен электрлік жылдамдыққа ие болғанымен, оны икемді электроникаға кернеуді азайту құрылымдарын қосу арқылы енгізуге болады, ал жеткілікті икемді PEDOT:PSS төмен құнмен өңдеуге мүмкіндік береді, мысалы, ролльден-ролльге өңдеу. Жұқа пленкалық архитектураларда қолданылатын органикалық жартылай өткізгіштің ең маңызды сипаттамалары – серпімділік режиміндегі төмен модуль және сынуға дейінгі жоғары созылу қабілеті. Жоғары салыстырмалы ылғалдылықта (>40%) PSS-тегі сутек байланыстары судың сіңірілуіне байланысты әлсірейді, бұл сынуға дейін жоғары деформацияға және төмен серпімділік модуліне әкеледі. Төмен салыстырмалы ылғалдылықта (<23%) PSS түйіршіктері арасындағы күшті байланыс сынуға дейін жоғары модульге және төмен деформацияға әкеледі. Жоғары салыстырмалы ылғалдылықтағы пленкалар түйіршіктер аралық сыну арқылы бұзылуға бейім, ал төмен салыстырмалы ылғалдылық түйіршіктер ішіндегі сынуға әкеледі. 3-глицидоксипропилтриметоксисилан (GOPS) сияқты қоспалар, тіпті 1 салмақтық пайыздық концентрацияда да, электрлік қасиеттерін едәуір нашарлатпастан, сулы ортада механикалық тұрақтылықты күрт жақсарта алады. PEDOT:PSS механикалық зақымдалғаннан кейін суға батырылғанда өзін-өзі жазу қабілетін көрсете алады. Бұл өзін-өзі жазу қабілеті PSS-тің гигроскопиялық қасиеттерімен байланысты деп есептеледі. Электр өткізгіштігін жақсартатын жалпы PEDOT:PSS қоспалары өзін-өзі жазуға әртүрлі әсер етеді. Этиленгликоль электрлік және механикалық өзін-өзі жазуды жақсартса, күкірт қышқылы бұрынғысын азайтады, бірақ соңғысын жақсартады, себебі ол автопротолизден өтеді. Полиэтиленгликоль электрлік және термоэлектрлік өзін-өзі жазуды жақсартады, бірақ механикалық өзін-өзі жазуды азайтады.
Since PEDOT:PSS is most frequently used in thin film architectures, several methods have been developed to accurately probe its mechanical properties; for example, water supported tensile testing, four point bend tests to measure adhesive and cohesive fracture energy, buckling tests to measure modulus, and bending tests on PDMS and polyethylene supports to probe the crack onset strain. Though PEDOT:PSS has a lower electrical mobility than silicon, which can also be incorporated into flexible electronics through the incorporation of stress relief structures, sufficiently flexible PEDOT:PSS can enable lower cost processing, such as roll to roll processing. The most important characteristics for an organic semiconductor used in thin film architectures are low modulus in the elastic regime and high stretchability prior to fracture. At high relative humidity (>40%) hydrogen bonds are weakened in the PSS due to the uptake of water which leads to higher strain before fracture and lower elastic modulus. At low relative humidity (<23%) the presence of strong bonding between PSS grains leads to higher modulus and lower strain before fracture. Films at higher relative humidity are presumed to fail by intergranular fracture, whereas lower relative humidity leads to transgranular fracture. Additives like 3 glycidoxypropyltrimethoxysilane (GOPS) can drastically improve the mechanical stability in aqueous media even at low concentrations of 1 wt% without significantly impeding the electrical properties. PEDOT:PSS can also show self healing properties if submerged in water after sustaining mechanical damage. This self healing capability is proposed to be enabled by the hygroscopic property of PSS−. Common PEDOT:PSS additives that improve the electrical conductivity have varying effects on self healing. While ethylene glycol improves electrical and mechanical self healing, sulfuric acid reduces the former but improves the latter, presumably because it undergoes autoprotolysis. Polyethylene glycol improves the electrical and thermoelectric self healing, but reduces the mechanical self healing.