בתצהיר אדים תגובתי של סרט פולימרי מצומדת על מצעים שרירותי
Summary
מאמר זה מציג בתצהיר אדים תגובתי של poly(3,4-ethylenedioxythiophene), poly(3,4-propylenedioxythiophene), פוליפוני פרוטוקול (thieno [3,2 –b] thiophene) סרטים על שקופיות זכוכית, מצעים קשה, כגון טקסטיל ונייר.
Abstract
נדגים שיטה של ציפוי conformally מצומדת פולימרים על מצעים שרירותי באמצעות תא תגובה אישית מעוצבת, בלחץ נמוך. פולימרים מוליכים, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT), poly(3,4-propylenedioxythiophene) (PProDOT), ופולימרים מוליכים למחצה, פוליפוני (thieno [3,2 –b] thiophene) (PTT), הופקדו על-קונבנציונאלי מגרה מאוד, מצעים בעלי מרקם עם אזורים משטח גבוהה, כגון נייר, מגבות ובדים. זה דיווחו על התצהיר קאמרית הוא שיפור של כורי אדים הקודמת כי המערכת שלנו יכול להכיל מונומרים נדיף והן לא נדיף, כגון 3,4-propylenedioxythiophene ו- thieno [3,2 –b] thiophene. ניצול של חמצון מוצק וגם נוזלי מודגמות גם. מגבלה אחת של שיטה זו היא שחסר בו מתוחכמים בחיי עיר עובי צגים. ציפויים פולימריים שנעשו על ידי השיטות ציפוי על בסיס פתרון בשימוש נפוץ, כגון ציפוי ספין, משטח השתלת עור, הם לעתים קרובות לא אחיד או רגישים השפלה מכני. זה דיווח אדי שלב התצהיר שיטה מתגבר על החסרונות האלה, היא חלופה חזקה לשיטות ציפוי על בסיס פתרון משותף. ראוי לציין, סרטים פולימריים מצופה בשיטת שדווחו הן אחיד קונפורמיים על משטחים קשים, אפילו בקנה מידה מיקרומטר. תכונה זו מאפשרת עבור יישומים עתידיים של אדי שהופקדו פולימרים במכשירים אלקטרוניקה על מצעים בעלי מרקם חזק וגמישים.
Introduction
חומרים מוליכים למחצה וניצוח פולימריים יש מאפיינים ייחודיים, כגון גמישות1, stretchability2, שקיפות3וצפיפות נמוכה,4 אפשרויות יוצאת דופן עבור יצירת הדור הבא מכשירים אלקטרוניים על אנרגטיקה סובסטרטים. כיום, חוקרים רבים הם משתדלים לנצל את תכונותיו הייחודיות של חומרים פולימריים ליצירת גמיש ו/או אלקטרוניקה לביש5,6 , טקסטיל חכמים7. עם זאת, היכולת conformally מעיל משטחים בעלי מרקם חזק של מצעים שאינם חזקים, כגון נייר, בדים, חוטי/יפצחו, נשאר unmastered. ולרוב, פולימרים מסונתז, מצופה על משטחים באמצעות שיטות פתרון. 8 , 9 , 10 , 11 , 12 למרות שיטות הפתרון לספק סיבי פולימר/טקסטיל, ציפוי שהושג ובכך הם לעתים קרובות לא אחידה ולהיפגע בקלות על ידי לחצים פיזיים קטנים13,14 . שיטות פתרון חלים גם לא ציפוי נייר בגלל הרטבת בעיות.
בתצהיר אדים תגובתי יכול ליצור סרטים פולימריים מצומדת קונפורמיים על מגוון רחב של מצעים, ללא התחשבות כימיה משטח/קומפוזיציה, אנרגיה משטח, חספוס פני השטח/הטופוגרפיה15. בגישה זו, פולימרים מצומדת מסונתז בשלב אדי מספקים את ואדים מונומר, חמצון בו זמנית על פני השטח. מערך הפילמור וקולנוע מתרחשת על פני השטח של שלב בודד, ללא הממס. שיטה זו ישימה באופן תיאורטי על כל פולימר מצומדת זה יכול להיות מסונתז על ידי הפילמור חימצוני באמצעות שיטות פתרון. עם זאת, עד כה, פרוטוקולים עבור הפקדת רק סט צר של פולימר מצומדת מבנים ידועים. 15
כאן, נדגים בתצהיר של מוליך poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) poly(3,4-propylenedioxythiophene) (PProDOT), ואת פוליפוני מוליכים למחצה (thieno [3,2 –b] thiophene) (סניף הדואר) בסרטים דרך בתצהיר אדים תגובתי. שני סוגים של חמצון, FeCl מוצק3 ו- Br נוזלי2, משמשים בתהליך. פולימרים התואם נקראים Cl-PProDOT Cl-סניף הדואר, Br-PEDOT. מצעים קונבנציונאלי, שקופיות זכוכית וגם מצעים עם מרקם לא שגרתיים, כגון נייר, מגבות ובדים, היו מצופה פולימר הסרטים.
פרוטוקול זה מתאר את ההתקנה של התא בתצהיר אדים לפי הזמנה ופרטי של תהליך התצהיר. זה נועד לעזור למתרגלים חדשים כדי לבנות את מערכת התצהיר ולהימנע מלכודות נפוצות המשויך אדי-שלב הסינתזה.
Protocol
Representative Results
Discussion
מנגנון התגובה הוא הפילמור חמצוני. שיטות ציפוי פולימרי באמצעות אותו מנגנון כוללים electropolymerization17 , אדי שלב הפילמור18. Electropolymerization דורשת מצע מוליך, חסרה את היתרון של ציפוי אחיד ולא קונפורמית, ויש שיטה המבוססת על פתרון לא ידידותיות לסביבה19. השיטה הקיימת של …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים להכיר בהכרת תודה תמיכה כספית מ לנו חיל האוויר Office של המחקר המדעי, תחת מספר הסכם FA9550-14-1-0128. ט ל’ א מאשר בתודה גם תמיכה חלקית על ידי דוד ולוסיל פקארד קרן.
Materials
| 3,4-Ethylenedioxythiophene, 97% | Sigma Aldrich | 483028 | |
| 3,4-Propylenedioxythiophene, 97% | Sigma Aldrich | 660485 | |
| Thieno[3,2-b]thiophene, 95% | Sigma Aldrich | 702668 | |
| FeCl3, 97% | Sigma Aldrich | 157740 | |
| Br2 | Sigma Aldrich | 207888 |
References
- Kaltenbrunner, M., et al. Ultrathin and lightweight organic solar cells with high flexibility. Nat. Commun. 3, 770 (2012).
- Savagatrup, S., Printz, A. D., O’Connor, T. F., Zaretski, A. V., Lipomi, D. J. Molecularly Stretchable Electronics. Chem. Mater. 26, 3028-3041 (2014).
- Lee, J. -. Y., Connor, S. T., Cui, Y., Peumans, P. Semitransparent Organic Photovoltaic Cells with Laminated Top Electrode. Nano Lett. 10, 1276-1279 (2010).
- Kaltenbrunner, M., et al. An ultra-lightweight design for imperceptible plastic electronics. Nature. 499, 458-463 (2013).
- Jost, K., et al. Carbon coated textiles for flexible energy storage. Energy Environ. Sci. 4, 5060-5067 (2011).
- Hu, L., et al. Stretchable, Porous, and Conductive Energy Textiles. Nano Lett. 10, 708-714 (2010).
- Jost, K., Dion, G., Gogotsi, Y. Textile energy storage in perspective. J. Mater. Chem. A. 2, 10776-10787 (2014).
- Ding, Y., Invernale, M. A., Sotzing, G. A. Conductivity Trends of PEDOT-PSS Impregnated Fabric and the Effect of Conductivity on Electrochromic Textile. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2, 1588-1593 (2010).
- Hong, K. H., Oh, K. W., Kang, T. J. Preparation and properties of electrically conducting textiles by in situ polymerization of poly(3,4-ethylenedioxythiophene). J. Appl. Polym. Sci. 97, 1326-1332 (2005).
- Xu, J., et al. Fabric electrodes coated with polypyrrole nanorods for flexible supercapacitor application prepared via a reactive self-degraded template. Org. Electron. 26, 292-299 (2015).
- Du, Y., et al. Thermoelectric Fabrics: Toward Power Generating Clothing. Sci. Rep. 5, 6411 (2015).
- Yatvin, J., Sherman, S. A., Filocamo, S. F., Locklin, J. Direct functionalization of Kevlar[registered sign] with copolymers containing sulfonyl nitrenes. Polym. Chem. 6, 3090-3097 (2015).
- Musumeci, C., Hutchison, J. A., Samori, P. Controlling the morphology of conductive PEDOT by in situ electropolymerization: from thin films to nanowires with variable electrical properties. Nanoscale. 5, 7756-7761 (2013).
- Allison, L., Hoxie, S., Andrew, T. L. Towards seamlessly-integrated textile electronics: methods to coat fabrics and fibers with conducting polymers for electronic applications. Chem. Commun. 53, 7182-7193 (2017).
- Alf, M. E., et al. Chemical Vapor Deposition of Conformal, Functional, and Responsive Polymer Films. Adv. Mater. 22, 1993-2027 (2010).
- Goktas, H., Wang, X., Boscher, N. D., Torosian, S., Gleason, K. K. Functionalizable and electrically conductive thin films formed by oxidative chemical vapor deposition (oCVD) from mixtures of 3-thiopheneethanol (3TE) and ethylene dioxythiophene (EDOT). J. Mater. Chem. C. 4, 3403-3414 (2016).
- Sadki, S., Schottland, P., Brodie, N., Sabouraud, G. The mechanisms of pyrrole electropolymerization. Chem. Soc. Rev. 29, 283-293 (2000).
- Bhattacharyya, D., Howden, R. M., Borrelli, D. C., Gleason, K. K. Vapor phase oxidative synthesis of conjugated polymers and applications. J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. 50, 1329-1351 (2012).
- Yamato, H., et al. Synthesis of free-standing poly(3,4-ethylenedioxythiophene) conducting polymer films on a pilot scale. Synth. Met. 83, 125-130 (1996).
- Cheng, N., Zhang, L., Joon Kim, J., Andrew, T. L. Vapor phase organic chemistry to deposit conjugated polymer films on arbitrary substrates. J. Mater. Chem. C. 5, 5787-5796 (2017).
- Borrelli, D. C., Lee, S., Gleason, K. K. Optoelectronic properties of polythiophene thin films and organic TFTs fabricated by oxidative chemical vapor deposition. J. Mater. Chem. C. 2, 7223-7231 (2014).
- Jo, W. J., et al. Oxidative Chemical Vapor Deposition of Neutral Hole Transporting Polymer for Enhanced Solar Cell Efficiency and Lifetime. Adv. Mater. 28, 6399-6404 (2016).
- Wang, M., et al. CVD Polymers for Devices and Device Fabrication. Adv. Mater. 29, 1604606 (2017).
- Kovacik, P., Hierro, G. d., Livernois, W., Gleason, K. K. Scale-up of oCVD: large-area conductive polymer thin films for next-generation electronics. Mater. Horiz. 2, 221-227 (2015).
- Barr, M. C., et al. Direct Monolithic Integration of Organic Photovoltaic Circuits on Unmodified Paper. Adv. Mater. 23, 3500-3505 (2011).
