رد الفعل بخار ترسب أفلام البوليمر مترافق على ركائز التعسفي
Summary
وتعرض هذه الورقة على بروتوكول لترسب بخار رد الفعل poly(3,4-ethylenedioxythiophene)، و poly(3,4-propylenedioxythiophene)، وبولي (تينو [3، 2-ب] ثيوفين) أفلام على الشرائح الزجاجية والمواد الخام، مثل المنسوجات والورق.
Abstract
علينا أن نظهر طريقة لطلاء كونفورمالي البوليمرات مترافق على ركائز التعسفي استخدام دائرة رد فعل خصيصا، والضغط المنخفض. البوليمرات الموصلة، poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (بيدوت) و poly(3,4-propylenedioxythiophene) (برودوت)، والبوليمر انتشارية، بولي (تينو [3، 2-ب] ثيوفين) (PTT)، أودعت غير تقليدية جداً اضطرابه و ركائز محكم مع المناطق السطحية العالية، مثل الورق والمناشف والأقمشة. هذا عن ترسب الدائرة تحسين السابقة بخار مفاعلات لأن نظامنا يمكن أن تستوعب مونومرات متقلبة والثابتة على حد سواء، مثل بروبيلينيديوكسيثيوفيني 3 و 4 وتينو [3، 2-ب] ثيوفين. وأظهرت أيضا الاستفادة التأكسد سواء الصلبة والسائلة. واحد الحد من هذا الأسلوب أنه يفتقر إلى أجهزة متطورة في الموقع سمك. طلاء البوليمر أدلى به الأساليب استخداماً الطلاء المستندة إلى الحل، مثل تطعيم تدور-طلاء والسطحية، ليست غالباً موحدة أو عرضه للتدهور الميكانيكي. وذكرت هذا بخار المرحلة ترسب الأسلوب يتغلب على تلك العيوب وهو بديل قوي لأساليب الطلاء المستندة إلى حل مشترك. جدير بالذكر أن الأفلام البوليمر المغلفة بالطريقة التي تم الإبلاغ عنها موحدة والامتثالي على الأسطح الخام، حتى في نطاق ميكرومتر. تسمح هذه الميزة لتطبيقها في المستقبل للبوليمرات بخار المودعة في الأجهزة الإلكترونية على ركائز مرنة ومحكم جداً.
Introduction
إجراء البوليمرية وانتشارية مواد لها خصائص فريدة من نوعها، مثل المرونة1،2من الشلل، الشفافية3، وكثافة منخفضة،4 التي تتيح فرصاً غير عادية لخلق الجيل القادم من الأجهزة الإلكترونية على ركائز غير التقليدية. وحاليا، تسعى العديد من الباحثين للاستفادة من خصائص فريدة من المواد البوليمرية لإنشاء مرنة و/أو الإلكترونيات يمكن ارتداؤها5،6 والمنسوجات الذكية7. ومع ذلك، القدرة على كونفورمالي معطف السطوح العالية محكم وركائز غير قوية، مثل الورق والأقمشة والمواضيع/خيوط، يظل متقن. الأكثر شيوعاً، البوليمرات المركبة والمغلفة على الأسطح باستخدام أساليب الحل. 8 , 9 , 10 , 11 , 12 على الرغم من توفر أساليب حل البوليمر المغلفة الألياف/المنسوجات، الطلاء وبالتالي حصل غالباً ما تكون غير موحدة والتالفة بسهولة بالضغوط المادية الصغيرة13،14 . أساليب الحل أيضا غير قابلة لطلاء الورق بسبب مشاكل التبول.
يمكن إنشاء رد الفعل بخار ترسب أفلام البوليمر مترافق الامتثالي في مجموعة متنوعة من ركائز، بغض النظر عن الكيمياء السطحية/تشكيل والطاقة السطحية وخشونة السطح/الطبوغرافيا15. في هذا النهج، يتم توليفها البوليمرات مترافق في مرحلة البخار بتسليم الأبخرة مونومر والأكسدة في نفس الوقت إلى سطح. تشكيل البلمرة والفيلم يحدث على السطح في خطوة واحدة، خالية من المذيبات. هذا الأسلوب نظرياً تنطبق على أي بوليمر مترافق التي يمكن تجميعها من قبل عنصر مؤكسد البلمرة باستخدام أساليب الحل. ومع ذلك، معروفة حتى الآن، بروتوكولات لإيداع مجموعة ضيقة من هياكل البوليمر مترافق فقط. 15
هنا، علينا أن نبدي ترسب موصلة poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (بيدوت) و poly(3,4-propylenedioxythiophene) (برودوت)، وبولي انتشارية (تينو [3، 2-ب] ثيوفين) الأفلام (PTT) عن طريق ترسب بخار رد الفعل. يتم استخدام نوعين من التأكسد، الصلبة فيكل3 وسائل Br2، في العملية. تتم تسمية البوليمرات المقابلة برودوت Cl و Cl-PTT بيدوت Br. كانت مغلفة بكل ركائز التقليدية والشرائح الزجاجية وركائز محكم غير تقليدية، مثل الورق والمناشف والأقمشة، مع أفلام البوليمر.
ويصف هذا البروتوكول إعداد قاعة ترسب بخار المواصفات والتفاصيل المتعلقة بعملية الترسيب. أنه يهدف إلى مساعدة الممارسين الجديدة لبناء نظامهم ترسب وتجنب المزالق الشائعة المقترنة بالبخار-مرحلة التوليف.
Protocol
Representative Results
Discussion
هو إليه رد فعل البلمرة التأكسدي. اليكتروبوليميريزيشن17 وتشمل أساليب طلاء البوليمر باستخدام نفس الآلية وبخار المرحلة البلمرة18. اليكتروبوليميريزيشن يتطلب الركازة موصلة، يفتقر إلى ميزة طلاء موحد والامتثالي، وهو أسلوب القائم على الحل غير الملائمة بيئياً…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
الكتاب الاعتراف بامتنان الدعم المالي من “لنا سلاح الجو مكتب للبحث العلمي”، ضمن الاتفاق رقم FA9550-14-1-0128. ت. “أ”. ل. عن امتنانها أيضا دعم جزئي من ديفيد ومؤسسة باكارد لوسيل.
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).
