Reaktiv dampudfældning konjugeret Polymer film på vilkårlige substrater

Summary

Dette paper præsenterer en protokol for reaktiv dampudfældning af poly(3,4-ethylenedioxythiophene), poly(3,4-propylenedioxythiophene) og poly (thieno [3,2 –b] thiophen) film på glas dias og ujævnt underlag, eksempelvis tekstiler og papir.

Abstract

Vi demonstrere en metode af conformally belægning konjugeret polymerer på vilkårlige substrater ved hjælp af en specialdesignet, lavtryks reaktionskammeret. Ledende polymerer, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) og poly(3,4-propylenedioxythiophene) (PProDOT), og en halvledende polymer, poly (thieno [3,2 –b] thiophen) (TOT), blev deponeret på ukonventionelle meget uorganiseret og tekstureret substrater med høj overflade områder, såsom papir, håndklæder og tekstiler. Dette rapporterede deposition kammer er en forbedring af tidligere vapor reaktorer, fordi vores system kan rumme både flygtige og nonvolatile monomerer, 3,4-propylenedioxythiophene og thieno [3,2 –b] thiophen. Udnyttelse af både faste og flydende oxidanter er også demonstreret. En begrænsning af denne metode er, at det mangler sofistikerede i situ tykkelse skærme. Polymer belægninger af de almindeligt anvendte løsning-baseret coating metoder, såsom spin-coating og overflade podning, er ofte ikke ensartet eller modtagelige for mekanisk nedbrydning. Dette rapporterede vapor fase deposition metode overvinder disse ulemper og er et stærkt alternativ til fælles løsning-baseret coating metoder. Navnlig, er polymer film belagt med metoden rapporterede ensartet og konform på ru overflader, selv på en mikrometer skala. Denne funktion giver mulighed for fremtidig anvendelse af damp deponeret polymerer i elektronik hjælpemidler på fleksible og stærkt profilerede substrater.

Introduction

Polymere udførelse og halvledende materialer har unikke egenskaber, såsom fleksibilitet¹, strækbarhed², gennemsigtighed³og lav befolkningstæthed,⁴ som giver ekstraordinære muligheder for at skabe næste generation elektroniske enheder på utraditionel substrater. I øjeblikket, mange forskere endeavoring at drage fordel af de unikke egenskaber af polymere materialer til at skabe fleksible og/eller bærbare elektronik^5,6 og smart tekstiler⁷. Evnen til at conformally frakke stærkt tekstureret overflader og ikke-robust underlag, såsom papir, tekstiler og tråde/garn, forbliver dog fremtidsmarked. Mest almindeligt, er polymerer syntetiseret og belagt på overflader ved hjælp af løsningsmetoder. ^{8 , 9 , 10 , 11 , 12} selv om løsningsmetoder giver polymer coated fibre/tekstiler, belægninger således opnåede er ofte ikke ensartet og let beskadiget af små fysiske understreger^13,14 . Løsningsmetoder er også ikke gælder for belægning papir på grund af befugtning problemer.

Reaktiv dampudfældning kan oprette conformal konjugeret polymer film på en bred vifte af substrater, uanset overfladen kemi/sammensætning, overfladeenergi og overflade ruhed/topografi¹⁵. I denne tilgang, er konjugeret polymerer syntetiseret i vapor fase af samtidigt levere monomere og oxidant dampe til en overflade. Polymerisering og film dannelsen sker på overfladen i et enkelt, opløsningsmiddelfri skridt. Denne metode er teoretisk gælder for enhver konjugeret polymer, der kan syntetiseres ved oxidativ polymerisering løsning metoder. Men til dato, protokoller for deponering kun en smal sæt af konjugeret polymer strukturer er kendt. ¹⁵

Her, vi vise aflejring af ledende poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) og poly(3,4-propylenedioxythiophene) (PProDOT) og halvledende poly (thieno [3,2 –b] thiophen) (TOT) film via reaktive dampudfældning. To slags oxidanter, solid FeCl₃ og flydende Br₂, der anvendes i processen. De tilsvarende polymerer er opkaldt Cl-PProDOT, Cl-TOT og Br-PEDOT. Både konventionelle substrater, glas lysbilleder og ukonventionelle tekstureret substrater, såsom papir, håndklæder og tekstiler, var belagt med polymer film.

Denne protokol beskriver opsætning af specialbyggede damp deposition kammer og nærmere oplysninger om deposition. Det er beregnet til at hjælpe nye praktiserende læger til at opbygge deres deposition system og undgå almindelige faldgruber forbundet med damp-fase syntese.

Protocol

Læs muskel-og Skeletbesvær for reagenser og følg alle kemiske sikkerhedsforanstaltninger som krævet af din institution. 1. aflejring af Cl-PProDOT og Cl-TOT- Opbygge strukturen af specialbyggede rørformede damp deposition salen som vist i figur 1. Gør en 1/4-in. (ydre diameter, OD) smeltet kvarts side indløb til en 2-tommer (OD) smeltet kvarts rør. Gøre en kold fælde med et specialbygget U-form 1-in. rustfrit stål rør og en Dewar kolb…

Representative Results

Tykkelsen af Cl-PProDOT film dannet på 1,3 cm x 2,5 cm glas dias placeret på diskret laterale stillinger langs det centrale røret blev målt ved en profilometer (figur 3). Grænseledningsevner blev beregnet fra resistivitet måling ved hjælp af et hjem-bygget fire-punkts sonde test station. Den målte ledningsevne af en 100-nm tykke Cl-PProDOT folie på glas dias er 106 S/cm, hvilket er tilstrækkeligt til at kvalificere denne film som en potentiel elektr…

Discussion

Mekanismen af reaktionen er oxidativ polymerisering. Polymer belægning metoder ved hjælp af den samme mekanisme omfatter electropolymerization¹⁷ og dampe fase polymerisering¹⁸. Electropolymerization kræver en ledende substrat, mangler fordelen af ensartet og konform belægning, og er en miljøskadelig løsning-baseret metode¹⁹. Den eksisterende vapor fase polymerisering metode svarer til metoden rapporteret her men kan kun polymerisere meget volat…

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