Reaktiven Aufdampfen von konjugierten Polymerfilmen auf beliebigen Substraten
Summary
Dieser Beitrag stellt ein Protokoll für die reaktiven Aufdampfen von poly(3,4-ethylenedioxythiophene), poly(3,4-propylenedioxythiophene) und Poly (Thieno [3,2 –b] Thiophen) Filme auf Objektträger und rauen Substraten, wie Textilien und Papier.
Abstract
Wir zeigen eine Methode conformally konjugierte Polymere auf beliebigen Substraten mit einer maßgeschneiderten, Niederdruck Reaktionskammer zu beschichten. Leitfähige Polymere, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) und poly(3,4-propylenedioxythiophene) (PProDOT), und eine halbleitende Polymere, Poly (Thieno [3,2 –b] Thiophen) (PTT), auf unkonventionelle abgelagert wurden, sehr ungeordnet und texturierten Substraten mit hohen Flächen wie Papier, Handtücher und Gewebe. Dies berichtet Ablagerung Kammer ist eine Verbesserung der bisherigen Dampf-Reaktoren, weil unser System flüchtigen und nichtflüchtigen Monomere wie 3,4-Propylenedioxythiophene und Thieno aufnehmen kann [3,2 –b] Thiophen. Verwertung von festen und flüssigen Oxidantien sind auch gezeigt. Eine Einschränkung dieser Methode ist, dass es anspruchsvoll in Situ Dicke Monitore fehlt. Polymerbeschichtungen gemacht durch die häufig verwendete lösungsorientierter Beschichtungsverfahren, wie Spin-Coating und Oberflächen zu veredeln, sind oft nicht einheitlich oder anfällig für mechanische Abbau. Dies berichtet Vapor Phase Abscheidungsverfahren überwindet diese Nachteile und ist eine starke Alternative zu gemeinsamen Lösung basierende Beschichtungsverfahren. Insbesondere sind Polymerfolien beschichtet durch die gemeldeten Methode einheitlich und winkeltreue auf rauen Oberflächen, auch bei einer Mikrometer Skala. Mit dieser Funktion können für zukünftige Anwendung von Dampf hinterlegt Polymeren in Geräten der Unterhaltungselektronik auf flexibel und stark strukturierte Untergründe.
Introduction
Durchführung von Polymeren und halbleitenden Materialien haben einzigartige Eigenschaften, wie Flexibilität1, Dehnbarkeit2, Transparenz3und niedriger Dichte,4 die außergewöhnliche Möglichkeiten für die Erstellung von bieten nächsten Generation elektronischen Geräten auf untraditionelle Substrate. Derzeit sind viele Forscher bestrebt, die einzigartigen Eigenschaften von Polymeren Materialien flexibel erstellen und/oder wearable-Electronics-5,–6 und smarte Textilien7nutzen. Die Fähigkeit zur conformally stark strukturierte Oberflächen und nicht robust Substraten, wie Papier, Stoffen und Fäden/Garne, Beschichtung bleibt jedoch. Am häufigsten sind Polymere synthetisiert und auf Flächen mit Lösungsverfahren beschichtet. 8 , 9 , 10 , 11 , 12 obwohl Lösungsverfahren Polymer beschichtet Fasern/Textilien bieten, sind die so erhaltenen Beschichtungen oft nicht gleichmäßig und leicht beschädigt durch kleinen körperlichen Belastungen13,14 . Lösungsverfahren gelten auch nicht für Papierbeschichtung wegen Benetzung Probleme.
Reaktiven Aufdampfen kann auf den unterschiedlichsten Substraten, unabhängig von Chemie die Zusammensetzung Oberfläche, Oberflächenenergie und Rauheit/Oberflächentopographie15winkeltreue konjugierte Polymerfilme erstellen. Bei diesem Ansatz sind konjugierte Polymere in der Dampfphase synthetisiert, indem gleichzeitig Monomer und Oxidationsmittel Dämpfe an eine Oberfläche liefert. Polymerisation und Film Bildung erfolgt auf der Oberfläche in einem einzigen, lösemittelfreie Schritt. Diese Methode gilt theoretisch für alle konjugierten Polymer, das durch oxidative Polymerisierung mit Lösungsmethoden synthetisiert werden kann. Bislang sind jedoch Protokolle für die Hinterlegung nur einer schmale Reihe von konjugierten Polymer Strukturen bekannt. 15
Hier zeigen wir die Ablagerung von leitfähigen poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) und poly(3,4-propylenedioxythiophene) (PProDOT) und halbleitenden Poly (Thieno [3,2 –b] Thiophen) (PTT) Filme über reaktiven Aufdampfen. Dabei sind zwei Arten von Oxidantien, solide FeCl3 und flüssigen Br2, genutzt. Die entsprechenden Polymere sind Cl-PProDOT, Cl-PTT und Br-PEDOT benannt. Sowohl konventionelle Substrate, Glas-Objektträger und unkonventionelle texturierten Substraten, wie Papier, Handtücher und Stoffe wurden mit Polymerfolien beschichtet.
Dieses Protokoll beschreibt die Einrichtung der Custom-Built Vapor Deposition Kammer und die Einzelheiten der Abscheidung. Es soll helfen, neue Praktiker ihre Ablagerung Buildsystem und vermeiden häufige Probleme mit Dampfphase Synthese verbunden.
Protocol
Representative Results
Discussion
Der Mechanismus der Reaktion ist oxidative Polymerisation. Polymer-Beschichtung-Methoden mit dem gleichen Mechanismus gehören Electropolymerization17 und Dampf Phase Polymerisation18. Electropolymerization erfordert eine leitfähige Substrat, den Vorteil des einheitlichen und konforme Beschichtung fehlt, und ist eine umweltschädliche lösungsorientierte Methode19. Die bestehenden Dampf Phase Polymerisation Methode ist ähnlich der Methode hier beri…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren erkennen dankbar finanziellen Unterstützung durch die uns Air Force Office of Scientific Research, unter Vertragsnummer FA9550-14-1-0128. T. L. A. erkennt auch dankbar teilweise Unterstützung von David und Lucille Packard Foundation.
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 |
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