Reaktiv damp deponering av konjugert Polymer filmer på vilkårlig underlag

Summary

Dette dokumentet presenterer en protokoll for reaktive damp deponering av poly(3,4-ethylenedioxythiophene), poly(3,4-propylenedioxythiophene) og poly (thieno [3,2 –b] tiofen) filmer på glass lysbilder og ulendt underlag, for eksempel tekstiler og papir.

Abstract

Vi viser en metode for conformally belegg konjugert polymerer på vilkårlig underlag med en tilpasset designet, lavt trykk reaksjon kammer. Ledende polymerer, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) og poly(3,4-propylenedioxythiophene) (PProDOT), og semiconducting polymer, poly (thieno [3,2 –b] tiofen) (TOS), ble avsatt på ukonvensjonelle svært sentral og Teksturert underlag med høy overflate områder, slik som papir, håndklær og tekstiler. Dette rapportert deponering kammeret er en forbedring av forrige damp reaktorer fordi systemet kan brukes både flyktige og nonvolatile monomerer, som 3,4-propylenedioxythiophene og thieno [3,2 –b] tiofen. Utnyttelse av både faste og flytende oksidanter er også vist. En begrensning av denne metoden er at den mangler sofistikert i situ tykkelse skjermer. Polymer-belegg som er laget av de brukte løsning-basert belegg metodene, som spin belegg og overflate pode, er ofte ikke uniform eller utsatt for mekaniske degradering. Dette rapportert damp fase deponering metoden overvinner de ulempene og er et kraftig alternativ til vanlige løsning-basert belegg metoder. Spesielt, er polymer filmer belagt av rapporterte metoden enhetlig og conformal på ru overflater, selv på en mikrometer skala. Denne funksjonen gir fremtidig anvendelse av damp avsatt polymerer i elektronikk anordninger på fleksibel og svært strukturert underlag.

Introduction

Polymere gjennomføring og semiconducting materiale har unike egenskaper, som fleksibilitet¹, stretchability², åpenhet³og lav tetthet,⁴ som gir ekstraordinær muligheter for å lage neste generasjons elektroniske enheter på utradisjonell underlag. Foreløpig bestreber mange forskere å dra nytte av de unike egenskapene til polymere materialer å lage fleksible og/eller bærbar elektronikk^5,6 og smarte tekstiler⁷. Imidlertid fortsatt muligheten til å conformally coat svært strukturerte overflater og ikke-robust underlag, som papir, stoffer og tråder/garn, unmastered. Oftest polymerer syntetisert og belagt på flater med løsningsmetoder. ^{8 , 9 , 10 , 11 , 12} selv løsningsmetoder gir polymer belagt fiber/tekstiler, belegg anskaffes er ofte ikke-uniform og lett skadet av liten fysisk stresset^13,14 . Løsningsmetoder er heller ikke gjelder belegg papir på grunn av wetting problemer.

Reaktiv damp deponering kan opprette conformal konjugert polymer filmer på en rekke forskjellige underlag, uansett overflaten kjemi/komposisjon, overflate energi og råhet/form¹⁵. Med denne tilnærmingsmåten er konjugert polymerer synthesized i damp fase av samtidig levere monomer og oksiderende gasser til en overflate. Polymerisasjon og film formasjon oppstår på overflaten på en enkelt, løsemiddel-fri. Denne metoden er teoretisk gjelder alle konjugert polymer som kan syntetiseres av oksidativt polymerisasjon bruker løsningsmetoder. Men hittil er protokoller for innskudd bare en smal sett av konjugert polymer strukturer kjent. ¹⁵

Her viser vi deponering av ledende poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) og poly(3,4-propylenedioxythiophene) (PProDOT) og semiconducting poly (thieno [3,2 –b] tiofen) (PTT) filmer via reaktive damp deponering. To typer oksidanter, solid FeCl₃ og flytende Br₂, brukes i prosessen. De tilsvarende polymerer kalles Cl-PProDOT, Cl-TOS og Br-PEDOT. Både konvensjonell underlag, glass lysbilder og ukonvensjonelle teksturerte underlag, slik som papir, håndklær og stoffer, ble belagt med polymer filmer.

Denne protokollen beskriver oppsettet av spesialbygde damp deponering kammeret og detaljer om deponering prosessen. Det er ment å hjelpe nye utøvere til å bygge deres deponering system og unngå vanlige feller som er forbundet med damp-fase syntese.

Protocol

Les MSDS for reagenser og følg alle kjemiske sikkerhetstiltak som kreves av institusjonen. 1. deponering av Cl-PProDOT og Cl-TOS Bygge strukturen i spesialbygde rørformede damp deponering kammeret som vist i figur 1. Lage en 1/4-modulen (ytre diameter, OD) smeltet kvarts siden innløpet til en 2-modulen (OD) smeltet kvarts rør. Gjøre en kald felle en spesialbygd U-form 1-in. rustfritt stål rør og en Dewar kolbe. Koble kvarts rør…

Representative Results

Tykkelsen av Cl-PProDOT filmer dannet på 1,3 cm x 2,5 cm glass lysbilder på diskrete laterale stillinger langs sentrale røret ble målt ved en profilometer (Figur 3). Conductivities ble beregnet fra resistivitet mål med en hjemme-bygget fire-punkts sonde teststasjon. Målt ledeevne på en 100-nm tykk Cl-PProDOT film på glass lysbilder er 106 S/cm, som er tilstrekkelig til å kvalifisere denne filmen som en potensiell elektrode materiale. <strong class="x…

Discussion

Mekanismen av reaksjonen er oksidativt polymerisasjon. Polymer belegg metoder ved hjelp av samme mekanisme inkluderer electropolymerization¹⁷ og damp fase polymerisasjon¹⁸. Electropolymerization krever en ledende substrat, mangler fordelen av uniform og conformal belegg, og er en miljømessig uvennlig løsning-basert metode¹⁹. Eksisterende damp fase polymerisasjon metoden ligner på metoden rapporterte her, men kan bare danner svært flyktig monomere…

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