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  紙張的出現(xiàn)極大地促進(jìn)了人類文明的發(fā)展，同時也導(dǎo)致了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。聚（3,4-乙烯二氧噻吩）（PEDOT）由于其具有環(huán)境友好、生物相容和溶劑誘導(dǎo)變色等特點(diǎn)，在可重寫紙方面具有潛在應(yīng)用。在PEDOT 膜上進(jìn)行信息傳遞可基于多種刺激條件，例如光、熱、電、壓力和水。其中，水是最理想的觸發(fā)條件，因?yàn)樗鍧崱h(huán)保且成本較低。高質(zhì)量可重寫紙的獲得通常需要三個條件：墨水在紙表面受控擴(kuò)散；墨水書寫留下痕跡進(jìn)行信息傳遞；紙的可回收性。然而，PEDOT薄膜在空氣中是親水/親油的，墨水在PEDOT膜上的過度擴(kuò)散會大大降低書寫質(zhì)量和信息傳輸。因此，PEDOT薄膜的浸潤性調(diào)控對于它們作為可重寫紙的應(yīng)用至關(guān)重要。目前已發(fā)展了一系列策略用于調(diào)控PEDOT 膜表面浸潤性，例如改變化學(xué)成分（引入親水/疏水離子和接枝取代基）、構(gòu)建微/納米結(jié)構(gòu)、制備復(fù)合層體系。但是這些方法通常需要預(yù)先設(shè)計化學(xué)反應(yīng)，制備過程復(fù)雜且難以實(shí)現(xiàn)大面積。因此，發(fā)展一種簡單策略調(diào)控 PEDOT 薄膜表面浸潤性對于可重寫 PEDOT 紙的應(yīng)用非常重要。

  在以前的工作中，中科院理化技術(shù)研究所仿生實(shí)驗(yàn)室江雷院士團(tuán)隊王京霞研究員在PEDOT光子晶體上實(shí)現(xiàn)了多彩圖案的水寫和電擦除 （Adv. Funct. Mater., 2019, 1808473）。他們通過電聚合制備聚3，4-乙烯二氧噻吩（PEDOT）光子晶體（PEDOT-IO-0），揭示了所制備PEDOT-IO具有四種狀態(tài)和三種不同的開關(guān)形式：第一個開關(guān)是從PEDOT-IO-0到PEDOT-IO-I（中性態(tài)）的不可逆的還原過程。第二個開關(guān)是PEDOT-IO-I（中性態(tài)）和PEDOT-IO-I（氧化態(tài)）之間的可逆電化學(xué)過程，伴隨著由于離子摻雜/脫摻雜引起的可逆帶隙（結(jié)構(gòu)顏色）變化。第三個開關(guān)是水處理PEDOT-IO-I（氧化態(tài)）形成PEDOT-IO-II，由于水誘導(dǎo)LiClO₄分子（Li⁺和ClO₄^-離子）的去除和周期性結(jié)構(gòu)收縮，引起光晶帶隙的藍(lán)移。在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了在PEDOT光子晶體上水寫-電擦多彩圖案。

  最近，中科院理化技術(shù)研究所仿生實(shí)驗(yàn)室江雷院士團(tuán)隊王京霞研究員與中科院半導(dǎo)體所裴為華研究員合作基于水書寫和電擦除制備可重寫PEDOT薄膜。他們通過恒電位聚合制備聚3，4-乙烯二氧噻吩（PEDOT）薄膜（圖1），基于溶劑與PEDOT薄膜之間的相互作用呈現(xiàn)出三種溶劑調(diào)制行為。低極性溶劑 (LPS) 與PEDOT 薄膜無相互作用；中極性/高揮發(fā)性溶劑（MP/HVS）去除親水性電解質(zhì)，有助于將水接觸角從原始親水膜 (6.5°) 轉(zhuǎn)換為疏水性可寫基材 (146.2°)；高極性溶劑 (HPS) 誘導(dǎo) PEDOT 鏈中陰離子的去摻雜，導(dǎo)致薄膜顏色由藍(lán)變紫，作為信息書寫過程（圖2，3）。同時，PEDOT 薄膜的本征電化學(xué)氧化還原使擦除過程成為可能。

圖1.PEDOT膜的制備及表征

圖2.PEDOT膜的三種溶劑調(diào)制行為

圖3.PEDOT膜經(jīng)三種不同類型溶劑處理變化過程的示意圖

  以PEDOT膜表面浸潤性調(diào)控為前提，結(jié)合高極性溶劑誘導(dǎo)顏色變化（寫入）和電化學(xué)氧化還原反應(yīng)（擦除），實(shí)現(xiàn)了可重寫的PEDOT薄膜（圖4）。這項(xiàng)工作為基于 PEDOT 的光學(xué)材料和器件的制備提供新的思路。

圖4.PEDOT膜上水寫/電擦圖案

  相關(guān)研究結(jié)果以 “Rewritable PEDOT Film Based on Water-Writing and Electroerasing”發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces（DOI10.1021/acsami.1c09531）。該文章的第一作者武萍萍為中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所博士研究生。感謝國家自然基金的資助（51873221，52073292， 51673207，51373183，61634006）。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.1c09531

  下載：Rewritable PEDOT Film Based on Water-Writing and Electroerasing