慕尼黑工業(yè)大學(xué)Peter Müller-Buschbaum教授團(tuán)隊(duì) ACS Nano：自支撐導(dǎo)電聚合物薄膜的多功能應(yīng)用
2024-12-11 來(lái)源：高分子科技
近期，德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)物理系Peter Müller-Buschbaum教授團(tuán)隊(duì)提出一種Zn(TFSI)2離子鹽后處理導(dǎo)電聚合物PEDOT:PSS的策略以優(yōu)化薄膜材料的性能。 通過(guò)PEDOT:PSS與離子鹽之間的有益的離子交換(圖1a)，成功地調(diào)整PEDOT:PSS中固有的靜電相互作用。簡(jiǎn)單而有效的一步離子鹽后處理改性的PEDOT:PSS自支撐薄膜的電氣性能可與其他復(fù)雜工程方法獲得的結(jié)果相媲美，還表現(xiàn)出增強(qiáng)的機(jī)械柔韌性（圖2）。為了深入了解整體性能提升的機(jī)制，采用了一系列互補(bǔ)的表征方案（圖1和圖3），以解釋從分子結(jié)構(gòu)到長(zhǎng)距離導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的多重尺度結(jié)構(gòu)。在分子水平上，可以觀察到離子交換反應(yīng)、氧化水平、鏈構(gòu)象、PEDOT 晶體的顯著變化，以及多余非導(dǎo)電PSS鏈的去除；在納米尺度上，通過(guò)形成電子滲透良好的網(wǎng)絡(luò)，對(duì)富含PEDOT的區(qū)域進(jìn)行純化和致密化，可以實(shí)現(xiàn)晶粒間耦合。此外，本研究還證明了離子鹽改性的PEDOT:PSS自支撐薄膜在熱電發(fā)電機(jī)、高導(dǎo)電水凝膠和濕度響應(yīng)執(zhí)行器領(lǐng)域的多功能應(yīng)用的巨大前景。因此，本研究建立了多尺度結(jié)構(gòu)—多功能特性—多功能應(yīng)用的閉環(huán)關(guān)系。相關(guān)工作以題為“Electrostatic Tailoring of Freestanding Polymeric Films for Multifunctional Thermoelectrics, Hydrogels, and Actuators”的論文發(fā)表在最新一期的《ACS Nano》上。Suo Tu博士為論文第一作者，Peter Müller-Buschbaum教授和Ting Tian博士為論文共同通訊作者。慕尼黑工業(yè)大學(xué)化學(xué)系Roland A. Fischer教授和Xiaoxin Ma博士等人為本工作的重要合作者。
圖1.用離子鹽后處理的PEDOT:PSS薄膜的分子間相互作用、聚合物鏈構(gòu)象和摻雜水平的變化
圖2.用離子鹽后處理的PEDOT:PSS薄膜的熱電和機(jī)械性能
圖3.用離子鹽后處理的PEDOT:PSS薄膜的微觀結(jié)構(gòu)分析
圖4.PEDOT:PSS基薄膜的熱電發(fā)電機(jī)、導(dǎo)電水凝膠和濕度響應(yīng)執(zhí)行器
全文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.4c12502
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（責(zé)任編輯：xu）
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