自抑制法制備PEDOT厚膜和PEDOT/Te點(diǎn)復(fù)合薄膜

有機(jī)-無機(jī)復(fù)合熱電材料不僅具有有機(jī)材料質(zhì)輕、高延展性、低成本、易制備等優(yōu)點(diǎn)，而且可以獲得比純有機(jī)材料更加優(yōu)異的熱電性能，近年來持續(xù)受到熱點(diǎn)關(guān)注。然而，傳統(tǒng)的采用原位聚合或機(jī)械混合法制得的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合熱電材料，存在著無機(jī)納米顆粒難分散、易氧化、粒徑大小難以控制以及無機(jī)相添加量過大（通常>25wt%）等問題，削弱了實(shí)際的復(fù)合效果，極大地阻礙了有機(jī)/無機(jī)復(fù)合熱電材料的進(jìn)展。有機(jī)薄膜晶體管：可用于快速發(fā)展的有機(jī)半導(dǎo)體領(lǐng)域中，作為源電極、柵電極和漏電極。

近日，中國科x院上海硅酸鹽研究所研究員陳立東、副研究員姚琴的研究團(tuán)隊(duì)在聚3,4-乙烯二氧s吩（PEDOT）基有機(jī)/無機(jī)復(fù)合熱電材料領(lǐng)域取得新進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)采用新型氧化劑，通過自抑制聚合法，獲得了高膜厚無氣孔PEDOT:DBSA-Te點(diǎn)復(fù)合熱電薄膜，相關(guān)成果相繼發(fā)表于NPG Asia Materials,2017,9,405；PEDOT的結(jié)構(gòu)PEDOT由于具有高的電導(dǎo)率(600S／cm)[61，較大的穩(wěn)定性和可見光透射率【而受到廣泛的關(guān)注。Angew.Chem.Int.Ed.2018,57,8037–8042，并獲得授權(quán)一項(xiàng)。

進(jìn)一步通過調(diào)節(jié)氧化劑的比例可以控制Te含量和粒徑，x粒徑可達(dá)到點(diǎn)級(jí)（<5nm）。終，通過Te點(diǎn)的聲子散射機(jī)制，在較低的Te添加量下（2.1~5.8 wt%），實(shí)現(xiàn)了澤貝克系數(shù)和電導(dǎo)率的同時(shí)提升，獲得了功率因子超過100 mW/mK2的復(fù)合薄膜，比純的PEDOT:DBSA基體提高了50%以上。該項(xiàng)研究為未來有機(jī)-無機(jī)復(fù)合納米熱電材料制備展示了新的方法和思路。（3）太陽能電池與傳統(tǒng)無機(jī)電池相比，聚合物太陽能電池具有重量輕、成本低、可濕法成膜大面積制造，可做柔性器件等優(yōu)點(diǎn)。下一步，該團(tuán)隊(duì)將探索更多基于此方法的PEDOT基復(fù)合材料的合成以及相關(guān)器件的制作。

對(duì)比PEDOT：PSS薄膜，PEDOT：PSS水凝膠因其富含水的性質(zhì)和類似組織的機(jī)械性能而被認(rèn)為是生物組織更理想的接口替代品。因?yàn)樗鼈儾粌H可以為細(xì)胞生長和分化提供適宜的微環(huán)境，而且還提供了一種導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，可以在電刺激下原位研究細(xì)胞行為。不幸的是，目前大多數(shù)PEDOT：PSS水凝膠都是在超出生物組織的耐受極限高溫環(huán)境下制備的。改進(jìn)或找到一種新的合成方法以提高EDOT的產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本是當(dāng)前科研工作者的主要任務(wù)。此外，目前幾乎沒有報(bào)道可注射的PEDOT：PSS水凝膠，而其對(duì)于微創(chuàng)生物醫(yī)學(xué)是非常急需的。

近期，理化技術(shù)研究所仿生材料與界面科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室江雷團(tuán)隊(duì)研究員王京霞與蘭州大學(xué)郭金山合作，在PEDOT光子晶體上實(shí)現(xiàn)了多彩圖案的水寫和電擦。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），發(fā)現(xiàn)所制備PEDOT-IO具有四種狀態(tài)和三種不同的開關(guān)形式：個(gè)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(gè)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。Clevios?PH1000或其即用型配方Clevios?FE-T可用作高導(dǎo)電性涂層。第三個(gè)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。

通過將PEDOT-IO-1(Ox)水誘導(dǎo)LiClO4分子去除效應(yīng)與PEDOT-IO-I的電化學(xué)調(diào)制相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)可逆的水寫/電擦多色光晶圖案。該研究工作為基于光子晶體的光學(xué)材料和器件的制備提供新的思路。