《先进材料》：电凝胶法快速制作图案化导电PEDOT: PSS水凝胶

来源：高分子科学前沿

原标题：斯坦福大学鲍哲南教授《先进材料》：电凝胶法快速制作图案化导电PEDOT: PSS水凝胶

由导电聚合物PEDOT:PSS制成的水凝胶是一种用途广泛的材料，并且也是用于创建生物电子学，组织工程，可伸缩电子学，和能源等前沿研究领域的重要框架。PEDOT:PSS在低聚合物浓度的时候可以通过宏观连接形成水凝胶，这种水凝胶既具有良好的导电性也具有加工过程的灵活多样性，相比于固态PEDOT:PSS具有很大的优势。尽管这些基于PEDOT:PSS具有优良的性能，可拉伸和机械强度良好的PEDOT:PSS水凝胶图案化方法仍然需要实现所需的空间分辨率，并将它们集成到可能包含许多其他材料和处理步骤的设备中。

要实现PEDOT:PSS水凝胶快速图案化的目标，主要的挑战是在形成PEDOT:PSS水凝胶网络的过程中保持高含水量，使用传统的图形或电聚合方法固体导电聚合物薄膜是不容易实现的。

近日来，斯坦福大学的柔性电子领域知名学者鲍哲南教授团队的Vivian Rachel Feig提出了一种通过电化学凝胶法快速图案化PEDOT:PSS的方法。相应的工作发表于近日发表于材料科学顶刊《先进材料》（DOI: 10.1002/adma.201902869）。用于在任何导电模板(包括曲面和三维表面)上快速生成PEDOT:PSS水凝胶。在这项工作中，鲍哲南团队报道的电化学凝胶法具有非常广泛的通用性，可以在任何导电模板(包括曲面和三维表面)上快速图案化生成PEDOT:PSS水凝胶。该方法的高空间分辨率是通过使用金属牺牲层来生成水凝胶图形来实现的，从而使具有理想材料性能的高性能导电水凝胶和气凝胶被引入到日益复杂的体系和架构中。

图示一：铜作为牺牲金属层的电化学凝胶法综述。(A)电凝胶法是通过先将铜蒸镀成需要的图形(步骤1)，然后使用镀铜基板作为工作电极浸入含有PEDOT:PSS的水性电解液中进行电化学反应(步骤2)。通过控制铜的氧化，生成PEDOT:PSS水凝胶(步骤3)。 (C)PEDOT:PSS是微凝胶颗粒在水性电解质中的胶体分散体。(D)一旦铜牺牲层被电化学氧化成Cu2+离子微凝胶颗粒之间的静电斥力被屏蔽，导致凝胶化。(E)使用这种基于阴影掩模的方法很容易制作复杂的图案。(F) 多孔的PEDOT:PSS表面形貌证实水凝胶的形成。

图示二：电凝胶法生成PEDOT:PSS水凝胶的图案和涂层。(A,B)使用阴影掩模通过电凝胶法可以制作的最小电极尺寸；(C) PEDOT:PSS用电凝胶法在弯曲的不锈钢表面制作图案。(D)水- PEDOT；PSS电凝胶共形涂层在一个几何上弯曲的不锈钢螺旋和(E)不锈钢丝网上。(F) PEDOT:PSS电凝胶可以相互渗透。通过用前驱体溶液回填有图案的凝胶，形成类似聚丙烯酸的二次网络。(G)图案可以是无缝的与二次聚丙烯酸网络集成并一起拉伸。

本文的第一作者是斯坦福大学材料学院的Vivian Rachel Feig，通讯作者是斯坦福大学的化工系鲍哲南教授。该研究得到了斯坦福大学Wu Tsai Neurosciences Institute的Big Ideas inNeuroscience grant资助。

全文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201902869

作者：汉远星光  来源：高分子科学前沿