基于PEDOT:PSS的复合材料在柔性电子和热电材料方面的研究进展

科技工作者之家 2020-10-23

来源:材料科学前沿

目前,随着柔性电子设备的蓬勃发展,导电聚合物聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)具有良好的光电特性和热电性能,加上聚合物在机械柔性,易于加工等优势,其在柔性有机电极、健康监测传感器、弹性导体方面有越来越多的研究,并应用于柔性装置和可拉伸器件之中。

近日四川大学傅强课题组概述了近年来基于PEDOT:PSS的复合材料在柔性电子和热电材料方面的研究进展。本综述从对PEDOT:PSS共混改性,复合的角度阐述了获取柔性/可拉伸可拉伸性能和良好的热电材料的方法,以期望拓宽PEODT:PSS在柔性电子设备和柔性热电材料方面的应用。目前,关于PEDOT:PSS的综述大多是从特定的性能或应用的角度出发,很少阐述复合成分、相互作用和结构对PEDOT:PSS基共混物和复合材料性能的影响。因此,本综述可以作为文献综述的补充,提供关于PEDOT:PSS相关材料和应用的更全面的进展。

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图1. 基于PEDOT:PSS制备可拉伸电子和热电材料的方法一览图

正文中,第一部分,为了更好地评价这些共混物的结构与性能之间的关系,主要研究了不同的相容性和分布状态对材料的拉伸和导电性能的影响。研究发现对于相容的PEDOT:PSS共混物,尽管使用了二次掺杂方法,拉伸性能的提升往往是以牺牲导电性为代价。对于不混溶的体系,由于弹性体与PEDOT:PSS的不相容性,制备体积型复合材料的过程比较复杂。除共混纤维外,由于有限尺寸效应和界面效应能够导致特有的热力学和动力学性质,而在弹性基体中构建分层结构或纳米约束的PEDOT:PSS形成导电通道的研究很少。

第二部分,对于含无机填料和碳填料的PEDOT:PSS复合材料,本文着重讨论了它们的电学和热电性能。PEDOT:PSS纳米复合材料的能量过滤效应和界面有序效应可能获得高塞贝克系数和高导电性。但是,高比例填料的加入会导致团聚和不均匀,阻碍功率因数的进一步提高。为了在PEDOT:PSS中实现填料的均匀分布,需要不断改进制造工艺(如界面改性)。在今后的研究中,除了考虑填料的分布,还应考虑控制填料的界面相互作用和取向,以优化其热电性能。此外,还应进一步研究增强热电性能的机理。

最后,文章对提升PEDOT:PSS可拉伸性和热电性能的方法进行了总结对比,基于目前存在的问题提出了对PEDOT:PSS复合材料结构调控和分散分布的设计策略,以及其PEDOT:PSS在柔性热电-自供电领域的应用展望。

文章第一作者是四川大学高分子科学与工程学院硕士研究生杨燕,邓华教授为本文的通讯作者,本文工作受到国家自然科学基金(51922071,51773139)的资助。

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材料 热电 pedot PSS

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