陈武峰
Nature Communications: 首款新型n型高导电性聚合物墨水或成为下一代印刷产品的”另一条腿”-奇材进展
2021-4-23 15:05
阅读:607



瑞典林雪平大学团队工作,奇材馆整理

【文章概述】

导电聚合物是众多光电子和生物电子应用的使能技术。多功能的化学合成、低成本的溶液加工性和独特的机械稳定性使导电聚合物在可再生能源、传感和医疗保健等行业具有广泛的吸引力。在许多光电和生物电子器件中使用的典型导电聚合物是P型导体PEDOT:PSS。然而,很多应用场所需要p型和n型的组合才能发挥作用。目前,还没有与PEDOT:PSS相当的n型材料。

【成果简介】

瑞典林雪平大学的研究人员开发了一种用于印刷电子产品的醇基n型导电油墨。新的聚合物配方被称为BBL:PEIn型油墨是由一种胺基绝缘聚合物聚(PEI)掺杂的共轭聚合物聚(苯并咪唑苯并菲罗啉)(BBL)组成。这种油墨可以在空气中通过简单的喷涂处理。经热活化后,n BBL:PEI薄膜的电导率高达8 S/cm,同时具有良好的热稳定性和环境稳定性。即使用普通有机溶剂洗涤薄膜后,其高电导率仍可保留。PEDOT:PSS的一切可能,在新聚合物BBL:PEI中也是可能的。该材料符合奇材馆理念,后续开发值得期待!

【图文导图】

                                              1.png

1 a pPEDOT:PSS的薄膜结构和化学结构示意图。

b BBLPEIlinPEIbra聚合物的薄膜结构和化学结构示意图。

c BBL:PEI油墨加工、喷涂及沉积实验流程

d 用于BBL:PEI油墨的溶剂与通常加工n型导电聚合物的其他溶剂的健康暴露限值比较

2.png

2材料表征图。

a BBL2D GIWAXS模式

 (b)PEIlin 和(cBBL:PEIlin (50 wt% PEI)薄膜的2D GIWAXS模式。

d-eBBLPEIlinBBL:PEIlin薄膜的面外(d)和面内(e) GIWAXS线切图。

f BBL, PEIlinBBL:PEIlin (50 wt% PEI)薄膜的N(1s) XPS分析表征。

g- jBBLBBL:PEIlinAFM图像和相应的电导AFM图像。

3.png

3电学性能及稳定性数据图。

a)不同PEI含量下BBL:PEIlinBBL:PEIbra的电导率。

bBBL:PEIlin在空气中24小时电导率的演变和在200氮气气氛下退火24小时的热稳定性。

cPEIlin暴露于常见的有机溶剂(CFCBDIO DMFDMSO和水)的稳定性: 显示电导率的变化。

4.png

4掺杂数据光谱图。

(a)     不同PEI含量BBL:PEIlin薄膜的UPS测量功函数和EPR测量自旋密度的演化。

(b)    BBL:PEIlin (50 wt%)的紫外-可见吸收光谱

c)相同样品对应的FTIR吸收光谱差异。

5.png

5aBBLPEIlin的塞贝克系数

b)由PEDOT:PSS p型支腿和BBL:PEI n型支腿组成的平面热电模块在不同温度梯度下记录的功率输出与电阻负载。

c)对比文献的其他平面热电模块,每p-n对的功率输出随温度梯度的变化。

d)使用0.1M NaCl电解质在空气中测得的基于BBLPEIOECT的转移曲线,在耗尽模式下表现出n型导电行为

e)两种导电类型的有机半导体光电工程的不同状态的栅极电压-漏极电压图

fp侧集成PEDOT:PSS OECTn侧集成BBL:PEI OECT的三值逆变器的电压输出、增益和模拟特性。

【奇材馆点评】

研究者开发的这种乙醇基n型导电油墨具有优异性能、稳定性和高导电性,为印刷电子、能源技术和生物电子领域带来了广阔的前景。因共轭聚合物BBL的负电荷被胺基绝缘聚合物PEI上的正电荷补偿,从而产生一种掺氮聚合物聚合物油墨,可以在空气中通过简单的喷涂处理。当与等效p型对等物PEDOT:PSS结合时,显示出创纪录的高功率输出(56 nW / p-n对,ΔT = 50 K)。预计,nBBL:PEI将在有机电子学领域产生与pPEDOT:PSS有类似的影响,并将为目前尚未解决的需要补充空穴和电子输运的问题提供解决方案。在下一代有机光电和生物电子器件中具有巨大的潜在影响。

【论文信息】

A high-conductivity n-type polymeric ink for   printed electronics

Nature communicationsIF=12.298

Pub Date : 2021.04.21

https://doi.org/10.1038/s41467-021-22528-y

Chi-Yuan   Yang 1, Marc-Antoine Stoeckel 1, Tero-Petri Ruoko 1, Han-Yan Wu1, Xianjie   Liu1,Nagesh B. Kolhe2, Ziang Wu3, Yuttapoom Puttisong 4, Chiara Musumeci1,   Matteo Massetti1, Hengda Sun 1,Kai Xu1, Deyu Tu 1, Weimin M. Chen 4, Han   Young Woo 3, Mats Fahlman 1, Samson A. Jenekhe 2,Magnus Berggren 1,5,6 &   Simone Fabiano 1,5,6

1 、Laboratory of Organic Electronics,   Department of Science and Technology, Linköping University, Norrköping,   Sweden.

2 、Department of Chemical Engineeringand   Department of Chemistry, University of Washington, Seattle, WA, USA.

3 、Department of Chemistry, College of   Science, Korea University, Seoul 136-713,Republic of Korea.

4 、Department of Physics, Chemistry and   Biology, Linköping University, Linköping, Sweden.

5 、Wallenberg Wood Science Center,   LinköpingUniversity, Norrköping, Sweden.

6 、n-Ink AB, 58330 Linköping, Sweden.

 

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