本發(fā)明涉及有機(jī)光電領(lǐng)域，特別是指一種高導(dǎo)電PEDOT:PSS納米薄膜及其制備和轉(zhuǎn)移方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著能源危機(jī)的日益加重，能量轉(zhuǎn)換及能量存儲(chǔ)等光電子器件越來(lái)越受到人們的關(guān)注。在能量轉(zhuǎn)換器件方面，有機(jī)太陽(yáng)能電池以其清潔、廉價(jià)、可再生、柔性等優(yōu)越性，受到科學(xué)家的青睞。在能量存儲(chǔ)方面，超級(jí)電容器由于具有充電時(shí)間短、功率密度高、庫(kù)侖效率高及使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。而目前光電子器件制作過(guò)程中涉及到金屬電極的空氣穩(wěn)定性、非柔性及真空過(guò)程的高成本等，因此具有較好空氣穩(wěn)定性、高導(dǎo)電性柔性電極的開(kāi)發(fā)迫在眉睫。

導(dǎo)電高分子由于具有較高的電導(dǎo)率、較好的空氣穩(wěn)定性及柔性等優(yōu)點(diǎn)，被人們認(rèn)為是取代ITO導(dǎo)電玻璃電極的理想選擇。其中，產(chǎn)品化的導(dǎo)電聚合物PEDOT:PSS溶液的固相含量為0.6％～5.0％，PEDOT與PSS的質(zhì)量比為5:8～1:20，其中，PEDOT為EDOT(3，4-乙烯二氧噻吩單體)的聚合物，PSS為聚苯乙烯磺酸鹽，為提高PEDOT的溶解性而添加在溶液中。PEDOT:PSS溶液具有較高的電導(dǎo)率、可溶液加工性能、高透光率及熱穩(wěn)定性，且配方多樣，可滿足不同類(lèi)型器件的要求，因而倍受青睞。

現(xiàn)在，常用的制備PEDOT:PSS薄膜的方法是滴涂，旋涂等，但滴涂法制備的薄膜過(guò)厚，無(wú)法滿足實(shí)際需求，旋涂薄膜難以控制精確相應(yīng)厚度，并無(wú)法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，使用抽濾的方法得到的PEDOT:PSS薄膜平整且有較高的電導(dǎo)率，如專(zhuān)利號(hào)CN105405977A中公開(kāi)了使用抽濾的方法得到納米薄膜，但需要先將PEDOT:PSS滴加到酸溶液中以提高薄膜的電導(dǎo)率，所得PEDOT:PSS薄膜中質(zhì)量比為3:7～15:2的PEDOT以及PSS，所述PEDOT:PSS薄膜的厚度為1μm～50μm，方塊電阻為0.10Ω/sq～120Ω/sq，電導(dǎo)率為210S/cm～1827S/cm。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種低成本，表面光滑、完整、電導(dǎo)率高的高導(dǎo)電PEDOT:PSS納米薄膜及其制備和轉(zhuǎn)移方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供技術(shù)方案如下：

一種高導(dǎo)電PEDOT:PSS納米薄膜，所述PEDOT:PSS納米薄膜中PEDOT:PSS質(zhì)量比為1:2.5，所述納米薄膜的厚度為0.15μm～0.35μm，電導(dǎo)率為1300S/cm～1610S/cm。PEDOT與PSS以一定的比例混合，能形成均一分散的PEDOT:PSS水溶液，由于PSS在水中的溶解度較高，所以可以較大提高PEDOT:PSS的溶解度，得到分散性較好的溶液，且具有穩(wěn)定的電導(dǎo)率，良好的透明度。

進(jìn)一步的，所述PEDOT:PSS納米薄膜中PEDOT:PSS質(zhì)量比為1:1.2～1:1.7。

一種高導(dǎo)電PEDOT:PSS納米薄膜的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：用有機(jī)溶劑將PEDOT:PSS溶液稀釋?zhuān)暦稚ⅲ?/p>

步驟2:將上述溶液平鋪于微孔濾膜上；

步驟3：通過(guò)真空抽濾得到所述納米薄膜。

其中：所述步驟1中，有機(jī)溶劑為乙醇、甲醇、二甲基亞砜、二甲基二甲酰胺、乙二醇中的一種或多種。

其中：所述步驟1中，稀釋倍數(shù)為30～200倍。

其中：所述步驟2中，微孔濾膜的孔徑小于0.5μm。

其中：所述步驟3中，所述納米薄膜的厚度為0.2μm～0.25μm。

采用有機(jī)溶劑稀釋的PEDOT：PSS制得的自支撐納米薄膜，電導(dǎo)性能優(yōu)異。

上述中任一所述的高導(dǎo)電PEDOT:PSS納米薄膜的轉(zhuǎn)移方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：將載有納米薄膜的微孔濾膜浸入去離子水中，進(jìn)行脫膜；

步驟2：將脫落的納米薄膜轉(zhuǎn)移至塑料或者玻璃片基上；

步驟3：真空干燥。

其中：所述步驟3中，真空干燥的溫度為100℃～120℃。

如將抽濾后得到的載有納米薄膜的微孔濾膜完全干燥后再做脫膜處理，得不到完整的納米薄膜且操作十分困難，若將未完全干燥的載有納米薄膜的微孔濾膜置于水中，進(jìn)行濕法轉(zhuǎn)移，既可以得到完整的納米薄膜且操作方便。

本發(fā)明具有以下有益效果：

與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述方案中，PEDOT:PSS納米薄膜中PEDOT:PSS質(zhì)量比為1:2.5，更加節(jié)省了PEDOT:PSS的原材料成本，并且使用抽濾的方法更容易控制所需薄膜的厚度，使其應(yīng)用更加方便，制得的納米薄膜厚度均勻，為0.2μm～0.25μm，電導(dǎo)率為1300S/cm～1610S/cm，導(dǎo)電性能優(yōu)異，制備工藝簡(jiǎn)單，流程短，在抽濾的薄膜干燥之前進(jìn)行濕法轉(zhuǎn)移，更易得到完整的納米薄膜，且適于大規(guī)模生產(chǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為PEDOT:PSS納米薄膜的制備及轉(zhuǎn)移流程圖；

圖2不同片基轉(zhuǎn)移的PEDOT:PSS納米薄膜及彈性示意圖；

圖3不同溶劑制備的透明PEDOT:PSS納米薄膜示意圖；

圖4基于乙醇為溶劑制備的不同厚度的PEDOT:PSS納米薄膜示意圖；

圖5不同溶劑制備的PEDOT:PSS納米薄膜厚度柱狀圖；

圖6不同有機(jī)溶劑制備的PEDOT:PSS納米薄膜電導(dǎo)率柱狀圖；

圖7 PEDOT:PSS納米薄膜厚度與其用量的關(guān)系曲線；

圖8基于乙醇為溶劑制備的不同厚度的PEDOT:PSS納米薄膜電導(dǎo)率折線圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。

實(shí)施例1

(1)將塑料(玻璃)片基用OTG清洗液清洗，去離子水清洗，乙醇清洗干凈后，烘干備用；

(2)將100μL質(zhì)量比為1:2.5的PEDOT:PSS加入6mL的乙醇(EtOH)中，超聲分散，鋪于微孔濾膜上；

(3)真空抽濾成膜；

(4)將載有薄膜的微孔濾膜浸沒(méi)到去離子水中，脫膜；

(5)轉(zhuǎn)移過(guò)程(圖1所示)，將脫落的薄膜轉(zhuǎn)移分別轉(zhuǎn)移至塑料或玻璃片基上；

(6)將脫下的薄膜120℃下真空干燥；

(7)采用四探針?lè)ㄟM(jìn)行電導(dǎo)率測(cè)試，采用掃描電鏡對(duì)薄膜的厚度進(jìn)行測(cè)試。

如圖5-6所示，制得的納米薄膜的厚度為0.225μm，導(dǎo)電率為1400S/cm，薄膜柔韌性良好，在塑料和玻璃片基上都呈現(xiàn)了良好的透明度(圖2所示)。

實(shí)施例2

(1)將塑料(玻璃)片基用OTG清洗液清洗，去離子水清洗，乙醇清洗干凈后，烘干備用；

(2)將100μL質(zhì)量比為1:2.5的PEDOT:PSS加入6mL的甲醇(MeOH)中，超聲分散，鋪與微孔濾膜上；

(3)真空抽濾成膜；

(4)將載有薄膜的微孔濾膜上浸沒(méi)到去離子水中，脫膜；

(5)轉(zhuǎn)移過(guò)程(圖1所示)，將脫落的薄膜轉(zhuǎn)移分別轉(zhuǎn)移至塑料或玻璃片基上；

(6)將脫下的薄膜120℃下真空干燥；

(7)采用四探針?lè)ㄟM(jìn)行電導(dǎo)率測(cè)試，采用掃描電鏡對(duì)薄膜的厚度進(jìn)行測(cè)試。

如圖5-6所示，制得的納米薄膜的厚度為0.25μm，導(dǎo)電率為1590S/cm，薄膜柔韌性良好，在塑料和玻璃片基上都呈現(xiàn)了良好的透明度。

實(shí)施例3

(1)將塑料(玻璃)片基用OTG清洗液清洗，去離子水清洗，乙醇清洗干凈后，烘干備用；

(2)將100μL質(zhì)量比為1:2.5的PEDOT:PSS加入6mL的二甲基亞砜(DMSO)中，超聲分散，鋪于微孔濾膜上；

(3)真空抽濾成膜；

(4)將載有薄膜的微孔濾膜浸沒(méi)到去離子水中，脫膜；

(5)轉(zhuǎn)移過(guò)程(圖1所示)，將脫落的薄膜轉(zhuǎn)移分別轉(zhuǎn)移至塑料或玻璃片基上；

(6)將脫下的薄膜120℃下真空干燥；

(7)采用四探針?lè)ㄟM(jìn)行電導(dǎo)率測(cè)試，采用掃描電鏡對(duì)薄膜的厚度進(jìn)行測(cè)試。

如圖5-6所示，制得的納米薄膜的厚度為0.227μm，導(dǎo)電率為1610S/cm，薄膜柔韌性良好，在塑料和玻璃片基上都呈現(xiàn)了良好的透明度(圖2所示)。

實(shí)施例4

(1)將塑料(玻璃)片基用OTG清洗液清洗，去離子水清洗，乙醇清洗干凈后，烘干備用；

(2)將100μL質(zhì)量比為1:2.5的PEDOT:PSS加入6mL的二甲基甲酰胺(DMF)中，超聲分散，鋪于微孔濾膜上；

(3)真空抽濾成膜；

(4)將載有薄膜的微孔濾膜浸沒(méi)到去離子水中，脫膜；

(5)轉(zhuǎn)移過(guò)程(圖1所示)，將脫落的薄膜轉(zhuǎn)移分別轉(zhuǎn)移至塑料或玻璃片基上；

(6)將脫下的薄膜120℃下真空干燥；

(7)采用四探針?lè)ㄟM(jìn)行電導(dǎo)率測(cè)試，采用掃描電鏡對(duì)薄膜的厚度進(jìn)行測(cè)試。

如圖5-6所示，制得的納米薄膜的厚度為0.225μm，導(dǎo)電率為1400S/cm，薄膜柔韌性良好，在塑料和玻璃片基上都呈現(xiàn)了良好的透明度(圖2所示)。

實(shí)施例5

(1)將塑料(玻璃)片基用OTG清洗液清洗，去離子水清洗，乙醇清洗干凈后，烘干備用；

(2)將100μL質(zhì)量比為1:2.5的PEDOT:PSS加入6mL的乙二醇(EG)中，超聲分散，鋪于微孔濾膜上；

(3)真空抽濾成膜；

(4)將載有薄膜的微孔濾膜浸沒(méi)到去離子水中，脫膜；

(5)轉(zhuǎn)移過(guò)程(圖1所示)，將脫落的薄膜轉(zhuǎn)移分別轉(zhuǎn)移至塑料或玻璃片基上；

(6)將脫下的薄膜120℃下真空干燥；

(7)采用四探針?lè)ㄟM(jìn)行電導(dǎo)率測(cè)試，采用掃描電鏡對(duì)薄膜的厚度進(jìn)行測(cè)試。

如圖5-6所示，制得的納米薄膜的厚度為0.225μm，測(cè)得導(dǎo)電率為1300S/cm，薄膜柔韌性良好，在塑料和玻璃片基上都呈現(xiàn)了良好的透明度(圖2所示)。

實(shí)施例6

分別取質(zhì)量比為1:2.5的PEDOT:PSS溶液30μL、50μL、100μL、200μL加入6mL的乙醇(EtOH)中，對(duì)轉(zhuǎn)移抽濾后的薄膜，進(jìn)行電導(dǎo)率和薄膜厚度的測(cè)試。

如圖4所示，不同取量的PEDOT:PSS水溶液在塑料上的圖片，隨著PEDOOT:PSS用量的增大，薄膜的顏色逐漸加深。

如圖7所示，薄膜厚度隨著PEDOT:PSS取量的增加而增厚。

此外，如圖8所示，納米薄膜的電導(dǎo)率隨著PEDOT:PSS取量的增加呈先增大后減小的趨勢(shì)。

實(shí)施例7

將稀釋于EtOH、MeOH、DMF、DMSO、EG的PEDOT:PSS制成的納米薄膜，同等厚度條件下，如圖3所示，納米薄膜在塑料上表現(xiàn)出不同的透明度。

對(duì)比例1

(1)將塑料(玻璃)片基用OTG清洗液清洗，去離子水清洗，乙醇清洗干凈后，烘干備用；

(2)將100μL質(zhì)量比為1:2.5的PEDOT:PSS加入6mL的水中，超聲分散，鋪于微孔濾膜上；

(3)真空抽濾成膜；

(4)將載有薄膜的微孔濾膜浸沒(méi)到去離子水中，脫膜；

(5)轉(zhuǎn)移過(guò)程(圖1所示)，將脫落的薄膜轉(zhuǎn)移分別轉(zhuǎn)移至塑料或玻璃片基上；

(6)將脫下的薄膜120℃下真空干燥；

(7)采用四探針?lè)ㄟM(jìn)行電導(dǎo)率測(cè)試，采用掃描電鏡對(duì)薄膜的厚度進(jìn)行測(cè)試。

制得的納米薄膜的厚度為0.24μm，導(dǎo)電率為1.5S/cm。

對(duì)比例2

(1)將塑料(玻璃)片基用OTG清洗液清洗，去離子水清洗，乙醇清洗干凈后，烘干備用；

(2)將100μL質(zhì)量比為1:2.5的PEDOT:PSS加入6mL的異丙醇中，超聲分散，鋪于微孔濾膜上；

(3)真空抽濾成膜；

(4)將載有薄膜的微孔濾膜浸沒(méi)到去離子水中，脫膜；

(5)轉(zhuǎn)移過(guò)程(圖1所示)，將脫落的薄膜轉(zhuǎn)移分別轉(zhuǎn)移至塑料或玻璃片基上；

(6)將脫下的薄膜120℃下真空干燥；

(7)采用四探針?lè)ㄟM(jìn)行電導(dǎo)率測(cè)試，采用掃描電鏡對(duì)薄膜的厚度進(jìn)行測(cè)試。

制得的納米薄膜的厚度為0.234μm，導(dǎo)電率為1100S/cm。

對(duì)比例3

(1)將塑料(玻璃)片基用OTG清洗液清洗，去離子水清洗，乙醇清洗干凈后，烘干備用；

(2)將100μL質(zhì)量比為1:2.5的PEDOT:PSS加入6mL的N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，超聲分散，鋪于微孔濾膜上；

(3)真空抽濾成膜；

(4)將載有薄膜的微孔濾膜浸沒(méi)到去離子水中，脫膜；

(5)轉(zhuǎn)移過(guò)程(圖1所示)，將脫落的薄膜轉(zhuǎn)移分別轉(zhuǎn)移至塑料或玻璃片基上；

(6)將脫下的薄膜120℃下真空干燥；

(7)采用四探針?lè)ㄟM(jìn)行電導(dǎo)率測(cè)試，采用掃描電鏡對(duì)薄膜的厚度進(jìn)行測(cè)試。

制得的納米薄膜的厚度為0.23μm，導(dǎo)電率為520S/cm。

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)比例2中，有機(jī)溶劑使用異丙醇，電導(dǎo)率大于1000S/cm，對(duì)比例3中，有機(jī)溶劑使用NMP，電導(dǎo)率小于1000S/cm，由于篇幅所限，有機(jī)溶劑可選取本領(lǐng)域常用試劑以形成新的實(shí)施例，不一一進(jìn)行列舉，但需要說(shuō)明的是有機(jī)溶劑除了上述以外，還可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員能想到的其他有機(jī)溶劑，這些也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。

綜上，本發(fā)明中PEDOT:PSS納米薄膜更加節(jié)省了PEDOT:PSS的原材料成本，并且使用抽濾的方法更容易控制所需薄膜的厚度，使其應(yīng)用更加方便，制得的納米薄膜厚度均勻，在塑料和玻璃片基上都呈現(xiàn)良好的透明度，與對(duì)比例1相比，本發(fā)明制得的PEDOT:PSS納米薄膜導(dǎo)電性能優(yōu)異，電導(dǎo)率為1300S/cm～1610S/cm，制備工藝簡(jiǎn)單，流程短，在抽濾的薄膜干燥之前進(jìn)行濕法轉(zhuǎn)移，更易得到完整的納米薄膜，且適于大規(guī)模生產(chǎn)。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。