Реактивная парофазное осаждение конъюгированных полимерных пленок на произвольные подложках
Summary
Этот документ представляет протокол для реактивной парофазное осаждение poly(3,4-ethylenedioxythiophene), poly(3,4-propylenedioxythiophene) и поли (thieno [3,2 –b] тиофен) пленок на стекла слайды и грубой субстратов, например, Текстиль и бумаги.
Abstract
Мы демонстрируем метод конформно покрытия конъюгированные полимеры на произвольные подложках с использованием специально разработанных, низкого давления реакционной камере. Электропроводящие полимеры, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) и poly(3,4-propylenedioxythiophene) (PProDOT) и полупроводниковых полимеров, поли (thieno [3,2 –b] тиофен) (ППЗ), были депонированы на нетрадиционные весьма разупорядоченных и Текстурированные субстратов с высокой поверхностей, таких как бумага, полотенца и ткани. Это сообщил палате в осаждения представляет собой улучшение предыдущих пара реакторов потому, что наша система может вместить летучих и нелетучих мономеров, такие как 3,4-propylenedioxythiophene и thieno [3,2 –b] тиофен. Утилизация твердых и жидких окислителей также продемонстрировал. Одно ограничение этого метода является, что ей не хватает сложные в situ толщина мониторов. Полимерные покрытия методами часто используемые покрытие на основе решения, такие как спин покрытия и поверхности прививки, часто не единообразного или подвержены механическим деградации. Об этом сообщено метод осаждения паров этапе преодолевает эти недостатки и является серьезной альтернативой общих методов покрытие на основе решения. В частности полимерных пленок с покрытием методом сообщил единообразных и конформных на шероховатых поверхностях, даже в масштабе микрометра. Эта функция позволяет для будущего применения пара на хранение полимеров в электронных устройств на гибкой и высоко текстурированными субстратов.
Introduction
Полимерные проведения и полупроводниковые материалы обладают уникальными свойствами, как гибкость1, растяжимость2, прозрачности3и низкой плотности,4 который чрезвычайные возможности для создания следующего поколения электронных устройств на нетрадиционных подложек. В настоящее время многие исследователи стремятся воспользоваться преимуществами уникальных свойств полимерных материалов для создания гибких и/или wearable электроника5,6 и7смарт-текстиль. Однако способность конформно пальто высоко текстурированной поверхности и не надежные субстратов, например, бумаги, ткани и нитки/нити, по-прежнему unmastered. Чаще всего Полимеры являются синтезируется и покрытием на поверхности с помощью методов решения. 8 , 9 , 10 , 11 , 12 хотя методы решения обеспечивают полимерным покрытием волокон/Текстиль, полученные таким образом покрытий часто неоднородной и легко повреждены малых физических напряжений,1314 . Методы решения также не применяются для покрытия бумаги вследствие смачивания проблем.
Реактивной парофазное осаждение можно создавать фильмы конформное конъюгированные полимер на разнообразных субстратах, независимо от поверхности химия/композиция, энергии поверхности и рельефа шероховатости15. В этом подходе конъюгированные полимеры синтезируются в паровой фазе, одновременно обеспечивая мономера и окислитель паров к поверхности. Формирования полимеризации и фильма происходит на поверхности в шаге один, без растворителя. Этот метод теоретически применим к любой конъюгированные полимер, который может быть синтезировано окислительной полимеризации, используя методы решения. Однако на сегодняшний день известны протоколы для пополнения только узкий набор структур конъюгированные полимер. 15
Здесь, мы демонстрируем осаждения проводящих poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) и poly(3,4-propylenedioxythiophene) (PProDOT) и полупроводниковые поли (thieno [3,2 –b] тиофен) (PTT) фильмы через реактивной парофазное осаждение. Два вида окислителей, твердых FeCl3 и жидких Br2, используются в процессе. Соответствующие полимеров названы Cl-PProDOT, Cl-PTT и БР-PEDOT. Как обычные субстраты, стеклянных скольжениях, так и нетрадиционные текстурированной субстратов, таких как бумага, полотенца и ткани, были покрыты полимерной пленки.
Этот протокол описывает настройку камеры осаждения паров под заказ и детали процесса осаждения. Он предназначен для новых практикующих строить их осаждения системы и избежать распространенных ошибок, связанных с паровой фазе синтеза.
Protocol
Representative Results
Discussion
Механизм реакции является окислительной полимеризации. Полимерные покрытия методы, с помощью того же механизма включают electropolymerization17 и пара фаза полимеризации18. Electropolymerization требует проводящих подложке, не хватает преимущество единообразных и конформное пок?…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Финансовой поддержки от нас ВВС управлением научных исследований, под номером FA9550-14-1-0128 соглашения с благодарностью признают авторы. Т. л. а. также с благодарностью отмечает частичная поддержка Дэвида и Люсиль Пакард.
Materials
| 3,4-Ethylenedioxythiophene, 97% | Sigma Aldrich | 483028 | |
| 3,4-Propylenedioxythiophene, 97% | Sigma Aldrich | 660485 | |
| Thieno[3,2-b]thiophene, 95% | Sigma Aldrich | 702668 | |
| FeCl3, 97% | Sigma Aldrich | 157740 | |
| Br2 | Sigma Aldrich | 207888 |
Referenzen
- Kaltenbrunner, M., et al. Ultrathin and lightweight organic solar cells with high flexibility. Nat. Commun. 3, 770 (2012).
- Savagatrup, S., Printz, A. D., O’Connor, T. F., Zaretski, A. V., Lipomi, D. J. Molecularly Stretchable Electronics. Chem. Mater. 26, 3028-3041 (2014).
- Lee, J. -. Y., Connor, S. T., Cui, Y., Peumans, P. Semitransparent Organic Photovoltaic Cells with Laminated Top Electrode. Nano Lett. 10, 1276-1279 (2010).
- Kaltenbrunner, M., et al. An ultra-lightweight design for imperceptible plastic electronics. Nature. 499, 458-463 (2013).
- Jost, K., et al. Carbon coated textiles for flexible energy storage. Energy Environ. Sci. 4, 5060-5067 (2011).
- Hu, L., et al. Stretchable, Porous, and Conductive Energy Textiles. Nano Lett. 10, 708-714 (2010).
- Jost, K., Dion, G., Gogotsi, Y. Textile energy storage in perspective. J. Mater. Chem. A. 2, 10776-10787 (2014).
- Ding, Y., Invernale, M. A., Sotzing, G. A. Conductivity Trends of PEDOT-PSS Impregnated Fabric and the Effect of Conductivity on Electrochromic Textile. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2, 1588-1593 (2010).
- Hong, K. H., Oh, K. W., Kang, T. J. Preparation and properties of electrically conducting textiles by in situ polymerization of poly(3,4-ethylenedioxythiophene). J. Appl. Polym. Sci. 97, 1326-1332 (2005).
- Xu, J., et al. Fabric electrodes coated with polypyrrole nanorods for flexible supercapacitor application prepared via a reactive self-degraded template. Org. Electron. 26, 292-299 (2015).
- Du, Y., et al. Thermoelectric Fabrics: Toward Power Generating Clothing. Sci. Rep. 5, 6411 (2015).
- Yatvin, J., Sherman, S. A., Filocamo, S. F., Locklin, J. Direct functionalization of Kevlar[registered sign] with copolymers containing sulfonyl nitrenes. Polym. Chem. 6, 3090-3097 (2015).
- Musumeci, C., Hutchison, J. A., Samori, P. Controlling the morphology of conductive PEDOT by in situ electropolymerization: from thin films to nanowires with variable electrical properties. Nanoscale. 5, 7756-7761 (2013).
- Allison, L., Hoxie, S., Andrew, T. L. Towards seamlessly-integrated textile electronics: methods to coat fabrics and fibers with conducting polymers for electronic applications. Chem. Commun. 53, 7182-7193 (2017).
- Alf, M. E., et al. Chemical Vapor Deposition of Conformal, Functional, and Responsive Polymer Films. Adv. Mater. 22, 1993-2027 (2010).
- Goktas, H., Wang, X., Boscher, N. D., Torosian, S., Gleason, K. K. Functionalizable and electrically conductive thin films formed by oxidative chemical vapor deposition (oCVD) from mixtures of 3-thiopheneethanol (3TE) and ethylene dioxythiophene (EDOT). J. Mater. Chem. C. 4, 3403-3414 (2016).
- Sadki, S., Schottland, P., Brodie, N., Sabouraud, G. The mechanisms of pyrrole electropolymerization. Chem. Soc. Rev. 29, 283-293 (2000).
- Bhattacharyya, D., Howden, R. M., Borrelli, D. C., Gleason, K. K. Vapor phase oxidative synthesis of conjugated polymers and applications. J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. 50, 1329-1351 (2012).
- Yamato, H., et al. Synthesis of free-standing poly(3,4-ethylenedioxythiophene) conducting polymer films on a pilot scale. Synth. Met. 83, 125-130 (1996).
- Cheng, N., Zhang, L., Joon Kim, J., Andrew, T. L. Vapor phase organic chemistry to deposit conjugated polymer films on arbitrary substrates. J. Mater. Chem. C. 5, 5787-5796 (2017).
- Borrelli, D. C., Lee, S., Gleason, K. K. Optoelectronic properties of polythiophene thin films and organic TFTs fabricated by oxidative chemical vapor deposition. J. Mater. Chem. C. 2, 7223-7231 (2014).
- Jo, W. J., et al. Oxidative Chemical Vapor Deposition of Neutral Hole Transporting Polymer for Enhanced Solar Cell Efficiency and Lifetime. Adv. Mater. 28, 6399-6404 (2016).
- Wang, M., et al. CVD Polymers for Devices and Device Fabrication. Adv. Mater. 29, 1604606 (2017).
- Kovacik, P., Hierro, G. d., Livernois, W., Gleason, K. K. Scale-up of oCVD: large-area conductive polymer thin films for next-generation electronics. Mater. Horiz. 2, 221-227 (2015).
- Barr, M. C., et al. Direct Monolithic Integration of Organic Photovoltaic Circuits on Unmodified Paper. Adv. Mater. 23, 3500-3505 (2011).
