聚噻吩超薄膜的制备及电学和力学性能研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yuhuile
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近年来,由于对可穿戴设备和电子皮肤的需求迅速增长,利用共轭聚合物制备本征可拉伸的电子器件逐渐成为该领域研究的重点之一。共轭聚合物薄膜的性能不仅取决于它们的分子结构,而且还与它们的分子取向、分子堆积、晶态结构、薄膜厚度等微、介观尺度密切相关。传统的三维体相膜结构复杂,不利于探索结构与电、力学性能之间的关系。而具有几个单分子层厚度的二维超薄膜可以简化体相膜复杂的多级结构,为探究材料结构与其电、力学性能之间的关系提供了一个理想的平台。本文针对共轭聚合物薄膜结构与电学、力学性能关系中存在的问题,以简化共轭聚合物薄膜结构、优化共轭聚合物薄膜力学性能为目标,利用叠层法和相分离方法制备了不同厚度的共轭聚合物超薄膜,研究了超薄膜微观结构与电学、力学性能之间的关系。具体内容如下:(1)应用垂直相分离方法,通过转移-刻蚀制备了厚度为2.1 nm的聚(3-己基噻吩)(P3HT)超薄膜,并通过多次堆叠,获得了一系列不同厚度(2.1 nm、4.3nm、6.5 nm)的超薄膜,“叠层法”制备的P3HT超薄膜具有良好的均匀性。(2)将“叠层法”制备的超薄膜转移至弹性体表面进行拉伸试验,探究了P3HT超薄膜微观结构与其电学、力学性能之间的关系。结果表明,随着薄膜厚度增加,P3HT超薄膜的开裂应变降低,迁移率随应变增加而劣化的程度加剧。单层的P3HT超薄膜显示出最优异的耐拉伸性,在100%的拉伸应变下,器件仍具有6.06×10-4cm~2V-1s-1的平均迁移率,为初始迁移率的25%。(3)通过改变共混溶液浓度,调节了共混薄膜中P3HT组分的厚度,直接制备了与叠层法厚度相似的超薄膜(4.1 nm、6.2 nm),并探究了基于相分离方法制备的P3HT超薄膜的微观结构与其电学、力学性能之间的关系。发现P3HT超薄膜在拉伸应变下的形貌与迁移率随薄膜厚度的变化趋势与“叠层法”制备的超薄膜一致,进一步证明了厚度是影响P3HT超薄膜电学和拉伸性能的重要因素。(4)利用偏振紫外分光光度计(UV-Vis)表征并计算了不同厚度P3HT超薄膜在不同应变下的二色性比值,探究了超薄膜具有优异的耐拉伸性能的原因。结果表明,并且随着薄膜厚度减小,P3HT超薄膜在相同应变下的二色性比值更高。其中单层的P3HT超薄膜在100%应变下的二色性比值为2.11,远高于该应变下直接旋涂得到的P3HT厚度的二色性比值(1.28),该结果证明了膜厚越薄的薄膜在受力其聚合物主链更容易沿受力方向取向,从而耗散应力,为超薄膜带来优异的耐拉伸性能。
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