纸基导电聚合物薄膜的制备及导电性提高机理的探究

刘国栋; 李靖; 张美云; 刘羽; 罗宁宁

刘国栋,李靖,张美云,刘羽,罗宁宁.纸基导电聚合物薄膜的制备及导电性提高机理的探究[J].中国造纸学报,2021,36(4):25-32

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纸基导电聚合物薄膜的制备及导电性提高机理的探究

Study on the Preparation of Paper-based Conductive Polymer Films and the Enhancement Mechanism of Their Electrical Conductivity

投稿时间：2020-10-05

DOI：10.11981/j.issn.1000-6842.2021.04.25

中文关键词: 纸基电极 PEDOT∶PSS 后处理导电性棒涂

Key Words:paper-based electrode PEDOT ∶ PSS post-treatment conductivity bar coating

基金项目:国家自然科学基金资助项目（22078186）；陕西省重点研发计划项目资助（2020GY-320）；国家新闻出版署智能与绿色柔版印刷重点实验室招标课题资助（ZBKT202106）。

作者	单位	邮编
刘国栋^*	陕西科技大学轻工科学与工程学院，轻化工程国家级实验教学示范中心，陕西西安，710021 中国轻工业功能印刷与运输包装重点实验室，陕西省造纸技术及特种纸品开发重点实验室，中国轻工业纸基功能材料重点实验室，陕西西安，710021 上海出版印刷高等专科学校，上海，200093	200093
李靖	陕西科技大学轻工科学与工程学院，轻化工程国家级实验教学示范中心，陕西西安，710021 上海出版印刷高等专科学校，上海，200093	200093
张美云	陕西科技大学轻工科学与工程学院，轻化工程国家级实验教学示范中心，陕西西安，710021 中国轻工业功能印刷与运输包装重点实验室，陕西省造纸技术及特种纸品开发重点实验室，中国轻工业纸基功能材料重点实验室，陕西西安，710021	710021
刘羽	陕西科技大学轻工科学与工程学院，轻化工程国家级实验教学示范中心，陕西西安，710021	710021
罗宁宁	陕西科技大学轻工科学与工程学院，轻化工程国家级实验教学示范中心，陕西西安，710021	710021

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中文摘要:

以水分散相的聚（3，4-乙烯二氧噻吩）-聚苯乙烯磺酸（PEDOT∶PSS）为主体，二甲基亚砜（DMSO）和异丙醇（IPA）的二元溶液为掺杂溶剂，研究不同配比的混合溶液（PEDOT∶PSS+DMSO+IPA）在涂布纸基上的棒涂成膜性，探究掺杂比例（DMSO∶IPA）对成膜效果及其导电性的影响。利用不同质量分数的酸（对甲苯磺酸、盐酸、丙二酸和冰乙酸）和不同醇（甲醇、乙二醇、丙三醇和异丙醇）分别对PEDOT∶PSS导电薄膜进行后处理，探究后处理对PEDOT∶PSS导电薄膜导电性的影响，并从PEDOT∶PSS主链结构、PSS基团的去除量和PEDOT∶PSS结晶度3方面，分别探讨有机溶剂掺杂、酸/醇后处理提高导电薄膜导电性的机理。最终确定有机溶剂的掺杂比例并获得理想的纸基导电薄膜，明确其导电性的提高机理，为未来纸基材料在柔性电极中的使用提供理论依据和实例支持。

Abstract:

The bar-coated film-forming property of PEDOT ∶ PSS （as the substrate） doping with mixed solvents （dimethyl sulfoxide + isopropanol） was studied in this research， the influence of doping ratios of dimethyl sulfoxide to isopropanol on the film-forming performance and conductivity was explored as well. In addition， different acids （p-toluene-sulfonic acid， hydrochloric acid， propanedioic acid， and acetic acid） in various mass fractions and different alcohols （methanol， ethylene glycol， glycerol， and isopropanol） were used for post-treatment to explore their effects on the conductivity of PEDOT ∶ PSS film. The mechanisms of improving the conductivity of PEDOT ∶ PSS film by organic solvent doping and acid/alcohol post-treatment were discussed in terms of molecular chain structure， the removing amount of PSS group， and the degree of crystallization of PEDOT ∶ PSS. The optimum doping ratio of organic solvent and paper-based PEDOT ∶ PSS conductive film was confirmed and obtained consequently， and mechanism for enhancing the conductivity of the film was determined， which provided theoretical basis and practical supports for the use of paper-based materials in flexible electrode in the future.

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