JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

وتعرض هذه الورقة على بروتوكول لترسب بخار رد الفعل poly(3,4-ethylenedioxythiophene)، و poly(3,4-propylenedioxythiophene)، وبولي (تينو [3، 2-ب] ثيوفين) أفلام على الشرائح الزجاجية والمواد الخام، مثل المنسوجات والورق.

Abstract

علينا أن نظهر طريقة لطلاء كونفورمالي البوليمرات مترافق على ركائز التعسفي استخدام دائرة رد فعل خصيصا، والضغط المنخفض. البوليمرات الموصلة، poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (بيدوت) و poly(3,4-propylenedioxythiophene) (برودوت)، والبوليمر انتشارية، بولي (تينو [3، 2-ب] ثيوفين) (PTT)، أودعت غير تقليدية جداً اضطرابه و ركائز محكم مع المناطق السطحية العالية، مثل الورق والمناشف والأقمشة. هذا عن ترسب الدائرة تحسين السابقة بخار مفاعلات لأن نظامنا يمكن أن تستوعب مونومرات متقلبة والثابتة على حد سواء، مثل بروبيلينيديوكسيثيوفيني 3 و 4 وتينو [3، 2-ب] ثيوفين. وأظهرت أيضا الاستفادة التأكسد سواء الصلبة والسائلة. واحد الحد من هذا الأسلوب أنه يفتقر إلى أجهزة متطورة في الموقع سمك. طلاء البوليمر أدلى به الأساليب استخداماً الطلاء المستندة إلى الحل، مثل تطعيم تدور-طلاء والسطحية، ليست غالباً موحدة أو عرضه للتدهور الميكانيكي. وذكرت هذا بخار المرحلة ترسب الأسلوب يتغلب على تلك العيوب وهو بديل قوي لأساليب الطلاء المستندة إلى حل مشترك. جدير بالذكر أن الأفلام البوليمر المغلفة بالطريقة التي تم الإبلاغ عنها موحدة والامتثالي على الأسطح الخام، حتى في نطاق ميكرومتر. تسمح هذه الميزة لتطبيقها في المستقبل للبوليمرات بخار المودعة في الأجهزة الإلكترونية على ركائز مرنة ومحكم جداً.

Introduction

إجراء البوليمرية وانتشارية مواد لها خصائص فريدة من نوعها، مثل المرونة1،2من الشلل، الشفافية3، وكثافة منخفضة،4 التي تتيح فرصاً غير عادية لخلق الجيل القادم من الأجهزة الإلكترونية على ركائز غير التقليدية. وحاليا، تسعى العديد من الباحثين للاستفادة من خصائص فريدة من المواد البوليمرية لإنشاء مرنة و/أو الإلكترونيات يمكن ارتداؤها5،6 والمنسوجات الذكية7. ومع ذلك، القدرة على كونفورمالي معطف السطوح العالية محكم وركائز غير قوية، مثل الورق والأقمشة والمواضيع/خيوط، يظل متقن. الأكثر شيوعاً، البوليمرات المركبة والمغلفة على الأسطح باستخدام أساليب الحل. 8 , 9 , 10 , 11 , 12 على الرغم من توفر أساليب حل البوليمر المغلفة الألياف/المنسوجات، الطلاء وبالتالي حصل غالباً ما تكون غير موحدة والتالفة بسهولة بالضغوط المادية الصغيرة13،14 . أساليب الحل أيضا غير قابلة لطلاء الورق بسبب مشاكل التبول.

يمكن إنشاء رد الفعل بخار ترسب أفلام البوليمر مترافق الامتثالي في مجموعة متنوعة من ركائز، بغض النظر عن الكيمياء السطحية/تشكيل والطاقة السطحية وخشونة السطح/الطبوغرافيا15. في هذا النهج، يتم توليفها البوليمرات مترافق في مرحلة البخار بتسليم الأبخرة مونومر والأكسدة في نفس الوقت إلى سطح. تشكيل البلمرة والفيلم يحدث على السطح في خطوة واحدة، خالية من المذيبات. هذا الأسلوب نظرياً تنطبق على أي بوليمر مترافق التي يمكن تجميعها من قبل عنصر مؤكسد البلمرة باستخدام أساليب الحل. ومع ذلك، معروفة حتى الآن، بروتوكولات لإيداع مجموعة ضيقة من هياكل البوليمر مترافق فقط. 15

هنا، علينا أن نبدي ترسب موصلة poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (بيدوت) و poly(3,4-propylenedioxythiophene) (برودوت)، وبولي انتشارية (تينو [3، 2-ب] ثيوفين) الأفلام (PTT) عن طريق ترسب بخار رد الفعل. يتم استخدام نوعين من التأكسد، الصلبة فيكل3 وسائل Br2، في العملية. تتم تسمية البوليمرات المقابلة برودوت Cl و Cl-PTT بيدوت Br. كانت مغلفة بكل ركائز التقليدية والشرائح الزجاجية وركائز محكم غير تقليدية، مثل الورق والمناشف والأقمشة، مع أفلام البوليمر.

ويصف هذا البروتوكول إعداد قاعة ترسب بخار المواصفات والتفاصيل المتعلقة بعملية الترسيب. أنه يهدف إلى مساعدة الممارسين الجديدة لبناء نظامهم ترسب وتجنب المزالق الشائعة المقترنة بالبخار-مرحلة التوليف.

Protocol

قراءة العظمية الكاشفات واتبع جميع تدابير السلامة الكيميائية كما هو مطلوب من المؤسسة الخاصة بك.

1-ترسب Cl-برودوت والبرق Cl

  1. بناء هيكل قاعة ترسب بخار أنبوبي المواصفات كما هو موضح في الشكل 1.
    1. قم ب 1/4-بوصة (القطر الخارجي، نقلت) تنصهر الكوارتز الجانب مدخل إلى أنبوب كوارتز فوسيد (نقلت) 2-تلبيتها. جعل شرك باردة مع أنبوب فولاذ المقاوم للصدأ شكل U المواصفات 1-تلبيتها، وقارورة ديوار.
    2. ربط أنبوب الكوارتز مع قياس الفراغ وفخ بارد باستخدام موصلات KF الفولاذ المقاوم للصدأ، ووصلات الاتصال السريع. طرأت مونومر ampule كوارتز والاتصال أمبولي إلى الدائرة أنبوبي عبر 1/4-تلبيتها، الاتصال السريع وصلات وصمام الإبرة. مكان الأكسدة في بوتقة في الدائرة.
    3. استخدام الأشرطة تدفئة منفصلة كتدفئة مصادر الأكسدة وركائز ومونومر. إضافة مدخل غاز يسار الدائرة لإدخال الغازات الخاملة إضافية للتحكم في عملية الضغط إذا لزم الأمر.
  2. ترسب من Cl-برودوت
    1. إضافة 50 مغ من 3 و 4-بروبيلينيديوكسيثيوفيني (برودوت) في أمبوله مونومر وتوصيله إلى الدائرة أنبوبي. تبقى صمام إبرة مفتوحة.
    2. وضع ركائز (الشريحة الزجاجية، الأقمشة، الورق، إلخ) في الدائرة. حجم ركائز 1.3 × 2.5 سم.
    3. إضافة 50 ملغ فيكل3 في بوتقة 5 مل ووضعه في الدائرة.
      ملاحظة: تظهر المواضع النسبية لمدخل مونومر وركائز والبوتقة في الشكل 1. المسافة بين مدخل مونومر والبوتقة 13 سم.
    4. قم بتشغيل المضخة. إغلاق الصمام في الطرف الأيسر من الغرفة ببطء. بعد الدائرة الضغط أدناه متور 525 (70 السلطة الفلسطينية)، إضافة النيتروجين السائل في فخ الباردة.
    5. التفاف تدفئة المناطق الثلاث مع تدفئة الشريط وتوصيل الشريط التدفئة وحدات التحكم بدرجة الحرارة.
    6. عندما ينخفض الضغط إلى الضغط تجهيز (52.5 متور، 7 السلطة الفلسطينية)، إغلاق صمام الإبرة الحاوية مونومر.
    7. بدء تشغيل التدفئة الأكسدة وركائز ومركب على 170 درجة مئوية و 80 درجة مئوية و 80 درجة مئوية، على التوالي. بعد دقيقة ~ 10، تبخيرها فيكل3 وهو الأحمر فيكل3 الصلبة التي تشكلت في منطقة باردة.
    8. فتح صمام الإبرة الحاوية مونومر.
      ملاحظة: سيتم تشكيل طبقات رقيقة زرقاء اللون في منطقة الركازة. تعتبر معدلات النمو نموذجي ~ 10 نيوتن متر/دقيقة تكفل فيكل يتكون بخار3 في الدائرة قبل فتح صمام الإبرة الحاوية مونومر. خلاف ذلك، سوف تتفاعل مع فيكل3 الصلبة في البوتقة مونومر وتشكل طبقة بوليمر الذي يمنع التبخر المزيد من الأكسدة.
    9. إغلاق صمام الإبرة الحاوية مونومر عندما يتم تحقيق السمك المطلوب. إيقاف جميع الأشرطة تدفئة وتبريد النظام إلى درجة حرارة الغرفة.
    10. فتح صمام مدخل الغاز وإيقاف المضخة.
    11. أخذ العينات خارج الدائرة. تزج العينات في الميثانول لمدة 30 دقيقة لإزالة بقايا الأكسدة ومركب بعناية.
      ملاحظة: الشطف الوقت ينبغي زيادة كزيادة سمك الفيلم. 30-مين الشطف نموذجية للأفلام أرق من 100 نانومتر على الشرائح الزجاجية. أفلام أكثر سمكا من 500 نانومتر قد ديلاميناتي من الركازة عند الشطف.
    12. عناية الجاف ضربة للعينات مع غاز النيتروجين.
  3. ترسب من Cl-البرق
    1. إضافة 50 مغ تينو [3، 2-ب] ثيوفين (ترينيداد وتوباغو) في أمبوله مونومر وتوصيله إلى الدائرة أنبوبي. تبقى صمام إبرة مفتوحة.
    2. كرر الخطوات 1.2.2. ل 1.2.12.

2-ترسب بيدوت Br

  1. إعداد غرفة الترسيب
    1. إضافة مدخل إضافي 1/4-تلبيتها، جانب للتأكسد إلى أنبوب الكوارتز وجعلها 8 تلبيتها، وبصرف النظر عن مدخل مونومر. ضع الأكسدة السائل في أمبولي كوارتز والاتصال أمبولي إلى الدائرة أنبوبي بنفس طريقة مونومر (الشكل 2).
  2. ترسب بيدوت Br
    1. إضافة 2 مل من 3 و 4-اثيلينيديوكسيثيوفيني (أدت) في ampule مونومر والاتصال أمبولي إلى الدائرة أنبوبي. تبقى صمام إبرة مفتوحة.
    2. وضع ركائز (الشريحة الزجاجية، الأقمشة، الورق، إلخ) في قاعة أنبوبي قرب مدخل بخار مونومر. حجم الركيزة 1.3 × 2.5 سم.
    3. في غطاء دخان، إضافة 2 مل من فرع2 في أمبولي للأكسدة والاتصال أمبولي صمام إبرة وإبقاء صمام إبرة مغلقة. قم بتوصيل صمام الإبرة أنبوب الكوارتز.
      تنبيه: Br2 مادة خطرة. توخي الحذر عند التعامل.
    4. قم بتشغيل المضخة. إغلاق الصمام في الطرف الأيسر من الغرفة ببطء. بعد الدائرة الضغط أدناه متور 525 (70 السلطة الفلسطينية)، إضافة النيتروجين السائل في فخ الباردة.
    5. لف المنطقة مونومر مع تدفئة الشريط وتوصيله مع جهاز تحكم درجة حرارة. الحفاظ على منطقة الركيزة والأكسدة في درجة حرارة الغرفة.
    6. عندما ينخفض الضغط إلى ضغط تجهيز متور 52.5 (7 السلطة الفلسطينية)، فتح صمام الإبرة للأكسدة.
      ملاحظة: رد فعل سريع جداً. وستشكل الأزرق بيدوت الأفلام قريبة من مدخل مونومر سبب Br2 متقلب جداً.
    7. إغلاق الصمامات إبرة في مونومر والأكسدة عندما يتم تحقيق السمك المطلوب.
    8. إيقاف الشريط تدفئة وتبريد النظام إلى درجة حرارة الغرفة.
    9. فتح صمام مدخل الغاز وإيقاف المضخة. أخذ العينات خارج الدائرة.
      ملاحظة: الشطف غير مطلوبة من أجل Br2-يخدر البوليمرات.

النتائج

تم قياس سمك Cl-برودوت أفلام شكلت على الشرائح الزجاجية 1.3 × 2.5 سم وضعها في مواقف جانبية منفصلة على طول الأنبوب المركزي قبل بروفيلوميتير (الشكل 3). كوندوكتيفيتيس حسبت من قياسات المقاومة النوعية باستخدام محطة اختبار الصنع مجس أربع نقاط. هو الموصلية يقاس من فيلم...

Discussion

هو إليه رد فعل البلمرة التأكسدي. اليكتروبوليميريزيشن17 وتشمل أساليب طلاء البوليمر باستخدام نفس الآلية وبخار المرحلة البلمرة18. اليكتروبوليميريزيشن يتطلب الركازة موصلة، يفتقر إلى ميزة طلاء موحد والامتثالي، وهو أسلوب القائم على الحل غير الملائمة بيئياً...

Disclosures

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

Acknowledgements

الكتاب الاعتراف بامتنان الدعم المالي من "لنا سلاح الجو مكتب للبحث العلمي"، ضمن الاتفاق رقم FA9550-14-1-0128. ت. "أ". ل. عن امتنانها أيضا دعم جزئي من ديفيد ومؤسسة باكارد لوسيل.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
3,4-Ethylenedioxythiophene, 97%Sigma Aldrich483028
3,4-Propylenedioxythiophene, 97%Sigma Aldrich660485
Thieno[3,2-b]thiophene, 95%Sigma Aldrich702668
FeCl3, 97%Sigma Aldrich157740
Br2Sigma Aldrich207888

References

  1. Kaltenbrunner, M., et al. Ultrathin and lightweight organic solar cells with high flexibility. Nat. Commun. 3, 770 (2012).
  2. Savagatrup, S., Printz, A. D., O'Connor, T. F., Zaretski, A. V., Lipomi, D. J. Molecularly Stretchable Electronics. Chem. Mater. 26, 3028-3041 (2014).
  3. Lee, J. -. Y., Connor, S. T., Cui, Y., Peumans, P. Semitransparent Organic Photovoltaic Cells with Laminated Top Electrode. Nano Lett. 10, 1276-1279 (2010).
  4. Kaltenbrunner, M., et al. An ultra-lightweight design for imperceptible plastic electronics. Nature. 499, 458-463 (2013).
  5. Jost, K., et al. Carbon coated textiles for flexible energy storage. Energy Environ. Sci. 4, 5060-5067 (2011).
  6. Hu, L., et al. Stretchable, Porous, and Conductive Energy Textiles. Nano Lett. 10, 708-714 (2010).
  7. Jost, K., Dion, G., Gogotsi, Y. Textile energy storage in perspective. J. Mater. Chem. A. 2, 10776-10787 (2014).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. Du, Y., et al. Thermoelectric Fabrics: Toward Power Generating Clothing. Sci. Rep. 5, 6411 (2015).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. Alf, M. E., et al. Chemical Vapor Deposition of Conformal, Functional, and Responsive Polymer Films. Adv. Mater. 22, 1993-2027 (2010).
  16. 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).
  17. Sadki, S., Schottland, P., Brodie, N., Sabouraud, G. The mechanisms of pyrrole electropolymerization. Chem. Soc. Rev. 29, 283-293 (2000).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. Wang, M., et al. CVD Polymers for Devices and Device Fabrication. Adv. Mater. 29, 1604606 (2017).
  24. 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).
  25. Barr, M. C., et al. Direct Monolithic Integration of Organic Photovoltaic Circuits on Unmodified Paper. Adv. Mater. 23, 3500-3505 (2011).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

131 poly 34 propylenedioxythiophene 3 2

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved