임의 기판에 활용 된 고분자 필름의 반응성 증 착

요약

이 문서에서는 poly(3,4-ethylenedioxythiophene), poly(3,4-propylenedioxythiophene), 및 폴 리의 반응 기상 증 착에 대 한 프로토콜 설명 (thieno [3.2-b] thiophene) 유리 슬라이드와 거친 기판, 섬유, 종이 등에 대 한 영화.

초록

Conformally 사용자 정의-설계, 저압 반응 챔버를 사용 하 여 임의의 기판에 활용 된 고분자를 코팅 하는 방법을 설명 합니다. 전도성 고분자, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) 및 poly(3,4-propylenedioxythiophene) (PProDOT), 및 반도체 고분자, 폴 리 (thieno [3.2-b] thiophene) (PTT), 높은 무질서 개성에 예금 되었다 고 종이 수건, 직물 등 높은 표면 영역, 질감된 기판. 이 증 착 챔버 버전은 이전 증기 원자로 시스템 3, 4-propylenedioxythiophene 및 thieno와 같은 휘발성과 비휘발성 단위체를 수용할 수 있기 때문에 보고 [3.2-b] thiophene. 고체와 액체 oxidants의 활용도 시연 했다. 이 방법의 한 가지 한계는 두께 모니터에 정교한 제자리에 없다. 폴리머 코팅 스핀-코팅 및 표면 접목, 같은 일반적으로 사용 되는 솔루션 기반 코팅 방법에 의해 만들어진 없습니다 종종 유니폼 또는 기계적 저하에 취약. 이것 보고 증기 위상 증 착 방법 그 단점을 극복 하 고 일반적인 솔루션 기반 코팅 방법에 대 한 강력한 대안입니다. 특히, 폴리머 필름 보고 방법으로 코팅 균일 하 고 멀 마이크로미터 스케일 에서도 거친 표면에 있습니다. 이 기능은 유연 하 고 높은 질감 기판에 전자 장치에서 증기 입금 폴리머의 미래 응용 프로그램 수 있습니다.

서문

실시 하는 폴리머와 반도체 재료 유연성¹, stretchability², 투명도 낮은 밀도,³,⁴ 를 만들기 위한 특별 한 기회를 제공 하는 독특한 특성을가지고 다음-세대 전례 없던 기판에 전자 장치입니다. 현재, 많은 연구자는 유연한 만들려고 고분자 재료 및 착용 형 전자^5,6 , 스마트 섬유⁷의 독특한 속성의 활용 노력. 그러나, 높은 질감된 표면 및 종이, 직물 및 스레드/원사, 같은 비-강력한 기판 conformally 코트 수 unmastered 남아 있습니다. 가장 일반적으로, 고분자 합성 되며 솔루션 메서드를 사용 하 여 표면에 코팅. ^{8 , 9 , 10 , 11 , 12} 솔루션 방법 제공 폴리머 코팅 섬유/직물, 이렇게 얻어진 코팅은 종종 비 제복 및 작은 물리적 스트레스^13,14 에 의해 쉽게 손상. 솔루션 방법 또한 하지에 적용 됩니다 코팅 종이 일로 문제 때문에.

사후 증 착 기판, 표면 화학/구성, 표면 에너지, 표면 거칠기/지형¹⁵불문의 다양 한 범위에 등각 활용된 폴리머 필름을 만들 수 있습니다. 이 방법에서는, 활용 된 고분자 표면에 단량체와 산화 제 증기를 동시에 제공 하 여 수증기 단계에서 합성 됩니다. 중 합 및 필름 형성, 용 매-무료 단일 단계에서 표면에 발생합니다. 이 방법은 이론적으로 솔루션 메서드를 사용 하 여 산화 중 합에 의해 종합 될 수 있는 어떤 활용 된 중합체에 적용 됩니다. 그러나, 날짜, 프로토콜 활용 된 고분자 구조의 좁은 집합만 입금에 대 한 알려져 있다. ¹⁵

여기, 우리가 설명 전도성 poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) 및 poly(3,4-propylenedioxythiophene) (PProDOT), 그리고 반도체 폴 리의 증 착 (thieno [3.2-b] thiophene) 통해 반응성 증 착 (PTT) 영화. 두 종류의 oxidants, 고체 FeCl₃ 및 액체 브롬₂, 과정에 사용 됩니다. 해당 고분자에는 Cl-PProDOT, Cl-PTT 및 Br PEDOT 이름이 지정 됩니다. 모두 기존의 기판, 유리 슬라이드, 및 종이 수건, 직물, 등 개성 있는 텍스처 기판, 폴리머 필름 코팅 했다.

이 프로토콜은 사용자 증기 증 착 챔버의 설치 및 증 착 프로세스의 세부 사항을 설명합니다. 그것은 그들의 증 착 시스템을 구축 하 고 관련-기상 합성 된 일반적인 함정을 피하기 위해 새로운 실무자 수 있도록 위한 것입니다.

프로토콜

시 약에 대 한 MSDS를 읽었고 당신의 기관에서 필요에 따라 모든 화학 안전 조치를 따르십시오.

1. Cl PProDOT 및 Cl-PTT의 증 착

1. 그림 1에서 보듯이 사용자 관 증기 증 착 챔버의 구조 구축.
   1. 2 인치 (마약) 융합 석 영 튜브를 만들어 1/4-인치 (외경, 마약) 융합 석 영 쪽 입구. 맞춤식 U 자형 1 인치 스테인레스 스틸 튜브와 Dewar 플라스 크 콜드 트랩을 확인 합니다.
   2. 진공 게이지와 콜드 트랩 스테인리스 KF 커넥터를 사용 하 여 석 영 튜브를 연결 하 고 빠른 연결 커플링. 석 영 용액에는 모노 머를 배치 하 고 1/4-인치 통해 관 약 실에는 용액을 연결 커플링 및 바늘 밸브 빠른 연결. 장소는 챔버에 도가니에 산화 제.
   3. 산화 제, 기판은 단위체에 대 한 소스를 난방으로 별도 난방 테이프를 사용 합니다. 가스 입구 소개 필요한 경우 프로세스 압력 제어를 추가 노블 가스 챔버의 오른쪽 끝에 추가 합니다.
2. Cl PProDOT의 증 착
   1. 단량체 앰 풀에 3, 4-propylenedioxythiophene (ProDOT)의 50 밀리 그램을 추가 하 고 관 챔버에 연결. 니 들 밸브 뜨고.
   2. 챔버에 기판 (유리 슬라이드, 직물, 종이, 등등)를 넣어. 기판의 크기는 1.3 c m x 2.5 c m입니다.
   3. 5 mL 도가니에 FeCl₃ 의 50 밀리 그램을 추가 하 고 챔버에 배치.
      참고: 단위체 입구, 기판 및 도가니의 상대적 위치는 그림 1에 나와 있습니다. 단위체 입구와 도가니 사이의 거리는 13cm입니다.
   4. 펌프를 켭니다. 천천히 챔버의 오른쪽 끝에 밸브를 닫습니다. 후에 챔버 압력은 525 mTorr 아래 (70 Pa), 콜드 트랩에 액체 질소를 추가.
   5. 포장 테이프 난방 3 난방 영역와 난방 테이프 온도 컨트롤러에 연결 하십시오.
   6. 압력 처리 압력을 감소 하는 때 (52.5 mTorr, 7 Pa), 모노 머 컨테이너의 니 들 밸브를 닫습니다.
   7. 난방은 산화 제, 고 기판 및 170 ° C, 80 ° C에 80 ° C, 모노 머 각각 시작 합니다. ~ 10 분 후 FeCl₃ 증발 하 고 빨간 FeCl₃ 단단한 멋진 지역에서 형성 됩니다.
   8. 단량체 컨테이너의 니 들 밸브를 엽니다.
      참고: 블루 색 박막 기판 지역에서 형성 됩니다. 일반적인 성장 속도 ~ 10 nm/분 있도록 FeCl₃ 증기 챔버에 단위체 컨테이너의 니 들 밸브를 열기 전에 형성 된다. 그렇지 않으면,는 단위체 FeCl₃ 고체 도가니에 반응 하 고는 산화의 더 기화를 방지 하는 고분자 층 형성.
   9. 원하는 두께 얻을 때 단위체 컨테이너의 니 들 밸브를 닫습니다. 모든 난방 테이프를 끄고 시스템 실내 온도에 냉각.
   10. 가스 입구 밸브를 열고 펌프를 해제 합니다.
   11. 챔버의 샘플을 걸릴. 신중 하 게 담가 30 분 잔여 산화 제 및 모노 머 제거 메탄올에서 샘플.
       참고: 시간을 Rinsing 필름 두께 증가할수록 증가 한다. 30 분 세 정은 100 보다 영화에 대 한 전형적인 유리 슬라이드에 nm. 영화 500 보다 두꺼운 nm rinsing 때 기판에서 delaminate 수 있습니다.
   12. 신중 하 게 타격 건조 질소 가스로 샘플.
3. Cl PTT의 증 착
   1. Thieno의 50 밀리 그램을 추가 [3.2-b] thiophene (TT) 단위체 앰 풀에 관 챔버에 연결. 니 들 밸브 뜨고.
   2. 1.2.2 단계를 반복 합니다. 1.2.12 하.

2입니다. Br PEDOT의 증 착

1. 증 착 챔버 설치
   1. 석 영 튜브를 산화 제에 대 한 추가 1/4-인치 쪽 입구를 추가 하 고 8 인치 단위체 입구 떨어져. 석 영 용액에서 액체 산화 제를 놓고 단위체 (그림 2)으로 같은 방식으로 관 약 실에는 용액을 연결 합니다.
2. Br PEDOT의 증 착
   1. 단량체 용액에 3, 4-ethylenedioxythiophene (EDOT)의 2 개 mL를 추가 하 고 관 약 실에는 용액을 연결. 니 들 밸브 뜨고.
   2. 단량체 증기 입구 근처 관 실에서 기판 (유리 슬라이드, 직물, 종이, 등)를 배치 합니다. 기판의 크기는 1.3 c m x 2.5 c m입니다.
   3. 증기 두건에서 산화 제 용액에 b r₂ 의 2 개 mL를 추가, 바늘 밸브에는 용액을 연결 하 고 니 들 밸브 폐쇄 유지. 석 영 튜브를 니 들 밸브를 연결 합니다.
      주의: Br₂ 는 위험 물질 이다. 주의 사용 하 여 처리 하는 경우.
   4. 펌프를 켭니다. 천천히 챔버의 오른쪽 끝에 밸브를 닫습니다. 후에 챔버 압력은 525 mTorr 아래 (70 Pa), 콜드 트랩에 액체 질소를 추가.
   5. 단위체 지역 난방 테이프를 포장 하 고 온도 컨트롤러와 연결. 실 온에서 기판 및 산화 제 영역을 유지 합니다.
   6. 처리 압력 52.5 mTorr의 압력 감소 하는 때 (7 Pa)는 산화의 니 들 밸브를 엽니다.
      참고: 반응은 매우 빠르다. Br₂ 매우 휘발성 때문에 블루 PEDOT 영화 단위체 입구 가까이 형성할 것 이다.
   7. 원하는 두께 달성 하는 경우는 산화 제와는 단위체의 니 들 밸브를 닫습니다.
   8. 난방 테이프를 끄고 시스템 실내 온도에 냉각.
   9. 가스 입구 밸브를 열고 펌프를 해제 합니다. 챔버의 샘플을 걸릴.
      참고: Rinsing Br₂에 대 한 필요 하지 않습니다-폴리머를 첨가.

결과

Cl PProDOT 영화 중앙 관에 따라 개별 측면 위치에 배치 하는 1.3 c m x 2.5 c m 유리 슬라이드에 형성의 두께 profilometer (그림 3)에 의해 측정 되었다. Conductivities는 집에서 만든 4 포인트 프로브 시험 역을 사용 하 여 저항 측정에서 계산 했다. 100 nm 두꺼운 Cl PProDOT 영화 유리 슬라이드에 측정된 전도도 잠재적인 전극 소재로이 영화 자격 충분 한 106 S/cm입니다. ...

토론

반응의 메커니즘은 산화 중 합. 동일한 메커니즘을 사용 하 여 폴리머 코팅 방법 electropolymerization¹⁷ 를 포함 하 고 단계 중 합¹⁸증기. Electropolymerization과 필요 합니다 전도성 기판, 균일 하 고 컨 포 멀 코팅의 장점은 부족 한 환경 비 우 솔루션 기반 방법¹⁹. 기존 수증기 단계 중 합 방법 여기 보고 메서드와 유사 하지만 높은 휘발성 단위체

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
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