Name: reactive vapor deposition of conjugated polymer films on arbitrary substrates
Uploaded: 2018-01-17T10:55:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Reactive Vapor Deposition of Conjugated Polymer Films on Arbitrary Substrates at JoVE.com

Forfatterne erkjenner takknemlig støtte fra oss Luftforsvaret Office for forskning, under avtalenummer FA9550-14-1-0128. T. L. A. anerkjenner også takknemlig delvis støtte av David og Lucille Packard Foundation.

Les MSDS for reagenser og følg alle kjemiske sikkerhetstiltak som kreves av institusjonen.
1. deponering av Cl-PProDOT og Cl-TOS
<ol><li>Bygge strukturen i spesialbygde rørformede damp deponering kammeret som vist i figur 1.<ol>
<li>Lage en 1/4-modulen (ytre diameter, OD) smeltet kvarts siden innløpet til en 2-modulen (OD) smeltet kvarts rør. Gjøre en kald felle en spesialbygd U-form 1-in. rustfritt stål rør og en Dewar kolbe.</li>
		<li>Koble kvarts rør...

<ol>
	<li>Kaltenbrunner, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrathin+and+lightweight+organic+solar+cells+with+high+flexibility.">Ultrathin and lightweight organic solar cells with high flexibility.</a> Nat. Commun. 3, 770 (2012).</li><li>Savagatrup, S., Printz, A. D., O'Connor, T. F., Zaretski, A. V., Lipomi, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecularly+Stretchable+Electronics.">Molecularly Stretchable Electronics.</a> Chem. Mater. 26, 3028-3041 (2014).</li><li>Lee, J. -. Y., Connor, S. T., Cui, Y., Peumans, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Semitransparent+Organic+Photovoltaic+Cells+with+Laminated+Top+Electrode.">Semitransparent Organic Photovoltaic Cells with Laminated Top Electrode.</a> Nano Lett. 10, 1276-1279 (2010).</li><li>Kaltenbrunner, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+ultra-lightweight+design+for+imperceptible+plastic+electronics.">An ultra-lightweight design for imperceptible plastic electronics.</a> Nature. 499, 458-463 (2013).</li><li>Jost, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+coated+textiles+for+flexible+energy+storage.">Carbon coated textiles for flexible energy storage.</a> Energy Environ. Sci. 4, 5060-5067 (2011).</li><li>Hu, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stretchable,+Porous,+and+Conductive+Energy+Textiles.">Stretchable, Porous, and Conductive Energy Textiles.</a> Nano Lett. 10, 708-714 (2010).</li><li>Jost, K., Dion, G., Gogotsi, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Textile+energy+storage+in+perspective.">Textile energy storage in perspective.</a> J. Mater. Chem. A. 2, 10776-10787 (2014).</li><li>Ding, Y., Invernale, M. A., Sotzing, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conductivity+Trends+of+PEDOT-PSS+Impregnated+Fabric+and+the+Effect+of+Conductivity+on+Electrochromic+Textile.">Conductivity Trends of PEDOT-PSS Impregnated Fabric and the Effect of Conductivity on Electrochromic Textile.</a> ACS Appl. Mater. Interfaces. 2, 1588-1593 (2010).</li><li>Hong, K. H., Oh, K. W., Kang, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+and+properties+of+electrically+conducting+textiles+by+in+situ+polymerization+of+poly(3,4-ethylenedioxythiophene).">Preparation and properties of electrically conducting textiles by in situ polymerization of poly(3,4-ethylenedioxythiophene).</a> J. Appl. Polym. Sci. 97, 1326-1332 (2005).</li><li>Xu, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabric+electrodes+coated+with+polypyrrole+nanorods+for+flexible+supercapacitor+application+prepared+via+a+reactive+self-degraded+template.">Fabric electrodes coated with polypyrrole nanorods for flexible supercapacitor application prepared via a reactive self-degraded template.</a> Org. Electron. 26, 292-299 (2015).</li><li>Du, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermoelectric+Fabrics:+Toward+Power+Generating+Clothing.">Thermoelectric Fabrics: Toward Power Generating Clothing.</a> Sci. Rep. 5, 6411 (2015).</li><li>Yatvin, J., Sherman, S. A., Filocamo, S. F., Locklin, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+functionalization+of+Kevlar[registered+sign]+with+copolymers+containing+sulfonyl+nitrenes.">Direct functionalization of Kevlar[registered sign] with copolymers containing sulfonyl nitrenes.</a> Polym. Chem. 6, 3090-3097 (2015).</li><li>Musumeci, C., Hutchison, J. A., Samori, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlling+the+morphology+of+conductive+PEDOT+by+in+situ+electropolymerization:+from+thin+films+to+nanowires+with+variable+electrical+properties.">Controlling the morphology of conductive PEDOT by in situ electropolymerization: from thin films to nanowires with variable electrical properties.</a> Nanoscale. 5, 7756-7761 (2013).</li><li>Allison, L., Hoxie, S., Andrew, T. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Towards+seamlessly-integrated+textile+electronics:+methods+to+coat+fabrics+and+fibers+with+conducting+polymers+for+electronic+applications.">Towards seamlessly-integrated textile electronics: methods to coat fabrics and fibers with conducting polymers for electronic applications.</a> Chem. Commun. 53, 7182-7193 (2017).</li><li>Alf, M. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemical+Vapor+Deposition+of+Conformal,+Functional,+and+Responsive+Polymer+Films.">Chemical Vapor Deposition of Conformal, Functional, and Responsive Polymer Films.</a> Adv. Mater. 22, 1993-2027 (2010).</li><li>Goktas, H., Wang, X., Boscher, N. D., Torosian, S., Gleason, K. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functionalizable+and+electrically+conductive+thin+films+formed+by+oxidative+chemical+vapor+deposition+(oCVD)+from+mixtures+of+3-thiopheneethanol+(3TE)+and+ethylene+dioxythiophene+(EDOT).">Functionalizable and electrically conductive thin films formed by oxidative chemical vapor deposition (oCVD) from mixtures of 3-thiopheneethanol (3TE) and ethylene dioxythiophene (EDOT).</a> J. Mater. Chem. C. 4, 3403-3414 (2016).</li><li>Sadki, S., Schottland, P., Brodie, N., Sabouraud, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+mechanisms+of+pyrrole+electropolymerization.">The mechanisms of pyrrole electropolymerization.</a> Chem. Soc. Rev. 29, 283-293 (2000).</li><li>Bhattacharyya, D., Howden, R. M., Borrelli, D. C., Gleason, K. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vapor+phase+oxidative+synthesis+of+conjugated+polymers+and+applications.">Vapor phase oxidative synthesis of conjugated polymers and applications.</a> J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. 50, 1329-1351 (2012).</li><li>Yamato, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+of+free-standing+poly(3,4-ethylenedioxythiophene)+conducting+polymer+films+on+a+pilot+scale.">Synthesis of free-standing poly(3,4-ethylenedioxythiophene) conducting polymer films on a pilot scale.</a> Synth. Met. 83, 125-130 (1996).</li><li>Cheng, N., Zhang, L., Joon Kim, J., Andrew, T. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vapor+phase+organic+chemistry+to+deposit+conjugated+polymer+films+on+arbitrary+substrates.">Vapor phase organic chemistry to deposit conjugated polymer films on arbitrary substrates.</a> J. Mater. Chem. C. 5, 5787-5796 (2017).</li><li>Borrelli, D. C., Lee, S., Gleason, K. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optoelectronic+properties+of+polythiophene+thin+films+and+organic+TFTs+fabricated+by+oxidative+chemical+vapor+deposition.">Optoelectronic properties of polythiophene thin films and organic TFTs fabricated by oxidative chemical vapor deposition.</a> J. Mater. Chem. C. 2, 7223-7231 (2014).</li><li>Jo, W. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxidative+Chemical+Vapor+Deposition+of+Neutral+Hole+Transporting+Polymer+for+Enhanced+Solar+Cell+Efficiency+and+Lifetime.">Oxidative Chemical Vapor Deposition of Neutral Hole Transporting Polymer for Enhanced Solar Cell Efficiency and Lifetime.</a> Adv. Mater. 28, 6399-6404 (2016).</li><li>Wang, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CVD+Polymers+for+Devices+and+Device+Fabrication.">CVD Polymers for Devices and Device Fabrication.</a> Adv. Mater. 29, 1604606 (2017).</li><li>Kovacik, P., Hierro, G. d., Livernois, W., Gleason, K. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scale-up+of+oCVD:+large-area+conductive+polymer+thin+films+for+next-generation+electronics.">Scale-up of oCVD: large-area conductive polymer thin films for next-generation electronics.</a> Mater. Horiz. 2, 221-227 (2015).</li><li>Barr, M. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+Monolithic+Integration+of+Organic+Photovoltaic+Circuits+on+Unmodified+Paper.">Direct Monolithic Integration of Organic Photovoltaic Circuits on Unmodified Paper.</a> Adv. Mater. 23, 3500-3505 (2011).</li></ol>

Mekanismen av reaksjonen er oksidativt polymerisasjon. Polymer belegg metoder ved hjelp av samme mekanisme inkluderer electropolymerization17 og damp fase polymerisasjon18. Electropolymerization krever en ledende substrat, mangler fordelen av uniform og conformal belegg, og er en miljømessig uvennlig løsning-basert metode19. Eksisterende damp fase polymerisasjon metoden ligner på metoden rapporterte her, men kan bare danner svært flyktig monomere...

Polymere gjennomføring og semiconducting materiale har unike egenskaper, som fleksibilitet1, stretchability2, åpenhet3og lav tetthet,4 som gir ekstraordinær muligheter for å lage neste generasjons elektroniske enheter på utradisjonell underlag. Foreløpig bestreber mange forskere å dra nytte av de unike egenskapene til polymere materialer å lage fleksible og/eller bærbar elektronikk5,6 og smarte tekstiler7. Imidlertid fortsatt muligheten til å conformally coat svært strukturerte overflater og ikke-robust underlag, som papir, stoffer og tråder/garn, unmastered. Oftest polymerer syntetisert og belagt på flater med løsningsmetoder. 8 , 9 , 10 , 11 , 12 selv løsningsmetoder gir polymer belagt fiber/tekstiler, belegg anskaffes er ofte ikke-uniform og lett skadet av liten fysisk stresset13,14 . Løsningsmetoder er heller ikke gjelder belegg papir på grunn av wetting problemer.
Reaktiv damp deponering kan opprette conformal konjugert polymer filmer på en rekke forskjellige underlag, uansett overflaten kjemi/komposisjon, overflate energi og råhet/form15. Med denne tilnærmingsmåten er konjugert polymerer synthesized i damp fase av samtidig levere monomer og oksiderende gasser til en overflate. Polymerisasjon og film formasjon oppstår på overflaten på en enkelt, løsemiddel-fri. Denne metoden er teoretisk gjelder alle konjugert polymer som kan syntetiseres av oksidativt polymerisasjon bruker løsningsmetoder. Men hittil er protokoller for innskudd bare en smal sett av konjugert polymer strukturer kjent. 15
Her viser vi deponering av ledende poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) og poly(3,4-propylenedioxythiophene) (PProDOT) og semiconducting poly (thieno [3,2 -b] tiofen) (PTT) filmer via reaktive damp deponering. To typer oksidanter, solid FeCl3 og flytende Br2, brukes i prosessen. De tilsvarende polymerer kalles Cl-PProDOT, Cl-TOS og Br-PEDOT. Både konvensjonell underlag, glass lysbilder og ukonvensjonelle teksturerte underlag, slik som papir, håndklær og stoffer, ble belagt med polymer filmer.
Denne protokollen beskriver oppsettet av spesialbygde damp deponering kammeret og detaljer om deponering prosessen. Det er ment å hjelpe nye utøvere til å bygge deres deponering system og unngå vanlige feller som er forbundet med damp-fase syntese.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>3,4-Ethylenedioxythiophene, 97%</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>483028</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3,4-Propylenedioxythiophene, 97%</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>660485</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thieno[3,2-b]thiophene, 95%</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>702668</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FeCl3, 97%</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>157740</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Br2</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>207888</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

reactive vapor deposition of conjugated polymer films on arbitrary substrates

Vi viser en metode for conformally belegg konjugert polymerer på vilkårlig underlag med en tilpasset designet, lavt trykk reaksjon kammer. Ledende polymerer, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) og poly(3,4-propylenedioxythiophene) (PProDOT), og semiconducting polymer, poly (thieno [3,2 -b] tiofen) (TOS), ble avsatt på ukonvensjonelle svært sentral og Teksturert underlag med høy overflate områder, slik som papir, håndklær og tekstiler. Dette rapportert deponering kammeret er en forbedring av forrige damp reaktorer fordi systemet kan brukes både flyktige og nonvolatile monomerer, som 3,4-propylenedioxythiophene og thieno [3,2 -b] tiofen. Utnyttelse av både faste og flytende oksidanter er også vist. En begrensning av denne metoden er at den mangler sofistikert i situ tykkelse skjermer. Polymer-belegg som er laget av de brukte løsning-basert belegg metodene, som spin belegg og overflate pode, er ofte ikke uniform eller utsatt for mekaniske degradering. Dette rapportert damp fase deponering metoden overvinner de ulempene og er et kraftig alternativ til vanlige løsning-basert belegg metoder. Spesielt, er polymer filmer belagt av rapporterte metoden enhetlig og conformal på ru overflater, selv på en mikrometer skala. Denne funksjonen gir fremtidig anvendelse av damp avsatt polymerer i elektronikk anordninger på fleksibel og svært strukturert underlag.

Tykkelsen av Cl-PProDOT filmer dannet på 1,3 cm x 2,5 cm glass lysbilder på diskrete laterale stillinger langs sentrale røret ble målt ved en profilometer (Figur 3). Conductivities ble beregnet fra resistivitet mål med en hjemme-bygget fire-punkts sonde teststasjon. Målt ledeevne på en 100-nm tykk Cl-PProDOT film på glass lysbilder er 106 S/cm, som er tilstrekkelig til å kvalifisere denne filmen som en potensiell elektrode materiale. <strong class="x...

Watch this Scientific Journal Video about Reactive Vapor Deposition of Conjugated Polymer Films on Arbitrary Substrates at JoVE.com

Reactive Vapor Deposition of Conjugated Polymer Films on Arbitrary Substrates

Reaktiv damp deponering av konjugert Polymer filmer på vilkårlig underlag

Dette dokumentet presenterer en protokoll for reaktive damp deponering av poly(3,4-ethylenedioxythiophene), poly(3,4-propylenedioxythiophene) og poly (thieno [3,2 -b] tiofen) filmer på glass lysbilder og ulendt underlag, for eksempel tekstiler og papir.

We demonstrate a method of conformally coating conjugated polymers on arbitrary substrates using a custom-designed, low-pressure reaction chamber. ...

Research

JoVE Journal

Chemistry

Preparation of Hydrophobic Metal-Organic Frameworks via Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition of Perfluoroalkanes for the Removal of Ammonia

Utarbeidelse av hydrofobe Metal-Organic Frameworks via Plasma Enhanced Chemical Vapor Nedfall av Perfluoroalkanes for fjerning av ammoniakk

Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) of perfluoroalkanes has long been studied for tuning the wetting properties of surfaces. For high ...

A Technique to Functionalize and Self-assemble Macroscopic Nanoparticle-ligand Monolayer Films onto Template-free Substrates

En teknikk for å functionalize og selv montere Makroskopiske Nanoparticle-ligand monolagfilmene på Mal-free substrater

This protocol describes a self-assembly technique to create macroscopic monolayer films composed of ligand-coated nanoparticles1,2. The simple, robust and ...

Fabrication of Large-area Free-standing Ultrathin Polymer Films

Fabrikasjon av Stor-området Frittstående ultratynn polymer Films

This procedure describes a method for the fabrication of large-area and ultrathin free-standing polymer films.  Typically, ultrathin films are prepared ...

Chemical Vapor Deposition of an Organic Magnet, Vanadium Tetracyanoethylene

Chemical Vapor Nedfall av en organisk Magnet, Vanadium Tetracyanoethylene

Recent progress in the field of organic materials has yielded devices such as organic light emitting diodes (OLEDs) which have advantages not found in ...

Layer-by-layer Synthesis and Transfer of Freestanding Conjugated Microporous Polymer Nanomembranes

Lag-på-lag Syntese og overføring av Frittstående Conjugated mikroporøse Polymer Nanomembranes

CMP as large surface area materials have attracted growing interest recently, due to their high variability in the incorporation of functional groups in ...

Preparation of Macroporous Epitaxial Quartz Films on Silicon by Chemical Solution Deposition

Utarbeidelse av macroporous epitaxial Quartz Spillefilmer på Silicon ved kjemisk løsning Nedfall

This work describes the detailed protocol for preparing piezoelectric macroporous epitaxial quartz films on silicon(100) substrates. This is a three-step ...

Capillary Electrophoresis to Monitor Peptide Grafting onto Chitosan Films in Real Time

Kapillær elektroforese til Monitor Peptide Negl på Chitosan Filmer i sanntid

Free-solution capillary electrophoresis (CE) separates analytes, generally charged compounds in solution through the application of an electric field. ...

Low Pressure Vapor-assisted Solution Process for Tunable Band Gap Pinhole-free Methylammonium Lead Halide Perovskite Films

Lavtrykk damp-assistert løsningsprosessen for Tunable Band Gap Pinhole-fri Methylammonium bly metallhalid Perovskite filmer

Organo-lead halide perovskites have recently attracted great interest for potential applications in thin-film photovoltaics and optoelectronics. Herein, ...

Aerosol-assisted Chemical Vapor Deposition of Metal Oxide Structures: Zinc Oxide Rods

Aerosol-assistert kjemiske damp deponering av metalloksid strukturer: sinkoksid stenger

Whilst columnar zinc oxide (ZnO) structures in the form of rods or wires have been synthesized previously by different liquid- or vapor-phase routes, ...

Monitoring the Effects of Illumination on the Structure of Conjugated Polymer Gels Using Neutron Scattering

Overvåke effekten av lys på strukturen i konjugert Polymer Gels med Neutron spredning

We demonstrate a protocol to effectively monitor the gelation process of a high concentration solution of conjugated polymer both in the presence and ...