重庆大学孙宽研究员团队最新研究成果在Cell子刊

iScience上发表

重庆大学能源与动力工程学院孙宽研究员团队，在重庆大学-新加坡国立大学新能源材料与器件联合实验室的平台支持下，联合多个国内外团队，开发了一种全新的导电高分子薄膜沉积技术，能够在不同衬底上快速聚合形成聚（3,4-乙烯二氧噻吩）（PEDOT）薄膜，其电导率比商用产品PH1000(Heraeus GmbH)高三个数量级。该方法适用于多种印刷工艺，以量产柔性透明导电薄膜。以柔性聚对苯二甲酸乙二酯 (PET) 塑料为基底的PEDOT薄膜制成的触控屏表现出优异的柔韧性和灵敏度。相关研究成果近日在Cell出版社旗下子刊iScience期刊发表，题目为《以V₂O₅为氧化剂连续液相聚合PEDOT及其在柔性触控屏的应用》（Sequential Solution Polymerization of Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Using V₂O₅ as Oxidant for Flexible Touch Sensors）。

图1. 连续液相聚合方法流程示意图

聚（3,4-乙烯二氧噻吩）（PEDOT）是一种具有高导电性、良好的柔韧性和化学稳定性的共轭聚合物。这些优良的品质使得PEDOT在透明电极、电致变色、电磁屏蔽等方面应用广泛。现在，有许多方法用于PEDOT的合成，如电化学合成（EP）、氧化化学气相沉积（OCVD）和气相沉积聚合（VPP）等，但是这些合成方法需要严格的基底或温度压强控制，应用于大规模工业生产成本高昂且面临诸多挑战。因此，开发能够在常温常压下通过湿法工艺制备（solution-processed）具有机械柔性的导电材料既有重要的学术价值，又有实际的工程意义。

为此，孙宽研究员课题组开发了一种通过连续沉积氧化剂溶液和单体溶液的PEDOT原位合成方法。该合成体系中，V₂O₅作为氧化剂、甲磺酸为掺杂剂两者相溶形成氧化剂溶液。该团队首先通过在玻璃基底上先后通过旋涂沉积氧化剂溶液和EDOT单体溶液成功合成PEDOT薄膜。由于该薄膜具有PEDOT含量高（69%）、结晶性好和掺杂水平高（载流子浓度为2.62²¹ cm^-3）等特点，导电率最高可达1420 S/cm。接着，该团队使用棒式涂布法在15 cm × 12 cm的柔性PET基底上沉积氧化剂溶液然后浸入单体溶液进行聚合，所得到的柔性PEDOT薄膜方阻为80.3 Ω/sq。该柔性PET为基底的薄膜制成的触控装置表现出优异的传感性质和柔韧性，即使在反复弯曲甚至对折之后，也能保持良好的功能性。该全新合成路线不仅可以兼容棒式涂布法，同时适用于刮涂、丝网印刷、喷涂、卷对卷印刷等不同印刷工艺，为在柔性基底上大面积合成均匀的导电高分子薄膜提供了重要的思路和可能性。

该研究工作得到了国家自然科学基金、重庆市重点研发专项、重庆市基础与前沿研究计划、重庆市留创计划、中央高校基本科研业务费、低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室的资助。重庆大学能源与动力工程学院硕士生陈瑞为论文第一作者，重庆大学孙宽研究员与新加坡国立大学欧阳建勇教授为共同通讯作者。