新加坡国立大学欧阳建勇教授课题组《Sci. Adv.》：盐引起的本征导电聚合物的韧塑化和其电阻对应变的不敏感行为

2022-11-27 来源：高分子科技

高机械强度与高机械延展性对材料的实际应用至关重要。但是，一个材料通常不能同时拥有这两个高性能。提高材料的机械延展性通常会降低其机械强度。克服机械强度与延展性之间的矛盾始终是所有材料的一个重要挑战。可以提高延展性但是不降低机械强度的方法叫做韧塑化，只有少数合金材料可以韧塑化。高分子材料可以通过塑化来提高其机械延展性，但是塑化会显著降低其机械强度。在文献里还没有关于高分子材料的韧塑化的报道。

最近，新加坡国立大学欧阳建勇教授课题组首次报道无机盐引起的聚(3，4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS）的韧塑化（图1）。他们发现在乙二醇处理的PEDOT:PSS膜中加入高氯酸钠，可以将PEDOT:PSS的断裂伸长率从低于10% 提升至53.2%，同时保持其高拉伸强度（～21 MPa）。

图1. （A）对PEDOT:PSS进行处理的示意图。（B）PEDOT:PSS, a-EG/PEDOT:PSS 及NaClO₄/PEDOT:PSS的应力应变曲线。a-EG/PEDOT:PSS以及不同浓度NaClO₄处理a-EG/PEDOT:PSS的（C）应力应变曲线及（D）抗拉强度和韧性与其断裂伸长率的关系。

该方法也可以用于经过酸或有机分子后处理的高导电的PEDOT:PSS的韧塑化。此外，使用其他的无机盐，比如NaCl，同样可以引起高导电的PEDOT:PSS的韧塑化。而且，韧塑化后的PEDOT:PSS具有良好的弹性回复率（图2）。

图2.（a）韧塑化PEDOT:PSS的弹性回复率。（b）韧塑化PEDOT:PSS的弹性回复率与小分子增塑或弹性体共混的PEDOT:PSS之间的比较。

韧塑化PEDOT:PSS同时具有优良的电学性能。其电导率可以达到538 S cm^-1（图1），且其电阻对应变不敏感。在拉伸率达30%的循环拉伸试验中，其电阻仅增加约6%（图3d）。对应变不敏感的电阻行为非常有利于其在柔性电子学方面的应用。

图3.（A）韧塑化PEDOT:PSS的电导率与高氯酸钠溶液浓度的关系。韧塑化PEDOT:PSS在（B）单次拉伸及（D，D）循环拉伸过程中的电阻变化。

他们提出韧塑化的机理是由于无机盐的正负离子与PEDOT:PSS的PEDOT⁺与的PSS^-相互作用降低了PEDOT:PSS高分子链之间的库伦相互作用，从而提升其拉伸性能（图4）。同时，因为在PEDOT:PSS中的共轭的PEDOT网络保持稳定，所以其拉伸强度几乎没有改变。

图4. 无机盐韧塑化PEDOT:PSS 的机理图示。

提高导电高分子的机械延展性很有实际意义。导电高分子由于其共轭主链结构及离子间的库伦相互作用，其机械延展性比较差。目前，提升导电聚合物延展性的方法包括使用小分子增塑和与弹性体共混。虽然这些方法可以提高其机械延展性，但是同时会显著降低其机械强度。这是首次发现高分子材料的韧塑化。该工作以“Salt-induced ductilization and strain-insensitive resistance of intrinsically conducting polymer”为题发表于《Science Advance》。文章第一作者是何昊博士，通讯作者是欧阳建勇教授。

全文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq8160

版权与免责声明：中国聚合物网原创文章。刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：info@polymer.cn，并请注明出处。

（责任编辑：xu）

【大中小】【打印】【关闭】

诚邀关注高分子科技

更多>>最新资讯

更多>>科教新闻