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Vo.l30高等学校化学学报No.5 2009年5月CHEM I CAL J OURNAL OF CH I NESE UN I VERSI T I E S1052~1054[研究快报]聚(3,4-乙撑二氧噻吩)导电织物的制备、结构及其电致变色性能李昕,赵国樑,钱晶,付中玉(北京服装学院服装材料研究开发与评价北京市重点实验室,北京100029)关键词聚(3,4-乙撑二氧噻吩);导电织物;原位聚合;电致变色中图分类号O631文献标识码A文章编号0251-0790(2009)05-1052-03利用原位聚合(In-situ po ly m erizati o n)方法制备的导电聚合物基导电织物,除具有传统导电织物的导电、电磁屏蔽及抗静电性能外[1],还保留了导电聚合物所具有的机敏感应特征,例如电致变色和电致发光等功能,因而在新型柔性显示器件、信息存储器件及传感器等领域表现出巨大的应用潜力[2~4].电致变色织物即人们梦寐以求的/变色龙0织物,它能够通过弱电控制自身的颜色与外界环境保持一致,在军事伪装上具有重要的应用价值,因而世界各国军方和科学家都投入了巨大的经费和精力,以求在这方面取得实用化突破[4].此外,电致变色织物还可用于通过颜色变化调节温度的宇航员太空服、野外考察服装和用具(如帐篷、遮阳伞等)以及民用时尚变色服装等[2],并可用作食品和安全工业的传感器[5],具有非常诱人的应用前景.聚(3,4-乙撑二氧噻吩)具有氧化还原电位低、禁带宽度小(E g=116e V,775nm)、分子中含有较多的给电子基团等独特的结构特点,表现出优异的环境稳定性和高电导率(10~1000S/c m),而且其薄膜材料也具有良好的透明度和稳定性,是目前应用性能最好的电致变色材料之一,对它的研究和开发已成为导电聚合物研究领域中的焦点[6,7].本文采用原位聚合法,以耐酸性好的涤纶为基底,制得了聚(3,4-乙撑二氧噻吩)/涤纶复合导电织物[Po ly(3,4-ethy lened i o xythiophene)/conducting tery l e ne tex-tile,PEDOT/C TT],分析了该导电织物的形貌、导电性能及结构,并对其电致变色性能进行了初步测试.实验结果表明,所得到的PEDOT/CTT具有良好的导电性和一定的电致变色性能,有望在全固态电致变色织物的制备中获得应用.1实验部分1.1试剂与仪器3,4-乙撑二氧噻吩(EDOT),分析纯,苏州工业园区亚科化学试剂有限公司,使用前减压蒸馏;硫酸铁[Fe2(SO4)3],天津市福晨化学试剂厂;聚对苯乙烯磺酸钠(PSS),上海嘉辰化工有限公司;高氯酸(H C l O4),北京化工厂;其它试剂均为分析纯试剂;实验用水为去离子水.涤纶为市售白色平纹涤纶,使用前对其进行脱浆处理:先将涤纶用去离子水清洗干净,晾干,再先后将其放入1m o l/L N a OH和H C l溶液中分别浸泡12h,然后将织物取出再用去离子水洗净,晾干,剪成大约3c m@3c m大小,待用.采用日本电子公司JS M-6360LV型电子扫描电镜(SE M)进行形貌分析;用N ico let Nexus670型傅里叶变换红外光谱(FT I R)仪测试红外吸收光谱;采用K eithley6221+2182A体系通过四电极法测定电导率.织物的室温表面电阻用刀口电极结合万用表进行测定.电致变色性能的测试使用Zahner I M6型电化学工作站,采用三电极法[将铂丝穿绕在PEDOT/CTT上作为工作电极,铂电极为对电极,饱和甘汞电极(SCE)为参比电极],在011m o l/L的H C l O4溶液中进行.将两块PEDOT/CTT分别在-012V和收稿日期:2009-01-25.基金项目:北京市科技新星计划(批准号:2007B010)和北京市优秀人才培养项目(批准号:20071D0500100128)资助.联系人简介:李昕,女,博士,副研究员,主要从事导电聚合物的合成及应用研究.E-ma i:l cl y l x@b .c n+014V 恒电压下保持2m i n ,变色后取出,用吹风机吹干,采用SONY A -100型数码单反相机拍摄彩色照片,然后用TU-1901型紫外/可见(UV-V is)分光光度计测定其固态漫反射紫外-可见光谱.1.2 导电织物的制备 在室温下,分别称取019g 硫酸铁和01195g 聚对苯乙烯磺酸钠,加入到20mL 去离子水中,超声处理30m in 使其充分溶解,将处理好的涤纶织物浸泡在上述反应液中,然后将012g EDOT 单体加入到反应体系中,在室温下电磁搅拌反应24h .反应结束后,取出织物,先用去离子水洗去表面的附着物,再用无水乙醇浸泡洗涤织物至洗涤液无色,然后在红外灯下干燥.所得到的织物呈现均匀的蓝色,用PEDOT /CTT 表示.2 结果与讨论2.1 形貌及导电性能 图1为纯涤纶和PEDOT /CTT 表面的SE M 图.由图1(A )可见,纯涤纶表面光滑,其单根纤维直径约为20L m.图1(B)和(C)显示,直径为100nm 左右的PEDOT 纳米颗粒致密均匀地包覆在单根涤纶纤维表面.PEDOT /CTT 的电导率为2167@10-2S /c m,表面电阻为116@1048/c m 2,表明制得的PEDOT /CTT 具有良好的导电性能.Fig .1 SEM i m ages of pu re terylene tex tile(A ),PEDOT /CTT fibers(B)and the surfaceof si ng l e PEDOT /CTT fi b er(C)2.2 结构表征 图2为涤纶、PEDOT 和PEDOT /CTT 的FTI R 谱图.在PEDOT 的FT I R 谱图(图2谱线c )中,可以明显观察到1516和1319c m -1噻吩环上C C 和C )C 键的伸缩振动峰;1198和1084c m -1处的C )O )C 键的对称和不对称振动峰;972,920和671c m -1处C )S )C 键的伸缩振动峰等F ig .2 FTI R spec tra of pure terylene textile(a ),PEDO T /CTT (b )and pure PEDOT(c )(A )600)2000c m -1;(B)1440)1600c m -1.PEDOT 的特征吸收峰[8].同时,在1742~1647c m -1处出现的三重中等强度的宽峰反映了其掺杂程度[9].PEDOT /CTT(图2谱线b )和纯涤纶(图2谱线a )的谱图非常相似,但大多数谱峰都变宽(如:1716c m -1处的C O 伸缩振动峰;1242和1092c m -1处酯基和醚基中C )O )C 的伸缩振动峰以及721c m -1处C H 2的弯曲振动峰)[10],并出现部分红移和蓝移,且吸收峰的强度也发生了变化.此外,通过比较图2谱线a 和b 在1428~1600c m -1范围内放大的谱图,发现纯涤纶中1550和1531c m -1处的二重吸收峰在PEDOT /CTT 中裂分为三重吸收峰(1560,1539和1522c m -1),且在1472c m -1处出现一新吸收峰,说明PEDOT 单体与聚酯纤维之间有分子键的结合,但聚酯纤维的分子链结构并未被破坏,因此复合织物还保持了原涤纶纤维的物理机械性能.2.3 电致变色性能 PEDOT /CTT 在10,50和100mV /s 扫描速率下的循环伏安曲线及电致变色情况如图3所示.由图3可见,不同扫描速率下PEDOT /CTT 循环伏安曲线的形状基本一致,都存在一个明显的氧化峰,且电位随着扫描速率的增大而增大(从-0127V y -0124V y -0120V ),振幅也逐渐增加,而还原峰则出现在0V 左右.同时,在循环扫描周期内还观察到明显的电致变色现象,PEDOT /CTT 在-0142~0V vs .SCE 范围内呈现浅灰蓝色,在0~110V vs .SCE 范围内则转变为深蓝黑色,且颜色变化随电位的循环完全可逆.此外,图4为PEDOT /CTT 在不同电位的固态吸收光谱及相应的织1053 N o .5 李 昕等:聚(3,4-乙撑二氧噻吩)导电织物的制备、结构及其电致变色性能物照片.这进一步说明颜色随电位的变化而变化.结果表明,通过原位聚合法制得的PEDOT/CTT具有电致变色性能,有望在全固态电致变色织物的制备中获得应用.F ig.3Cyc lic volta mm ogra m s of PEDOT/CTT atd ifferen t scann ing velocity and itse lectrochro-m ic propertya.10mV/s;b.50mV/s;c.100mV/s.Fig.4UV-V is absorban ce spec tra and corres pondingp ictures of s o lid sta te PEDOT/CTT atd ifferent potential参考文献[1]Bohw on K.,V ladan K.,E ric D.,et a l..Syn t heti cM etal s[J],2004,146:167)174[2]Beaupr S.,Dum as J.,LeclercM.,Che m.M ater.[J],2006,18:4011)4018[3]W an M.X..Adv.M ater.[J],2008,20:2926)2932[4]LI X i n(李昕),L IX i ao-N i ng(李小宁),F U Zhong-Yu(付中玉),et al..Jou rnalof Beiji ng Instit u t e ofFas h i on Technol ogy(北京服装学院学报)[J],2008,28(4):58)65[5]Prak ash R.S.,Radh akris hnan S..M ateri a l s Che m istry and Physics[J],2002,77:117)133[6]Lu G.W.,L iC.,Sh iG.Q..Che m.M ater.[J],2007,19(14):3433)3440[7]J ayes h G.B.,Arv i nd K.,V enkat ara m anan S.,et a l..Advan ced M aterial s[J],2008,20(6):1175)1178[8]Ku ldeep S.,An ilO.,Parveen S.,et a l..Poly m.A dv.Techno.l[J],2008,19:229)236[9]YANG Ya-Ji e(杨亚杰),JI ANG Y a-Dong(蒋亚东),XU J i ang-H ua(徐建华),et al..Che m.J.Ch i n ese Un i versiti es(高等学校化学学报)[J],2007,28(9):1739)1742[10]PAN W ei(潘玮),HUANG Su-P i ng(黄素萍),GONG J i ng-Hu a(龚静华),e ta l..ShanghaiTextil e Science&Technol ogy(上海纺织科技)[J],2001,29(4):58)60Preparation,Structure and E lectrochro m ic Properties ofPol y(3,4-ethy l ened i oxythi ophene)Based Conducti ng TextileLI X i n*,Z HAO Guo-Liang,Q I A N Ji n g,FU Zhong-Yu(B eij i ng K ey Labora t ory of C lothi ng M aterials R&D and A ssess m ent,Beijing Instit u te of Fashion T echnology,B eijing100029,China)Abst ract Conductive po l y(3,4-ethy lened i o xythiophene)coated tery lene textile represented by PEDOT/CTT w as prepared via in-situ po l y m erizati o n.It is found that the PEDOT nano-partic les w ith dia m eter of~100nm spread over the surface o f terylene fi b ers resu lting i n a good conducti v ity o f2167@10-2S/c m,asm easured by a four-probe m ethod.M oreover,the PEDOT/CTT exhibits an electr ochro m ic behav i o r,wh ich takes a variation of co lor fro m pale b l u e to dark blue w hen the app li e d potential changed fro m-0142)0V to0)110V vs. SCE.K eywords Po ly(3,4-ethylened i o xy t h iophene);Conductive textile;In-situ po ly m erizati o n;E lectrochro m ic behav ior(Ed.:D,Z) 1054高等学校化学学报V o.l30。
聚3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)的制备及电化学性能的研究的开题报告一、研究背景聚3,4-乙撑二氧噻吩（PEDOT）是一种有机半导体材料，在有机光电器件、有机场效应晶体管（OFET）、有机太阳能电池（OPV）等领域都有广泛的应用。
PEDOT具有优异的导电性、透明性、稳定性和导电机理等特点，被广泛地研究和应用。
PEDOT的制备方法还有很多亟待深入研究，如化学氧化法、电化学氧化法等方法都有研究报告。
其中，电化学聚合是一种绿色、环保、快速制备PEDOT的方法，受到越来越多的关注。
本研究将以电化学聚合法制备PEDOT，并从电化学性能角度对PEDOT进行研究。
二、研究目的本研究旨在制备PEDOT，并研究PEDOT的电化学性能，主要包括：1. 通过电化学方法制备高品质的PEDOT。
2. 研究PEDOT的电化学氧化还原特性。
3. 考察PEDOT在不同电位下的电导率变化规律。
4. 探究PEDOT与金属、纳米粒子等材料的复合性能，为其在电子器件领域的应用提供理论基础和实验数据支持。
三、研究内容1. PEDOT的制备方法的优化研究。
利用电化学聚合法制备PEDOT，优化电化学参数，如电解液成分、电极材料、电化学条件等，从而获得高质量、高导电性的PEDOT材料。
2. PEDOT的电化学性能研究。
采用循环伏安法、恒电位充放电法等方法，测定PEDOT的电化学氧化还原特性，研究PEDOT在不同电位下的电导率变化规律。
3. PEDOT的复合性能研究。
以金属、纳米粒子等材料为掺杂物，探究PEDOT与其复合后的电化学性能和导电性能等方面的变化规律，并对其电子器件领域的应用进行探讨。
四、研究方法和技术路线1. PEDOT的制备方法优化研究采用电化学聚合法制备PEDOT，通过对电解液成分、电极材料、电化学条件等参数的优化，实现PEDOT的高质量、高导电性制备。
2. PEDOT的电化学性能研究利用电化学测试技术，如循环伏安法、恒电位充放电法等，研究PEDOT的电化学氧化还原特性和电导率变化规律。
3，4—乙撑二氧噻吩及其二聚体的电化学聚合性能研究聚3，4-乙撑二氧噻吩（PEDOT）具有能隙低、电化学掺杂电位低、响应时间短、颜色变化对比度高、稳定性好等优点，是目前国际上有机电致变色材料的研究热点。
本文设计合成了3，4-乙撑二氧噻吩二聚体（BisEDOT），并分别研究了BisEDOT、3，4-乙撑二氧噻吩（EDOT）的电化学聚合性能，对二者性能进行了系统分析。
实验结果表明所得聚合物PEDOT和PbisEDOT均具有良好的电化学活性和稳定性。
标签：导电聚合物；3，4-乙撑二氧噻吩；电化学聚合Abstract：In this paper，3，4-ethylenedioxythiophene dimer（BisEDOT）was synthesized，and the electrochemical polymerization properties of BisEDOT and 3，4-ethylenedioxythiophene （EDOT）were studied and analyzed systematically. The experimental results show that the obtained polymers PEDOT and PbisEDOT have good electrochemical activity and stability.Key words：conducting polymer；3，4-ethylenedioxythiophene；electrochemical polymerization一、前言导电聚合物材料是指具有共轭体系（主要是指共轭π键）结构的聚合物经过化学方法或电化学方法掺杂后形成的聚合物材料[1]。
在人们的传统意识中，聚合物材料是不导电的，是良好的绝缘体，并且广泛的应用于日常生活中，比如在普通的电缆中用来保护金属导线防止短路的绝缘层塑料、不让潮湿的空气和空气中的杂质对半导体元器件影响封端材料的使用。
