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    理化所等基于水書寫和電擦除制備可重寫PEDOT薄膜

    2021-08-27 理化技術研究所
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    語音播報

      紙張的出現極大地促進了人類文明的發展,同時也導致了嚴重的資源浪費和環境污染。聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)由于其具有環境友好、生物相容和溶劑誘導變色等特點,在可重寫紙方面具有潛在應用。在PEDOT膜上進行信息傳遞可基于多種刺激條件,例如光、熱、電、壓力和水。其中,水是最理想的觸發條件,因為它清潔、環保且成本較低。高質量可重寫紙的獲得通常需要三個條件:墨水在紙表面受控擴散;墨水書寫留下痕跡進行信息傳遞;紙的可回收性。然而,PEDOT薄膜在空氣中是親水/親油的,墨水在PEDOT膜上的過度擴散會大大降低書寫質量和信息傳輸。因此,PEDOT薄膜的浸潤性調控對于它們作為可重寫紙的應用至關重要。目前已發展了一系列策略用于調控PEDOT膜表面浸潤性,例如改變化學成分(引入親水/疏水離子和接枝取代基)、構建微/納米結構、制備復合層體系。但是這些方法通常需要預先設計化學反應,制備過程復雜且難以實現大面積應用。因此,發展一種簡單策略調控PEDOT薄膜表面浸潤性對于可重寫PEDOT紙的應用十分重要。 

      此前,中國科學院院士、中科院理化技術研究所研究員江雷,研究員王京霞團隊在PEDOT光子晶體上實現了多彩圖案的水寫和電擦除。他們通過電聚合制備PEDOT光子晶體(PEDOT-IO-0),揭示了所制備PEDOT-IO具有四種狀態和三種不同的開關形式:第一個開關是從PEDOT-IO-0PEDOT-IO-I(中性態)的不可逆的還原過程。第二個開關是PEDOT-IO-I(中性態)和PEDOT-IO-I(氧化態)之間的可逆電化學過程,伴隨著由于離子摻雜/脫摻雜引起的可逆帶隙(結構顏色)變化。第三個開關是水處理PEDOT-IO-I(氧化態)形成PEDOT-IO-II,由于水誘導LiClO4分子(Li+ClO4-離子)的去除和周期性結構收縮,引起光晶帶隙的藍移。在此基礎上,實現了在PEDOT光子晶體上水寫-電擦多彩圖案。 

      近日,該團隊與中科院半導體研究所研究員裴為華合作基于水書寫和電擦除制備可重寫PEDOT薄膜。他們通過恒電位聚合制備PEDOT薄膜(圖1),基于溶劑與PEDOT薄膜之間的相互作用呈現出三種溶劑調制行為。低極性溶劑(LPS)PEDOT薄膜無相互作用;中極性/高揮發性溶劑(MP/HVS)去除親水性電解質,有助于將水接觸角從原始親水膜(6.5°)轉換為疏水性可寫基材(146.2°);高極性溶劑(HPS)誘導PEDOT鏈中陰離子的去摻雜,導致薄膜顏色由藍變紫,作為信息書寫過程(圖2、3)。同時,PEDOT薄膜的本征電化學氧化還原使擦除過程成為可能。研究以PEDOT膜表面浸潤性調控為前提,結合高極性溶劑誘導顏色變化(寫入)和電化學氧化還原反應(擦除),實現了可重寫的PEDOT薄膜(圖4)。這項工作為基于PEDOT的光學材料和器件的制備提供了新思路。

      相關研究結果以Rewritable PEDOT Film Based on Water-Writing and Electroerasing為題發表在ACS Applied Materials & Interfaces上。

      論文鏈接 

    1 PEDOT膜的制備及表征 

    2 PEDOT膜的三種溶劑調制行為 

    3 PEDOT膜經三種不同類型溶劑處理變化過程的示意圖 

    4 PEDOT膜上水寫/電擦圖案 

    打印 責任編輯:江澄

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