【科研留声机AM】天津大学胡文平教授&王以轩副教授团队:通过相互塑化效应的可拉伸聚合物导体

基于高分子的光电材料与器件具有较低的杨氏模量和优异的本征态拉伸性，在人机动态交互设备中起着关键作用。导电高分子聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）具有薄膜表面平整、成本低、透明度高等优良特性。然而，其高导电性和高拉伸性很难同时实现，这一问题限制了导电高分子电极在柔性光电子器件中的应用。

在前期工作中，天津大学分子光电重点实验室胡文平教授和王以轩副教授团队，发展了具有拓扑柔性结构的轮烷塑化剂，制备了高导电、高本征拉伸性的PEDOT:PSS薄膜（Science 2022, 375, 1411）。然而，原有方法依赖酸处理工艺提升薄膜导电率，对弹性基底、有机半导体等材料有潜在损伤，从而限制了其在多层光电器件制备中的应用。

近日，该团队系统地研究了PEDOT:PSS存在下塑化剂骨架的结晶行为与复合材料拉伸性之间的构效关系（图1），并揭示了适用于强极性导电高分子的塑化机制——相互塑化效应（即通过导体-掺杂剂相互作用同时增强两种聚合物组分的延展性）。他们通过聚轮烷PR增塑剂的侧链工程，改进了复合材料的溶液胶体稳定性与薄膜共混性。通过引入离子液体（IL）作为二级掺杂剂，成功制备了高导电、高拉伸、耐溶剂且无强酸处理的PR-IL-PEDOT:PSS薄膜电极（图3）。使用该透明导电薄膜作为像素电极和对电极，制作了完全透明的可拉伸电致变色显示（ECD）器件，该器件在80%应变下仍能正常工作（图4），展现了该材料体系在透明柔性光电子技术中的应用价值。该工作以“A Stretchable Polymer Conductor Through the Mutual Plasticization Effect”为题发表在“《Advanced Materials》”上。文章的第一作者是天津大学硕士研究生白燚虹和博士研究生李维真。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委项目的支持。

DOI: 10.1002/adma.202303245