The mechanism of enhancing the conductivity of PEDOT: PSS films through molecular weight optimization of PSS

材料科学 佩多:嘘 结晶度 电导率 导电聚合物 电阻率和电导率 化学工程 高分子化学 复合材料 聚合物 物理化学 电气工程 化学 工程类
作者
Qiao Fan,Kai Zhang,Shigui Peng,Yufei Liu,Lanlan Wei,Shuhao Qin,Min He,Jialin Guo,Tingting Luo,Jie Yu
出处
期刊:Progress in Organic Coatings [Elsevier BV]
卷期号:189: 108308-108308 被引量:24
标识
DOI:10.1016/j.porgcoat.2024.108308
摘要

Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT): poly (styrene sulfonic acid) (PSS) is a promising intrinsically conductive polymer. Researchers have been modifying PSS to enhance the conductivity of PEDOT: PSS films, however, the relationship between PSS molecular weight and PEDOT: PSS conductivity remains unclear. Herein, the conductivity mechanism is discussed in detail, and it is observed that, as the molecular weight of PSS increases, the conductivity initially increases but then decreases after reaching a peak. This behavior can be attributed to the different aggregation state structures, the degree of oxidation, and the molecular conformation of PEDOT. Specifically, the optimal PSS molecular weight leads to an increase in PEDOT crystallinity and the appearance of a continuous nanoproto-fiber morphology. Additionally, the highest degree of PEDOT oxidation and the largest molecular weight of PEDOT polymerized after reduction treatment, along with the transition from coiled-coil conformation to linear or swollen coils, synergistically increase the carrier mobility and carrier concentration, resulting in a significant improvement in electrical conductivity. However, further increase in PSS molecular weight leads to decreased crystallinity, reduced continuous crystal domains, lower PEDOT oxidation levels, and molecular weights, preventing the generation of effective charge pathways. The electrical conductivity mechanism reported here provides theoretical models and specific strategies for improving the electrical conductivity of thermoelectric, electromagnetic shielding, and bioelectronic materials.
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