高性能導電高分子薄膜的工業級製備及應用

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高性能導電高分子薄膜的工業級製備及應用信息電子材料。

關鍵詞： 導電高分子、連續液相聚合法、摻雜、柔性觸控、電致變色。

目錄

應用領域

能源、信息、生物電子

成果簡介

近年來柔性顯示器、柔性照明、柔性太陽能電池、柔性傳感器等產品已經逐漸從實驗室走向市場。根據調研機構IDTechEx統計，2018年柔性電子市場為469.4億美元，到2028年將達到3010億美元，2018-2028年期間年均複合增長率近30%。隨着柔性電子產業崛起的形勢日益明朗，具備高透光性、高導電性以及耐曲撓性的柔性透明導電膜已成為柔性電子的戰略性材料。市場調研機構Research and Markets早在2017年發布的市場調查指出，預估全球透明導電膜的市場從2017到2026年平均年成長率超過9%，根據市場調研公司HIS Technology統計，2020年全球透明電極市場約為51億美元，不管是光電產品的產業鏈或是市場規模來評量，透明導電膜都是光電產業不可忽視的戰略性材料。而目前使用最為廣泛的透明導電材料氧化銦錫ITO雖然兼具高透光率和高導電性，但其固有的脆性難以滿足未來消費級電子產品對機械柔性提出的更高要求。

導電聚合物材料自1977年被發現以來，由於和傳統導電材料相比具有許多獨特的性能發展迅速，其三位發現者獲得2000年的諾貝爾化學獎，目前已發展成聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚苯、聚噻吩等諸多系列。在合成過程中一般會出現高氧化電位限制反應發生或導致聚合物過氧化；反應引發後不可控以及H+會引發副反應導致鏈短；不溶性導致液相合成堆疊無序，結晶性差等問題。傳統的導電高分子薄膜沉積工藝包括氧化化學氣相沉積、電化學聚合以及氣相聚合等，然而大面積快速原位沉積並調控導電高分子薄膜依然存在挑戰。 針對這一問題，重慶大學柔性可再生能源材料與器件（La FREMD）課題組開發了連續液相聚合法（Sequential Solution Polymerization，簡稱SSP），可在短時間內連續印刷製備大面積的導電高分子薄膜，並在製備PEDOT、PTh、PANI等具有代表性導電高分子薄膜中驗證了該方法的普適性。此外，我們也開發了適合工業化生產的導電高分子墨水技術以及提升PEDOT:PSS薄膜電導率的有效方法，並將改性後的薄膜運用於柔性觸控屏、有機太陽能電池以及有機熱電轉換器件中。 我們的結果表明，連續液相聚合法無需高溫、低壓等苛刻的反應條件，不僅可以用於旋塗法等小面積製備工藝，還適用於棒式塗布、刮塗、絲網印刷、噴塗、卷對卷印刷等工業級製備工藝，並可廣泛應用於能源、傳感、生物電子等眾多領域。

經濟效益與社會效益

該技術被成功應用到京東方14英寸背光源產品，2019及2020年度共產生銷售收入2830萬元，取得了顯著的社會經濟效益，獲重慶產學研科技成果創新獎一等獎。