2016年11月11日 星期五 09:15:33
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大规模生产超细聚苯胺纤维,可用于触觉有机电化学晶体管

发表时间:2022/4/26

连续导电聚合物纤维(Conducting Polymer Fibers, CPFs)的发展对于从先进纤维器件到前沿织物电子器件的应用至关重要。连续导电聚合物纤维的使用需要较小的直径,以最大限度地提高其电活性表面、微结构取向和机械强度。然而,通常使用的湿法纺丝技术很难达到这一目标。

近日,香港理工大学陶肖明团队提出一种良溶剂交换策略,在改进的湿法纺丝技术中,大规模制备超细聚苯胺(PAni)纤维(UFPFs)。良好溶剂之间的缓慢扩散明显降低了原纤维的黏度,使原纤维具有优异的拉伸比。所获得的UFPFs直径小于5μm。此外,超细的形貌和高度改善的电活性表面促进了聚合物具有优异的电化学活性和力学性能。相关工作以“Scalable production of ultrafine polyaniline fibres for tactile organic electrochemical transistors”为题发表在最新一期的《Nature Communications》。



UFPFs的制备与表征

在经过改进的一步法湿纺工艺中,研究者使用良溶剂作为凝固浴,实现了UFPFs的批量生产。研究者观察到在浴液中拉伸凝胶纤维时,直径急剧减小。超细纤维具有光滑的表面、高度结晶化的微观结构和均匀的电学性能。此外,优异的拉延比使UFPFs的生产效率超过40 m/min。例如,制备5.4km长的UFPF仅需2h。



研究者进一步研究了凝胶原纤维的尖缩行为与使用优质溶剂作为凝固浴之间的关系对聚苯胺链的影响,并且推测这种尖缩现象可能是由两个因素引起的:扩散差和界面压力。UFPFs 具有优异的力学性能。与传统聚合物纤维不同,UFPFs的应变-应力曲线表现为脆性断裂行为,拉伸应变为3.67%±0.64%。UFPFs的模量为29.89±5.6 GPa,强度为1080±71 MPa。



能量和电荷存储容量

超细的形貌优化了电活性表面,使UFPFs表现出卓越的能量和电荷存储能力。研究发现,电势和电容在120次充放电循环中都没有显著下降,表明UFPFs具有优越的电化学性能稳定性。



全固态OECT的结构与性能

得益于UFPFs良好的能量和电荷存储性能,研究者展示了一种高性能的全固态光电二极管OECT。由于PVA和PU具有显著的柔韧性和透明度,全固态OECT非常柔软,在可见光区域透光率在80%以上,厚度在300μm以下。



(来源:高分子科学前沿)