PEDOT:PSSにおけるカスケード・ドーピングの解明と熱電材料の開発

PEDOT:PSS中级联掺杂的阐明和热电材料的开发

基本信息

批准号：
22K05028
负责人：
古川行夫
金额：
$ 2.08万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K05028/
关键词：
導電性ポリマー PEDOT:PSS 硫酸処理 2次ドーピングキャリヤー移動度

项目摘要

PEDOT:PSSは，高い電気伝導度と透明性，優れた耐熱性と安定性をもち，実用化されている．成膜後に濃硫酸で処理すると電気伝導度が大幅に増加し，カスケード・ドーピングや2次ドーピングと呼ばれている．2022年度は，市販のPEDOT:PSS（Clevios PH 1000）を購入し，スピンキャストフィルムを作製して，硫酸処理に伴う電気的性質と構造の変化を研究した．硫酸処理により電気伝導度は81から2254 S/cmに増大した．また，本研究費で購入した電気化学測定システム（北斗電工HZ-7000）を使用して，電気化学的還元（脱ドーピング）に伴う電流を積分して脱ドーピングに伴う電荷量すなわちドーピング電荷量を求めた．電荷数密度は硫酸処理前後でともに7.3xE21 /cm3であった．移動度を計算すると，0.070から1.9 cm2/Vsと大きくなった．熱電特性の基礎となるゼーベック係数は処理前で5.86 μV/K，処理後で14.5 μV/Kであった．紫外・可視・近赤外吸収スペクトルの測定から，硫酸処理によりPSS（ポリアニオン）がフィルムから抜けたことが分かった．PSSの替わりに硫酸イオンが取り込まれてイオン交換が起こったと考えられる．また，観測スペクトルから，キャリヤーは正バイポーラロンと考えられる．GIXRDの測定を行ったところ，硫酸処理後に回折線が現れ，アモルファスから多結晶に変化したことが分かった．結晶化に伴い，鎖間やドメイン間の伝導が改善され，移動度が大きくなったと考えられる．研究計画になかったが，ホール効果測定を行う機会があり，処理前フィルムではデータを得られなかったが，処理後フィルムではデータを得ることができた．通常の方法で求めた電荷数密度は非常に大きく，解析方法を改良することが必要であることが分かった．次年度の課題の一つとする．

PEDOT:PSS具有高导电性、透明性、优异的耐热性和稳定性，并已投入实际应用。成膜后用浓硫酸处理薄膜，电导率显着增加，称为级联掺杂或二次掺杂。 2022 年，我们购买了市售的 PEDOT:PSS (Clevios PH 1000)，制作了旋涂薄膜，并研究了硫酸处理导致的电性能和结构的变化。通过硫酸处理，电导率从81增加到2254S/cm。此外，使用本研究经费购买的电化学测量系统（Hokuto Denko HZ-7000），我们对与电化学还原（去掺杂）相关的电流进行积分，并计算与去掺杂相关的电荷量，即掺杂电荷量我要求的。硫酸处理前后的电荷数密度均为7.3xE21/cm3。计算迁移率时，它从 0.070 cm2/Vs 增加到 1.9 cm2/Vs。作为热电性能基础的塞贝克系数在处理前为5.86μV/K，处理后为14.5μV/K。紫外、可见光和近红外吸收光谱的测量表明，通过硫酸处理，PSS（聚阴离子）从薄膜中去除。据认为，当吸收硫酸根离子而不是PSS时，发生了离子交换。另外，从观察到的光谱来看，载流子被认为是正双极子。当测量GIXRD时，硫酸处理后出现衍射线，表明从非晶态到多晶态的变化。人们认为结晶改善了链间和域间传导并增加了迁移率。虽然不在研究计划中，但我有机会测量霍尔效应，虽然我无法获得未处理胶片的数据，但我能够获得后处理胶片的数据。使用常规方法获得的电荷数密度极大，发现有必要改进分析方法。这将是明年的主题之一。