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高性能导电高分子薄膜的工业级制备及应用信息电子材料。

关键词： 导电高分子、连续液相聚合法、掺杂、柔性触控、电致变色。

应用领域

能源、信息、生物电子

成果简介

近年来柔性显示器、柔性照明、柔性太阳能电池、柔性传感器等产品已经逐渐从实验室走向市场。根据调研机构IDTechEx统计，2018年柔性电子市场为469.4亿美元，到2028年将达到3010亿美元，2018-2028年期间年均复合增长率近30%。随着柔性电子产业崛起的形势日益明朗，具备高透光性、高导电性以及耐曲挠性的柔性透明导电膜已成为柔性电子的战略性材料。市场调研机构Research and Markets早在2017年发布的市场调查指出，预估全球透明导电膜的市场从2017到2026年平均年成长率超过9%，根据市场调研公司HIS Technology统计，2020年全球透明电极市场约为51亿美元，不管是光电产品的产业链或是市场规模来评量，透明导电膜都是光电产业不可忽视的战略性材料。而目前使用最为广泛的透明导电材料氧化铟锡ITO虽然兼具高透光率和高导电性，但其固有的脆性难以满足未来消费级电子产品对机械柔性提出的更高要求。

导电聚合物材料自1977年被发现以来，由于和传统导电材料相比具有许多独特的性能发展迅速，其三位发现者获得2000年的诺贝尔化学奖，目前已发展成聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚苯、聚噻吩等诸多系列。在合成过程中一般会出现高氧化电位限制反应发生或导致聚合物过氧化；反应引发后不可控以及H+会引发副反应导致链短；不溶性导致液相合成堆叠无序，结晶性差等问题。传统的导电高分子薄膜沉积工艺包括氧化化学气相沉积、电化学聚合以及气相聚合等，然而大面积快速原位沉积并调控导电高分子薄膜依然存在挑战。 针对这一问题，重庆大学柔性可再生能源材料与器件（La FREMD）课题组开发了连续液相聚合法（Sequential Solution Polymerization，简称SSP），可在短时间内连续印刷制备大面积的导电高分子薄膜，并在制备PEDOT、PTh、PANI等具有代表性导电高分子薄膜中验证了该方法的普适性。此外，我们也开发了适合工业化生产的导电高分子墨水技术以及提升PEDOT:PSS薄膜电导率的有效方法，并将改性后的薄膜运用于柔性触控屏、有机太阳能电池以及有机热电转换器件中。 我们的结果表明，连续液相聚合法无需高温、低压等苛刻的反应条件，不仅可以用于旋涂法等小面积制备工艺，还适用于棒式涂布、刮涂、丝网印刷、喷涂、卷对卷印刷等工业级制备工艺，并可广泛应用于能源、传感、生物电子等众多领域。

经济效益与社会效益

该技术被成功应用到京东方14英寸背光源产品，2019及2020年度共产生销售收入2830万元，取得了显著的社会经济效益，获重庆产学研科技成果创新奖一等奖。