CN108794793A - 一种精确调控共轭聚合物薄膜疏水性能的电场诱导方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种精确调控共轭聚合物薄膜疏水性能的电场诱导方法。通过调控电场诱导过程中的电场强度，来精确调控单组分共轭聚合物薄膜的疏水性能。研究发现共轭聚合物的结晶行为随着电场强度的增加而被抑制，由于薄膜内结晶行为的改变引起特殊的膜形态变化，从而影响薄膜的疏水性能。本发明为调控薄膜的疏水性能提供了一种简单有效的制备方法。

Description

一种精确调控共轭聚合物薄膜疏水性能的电场诱导方法
技术领域
本发明涉及共轭聚合物薄膜形貌领域，具体涉及一种精确调控共轭聚合物薄膜疏水性能的电场诱导方法。
背景技术
在过去的几十年中，共轭聚合物由于其机械加工性，低制造成本和重量轻等独特的优点而受到越来越多的关注。到目前为止，共轭聚合物已经广泛应用于场效应晶体管，光伏电池，发光二极管等领域。随着人们对固体的表面性能越来越关注，润湿性就是其中最大的关注点，调控材料的疏水性能应用于防水和防污处理，用于微量注射器针尖，在远洋轮船的防污、防腐，用于石油管道的输送等方面。目前有很多调控材料疏水性能的方法，例如刻蚀法，其包括等离子体刻蚀，光刻蚀，溶胶-凝胶法（CN103102082A）；化学刻蚀法（CN103409754A）；模板法（CN103881120A）等。但是现如今存在的这些方法有许多的弊端，例如其操作方式繁琐复杂，且传统的方法制备的材料其接触角角度固定，导致其应用领域受到一定的限制。由此，如果能发明一种能精确调控共轭聚合物疏水性能一定有广阔的应用领域和研究价值。
发明内容
本发明提供了一种精确调控共轭聚合物薄膜疏水性能的电场诱导方法。本发明所用原料均是常规材料，均可通过商用渠道获得。
本发明的一种精确调控共轭聚合物薄膜疏水性能的电场诱导方法包括以下步骤：
（1）称取一定量的共轭聚合物溶解在有机溶剂中；
（2）将配置好的溶液在基底上制备共轭聚合物薄膜；
（3）采用电场诱导方法处理步骤（2）中的薄膜样品。
本发明步骤（1）中共轭聚合物可以是聚吡咯、聚噻吩、聚苯撑以及窄带隙共轭聚合物等。
本发明步骤（1）中有机溶剂可以是氯仿、邻二氯苯、氯苯、乙醇、四氢呋喃、二氯甲烷、苯、DMF、DMAC、乙酸乙酯、乙酸丁酯、一氯甲烷、异丙醇或甲苯其中的一种或几种混合。
本发明步骤（1）中混合溶液的浓度可以是5.0～30mg/ml，优选为10～20mg/ml。
本发明步骤（2）中制备薄膜的方法可以是旋涂方法，喷涂方法，卷对卷印刷技术，丝网印刷方法等。
本发明步骤（2）中的基底可以为ITO, FTO等导电衬底，也可以是玻璃，石英，塑料等绝缘衬底。
本发明步骤（3）中电场诱导处理装置的电极可以为：针电极，线电极，平板电极等。
本发明步骤（3）中电场处理时间为10～150分钟，优选为30分钟。
本发明步骤（3）中电场极化的电场强度在1.0×102V/m～9.0×105V/m。优选为1.0×103V/m～9.0×103V/m。
本发明步骤（3）中基底温度可以为60～300℃。
本发明用简单的电场极化技术，成功精确调控共轭聚合物薄膜的疏水性能，利用电场与共轭聚合物中的偶极子相互作用来实现对共轭聚合物薄膜疏水性能的精确调控。本发明所使用的药品，溶剂购买后均未经过纯化。
本发明的方法与现有的技术相比创新点在于：（1）本发明首次利用共轭高分子的表面性能制备了疏水性可调的聚合物薄膜材料。（2）本发明首次利用电场诱导技术调控共轭聚合物薄膜的形貌，从而实现了共轭聚合物薄膜表面疏水性能的有效精确调控。
图1：实施例1所用电场诱导实验装置示意图。
图2：实施例2，实施例3所用电场诱导实验装置示意图。
图3：实施例3，实施例4所用电场诱导实验装置示意图。
图4：实施例1中P3BT薄膜在不同电场强度极化后的接触角数据。
图5：实施例2中P3HT薄膜在不同电场强度极化后的接触角数据。
图6：实施例3中ITIC薄膜在不同电场强度极化后的接触角数据。
图7：实施例4中PTB7薄膜在不同电场强度极化后的接触角数据。
图8：实施例5中PCPDTBT薄膜在不同电场强度极化后的接触角数据。
具体实施方法：为了更清楚地说明本发明，列举如下的实施例，但其对本发明的范围无任何限制。
实施例1：将聚3-丁基噻吩（P3BT）溶解在邻二氯苯中，配制成溶液浓度为10.0mg/ml的P3BT溶液，旋涂成膜后，将其放置于针电极的电场极化装置中，在不同的工作电场强度，温度为121℃下进行极化处理半个小时。将电场极化的聚3-丁基噻吩薄膜用接触角测试仪进行接触角的测试表征。测试结果为5次测量结果的平均值。
实施例2：将聚3-己基噻吩（P3HT）溶解在氯苯中，配制成溶液浓度为10.0mg/ml的P3HT溶液，旋涂成膜后，将其放置于线电极的电场极化装置中，在不同的工作电场强度，温度为130℃下进行极化处理半个小时。将电场极化的聚3-己基噻吩薄膜用接触角测试仪进行接触角的测试表征。测试结果为5次测量结果的平均值。
实施例3：将一种窄带隙聚合物为3,9-双（2-亚甲基 -（3-（1,1-二氰基亚）茚满酮）-5,5,11,11四（4-己基苯基）噻吩并[2,3-d：2'，3'-d'] -s-引哚酸[1,2-b：5,6-b']二噻吩（ITIC）。溶解在氯仿中，配制成溶液浓度为10.0mg/ml的ITIC溶液，旋涂成膜后，将其放置于线电极的电场极化装置中，在不同的工作电场强度，温度为180℃下进行极化处理半个小时。将电场极化的ITIC薄膜用接触角测试仪进行接触角的测试表征。测试结果如为5次测量结果的平均值。
实施例4：将2,6-二溴-4,8-双[(2-乙基己基)氧基]-苯并[1,2-B:4,5-B']二噻吩(PTB7)溶解在邻二氯苯中，配制成溶液浓度为10.0mg/ml的PTB7溶液，旋涂成膜后，将其放置于平板电极的电场极化装置中，在不同的工作电场强度，温度为138℃下进行极化处理半个小时。将电场极化的PTB7薄膜用接触角测试仪进行接触角的测试表征。测试结果为5次测量结果的平均值。
实施例5：将聚[2,6-（4,4-双（2-乙基己基）-4H-环戊二烯并[2,1-b; 3,4-b'] -二噻吩） - 4,7- 3-benzothiadiazole）（PCPDTBT）溶解在邻二氯苯中，配制成溶液浓度为10.0mg/ml的PCPDTBT溶液，旋涂成膜后，将其放置于平板电极的电场极化装置中，在不同的工作电场强度，温度为121℃下进行极化处理半个小时。将电场极化的PCPDTBT薄膜用接触角测试仪进行接触角的测试表征。测试结果为5次测量结果的平均值。

Claims (10)

1.一种精确调控共轭聚合物薄膜疏水性能的电场诱导方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）称取一定量的共轭聚合物溶解在有机溶剂中；
（2）将配置好的溶液在基底上制备共轭聚合物薄膜；
（3）采用电场诱导方法处理步骤（2）中的薄膜样品。
2.根据权利要求1所述的一种精确调控共轭聚合物薄膜疏水性能的电场诱导方法，其特征在于，所述的步骤（1）共轭聚合物可以是聚吡咯、聚噻吩、聚苯撑以及窄带隙共轭聚合物中的一种或多种的混合。
3.根据权利要求1所述的一种精确调控共轭聚合物薄膜疏水性能的电场诱导方法，其特征在于，所述的步骤（1）中的有机溶剂可以是氯仿、邻二氯苯、氯苯、乙醇、四氢呋喃、二氯甲烷、苯、DMF、DMAC、乙酸乙酯、乙酸丁酯、一氯甲烷、异丙醇或甲苯其中的一种或几种混合。
4.根据权利要求1所述的一种精确调控共轭聚合物薄膜疏水性能的电场诱导方法，其特征在于，所述的步骤（1）混合溶液的浓度可以是5.0～30mg/ml，优选为10～20mg/ml。
5.根据权利要求1所述的一种精确调控共轭聚合物薄膜疏水性能的电场诱导方法，其特征在于，所述的步骤（2）制备薄膜的方法可以是旋涂方法，喷涂方法，卷对卷印刷技术，丝网印刷方法等。
6.根据权利要求1所述的一种精确调控共轭聚合物薄膜疏水性能的电场诱导方法，其特征在于，所述的步骤（2）中的基底可以为ITO, FTO等导电衬底，也可以是玻璃，石英，塑料等绝缘衬底。
7.根据权利要求1所述的一种精确调控共轭聚合物薄膜疏水性能的电场诱导方法，其特征在于，所述的步骤（3）电场诱导处理装置的电极可以为：针电极，线电极，平板电极等。
8.根据权利要求1所述的一种精确调控共轭聚合物薄膜疏水性能的电场诱导方法，其特征在于，所述的步骤（3）电场处理时间为10～150分钟，优选为30分钟。
9.根据权利要求1所述的一种精确调控共轭聚合物薄膜疏水性能的电场诱导方法，其特征在于，所述的步骤（3）电场极化的电场强度在1.0×102V/m～9.0×105V/m，优选为1.0×103V/m～9.0×103V/m。
10.根据权利要求1所述的一种精确调控共轭聚合物薄膜疏水性能的电场诱导方法，其特征在于，所述的步骤（3）基底温度可以为60～300℃。
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