用聚合物酸胶体制备的可水分散的聚噻吩制造技术

本发明专利技术提供了一种组合物，它包含聚噻吩和形成胶体的聚合物酸的水性分散液。从本发明专利技术组合物制备的膜可用作有机电子设备中的缓冲层，所述的有机电子设备包括电致发光设备，如与金属纳米线或碳纳米管组合的有机发光二极管（ＯＬＥＤ）显示器，它们可用于薄膜场效应晶体管中的漏极、源极或栅极等。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及噻吩导电聚合物的水分散液，其中导电聚合物在聚合物酸胶体存在下合成。
技术介绍
导电聚合物业已用于各种有机电子设备，包括在发光显示中使用的电致发光(EL)设备。对于含有导体聚合物的EL设备，如有机发光二极管(OLEDs)，这类设备一般具有下列构型阳极/缓冲层/EL聚合物/阴极典型的阳极是能向半导电性EL聚合物，如氧化铟/氧化锡(ITO)的满π-带(band)中注入空穴的任何材料。任选地用玻璃或塑料基底支持阴极。典型的EL聚合物是共轭的半导电的聚合物，如聚(对亚苯基1，2-亚乙烯基)或聚芴。典型的阴极是能将电子注入半导电的EL聚合物的空π*-带的任何材料(如Ca或Ba)。缓冲层典型的是导电的聚合物，能从阳极向空穴中注入EL聚合物层。缓冲层也可称为空穴-注射层，空穴传送层，或其特征为双层阳极的一部分。用作缓冲层的典型导电聚合物包括聚苯胺和聚二氧基噻吩，如聚(3，4-亚乙基二氧基噻吩)(PEDT)。这些材料可通过使苯胺或二氧基噻吩单体的水性溶液在水溶性聚合物酸，如聚(苯乙烯磺酸)(PSS)的存在下进行聚合来制备，这在，如美国专利5,300,575，专利技术名称为“聚噻吩分散物，它们的制备方法和其应用”中加以描述。公知的PEDT/PSS材料是Baytron-P，购自Starck，GmbH(德国，Leverkusen)。用水溶性聚合磺酸合成的水性导电的聚合物分散液的pH水平太低。低pH会降低含这类缓冲层的EL设备的应力寿命，并在设备里引起腐蚀。因此，需要具有改进性质的组合物和由其制备的缓冲层。导电聚合物也可用作电子设备，如薄膜场效应晶体管的电极。在这类晶体管中，有机半导体膜在源极和漏电极之间。为了用作电极，导体聚合物和用于分散或溶解导体聚合物的液体必须与半导体聚合物和用作半导体聚合物的溶剂匹配，以避免导体聚合物或半导体聚合物再溶解。从导体聚合物制备的电极的导电率应当大于10S/cm(其中S是欧姆的倒数)。但是，用聚合物酸制备的导电聚噻吩的典型导电率为约10-3S/cm或低于10-3S/cm。为了增加导电率，可向聚合物中加入导电添加剂。但是，这类添加剂的存在会损害导电的聚噻吩的可加工性。因此，需要带有良好的可加工性和导电率更高的改进的导体聚噻吩。专利技术概述所提供的组合物包括聚噻吩和至少一种形成胶体的聚合酸的水分散物。本专利技术组合物可用作缓冲层，用于各种有机电子设备，如有机发光二极管(OLEDs)和与导电的填料，如金属纳米电线或碳纳米管组合，在诸如薄膜场效应晶体管的漏、源或栅电极等当中应用。根据本专利技术的另一个实施方案，本专利技术提供了有机电子设备，包括包含使本专利技术组合物浇铸得到的缓冲层的电致发光设备。根据本专利技术的另一个实施方案，它提供了用于合成聚噻吩和至少一种形成胶体的聚合物酸的水性分散液的方法。制备聚噻吩和至少一种形成胶体的聚合物酸的水性分散液的方法包括(a)提供一种水和噻吩的均匀水性混合物；(b)提供形成胶体的聚合物酸的水性分散液；(c)使噻吩混合物与形成胶体的聚合物酸的水性分散液组合；(d)在步骤(c)的组合之前或之后，使氧化剂和催化剂与形成胶体的聚合物酸以任何顺序组合。下面详尽描述本专利技术的其它实施方案。附图简述附图说明图1显示了包括本专利技术缓冲层的电子设备的截面图。图2显示了包括本专利技术电极的薄膜场效应晶体管的截面图。图3显示了PEDT/Nafion膜的导电率随着聚合反应中氧化剂与单体的比率发生的改变。图4显示了PEDT/Nafion膜导电率随着聚合反应中Nafion与单体的比率发生的改变。图5显示了发绿光的聚合物的OLED设备的操作寿命。图6显示了发红光的聚合物的OLED设备的操作寿命。图7显示了发蓝光的聚合物的OLED设备的操作寿命。图8(a)到图8(d)显示了PEDT/PSSA缓冲层的pH对OLED设备性能的影响。图9(a)到图9(c)显示了PEDT/Nafion缓冲层的pH对OLED设备性能的作用。图10显示了浸渍在PEDT/Nafion或PEDT/PSSA中时ITO厚度的改变。专利技术详述在本专利技术的一个实施方案中，它提供了包含聚噻吩的水性分散液的组合物，该组合物包括聚二氧基噻吩和形成胶体的聚合物酸。本文使用的术语“分散物或分散液”指含有微小颗粒的悬浮液的连续的液体介质。根据本专利技术，“连续介质”通常是水性液体，如水。本文使用的“水性”指大部分是水(在一个实施方案中，其为至少约40％重量的水)的液体。本文使用的术语“胶体”指悬浮在连续介质中的微小颗粒，所述的颗粒具有纳米级别的粒径。本文使用的术语“形成胶体”指当分散于水性溶液中时形成微小颗粒的物质，即，“形成胶体”的聚合物酸不是水溶性的。本文使用的术语“包括”、“包含”、“具有”、“带有”或它们的其它变体旨在覆盖非唯一性的情况。例如，一种包括一系列元素的方法、制品或设备不一定局限于这些元素，还可包括其它没有列于其中的其它元素或这类方法、制品或设备固有的元素。另外，除非有相反的表述，“或”指一种包含的或，不是指排除的或。例如，条件A或B满足下列的任一情况A是真的(或存在的)和B是假的(或不存在的)，A是假的(或不存在的)和B是真的(存在的)，以及A和B都是真的(或存在的)。所使用的“一种”用来描述本专利技术的元素和组分。这只是出于方便，给出的是本专利技术的一般含义。该描述可理解为包括一种或至少一种，单个也包括多个，除非另有明确说明它不是这个意思，。业已发现，当包括二氧基噻吩单体的噻吩单体在形成胶体的酸存在下进行化学聚合时，可制备导电的聚噻吩，特别是聚(二氧基噻吩)的水分散液。另外，业已发现，使用非水溶性的聚合物酸制备聚噻吩或聚(二氧基噻吩)的水性分散液会得到带有优越电学性质的组合物。这些水性分散液的一个优点是导电微小颗粒在水性介质中稳定，在使用前的较长时间里不会形成分离相，此外，一旦在膜中干燥时它们一般不会再分散。根据本专利技术的一个实施方案的组合物含有连续的水相，其中分散着聚二氧基噻吩和形成胶体的聚合物酸。预期实践上可用于本专利技术的聚二氧基噻吩具有下列结构 其中R1和R1′各自独立地选自氢和有1-4个碳原子的烷基，或R1和R1′连接在一起形成有1-4个碳原子、可任选地被有1-12个碳原子的烷基或芳基取代的亚烷基链，或是1，2-环己基，n约大于6。本专利技术的噻吩具有与上述通式相同的结构，其中R1和R1′为“OR1O”和“OR1′的取代基。在一个特定的实施方案中，R1和R1′连接在一起形成有1-4个碳原子的亚烷基链。在另一个实施方案中，聚二氧基噻吩是聚(3，4-亚乙基二氧基噻吩)。可用于本专利技术的形成胶体的聚合物酸在水中不溶，分散在水性介质中时会形成胶体。聚合物酸典型的分子量范围为约10,000到4,000,000。在一个实施方案中，聚合物酸的分子量为约100,000到约2,000,000。胶体的典型粒径是2纳米(nm)到约140纳米。在一个上述方案中，胶体的粒径为2纳米到约30纳米。当分散在水中时，形成胶体的任何聚合物酸适用于本专利技术。在一个实施方案中，形成胶体的聚合物酸是聚合磺酸。其它可接受的聚合物酸包括聚合磷酸、聚合羧酸和聚合丙烯酸，以及它们的混合物，包括含有聚合磺酸的混合物。在另一个实施方案中，聚合磺酸是氟代磺酸。在再一个实施方案中，形成胶体的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组合物，包含聚二氧基噻吩和至少一种形成胶体的聚合物酸。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：CH苏，Y曹，DD莱克洛克斯，S金，C张，
申请(专利权)人：EI内穆尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]