含有导电聚合物的膜制造技术

一种聚合物膜、聚合物凝胶和聚合物泡沫，其各自包含导电聚合物和离子液体，并且其各自可用作电子装置的部件。

Film containing conductive polymer

A polymer film, polymer gel and polymer foam, each of which comprises a conductive polymer and an ionic liquid, and each of them can be used as a component of an electronic device.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】含有导电聚合物的膜
本专利技术涉及聚合物组合物、膜、凝胶和泡沫，更具体而言涉及包含导电聚合物的聚合物组合物、膜、凝胶和泡沫，以及含有所述聚合物膜、凝胶和泡沫的电子装置。
技术介绍
透明导体(例如铟锡氧化物(ITO))将金属的导电性与玻璃的光学透明性组合，并且可用作电子装置(例如显示装置)的部件。对ITO而言，挠性可能成为主要的挑战，ITO似乎并不适合下一代的显示装置、照明装置或光伏器件。这些担忧促使人们利用常规材料和纳米材料来研究替代品。有很多用于开发ITO替代品的技术方案，并且这些可供替代的方案在以下四个方面展开竞争：价格、导电性、光学透明性和物理回弹性。已经研究了导电聚合物，例如聚噻吩聚合物(特别是聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)与聚(苯乙烯磺酸盐)("PEDOT-PSS")的聚合物共混物)作为可能的ITO替代品。导电聚合物的导电性通常低于ITO，但是可以通过使用导电填料(例如碳纳米管和掺杂剂)而得到加强。然而，这些膜的性能仍然达不到ITO的水平，并且需要在优化导电聚合物膜的导电性和优化其光学透明性之间进行权衡。已经关注到利用离子液体来改变导电聚合物膜的性质。2010年11月30日授权的美国专利No.842,197宽泛地公开了导电聚合物与离子液体的混合物，其具体包含：PEDOT-PSS和1-丁基-3-甲基-咪唑鎓四氟硼酸盐的混合物。2010年11月30日授权的美国专利No.7,842,197公开了通过使导电聚合物与特定的离子液体接触来制备导电材料的方法。2008年6月12日公布的美国专利申请公开2008/0139710A1公开了导电凝胶，该导电凝胶包含特定的分散或溶于特定的离子液体中的导电聚合物，以及特定的胶凝剂。目前正在进行还未完成的有对增加导电聚合物膜(更具体而言为PEDOT-PSS膜)的导电性和光学透明性的研究。
技术实现思路
第一方面，本专利技术涉及聚合物膜，其包含以下物质的混合物：(a)导电聚合物，和(b)离子液体。在一个实施方案中，所述聚合物膜包含：(a)一种或多种导电聚合物，其选自聚噻吩聚合物、聚硒吩聚合物、聚碲吩聚合物、聚吡咯聚合物、聚苯胺聚合物、稠合杂环杂芳族聚合物以及它们的混合物，并且还任选包含一种或多种水溶性聚合酸掺杂剂，以及(b)离子液体，其包含一种或多种含有以下离子的化合物：(i)有机阳离子，和(ii)阴离子，其选自氰酸根阴离子、四氰基硼酸根阴离子、四-(p-(二甲基(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)甲硅烷基)苯基)硼酸根阴离子和六氟磷酸根阴离子，条件是，如果所述离子液体包含含有六氟磷酸根阴离子的化合物，那么所述一种或多种导电聚合物必须包含一种或多种聚噻吩聚合物与一种或多种水溶性聚合酸掺杂剂的混合物。第二方面，本专利技术涉及制备本专利技术聚合物膜的方法，包括：(A)形成聚合物组合物的层，所述聚合物组合物包含(a)液体载体，(b)一种或多种溶于或分散于所述液体载体中的导电聚合物，和(c)一种或多种溶于或分散于所述液体载体中的离子液体，以及(B)从所述层中除去所述液体载体。第三方面，本专利技术涉及用于制备本专利技术的聚合物膜的聚合物组合物，其包含：(a)液体载体，(b)溶于或分散于所述液体载体中的导电聚合物，和(c)溶于或分散于所述液体载体中的离子液体。第四方面，本专利技术涉及制备聚合物组合物的方法，包括：提供导电聚合物在液体载体中的溶液或分散体，以及使离子液体溶于或分散于所述导电聚合物在液体载体中的溶液或分散体中。第五方面，本专利技术涉及电子装置，其包括多个层，其中所述多个层中的至少一层包含本专利技术的聚合物膜。本专利技术的各聚合物膜和本专利技术的电子装置的聚合物膜部件均典型地提供高导电性，并且在一些实施方案中，提供高透光率。在一个实施方案中，本专利技术的聚合物膜表现出小于或等于约500欧姆/平方的薄层电阻。在一个实施方案中，本专利技术的聚合物膜表现出大于500西门子/厘米的导电率。第六方面，本专利技术涉及一种导电聚合物凝胶，其包含导电聚合物、离子液体与水性液体介质的组合的胶凝化物。在一个实施方案中，所述聚合物凝胶包含：(a)聚合物网络，包含：(i)导电聚合物，其包含：(1)一种或多种导电聚噻吩聚合物，和(2)一种或多种水溶性聚合酸掺杂剂，和(ii)一种或多种离子液体，其量能有效地使所述导电聚合物凝胶化，以及(b)液体介质，其载于所述聚合物网络中。第七方面，本专利技术涉及制备导电聚合物凝胶的方法，包括：在水性液体介质中，使一种或多种导电聚合物与一种或多种其量能有效地使所述一种或多种导电聚合物凝胶化的离子液体接触。第八方面，本专利技术涉及一种电子装置，其包括：多个层，其中所述多个层中的至少一层包含本专利技术的聚合物凝胶。第九方面，本专利技术涉及一种聚合物泡沫，其包含由导电聚合物和离子液体的组合形成的多孔聚合物网络。在一个实施方案中，所述聚合物泡沫包含多孔网络，所述多孔网络包含通过以下方式获得的产物：(a)在液体介质中，使(i)导电聚合物与(ii)一种或多种其量能有效地使所述导电聚合物凝胶化的离子液体接触，以及(b)从所述凝胶中除去所述液体介质，所述(i)导电聚合物包含：(1)一种或多种导电聚噻吩聚合物，和(2)一种或多种水溶性聚合酸掺杂剂。第十方面，本专利技术涉及一种制备导电聚合物泡沫的方法，包括：(A)在液体介质中(通常为水性液体介质)，使一种或多种导电聚合物以及一种或多种其量能有效地使所述一种或多种导电聚合物凝胶化以形成聚合物凝胶的离子液体接触，以及(B)从所述聚合物凝胶中除去所述液体介质。第十一方面，本专利技术涉及一种电子装置，其包括多个层，其中，所述多个层中的至少一层包含本专利技术的聚合物泡沫。在一个实施方案中，所述聚合物泡沫表现出小于或等于约50欧姆/平方的薄层电阻。附图说明图1为本专利技术的电子装置的示意图。图2为如下所述的实施例35至38("PEDOTPSSEMIMTCBP1")和如下所述的实施例39至43("PEDOTPSSEMIMTCBP2")中的聚(3,4-亚乙基二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸)/1-乙基-3-甲基咪唑鎓四氰基硼酸盐膜、以及如下所述的比较例C32至C36("PEDOTPSSEMIMBF4P2")中的聚(3,4-亚乙基二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸)/1-乙基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐的膜的导电率图表，以西门子/厘米("Scm-1")相对于该膜中的离子液体的量(以膜的重量百分比表示，"wt％")表示。具体实施方式如本文所用，以下术语具有如下的含义：“酸性基团”是指能够离子化以贡献氢离子的基团，“阳极”是指与给定的阴极相比能更有效地注入空穴的电极，“缓冲层”通常指在电子装置中具有一种或多种功能的导电或半导体材料或结构，所述功能包括但不限于：使装置中相邻的结构(例如底层)平面化；电荷转移和/或电荷注入特性；清除诸如氧或金属离子等杂质；以及促进或提高电子装置的性能的其他方面。“阴极”是指能特别有效地注入电子或负电荷载体的电极。“约束层(confinementlayer)”是指阻止或防止在层的界面处发生猝灭反应的层。本文所用的与导电聚合物有关的“掺杂”是指导电聚合物与该导电聚合物的聚合物平衡离子结合，在本文中，所述聚合物平衡离子称为“掺杂剂”，并通常为聚合酸，其在本文中被称为“聚合酸掺杂剂”。“掺杂的导电聚合物”是指包含导电聚合物和该导本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.08.20 US 61/401,856;2010.08.24 US 61/402,135;1.一种聚合物膜，包含以下物质的混合物：(a)一种或多种导电聚合物，其选自聚噻吩聚合物、聚硒吩聚合物、聚碲吩聚合物、聚吡咯聚合物、聚苯胺聚合物、稠合杂环杂芳族聚合物以及它们的混合物，并且还任选包含一种或多种水溶性聚合酸掺杂剂，以及(b)离子液体，其包含一种或多种各自含有以下离子的化合物：(i)有机阳离子，和(ii)阴离子，其选自氰酸根阴离子、四氰基硼酸根阴离子、四-(p-(二甲基(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)甲硅烷基)苯基)硼酸根阴离子和六氟磷酸根阴离子，条件是，如果所述离子液体包含含有六氟磷酸根阴离子的化合物，那么所述一种或多种导电聚合物必须包含一种或多种聚噻吩聚合物与一种或多种水溶性聚合酸掺杂剂的混合物。2.根据权利要求1所述的聚合物膜，其中，所述离子液体的量能有效地提供薄层电阻为小于或等于500欧姆/平方的膜。3.根据权利要求1所述的聚合物膜，其中，所述离子液体的量能有效地提供导电率为大于500西门子/厘米的膜。4.根据权利要求1所述的聚合物膜，其中，基于100重量份的所述聚合物膜，所述聚合物膜包含：(a)10重量份至80重量份的所述一种或多种导电聚合物，和(b)20重量份至90重量份的所述离子液体。5.根据权利要求1所述的聚合物膜，其中，所述导电聚合物包含一种或多种导电聚噻吩聚合物与一种或多种水溶性聚合酸掺杂剂的混合物。6.根据权利要求1所述的聚合物膜，其中，基于100pbw的所述导电聚合物，所述导电聚合物包含以下物质的混合物：(i)20重量份至50重量份的一种或多种导电聚噻吩聚合物，和(ii)50重量份至80重量份的一种或多种水溶性聚合酸掺杂剂。7.根据权利要求1所述的聚合物膜，其中，所述一种或多种导电聚合物包含聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)。8.根据权利要求1所述的聚合物膜，其中，所述一种或多种导电聚合物包含聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)和聚(苯乙烯磺酸)掺杂剂。9.根据权利要求1所述的聚合物膜，其中，所述离子液体包含一种或多种具有咪唑鎓阳离子的化合物。10.根据权利要求1所述的聚合物膜，其中，所述离子液体包含一种或多种含有咪唑鎓阳离子的化合物，所述咪唑鎓阳离子选自：1,3-二甲基-咪唑鎓阳离子、1-苄基-3-甲基-咪唑鎓阳离子、1-丁基-3-甲基-咪唑鎓阳离子、1-乙基-3-甲基-咪唑鎓阳离子、1-己基-3-甲基-咪唑鎓阳离子、1-甲基-3-丙基-咪唑鎓阳离子、1-甲基-3-辛基-咪唑鎓阳离子、1-甲基-3-十四烷基-咪唑鎓阳离子、1-甲基-3-苯基-咪唑鎓阳离子、1,2,3-三甲基-咪唑鎓阳离子、1,2-甲基-3-辛基-咪唑鎓阳离子、1-丁基-2,3-二甲基-咪唑鎓阳离子、1-己基-2,3-甲基-咪唑鎓阳离子和1-(2-羟乙基)-2,3-二甲基-咪唑鎓阳离子。11.根据权利要求1所述的聚合物膜，其中，所述离子液体包含一种或多种含有以下离子的化合物：(i)咪唑鎓阳离子，和(ii)选自氰酸根阴离子的阴离子。12.根据权利要求11所述的聚合物膜，其中，所述离子液体包含1-乙基-3-甲基咪唑鎓二氰胺。13.根据权利要求1所述的聚合物膜，其中，所述离子液体包含一种或多种含有以下离子的化合物：(i)咪唑鎓阳离子，和(ii)四氰基硼酸根阴离子。14.根据权利要求13所述的聚合物膜，其中，所述离子液体包含1-乙基-3-甲基咪唑鎓四氰基硼酸盐。15.根据权利要求1所述的聚合物膜，其中，所述离子液体包含一种或多种含有以下离子的化合物：(i)咪唑鎓阳离子，和(ii)四-(p-(二甲基(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)甲硅烷基)苯基)硼酸根阴离子。16.根据权利要求15所述的聚合物膜，其中，所述离子液体包含1-乙基-3-甲基咪唑鎓四-(p-(二甲基(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)甲硅烷基)苯基)硼酸盐。17.根据权利要求1所述的聚合物膜，其中：(a)所述一种或多种导电聚合物包含以下物质的混合物：(i)一种或多种导电聚噻吩聚合物，和(ii)一种或多种水溶性聚合酸掺杂剂，并且(b)离子液体包含一种或多种含有以下离子的化合物：(i)咪唑鎓阳离子，和(ii)六氟磷酸根阴离子。18.根据权利要求17所述的聚合物膜，其中，所述离子液体包含1-乙基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐。19.一种聚合物膜，基于100重量份的该聚合物膜，其包含以下物质的混合物：(a)10重量份至80重量份的导电聚合物，基于100重量份的所述导电聚合物，所述导电聚合物包含：(i)20重量份至50重量份的一种或多种含有聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)的导电聚合物，和(ii)50重量份至80重量份的一种或多种含有聚(苯乙烯磺酸)掺杂剂的水溶性聚合酸掺杂剂，以及(b)20重量份至90重量份的离子液体，其包含一种或多种各自含有以下离子的化合物：(i)有机阳离子，和(ii)阴离子，其选自氰酸根阴离子、四氰基硼酸根阴离子、四-(p-(二甲基(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)甲硅烷基)苯基)硼酸根阴离子和六氟磷酸根阴离子。20.根据权利要求19所述的聚合物膜，其中，所述离子液体包含1-乙基-3-甲基咪唑鎓二氰胺、1-乙基-3-甲基-咪唑鎓四氰基硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑鎓四-(p-(二甲基(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)甲硅烷基)苯基)硼酸盐和1-乙基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐中的一者或多者。21.一种电子装置，包括至少一种根据权利要求1所述的聚合物膜。22.根据权利要求21所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚塔尔·巴德尔，劳伦斯·霍夫，艾哈迈德·阿尔赛义德，
申请(专利权)人：罗地亚管理公司，法国国家科学研究中心，
类型：
国别省市：