新加坡国立大学欧阳建勇教授课题组《Sci. Adv.》：盐引起的本征导电聚合物的韧塑化和其电阻对应变的不敏感行为

点击上方“蓝字” 一键订阅

高机械强度与高机械延展性对材料的实际应用至关重要。但是，一个材料通常不能同时拥有这两个高性能。提高材料的机械延展性通常会降低其机械强度。克服机械强度与延展性之间的矛盾始终是所有材料的一个重要挑战。可以提高延展性但是不降低机械强度的方法叫做韧塑化，只有少数合金材料可以韧塑化。高分子材料可以通过塑化来提高其机械延展性，但是塑化会显著降低其机械强度。在文献里还没有关于高分子材料的韧塑化的报道。

最近，新加坡国立大学欧阳建勇教授课题组首次报道无机盐引起的聚(3，4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS）的韧塑化（图1）。他们发现在乙二醇处理的PEDOT:PSS膜中加入高氯酸钠，可以将PEDOT:PSS的断裂伸长率从低于10% 提升至53.2%，同时保持其高拉伸强度（～21 MPa）。

图1. （A）对PEDOT:PSS进行处理的示意图。（B）PEDOT:PSS, a-EG/PEDOT:PSS 及NaClO₄/PEDOT:PSS的应力应变曲线。a-EG/PEDOT:PSS以及不同浓度NaClO₄处理a-EG/PEDOT:PSS的（C）应力应变曲线及（D）抗拉强度和韧性与其断裂伸长率的关系。

该方法也可以用于经过酸或有机分子后处理的高导电的PEDOT:PSS的韧塑化。此外，使用其他的无机盐，比如NaCl，同样可以引起高导电的PEDOT:PSS的韧塑化。而且，韧塑化后的PEDOT:PSS具有良好的弹性回复率（图2）。

图2.（a）韧塑化PEDOT:PSS的弹性回复率。（b）韧塑化PEDOT:PSS的弹性回复率与小分子增塑或弹性体共混的PEDOT:PSS之间的比较。

韧塑化PEDOT:PSS同时具有优良的电学性能。其电导率可以达到538 S cm^-1（图1），且其电阻对应变不敏感。在拉伸率达30%的循环拉伸试验中，其电阻仅增加约6%（图3d）。对应变不敏感的电阻行为非常有利于其在柔性电子学方面的应用。

图3.（A）韧塑化PEDOT:PSS的电导率与高氯酸钠溶液浓度的关系。韧塑化PEDOT:PSS在（B）单次拉伸及（D，D）循环拉伸过程中的电阻变化。

他们提出韧塑化的机理是由于无机盐的正负离子与PEDOT:PSS的PEDOT⁺与的PSS^-相互作用降低了PEDOT:PSS高分子链之间的库伦相互作用，从而提升其拉伸性能（图4）。同时，因为在PEDOT:PSS中的共轭的PEDOT网络保持稳定，所以其拉伸强度几乎没有改变。

图4. 无机盐韧塑化PEDOT:PSS 的机理图示。

提高导电高分子的机械延展性很有实际意义。导电高分子由于其共轭主链结构及离子间的库伦相互作用，其机械延展性比较差。目前，提升导电聚合物延展性的方法包括使用小分子增塑和与弹性体共混。虽然这些方法可以提高其机械延展性，但是同时会显著降低其机械强度。这是首次发现高分子材料的韧塑化。该工作以“Salt-induced ductilization and strain-insensitive resistance of intrinsically conducting polymer”为题发表于《Science Advance》。文章第一作者是何昊博士，通讯作者是欧阳建勇教授。

全文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq8160

相关进展

高分子科技原创文章。欢迎个人转发和分享，刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：[e-mail]

诚邀投稿

欢迎专家学者提供稿件（论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等）至[e-mail]，并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送，并同时发布在中国聚合物网上。

欢迎加入微信群 为满足高分子产学研各界同仁的要求，陆续开通了包括高分子专家学者群在内的几十个专项交流群，也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群，全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的上万名顶尖的专家学者、技术人员及企业家。

申请入群，请先加审核微信号PolymerChina（或长按下方二维码），并请一定注明：高分子+姓名+单位+职称（或学位）+领域（或行业），否则不予受理，资格经过审核后入相关专业群。

点

这里“阅读原文”，查看更多