一种具有良好导电性与分辨率的PEDOT:PSS电极的制备方法

本发明属于印刷电子领域，具体来说涉及一种具有良好导电性与分辨率的pedot:pss电极的制备方法。

背景技术：

1、近年来，印刷电子技术通过实现微小尺度的精密加工和控制，在有机电子器件中展现出了广阔的应用前景，各种新型器件被广泛应用于多种领域，如光学传感、视觉适应、仿生导航以及可穿戴生物识别监测等。为了实现制造微型电子器件和高精度电路，需要透明高导、高分辨率的电极。导电聚合物聚(3,4-亚乙基二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸)复合物(pedot:pss)是制备高性能电极的良好选择之一，具有优异的导电性、高透明度和高延展性。然而目前对于pedot:pss材料来说，其微制造技术缺失，传统的光刻技术对其图案化时存在各种限制，旋转涂覆的电极通常具有至少毫米级的大尺寸，难以满足高分辨率器件的制备要求。

2、常见的印刷技术用于pedot:pss的印刷存在一定的局限性，比如丝网印刷是接触式制造，可能会对材料结构造成破坏且分辨率较低；气溶胶喷印不够稳定；喷墨打印技术难以满足当下对于微型电子器件高精度的要求等。

3、尽管关于印刷pedot:pss的研究已经不计其数，相关性能也不断突破，但同时实现印刷pedot:pss电极的超高分辨率和高导电性仍然具有挑战性，限制了其在有机电子器件中的应用。

4、针对以上问题，需要寻找新的方法策略以同时改善pedot:pss薄膜的分辨率和导电性。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种pedot:pss混合墨水的制备方法——基于分步调控聚集态策略的pedot:pss电流体喷墨打印技术。通过引入有机助溶剂dmso(二甲基亚砜)实现高分辨率，通过硝酸后处理提升导电率。最终实现了高分辨率和高导电性的pedot:pss电极，并用于有机电子领域。

2、本发明的目的在于提供一种具有良好导电性与分辨率的pedot:pss电极的制备方法。

3、本发明所述的电极的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)将聚合物pedot:pss溶液、二甲基亚砜和表面活性剂充分混合后通过尼龙过滤器过滤，于真空中抽气，得到pedot:pss混合墨水；

5、(2)利用电流体喷墨打印的方法，将该混合墨水喷印至硅片基底上，调节电流体喷墨打印参数按需印刷不同图案和不同层数，得到硅片基底上的pedot:pss电极；

6、(3)将制备好的pedot:pss电极进行退火处理，退火完成后，让其自然冷却至室温，利用旋涂的方法后处理。

7、优选的，本发明所述的电极的制备方法，包括以下步骤：

8、(1)将聚合物pedot:pss溶液、二甲基亚砜(dmso)和表面活性剂充分混合后通过尼龙过滤器过滤，于真空中抽气10min，得到pedot:pss混合墨水；

9、(2)利用电流体喷墨打印的方法，将该混合墨水喷印至硅片基底上，调节电流体喷墨打印参数按需印刷不同图案和不同层数，得到硅片基底上的pedot:pss电极。

10、(3)将制备好的pedot:pss电极置于130℃下进行退火处理5min。退火完成后，让其自然冷却至室温，利用旋涂的方法后处理，先滴加甲醇，使其完全覆盖样品表面，静置2min后旋涂60s除去甲醇，再以相同方法滴加其他溶剂，再次旋转60s除去，

11、如有残留溶剂，可再次滴加并旋涂甲醇60s，确保样品表面无残留溶剂，提高导电率和分辨率。

12、其中，聚合物pedot:pss溶液为聚(3,4-亚乙二氧基噻吩):聚(苯乙烯磺酸)；

13、其中，二甲基亚砜(dmso)与pedot:pss的体积比例为0.1:1、0.2:1、0.3:1、0.4:1、0.5:1，优选为0.2:1；

14、其中，表面活性剂为聚乙二醇辛基苯基醚(triton x-100)、十二烷基磺酸钠(sdbs)、对甲苯磺酸钠(tsona)、capstone fs-30等，优选为非离子型含氟表面活性剂capstone fs-30；

15、其中，表面活性剂质量分数为0.1％-0.5％；

16、其中，电流体喷墨打印参数的设置为：打印电压为430v，440v，450v，460v，470v，优选为430v；基台移动速度为0.1mm s-1，0.3mm s-1，0.6mm s-1，0.9mm s-1，1.2mm s-1，优选为1.2mm s-1；打印频率(墨滴滴落的频率)为10hz，50hz，100hz，250hz，500hz，优选为500hz；

17、其中，其他溶剂为超纯水(h2o)、二甲亚砜(dmso)、甲醇(meoh)、硝酸(hno3)等，优选为硝酸(hno3)。

18、进一步优选的，本发明所述的电极的制备方法，包括以下步骤：

19、(1)将聚合物pedot:pss溶液、二甲基亚砜(dmso)(二甲基亚砜与pedot:pss的体积比为0.2:1)和表面活性剂capstone fs-30充分混合并过滤，于真空中抽气10min，得到pdeot:pss混合墨水；

20、(2)在电流体喷墨打印的打印电压为430v、打印频率为500hz、基台移动速度速度为1.2mm s-1的条件下，将该混合墨水喷印至硅片基底上，得到pedot:pss电极；

21、(3)将制备好的pedot:pss电极在130℃下退火5min，让其自然冷却至室温后利用滴加甲醇静置2min后旋涂60s除去，再以相同方法滴加并旋涂硝酸60s，如有硝酸残留再次旋涂甲醇60s的方法进行后处理。

22、其中，步骤(2)利用电流体喷墨打印的方法前，基底于紫外臭氧机中清洗1-10min，优选为5min，基底为硅片(sio2/si)基底。

23、关键性技术说明：

24、此技术通过在pedot:pss溶液中引入有机助溶剂dmso，并结合硝酸后处理得到pedot:pss混合墨水，利用电流体喷墨打印的方法得到同时具有高分辨和高导电性的pedot:pss电极：线宽从2.5μm到20μm的电极，其导电率均超过1000s cm-1，即使是在2.5μm小线宽下依然能保持高导电性，与之前的工作相比，实现了具有高导电率(>1000s cm-1)的同时具有高分辨率(2.5μm线宽)，这为优化电流体喷墨打印导电聚合物电极工艺以及高导电极微图案化提供了重要的学术价值，并为印刷微型电子器件提供了新的方法。

25、本发明相对于现有技术而言，主要改进之处为基于电流体喷墨打印的方法，利用两步调控聚集态策略实现了pedot:pss电极的高导电性和高分辨率。

26、本发明制备方法中，所用溶剂、原料均可以在市场上购买到，都属于已知产品。

27、pedot:pss溶液，ph值5～7，购自sigma aldrich；

28、二甲基亚砜(dmso)购自：上海迈瑞尔生化科技有限公司

29、聚乙二醇辛基苯基醚(triton x-100)购自：赞城(天津)科技有限公司

30、十二烷基磺酸钠(sdbs)购自：赞城(天津)科技有限公司

31、对甲苯磺酸钠(tsona)购自：赞城(天津)科技有限公司

32、capstone fs-30购自：赞城(天津)科技有限公司

33、甲醇(meoh)购自：利安隆博华(天津)医药化学有限公司

34、硝酸(hno3)购自：天津市大茂化学试剂有限公司