PEDOT:PSS als dehnbare Leiter mit guter Benetzbarkeit auf dem Substrat durch gleichzeitige Plastifizierung und sekundäres Doping mit einem kationischen oder anionischen Tensid

Dehnbare Leiter sind unverzichtbare Komponenten dehnbarer/tragbarer elektronischer Geräte und Systeme. Die herkömmlichen Leiter wie Metalle, Halbleiter, intrinsisch leitende Polymere, Kohlenstoffnanoröhren und Graphen weisen jedoch eine sehr begrenzte mechanische Dehnbarkeit auf. Es ist daher von Bedeutung, dehnbare Leiter zu entwickeln. Hier werden kationische und anionische Tenside untersucht, um poly(3,4-ethylenedioxythiophen):poly(styrolsulfonsäure) (PEDOT:PSS), das erfolgreichste leitende Polymer in Bezug auf praktische Anwendungen, erstmals zu plastifizieren. Neben der Erhöhung der mechanischen Dehnbarkeit von PEDOT:PSS können diese ionischen Tenside auch die Leitfähigkeit durch sekundäres Doping erhöhen und gleichzeitig die Benetzbarkeit auf dem Substrat verbessern. Die kationischen Tenside können die Bruchdehnung von PEDOT:PSS auf >50 % erhöhen, was höher ist als die (≤41 %) der anionischen Tenside. Die unterschiedlichen Plastifizierungseffekte werden ihren verschiedenen Wechselwirkungen mit PEDOT:PSS zugeschrieben. Die amphiphilen Kationen eines kationischen Tensids können sich mit den negativ geladenen PSS–-Ketten assoziieren und so die Coulomb-Anziehung zwischen den PEDOT+- und PSS–-Ketten verringern. Dies kann die Beweglichkeit der Polymerketten erhöhen und zum Verschwinden der Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den PSS(H)-Ketten oder -Segmenten führen. Im Gegensatz dazu können die amphiphilen Anionen eines anionischen Tensids PSS– als Gegenionen von PEDOT+ substituieren, wodurch die Beweglichkeit der Polymerketten erhöht und die konformationale Änderung der PEDOT+-Ketten induziert wird. Darüber hinaus können sowohl kationische als auch anionische Tenside die Leitfähigkeit von PEDOT:PSS-Filmen auf etwa 400 S cm–1 erhöhen. Dies wird dem sekundären Doping durch diese Tenside zugeschrieben, indem sie die Phasentrennung und die konformationale Änderung von PEDOT induzieren. Die mit einem kationischen oder anionischen Tensid gemischten PEDOT:PSS-Filme können somit eine hohe mechanische Dehnbarkeit und hohe Leitfähigkeit aufweisen. Zudem können die ionischen Tenside die Benetzbarkeit der PEDOT:PSS-Lösung auf einem hydrophoben Substrat erheblich verbessern.