[发明专利]热稳定的导电聚合物、其制造方法及使用方法

说明书

技术领域

本发明属于导电聚合物领域，更具体地说，属于具有高热稳定性的导电聚合物领域。

背景技术

导电聚合物已被用于广泛的应用，其中它们提供了重量轻、导电性高和电致变色性等优点。这样的性能使得导电聚合物适用于各种应用，包括有机发光二极管(OLED)、有机光伏设备(OPV)、电容器和传感器。

聚(3，4-亚乙基二氧噻吩)(PEDOT)是已知的导电聚合物，其表现出高的电导率，在10^-2到10⁵S/cm的范围。由于PEDOT不溶于很多普通溶剂，所以它使用聚阴离子聚(苯乙烯磺酸)(PSSA)通过模板聚合制备。在水中聚合期间，PSSA是电荷平衡的掺杂剂，其允许形成聚(3，4-亚乙基二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)或PEDOT-PSS的胶体分散体。PEDOT-PSS是市售的，并具有理想的特性，如p-掺杂形式下的高稳定性、高导电性、良好的成膜性和优异的掺杂状态下的透明性。分散在水中的PEDOT-PSS可被旋涂以产生透明膜。

然而，PEDOT-PSS在高温下缺乏热稳定性。PEDOT-PSS在180℃下只能退火几分钟并且在超过200℃下退火会导致导电性显著下降，使它变成绝缘体而不是导电聚合物。因此，对于高温加工或高温应用，PEDOT-PSS的用途有限。

现有技术中还需要导电聚合物兼具高导电性和高热稳定性。

发明概述

在一个实施方案中，一种导电聚合物包括导电聚合物-磺化聚(酰亚胺)复合物；或导电聚合物-磺化聚(酰胺酸)复合物。

在另一实施方案中，一种制造导电聚合物的方法包括在磺化聚(酰胺酸)和氧化剂的存在下将导电单体聚合以形成包括导电聚合物-磺化聚(酰胺酸)复合物的分散体。

在又一实施方案中，一种制造导电聚合物的方法包括在磺化聚(酰胺酸)和氧化剂的存在下将导电单体聚合以形成包括导电聚合物-磺化聚(酰胺酸)复合物的分散体；并将导电聚合物-磺化聚(酰胺酸)复合物退火以形成导电聚合物-磺化聚(酰亚胺)复合物。

本文还描述了本文所描述的聚合物-磺化聚(酰胺酸)复合物和聚合物-磺化聚(酰亚胺)复合物的用途。

发明详述

本文披露了导电聚合物-磺化聚(酰亚胺)复合物，其既表现出高导电性又表现出高热稳定性。所述导电聚合物-磺化聚(酰亚胺)复合物可由相应的导电聚合物-磺化聚(酰胺酸)复合物形成。

聚(酰亚胺)由于其良好的热稳定性、高机械强度、良好的成膜能力、和良好的耐化学性因而是有利的。通过形成导电聚合物-聚(酰亚胺)复合物，使用相应的聚(酰胺酸)作为模板，可形成高导电性和高热稳定的聚合物体系，其也可表现出对于聚(酰亚胺)介电材料良好的附着力，尤其是热处理后。

本文还披露了用于导电单体(例如，3，4-亚乙基二氧噻吩(EDOT))与磺化聚(酰胺酸)(SPAA)模板聚合以产生稳定的导电聚合物-磺化聚(酰胺酸)胶体分散体的方法。聚合可在水性体系中进行，并且膜可由分散体制备。膜中的磺化聚(酰胺酸)，经在大于约150℃的温度下加热(退火)，由于亚胺化而经历形态变化。亚胺化导致聚合物膜导电性的提高。例如，在PEDOT-SPAA膜中，磺化聚(酰胺酸)模板在大于150℃的温度下在十分钟之内经历亚胺化，产生PEDOT-磺化聚(酰亚胺)(PEDOT-SPI)，其导电性增强10倍。与PEDOT-PSS相比，这种材料高度热稳定。

本文还披露了将导电聚合物-磺化聚(酰胺酸)转化为导电聚合物-磺化聚(酰亚胺)的方法。

此外，本文还披露了导电聚合物-磺化聚(酰胺酸)和导电聚合物-磺化聚(酰亚胺)复合物的用途。

磺化聚(酰亚胺)一般包括结构(A)

其中L¹为连接基；典型地L¹基团包括亚芳基或取代亚芳基；

Z为包括一个、两个、或更多的磺酸基的基团，典型地Z基团包括亚芳基或取代亚芳基；和

q为约10至约1,000，特别为约25至约800，更特别为约40至约600，更特别为约100至约300。示例性的L¹基团包括