[发明专利]一种柔性且透明的导电聚合物聚吡咯图案化方法及其应用

说明书

本发明公开了一种柔性且透明的导电聚合物聚吡咯图案化方法及其应用。本发明提供的基于衬底的图案化聚吡咯的制备方法包括如下步骤：提供表面连接有羟基的衬底；在衬底的表面通过光刻形成图案化的光刻胶，其中衬底表面上未覆盖所述图案化的光刻胶的空白部分构成所设计的导电聚合物聚吡咯的图案；通过空白部分连接的羟基在空白部分修饰N‑(3‑三甲氧基硅丙基)吡咯；通过空白部分修饰的N‑(3‑三甲氧基硅丙基)吡咯采用化学氧化法在所述空白部分合成聚吡咯；去除光刻胶即可。本发明在衬底上形成图案化聚吡咯的方法中，衬底以及图案化聚吡咯均具有良好的柔性及透过性；可在室温下操作，图案化过程中溶液处理不会对电极导电性造成影响。

技术领域

本发明属于有机电子领域，尤其涉及一种基于柔性衬底的图案化聚吡咯及其制备方法与应用。

背景技术

自1976年导电聚合物发明以来，因其具有良好的稳定性，较高的导电率，以及易于合成等优势(Synthetic Metals1987,17,223,Synthetic Metals 1997,84,27；Small2011,7,1949)，展现出能够代替金属或者半导体的潜力。导电聚合物在发光二极管、聚合物电致变色器件、有机场效应晶体管、传感器、生物技术等领域内有着广泛的应用。典型的导电聚合物主要有：聚苯胺，聚乙炔，聚噻吩，聚吡咯等。聚吡咯作为其中的一种，拥有着卓越的稳定性、较高的导电能力、较好的光学透过性以及易于合成的优势，不过使其能够应用于以上各类器件的先决条件是需要发明一种导电聚合物的图案化方法，这种图案化方法能够应该拥有以下特性：低成本，大面积，可大规模生产，具有较高的分辨率，可以适用于各类衬底，以及不会破坏导电聚合物的本征特性。然而大多数导电聚合物具有不熔化不溶解的特性，这使得图案化工作变得非常困难。

为了实现导电聚合物的图案化，目前有几个研究组已经在这方面已经做了一些工作。例如Mirkin课题组通过“浸蘸笔纳米加工刻蚀技术”在半导体表面进行了图案化导电聚合物的装配(Advanced Materials 2002,14,1474)。李立强及其同事使用了“AFM探针划擦”的方法进行了导电聚合物PEDOT:PSS的图案化，并且将其应用于场效应晶体管源漏电极的构造(Advanced Materials 2010,22,1374)。虽然这些方法均可实现导电聚合物的图案化，但仍未能达到低成本及大规模生产。董斌及其同事使用“纳米压印”的方法进行了导电聚合物图案化制备并应用于气体传感器(Advanced Function.Materials 2006,16,1937)。与之前提到的方法相比，“纳米压印”成本较低，可大面积制备图案化的导电聚合物阵列，因此可以进行大规模生产。然而图案化过程中需要在高温条件下进行，即需要用高温模板对衬底进行压印，因而使得其仅仅能够应用于耐高温的硬性衬底，如玻璃衬底及较为昂贵的硅及二氧化硅衬底，这就制约了这类方法在柔性电子学的应用。Boseok Kang及其同事使用“毛细管笔印刷”的方法进行了基于柔性衬底PET的PEDOT:PSS的图案化，并将其应用于有机场效应晶体管的源漏栅极(Advanced Electronic Materials 2015,1,1500301)。然而这种方法由于必须依托于毛细管笔，所以无法制备高精度图案化导电聚合物阵列。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于柔性衬底的图案化聚吡咯及其制备方法与应用，该方法利用光刻技术制备图案化聚吡咯，具有制备方法简单、低成本、大面积、可大规模生产、高精度、图案化过程不损伤导电聚合物的导电性的特点，可制备透明柔性电极且适用于柔性衬底，本发明也可适用多种传统的硬性衬底。

本发明提供的一种基于多种衬底的图案化聚吡咯的制备方法，包括如下步骤：

(1)提供表面连接有羟基的衬底；

(2)在步骤(1)中所述衬底的表面通过光刻形成图案化的光刻胶，其中，所述衬底表面上未覆盖所述图案化的光刻胶的空白部分构成所设计的导电聚合物聚吡咯的图案；

(3)通过步骤(2)中所述空白部分连接的羟基在所述空白部分修饰N-(3-三甲氧基硅丙基)吡咯；