Водна дисперсія полі(3,4- етилендіокситіофену), допованого полістиролсульфокислотою, та спосіб її одержання

Винахід відноситься до способу одержання водних дисперсій на основі полі(3,4-етилендіокситіофену) і полістиролсульфокислоти, з яких можна одержувати тонкі плівки, що можуть мати застосування в оптоелектронних пристроях завдяки своїм електричним та оптичним властивостям. Відомо електропровідний супряжений полімер полі(3,4-етилендіокситіофен) (ПЕДОТ), допований полістиролсульфокислотою (ПСС), який можна одержувати у ви гляді водних дисперсій, що використовуються, зокрема, для виготовлення однорідних тонких плівок, які можна застосовувати як допоміжні прозорі електропровідні шари в опто-електронних пристроях. Синтез такого полімерного матеріалу проводять, зокрема, наступним чином. 20г ПСС із середньою молекулярною масою 40000, 13,4г персульфату калію і 50мг сульфату заліза (III) розчиняють в 2л води, після чого додають 5,0г 3,4-етилендіокситіофену (ЕДОТ) при перемішуванні. Дисперсію перемішують 24 години, після чого додають 100г аніоно- та 100г катіонообмінної смоли та перемішують ще 8 годин, після чого іонообмінні смоли видаляють за допомогою фільтрування, а одержана дисперсія готова для використання, причому вміст твердої речовини складає 1,2ваг.% [F. Jonas, R. Wehrmann, A. Fischner, H.-W. Heuer. U.S. Patent 6,391,481}. Плівка полі(3,4-етилендіокситіофену), допованого полістиролсульфокислотою (ПЕДОТ/ПСС), яка одержана з такої водної дисперсії, характеризується питомою електропровідністю менше 2cм/см, час проведення реакції полімеризації є великим, також необхідним є використання двох окиснювачів та надлишку дорогого реактиву ПСС. Однак, така величина поверхневого опору є недостатньою для виготовлення високоефективних оптоелектронних пристроїв, а спосіб одержання ПЕДОТ-ПСС є тривалим і дорогим внаслідок використання цінного реактиву - ПСС. Основою винаходу постала задача розробки водних дисперсій ПЕДОТ/ПСС та способу їх одержання, які не агрегують протягом тривалого часу, з яких можна одержувати однорідні тонкі плівки з високим значенням електропровідності, шляхом застосування нових ви хідних матеріалів, стадій одержання матеріалу і методу одержання матеріалу, що забезпечує підвищену електропровідність плівок, які можна одержувати з розроблених водних дисперсій, робить спосіб одержання водних дисперсій більш швидким та привабливим. Задача вирішується водними дисперсіями ПЕДОТ/ПСС, розмір твердих частинок якої забезпечує стабільність дисперсій, при наступному мольному співвідношенні компонент: ПЕДОТ:ПСС=1:1-1:12. Задача також вирішується способом одержання стабільних водних дисперсій ПЕДОТ/ПСС шляхом полімеризації 3,4-етилендіокситіофену (ЕДОТ), яка відбувається у водному розчині, що містить сіль ПСС та окиснювач, під дією ультразвукового диспергування при кімнатній температурі при різних мольних співвідношеннях вихідних компонент, з наступним старінням утвореної дисперсії при кімнатній температурі, розведенням гелю, що утворюється, водою і додатковим ультразвуковим диспергуванням при кімнатній температурі. Використання ультразвукового диспергування прискорює процес полімеризації, дозволяє одержувати водні дисперсії ПЕДОТ/ПСС з розміром твердих частинок 10-90нм, використання солі полістиролсульфокислоти позбавляє додаткової стадії одержання полістиролсульфокислоти з її солі шляхом іонного обміну, а стадія старіння сприяє структур уванню твердих частинок дисперсії. Нижче представлено опис конкретних прикладів технічної реалізації заявленого нами матеріалу та способу його одержання. Приклад 1 0,142г (1ммоль) 3,4-етилендіокситіофену (ЕДОТ) додають до розчину 0,206г (1ммоль) натрієвої солі ПСС (NaПCC) з середньою молекулярною масою 70000 в 5мл дистильованої води. Розчин піддають ультразвуковому диспергуванню протягом 1хв., після чого до нього додають 5мл водного розчину 0,57г (2,5ммоль) персульфата амонію та продовжують ультразвукове диспергування реакційної суміші протягом ще 9хв. при кімнатній температурі. Утворену дисперсію залишають на 12год. для структурування. Після витримки гель ПЕДОТ-ПСС, що утворюється, розбавляють дистильованою водою до 40мл і піддають ультразвуковому диспергуванню протягом 15хв. Затим утворену дисперсію фільтрують на паперовому фільтрі Watmann № 3. До відфільтрованої дисперсії послідовно додають 5г аніонообмінної смоли АВ-17-8 та 8г катіонообмінної смоли КУ-2-8 для видалення залишкових іонів (катіонів натрію, амонію та сульфат-аніонів), перемішують його 8 годин і відфільтровують. Тверді частинки одержаної дисперсії ПЕДОТ-ПСС структуровані, їх розмір складає 10-50нм. Вміст ПЕДОТ-ПСС у водній дисперсії складає 0,5%. Приклад 2 0,142г (1 ммоль) 3,4-етилендіокситіофену (ЕДОТ) додають до розчину 0,206г (1 ммоль) NanCC з середньою молекулярною масою 70000 в 10мл дистильованої води. Розчин піддають ультразвуковому диспергуванню протягом 1хв., після чого до нього додають 0,675г (2,5 ммоль) персульфата калію та продовжують ультразвукове диспергування реакційної суміші протягом ще 9хв. при кімнатній температурі. Утворену дисперсію залишають на 12год. для структур ування. Після витримки гель ПЕДОТ-ПСС, що утворюється, розбавляють дистильованою водою до 40мл і піддають ультразвуковому диспергуванню протягом 15хв. Утворену дисперсію фільтрують на паперовому фільтрі Watmann № 3. До відфільтрованої дисперсії послідовно додають 5г аніонообмінної смоли АВ17-8 та 8 г катіонообмінної смоли КУ-2-8 для видалення залишкових іонів (катіонів натрію, калію та сульфатаніонів), перемішують його 8 годин і відфільтровують. Тверді частинки одержаної дисперсії ПЕДОТ-ПСС структуровані, їх розмір складає 15-90нм. Вміст ПЕДОТ-ПСС у водній дисперсії складає 0,4%. Приклад 3. 0,142г (1ммоль) ЕДОТ додають до розчину 0,206г (1ммоль) NanCC з середньою молекулярною масою 70000 в 5мл дистильованої води. Розчин піддають ультразвуковому диспергуванню протягом 1хв., після чого до нього додають 35 мл водного розчину 0,57 г (2,5ммоль) персульфата калію та продовжують ультразвукове диспергування реакційної суміші протягом ще 25хв. при кімнатній температурі. Утворену дисперсію залишають на 12год. для структур ування. Формування геля не має місця, тому утворену дисперсію фільтрують на паперовому фільтрі Watmann № 3. До відфільтрованої дисперсії послідовно додають 5г аніонообмінної смоли АВ-17-8 та 8г катіонообмінної смоли КУ-2-8 для видалення залишкових іонів (катіонів натрію, калію та сульфат-аніонів), перемішують його 8 годин і відфільтровують. Тверді частинки одержаної дисперсії ПЕДОТ-ПСС не є структурованими. Вміст ПЕДОТ-ПСС у водній дисперсії складає 0,4%. Ультразвукове диспергування проводили за допомогою ультразвукового дезінтегратора УЗДН-А. Плівки ПЕДОТ-ПСС для вимірів питомої електропровідності готували поливом, зокрема, 1,5мл 0,5% водної дисперсії композиції на поверхню скляної пластинки площею 4см 2 та сушкою при 500С протягом 10хв. на повітрі. Вимірювання поверхневого опору тонкої плівки ПЕДОТ-ПСС здійснювали стандартним чотиризондовим методом з точністю не гірше 10%; для забезпечення омічності контактів на вістря зондів було електрохімічне осаджено шар золота товщиною 5мкм. Результати вимірів питомої електропровідності плівок ПЕДОТ-ПСС, одержаних з водних дисперсій, описаних в прикладах 1-3, наведено в таблиці. Таблиця № зразка 1 2 3 4 Матеріал ПЕДОТ-ПСС (прототип) ПЕДОТ-ПСС (приклад 1) ПЕДОТ-ПСС (приклад 2) ПЕДОТ-ПСС (приклад 3) Електропровідність, Ом -1см -1 2 25 0,2 0,01 Наведені в таблиці дані показують, що матеріал, який заявляється, переважає відомий матеріал з величини питомої електропровідності. Наведені вище дані також показують, що спосіб одержання нової водної дисперсії ПЕДОТ-ПСС є більш швидким та економічно доцільним. Слід зазначити, що наведені приклади лише ілюструють створення винаходу, проте не обмежують його.