Bản chất giàu điện tử đĩng vai trị quan trọng cho tính chất về điện, quang, điện hĩa của polyme tổng hợp. Ở trạng thái dẫn, PEDOT nổi bật với độ truyền qua cao và ổn định mơi trường, đây là những tính chất quan trọng cho ứng dụng trong cơng nghiệp. Phản ứng polyme hĩa EDOT xảy ra nhanh và hiệu quả tạo ra lớp màng mỏng
Trang 23
dẫn điện cao, bám dính tốt với vật liệu điện cực và cĩ thế oxy hĩa thấp giúp cho quá trình chuyển đổi điện hĩa dễ dàng trong thời gian dài.
1.2.3.1 PEDOT ở trạng thái trung tính
Vùng cấm điện tử của PEDOT khoảng 1,6÷1,7 eV xác định bởi sự hấp phụ *, bước sĩng hấp phụ lớn nhất ở trạng thái này là max 610nm do đĩ PEDOT cĩ màu xanh da trời. Do thế oxi hĩa thấp, màng mỏng PEDOT dạng trung tính phải sử dụng cẩn thận vì nĩ dễ bị oxy hĩa trong khơng khí.
Hình 1.22: Cơng thức cấu tạo của PEDOT trung tính.
PEDOT dạng trung tính sẽ chuyển sang dạng dẫn điện bằng phương pháp oxi hĩa (p-doping) hoặc khử (n-doping) trong dung mơi hữu cơ khơng chứa nước. Dạng bị khử thì khơng ổn định ngay cả trong mơi trường khơ hồn tồn khơng cĩ oxy làm hạn chế ứng dụng của n-doping PEDOT. Tính chất dẫn của màng PEDOT cĩ thể được củng cố dễ dàng bằng cách dùng phương pháp oxi hĩa liên tục tạo ra p-doping PEDOT, được đưa vào ứng dụng rộng rãi.
1.2.3.2 Tính chất dẫn điện của PEDOT
Polyme hĩa bằng phương pháp hĩa học và phương pháp kết tủa điện hĩa, PEDOT tồn tại ở dạng dẫn điện và được doping ổn định hơn. Màng tạo ra từ dung dịch PEDOT/PSS (BAYTRON P) cĩ tính chất cơ học cao với độ dẫn từ 1÷10 S/cm. Những màng này cĩ độ ổn định cao và chịu được nhiệt độ 100oC trong 1000h mà khơng thay đổi về khả năng dẫn điện.
Một phương pháp để củng cố tính chất hoạt động điện của polyme là sử dụng hỗn hợp polyme. Độ dẫn cao được tạo bởi sự hình thành mạng polyme dẫn liên tục. Điều này cĩ thể áp dụng với hỗn hợp PEDOT/PSS kết hợp polyme phân cực cùng loại như poly(vinylpyrrolidone) (PVP). Trong trường hợp này, như trong đồ thị Hình 1.24, khi hỗn hợp polyme được xử lý với một kim loại hĩa trị hai như Mg2+
tạo ra liên kết ngang ion và củng cố tính chất điện ở mức độ chất tải thấp (ít hơn 10%). Thêm vào đĩ, khi cĩ sự tách pha tạo ra tinh thể giữa hỗn hợp polyme PEDOT/PSS và poly(etylen oxit) thể hiện độ dẫn cao hơn khi hỗn hợp polyme cĩ polyme chính ở dạng vơ định hình. Hỗn hợp polyme dẫn đã thể hiện hiệu quả khi ứng dụng địi hỏi sự điều khiển đồng thời cả tính chất điện và quang.
Trang 24
Hình 1.23: Đồ thị thể hiện độ dẫn của hỗn hợp PEDOT/PSS/PVP ở thành phần khác nhau, khơng xử lý () và xử lý () với 0.25M dung dịch MgSO4.
Khi sử dụng phương pháp điện hĩa, điều khiển cẩn thận điều kiện phản ứng (như nồng độ, nhiệt độ, vật liệu điện cực...) cho phép tạo ra dạng phim ở trạng thái tự do cĩ thể dùng nhiều loại chất dopant khác nhau. Độ dẫn của màng đặc trưng cho từng loại dopant anion từ 100
÷102 S/cm ở nhiệt độ phịng. Ví dụ như sử dụng điện cực đối là tạo ra polyme với độ dẫn cao 300 S/cm ở nhiệt độ phịng.
1.2.3.3 Tính chất điện hĩa học của PEDOT
Sự kết hợp của thế oxy hĩa thấp và khe dải năng lượng thấp tạo PEDOT cĩ tính chất điện hĩa và quang phổ mà các polyme khác khơng đạt được. Bởi vì vùng khe năng lượng nằm giữa vùng ánh sáng nhìn thấy và vùng hồng ngoại gần của quang phổ, mà PEDOT cĩ thể nhuộm màu cho cực âm và độ truyền qua (màu xanh da trời trong suốt) ở dạng doping nhiều hơn ở dạng bị khử (màu xanh đậm). Màng PEDOT tổng hợp bằng phương pháp kết tủa trên nền của màng polyester cĩ thể thay đổi tính chất điện hĩa một cách hiệu quả giữa trạng thái dẫn và khơng dẫn điện.