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刘洪亮/杨桦/江雷《应用材料界面》石墨烯与导电离子凝胶



刘洪亮/杨桦/江雷《应用材料界面》石墨烯与导电离子凝胶



图1.润湿诱导的G/Ionogel@PEDOT:PSS三元杂种FTE的制备。

在G/Ionogel @ PEDOT:PSS三元杂化FTE中,引入了导电聚合物PEDOT:PSS和ionogel以改善转移的石墨烯薄膜的电导率。与石墨烯和石墨烯的任何二元杂种相比,三元杂种FTE的薄层电阻最低(图3a)。离子凝胶的阴离子在三元混合FTE的电导率中起着关键作用。与具有相同摩尔分数的其他IL相比,使用[VEIM] TCB的三元混合FTE在550 nm处具有最高的88%的透射率和最低的30Ωsq-1的薄层电阻,这比转移的石墨烯薄膜要好得多,甚至更好在柔性基板上的ITO膜(图3b)。为了弄清楚为什么[VEIM]TCB在不同类型的IL中能最大程度地提高电导率,对使用不同IL的三元混合FTE进行了X射线光电子能谱(XPS)分析。在XPS的G/Ionogel@PEDOT:PSS三元杂种FTE光谱中,N(1s)峰位于401 eV,B(1s)峰位于188 eV,表明存在离子凝胶,而S(2p)信号位于170-163 eV与PEDOT:PSS相关。离子凝胶的添加破坏了PEDOT:PSS的核-壳结构,这是由于离子凝胶和PSS的阴离子之间具有竞争性的静电相互作用,从而促进了导电PEDOT与绝缘PSS的解耦。同时,离子凝胶的聚阳离子与去耦的PSS链形成静电键。如图3c所示,原始PEDOT:PSS的PSS/PEDOT比为3.65。引入石墨烯不能显着降低该比率,显示G/PEDOT:PSS二元杂化物的值为3.35。在存在离子凝胶的情况下,更多的PEDOT分子聚集到纤维中,形成导电网络,从而进一步增强了三元杂化FTE的导电性。

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图4. G/Ionogel@PEDOT:PSS三元混合FTE的静电-co-π-π堆叠结构。

考虑到该设计的G/Ionogel@PEDOT:PSS三元混合FTE的出色灵活性,作者证明了其在三层柔性EC器件中的应用,其中混合FTE既充当透明电极又充当电致变色层(图6a)。如先前报道,制备了一种包含聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),高氯酸锂和PC的凝胶电解质。当施加2 V电位时,EC器件迅速从其透明漂白状态变为深蓝色-有色状态。当去除施加的电势时,EC器件立即恢复到其原始的透明状态(图6b)。从在漂白状态下的0 V到有色状态下的2 V之间的切换电势下的EC器件的透射光谱获得了在622 nm处32%的最大电致变色对比度(ΔT)。此外,由于其对称构型,当反转施加电势时,我们的EC器件显示出相同的电致变色对比度。在622 nm波长下测量1000次双电势循环的电化学稳定性。在1000次循环后,电致变色对比度的ΔT仅略微降低了7%(图6c)。对于漂白和着色,EC器件电致变色对比度90%变化的切换时间均为1.2 s。在5 mm的弯曲直径下测量了弯曲稳定性,在1000次弯曲循环后,仅观察到ΔT降低了6%(图6d)。

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