基于导电聚合物电极的叠片式电容器研究

摘要

导电聚合物PEDOT:PSS因其优异的导电性及成膜性，在光电器件、超级电容器、太阳能电池等诸多领域应用广泛。目前，在薄膜电容器领域还未有尝试使用PEDOT:PSS 作为器件的电极材料。本论文尝试以 PEDOT:PSS 作为薄膜电容器电极材料，基于滴涂法、流延法及3D打印技术构筑叠片式薄膜电容器。具体工作内容主要分为三个部分: （1）讨论了烘干温度及不同有机溶液掺杂对PEDOT:PSS薄膜导电性及表面形貌的影响。研究结果表明烘干温度不仅影响薄膜的电导率，且对其表面平整度有较大影响，在100℃条件下，PEDOT:PSS薄膜性能最优。X射线光电子能谱（XPS）及原子力显微镜（AFM）分析表明，乙二醇溶液有效的对PEDOT:PSS进行了掺杂，当溶液中乙二醇体积分数为10%时，所制备的薄膜电导率最高，方阻为2.1 mΩ/sq。 （2）采用PEDOT:PSS薄膜作为PVDF、PP、PI等介质薄膜的电极材料，研究聚合物电极对介质材料介电特性的影响，探究PEDOT:PSS作为薄膜电容器电极的可行性，并比对金属铝电极与PEDOT:PSS电极对薄膜电容器介电特性的影响。研究结果表明，通过调控PEDOT:PSS的导电特性，器件显示出电容元件的基本性能，以其作为薄膜电容器的电极材料是可行的。但由于PEDOT:PSS与介质的接触损耗较大，其电容特性有待进一步提升。 （3）研究了基于PEDOT:PSS电极的叠片式电容器的图案化制备方法，尝试将3D打印技术应用于薄膜电容器制备工艺中。首先改装传统FDM原理桌面级3D打印机的挤出机，使其匹配本文所使用的溶液材料体系。其次利用3D打印机对介电薄膜及电极薄膜进行了图案化制备，验证了该制备方法的可行性，最后制备了多层叠片式电容阵列，并对器件的结构及性能进行了表征。结果表明基于3D打印技术制备的器件结构稳定，具有基本的电容元件特性。

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