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        聚（3,4-乙烯二氧噻吩）：聚（苯乙烯磺酸）（Poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate)，简称PEDOT:PSS）是一种导电高分子材料，具有良好的透明性、柔韧性、稳定性和生物相容性，广泛应用于有机光电器件、传感器、超级电容器等领域。PEDOT:PSS的导电性能受到其微观结构和形貌的影响，因此改善PEDOT:PSS的膜结构和形貌是提高其导电性能和电化学性能的重要途径之一。

       一种常用的改善PEDOT:PSS膜结构和形貌的方法是添加有机添加剂（如DMSO，EG，DMF，SDISOL，麦芽糖醇和木糖醇等）以提高导电性能[1,2]。同时，这些添加剂也可以影响PEDOT:PSS膜的表面张力、润湿性、粘度等物理性质，进而影响其涂布过程中的流动行为和干燥过程中的裂纹形成，从而影响其膜厚、表面形貌、孔隙率等结构参数。这些结构参数又会影响PEDOT:PSS膜的电化学性能，如比电容、内阻、循环稳定性等。因此，研究不同有机添加剂对PEDOT:PSS膜结构和形貌以及导电性能和电化学性能的影响，对于优化PEDOT:PSS材料在超级电容器等领域的应用具有重要意义。

       Chen等人[3]报道了一种通过添加有机添加剂来改善PEDOT:PSS薄膜性能的方法。他们发现，添加少量的二甲基亚砜（DMSO）和聚乙二醇（PEG）可以显著提高PEDOT:PSS薄膜的导电性和光学透明度。他们通过原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）等手段分析了添加剂对PEDOT:PSS薄膜结构和形貌的影响。他们认为，添加剂的作用机理主要有两方面：一是促进PEDOT链之间的π-π堆积，形成更有序的结构；二是去除PSS链上的硫酸根离子，减少PEDOT和PSS之间的静电相互作用，增加PEDOT链的自由度。这两个效果都有利于提高PEDOT:PSS薄膜中的电荷载流子密度和迁移率，从而提高其导电性。图1显示了不同添加剂浓度下PEDOT:PSS薄膜的AFM图像，可以看出添加剂可以改善PEDOT:PSS薄膜的表面平整度和均匀性。图1的导电AFM测量表明，加入添加剂后可增加电导率，其中DMSO薄膜具有最大的电导率(∼4 × 10–2 Ω cm2)。

图1 PEDOT：PSS薄膜的导电AFM测量。（a）原始PEDOT：PSS和PEDOT：PSS与DMSO、EG、甘油和MWCNT混合的电流图。（b）比较各种薄膜在测量的5 μm × 5 μm表面上的电流分布的直方图。（c）与GOPS交联的PEDOT：PSS薄膜并与不同掺杂剂（DMSO，EG，甘油）混合的电流图。（d）与二次掺杂剂混合的交联薄膜（1% GOPS）的直方图

       Lian等人[4]研究了不同有机添加剂对PEDOT:PSS薄膜结构和性能的影响。他们选择了三种常用的有机添加剂：山梨醇、麦芽糖醇和甘油。他们通过XPS、SEM等手段测试了不同有机添加剂浓度下PEDOT:PSS薄膜的结构变化和机理。他们发现，有机添加剂可以有效改变PEDOT:PSS分子之间的键合状态，导致键断裂反应和相分离现象。其中，山梨醇和麦芽糖醇可以促进键断裂反应和相分离现象。他们认为，有机添加剂的作用机理主要是通过改变PEDOT:PSS分子间的相互作用力来影响其结构形成过程。通过添加有机添加剂来改善PEDOT：PSS薄膜的光学性能和水分稳定性。图2显示了不同有机添加剂浓度下PEDOT:PSS薄膜的XPS谱图和SEM横截面图像，可以看出有机添加剂可以显著影响PEDOT:PSS薄膜的结构特征。图3通过 SEM 显微照片进一步了解PEDOT的相分离和键断裂反应后PSS的变化。

图2 S(2p)XPS光谱的峰值：（a）PEDOT：PSS，（b）PEDOT：PSS-山梨糖醇，（c）PEDOT：PSS-麦芽糖醇和（d）PEDOT：PSS-山梨醇-麦芽糖醇

图3 扫描电子显微镜（SEM）显微照片的横截面（a）PEDOT：PSS，（b）PEDOT:PSS-山梨糖醇，（c）PEDOT:PSS-麦芽糖醇和（d）PEDOT:PSS-山梨糖醇-麦芽糖醇

       综上所述，通过添加有机添加剂可以有效改善PEDOT:PSS薄膜的导电性、光学等性能，这主要是由于添加剂可以改变PEDOT:PSS薄膜的结构、形貌、界面层特性等方面的因素，从而提高其电荷载流子密度、迁移率、储能离子数目和电荷传输速率等参数。这些研究为开发高性能的PEDOT:PSS基超级电容器、太阳能电池、OLED等器件提供了有益的参考和指导。

       参考文献

       [1] Alhashmi Alamer F, Badawi N M. Manufacturing Organic Environmentally Friendly Electrical Circuits Using the Composites’ Single-Walled Carbon Nanotubes and PEDOT:PSS[J]. Energy Technology, 2022, 10(2): 2100830.

       [2] Ahmad Shahrim N, Ahmad Z, Azman A W, et al. Mechanisms for doped PEDOT:PSS electrical conductivity improvement[J]. Materials Advances, 2021, 2(22): 7118-7138.

       [3] Chen A X, Esparza G L, Simon I, et al. Effect of Additives on the Surface Morphology, Energetics, and Contact Resistance of PEDOT:PSS[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2023, 15(31): 38143-38153.

       [4] Lien S Y, Lin P C, Chen W R, et al. The Mechanism of PEDOT: PSS Films with Organic Additives[J]. Crystals, 2022, 12(8): 1109.

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