Fabrication of highly conductive PEDOT nanofibers

In the last decade conjugated polymers have well-established in a wide range of fields, finding application in several areas ranging from sensors to electronics, and their remarkable potential as thermoelectric materials could bring a breakthrough in the development of energy conversion technologies. Reduction to one-dimensional scale could theoretically enhance their electrical conductivity, paving the way for technological innovations as flexible electronics and smart textiles. Herein, poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS) nanofibers were produced by means of versatile electrospinning technique and subsequently doped with vapour post-treatments either with ethylene glycol or formic acid, in order to increase their conductivity. The characterization of produced samples by means of scanning electron microscopy (SEM) allowed evaluation of correct operational parameters to realize fibers of uniform and non-defective morphology, while enabling to highlight its dependence over environmental conditions. Fibers conductivity and its consequent variation upon doping treatments was extrapolated, through proper modelling, from conductance values derived by current-voltage characteristics measured by means of a 2-point prober. Finally, possibility of process upscaling was evaluated by means of industrial production trials with a continuous line electrospinning setup.

Nell’ultimo decennio i polimeri coniugati si sono affermati in un’ampia gamma di settori, trovando applicazione in diverse aree spaziando dalla sensoristica all’elettronica, e il loro notevole potenziale come materiali termoelettrici potrebbe rappresentare un decisivo punto di svolta nello sviluppo di efficaci tecnologie di conversione energetica. La riduzione su scala monodimensionale permetterebbe teoricamente di innalzarne la conducibilità elettrica, aprendo la strada ad innovazioni tecnologiche quali device flessibili e tessuti intelligenti. Nel presente studio, nanofibre di poli(3,4-etilenediossitiofene)poli(stirenesulfonato) (PEDOT:PSS) sono state prodotte attraverso la versatile tecnica dell’elettrospinning e successivamente sottoposte a trattamenti droganti con vapori di glicole etilenico o, alternativamente di acido formico, allo scopo di innalzarne la conducibilità. La caratterizzazione dei campioni prodotti tramite microscopia a scansione elettronica (SEM) ha permesso di determinare i parametri operativi ideali per la realizzazione di fibre di morfologia uniforme e priva di difetti, evidenziando inoltre l’influenza sulla stessa delle condizioni ambientali. La conducibilità delle fibre e la conseguente variazione a seguito dei trattamenti di doping è stata estrapolata, attraverso l’elaborazione di un modello, dai valori di conduttanza derivati dalle caratteristiche corrente-tensione misurate con per mezzo di una sonda a due punti. Infine, la possibilità di produzione su larga scala è stata esplorata effettuando delle prove di industrializzazione con un impianto di fabbricazione in linea continua.