DOI: 10.1021/acsapm.2c01229

静电纺丝技术是一种用于大规模加工共轭聚合物的有前途的方法。然而，研究人员对共轭聚合物静电纺丝加工-结构-性能关系还不甚了解。在此，本文报道了三种不同分子量的聚（3-己基噻吩）（P3HT）的静电纺丝：31、58和83kDa。使用三氯甲烷作为溶剂，利用高分子量聚环氧乙烷（PEO）来促进P3HT的加工。对新制备的和24小时老化的纺丝溶液进行静电纺丝。纺丝溶液的老化导致P3HT链的自组装，特别是83kDa P3HT的明显H聚集。研究了纤维的结构发展和性能，使用一种定制装置测量了单纤维电导率。研究发现电导率随着分子量的增加而增加，与新配制的溶液产生的纤维相比，老化溶液制备的纤维的单纤维电导率提高了五倍。尽管纤维中的PEO浓度为25%，但单根纤维的最大电导率约为2.7×10-5S/cm，类似于原始P3HT薄膜。总体而言，本研究进一步深入探索了电纺纤维中P3HT结构的发展与聚合物分子量和加工步骤的关系，及其与纤维性能的相关性。

图1.用于纺丝P3HT纤维的静电纺丝装置。示意图显示了溶液的纺丝步骤。

图2.收集在铝箔上的样品的SEM显微照片。（a,b）不含PEO的P3HT的珠形成；（c,d）由3.9%P3HT（83kDa）溶液获得的珠状纤维。由老化和未老化的3%P3HT溶液制备的无珠纤维，其中P3HT分子量不同：（e,h）31kDa，（f,i）58kDa和（g,j）83kDa。在（c-f）中，将PEO浓度调整为总聚合物（P3HT和PEO）浓度为4%。比例尺表示30μm。

图3.（a）溶液w/o和w/24老化，（b）由w/o和w/24老化溶液获得的具有不同P3HT分子量的薄膜和纤维垫的光致发光光谱。激发波长为450nm。

图4.（a）在1rad/s的频率（ω）下捕获的存储（G’）和损耗（G”）模量与振荡应变幅度的函数关系，（b）G’和G”与频率的函数关系，以及（c）复粘度与振荡应变率的关系。所有实验均在20℃的室温下进行，图中显示了代表性误差线。

图5.电纺纤维的DSC结果（第一次加热和冷却扫描）：（a）31kDa P3HT、（b）58kDa P3HT和（c）83kDa P3HT。

图6.（a）原始P3HT（58kDa）、PEO和P3HT（83kDa）/PEO薄膜，以及（b）电纺P3HT（83kDa）/PEO和PEO纤维垫的XRD图；P3HT的（100）峰强用于XRD数据的归一化。

图7.83kDa_24h纤维垫的2D GIWAXS图案：（a）平行于入射光束方向，（b）垂直于入射光束方向。（c）平面外方向和（d）平面内方向的1D GIWAXS图谱。图中“Para”和“Perp”分别表示平行于和垂直于纤维长轴的入射光束。

图8.溶液中P3HT的微观结构演变及其形成纤维的示意图。（a）新配制的溶液；（b）溶液老化过程中H-和J-聚集体的演变；（c）纤维中面上和边缘上定向P3HT链的存在。PEO链为绿色，P3HT链为紫色。

图9.单根纤维的电导率与P3HT分子量和纺丝溶液老化条件的关系。在每种情况下，至少对12组样品进行表征。