聚(3,4-乙撑二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）将优异的可溶液加工性、生物相容性与高化学和热稳定性及出色的电学、电化学、光学、机械力学等性能结合在一起，三十多年来，一直处于有机电子领域学术研究和商业开发的前沿，相关研究涉及化学、材料科学、生物学、电子学、医学、能源和工程学等诸多学科。
鉴于此，江西科技师范大学化学化工学院（江西省水性涂料工程研究中心）陈帅副教授及其研究生梁丽珊、张玉倩、杨明娜、朱玲等，与柔性电子江西省重点实验室卢宝阳教授，及电子科技大学中山学院林凯文副教授和犹他大学臧泠教授等在Progress in Polymer Science期刊上发表了题为“PEDOT:PSS-based Electronic Materials: Preparation, Performance Tuning, Processing, Applications, and Future Prospect”的综述文章，首次全面系统地论述了PEDOT:PSS的合成策略、性能优化方法、复合材料体系设计以及各种材料形态（水分散体、粉末、薄膜、纳米纤维、水凝胶、气凝胶、弹性体和海绵等）的加工技术。同时，还讨论了其在实验室研究和商业化应用方面的具体要求、当前进程和持续性挑战。根据柔性、可穿戴性、多功能集成性、智能化等当前有机电子器件功能化发展的趋势，探讨了本领域未来的发展方向，旨在为研究人员和行业开发人员提供批判性或启发性的见解，以继续激发这一快速发展领域的前沿创新。
文章图文摘要
PEDOT:PSS自身的固有性质通常不足以支撑其满足实际电子器件制造的各种性能要求。为了开发适用于各种应用的材料，常通过引入极性有机溶剂、离子液体、表面活性剂、导电填料等来创建复合体系或通过后处理来优化表面结构，从而有效地调节其物理、电学、机械和化学等性质。该文对PEDOT:PSS基材料典型的性质性能进行了全面的总结并分析了相应优化提升的方法与机制。
例如，由于PSS链段中存在磺酸基团，PEDOT:PSS可以与基材表面上的诸多官能团如羟基、羧基、氨基、硅烷氧基、氰基和阴/阳离子等结合，从而实现界面粘附。该文探讨了目前实现其强界面粘附力的主要方法（图1）：（1）通过非共价相互作用（包括氢键、静电相互作用、阴/阳离子-π相互作用、π-π相互作用、离子-偶极相互作用等）粘附到多种基材表面；（2）通过后处理增强富含疏水性PEDOT的结构域（水抑制区域），阻碍PEDOT:PSS和基材之间的界面水渗透；（3）通过热可逆固-液相变在界面实现无缝结合，有助于形成微观纹理结构和增强的物理粘附等。
图1. PEDOT:PSS基材料的界面相互作用及其机制。
例如，PEDOT:PSS由于结构中存在过量的绝缘性PSS和较差的PEDOT纳米结构（即核壳结构、低结晶度、随机链取向），限制了其电荷传输途径。该文探讨了目前优化其导电性的主要方法（图2）：添加剂处理和后处理等；探讨了提升热电性能的主要机制（图3）：二次掺杂、去掺杂、能量过滤、π-π堆积导致极化子能级裂分与极化子界面占据熵工程等。
图2. 后处理提高PEDOT:PSS基材料的电导率及其机制。
图3. 提高PEDOT:PSS基材料热电性能的方法及其机制。
例如，PEDOT:PSS的机械性能优化需要一定保持程度的固有分子链流动性，这意味着PEDOT链与PSS链之间需提供较大的自由体积。该文探讨了目前改善其机械力学性能的主要方法（图4）：添加增塑剂以减少聚合物基质内的静电或分子间相互作用，为聚合物链提供更大的自由度；引入纳米材料以起到物理支撑和应力分散的作用，促进有效的力传递；借助交联反应以使聚合物链之间形成化学键（共价键与非共价键），并增加聚合物网络间的缠结等。
图4. 改善PEDOT:PSS基材料的机械性能及其机制。
随着应用领域和场景的不断拓展，PEDOT:PSS基分散体已被多种成型技术加工成各种固相形态。该文系统探讨了当前薄膜、纤维、水凝胶、气凝胶、弹性体和海绵等形态PEDOT:PSS基材料的主要加工成型技术，如物理涂覆、湿法纺丝、喷墨印刷、3D打印、冷冻干燥、浇铸等（图5-9）。
图5. 溶液加工技术制备PEDOT:PSS基薄膜。
图6. 外场辅助加工技术制备PEDOT:PSS基薄膜。
图7. PEDOT:PSS基纤维制备技术。
图8. PEDOT:PSS基气凝胶制备技术。
图9. PEDOT:PSS基弹性体制备技术。
基于PEDOT:PSS的配方已被成功开发为各类商业产品（如Clevios™系列和Orgacon®系列等），成为当前商业化应用研究最广泛的有机电子材料之一，在有机光电子、功能涂层、生物医疗、传感、能源储存与转换等领域备受重视（图10-18）。
图10. PEDOT:PSS基植入式神经探针和药物控释的功能过程。
图11. PEDOT:PSS基驱动器的结构和原理。
图12. 用于监测生化和电生理信号的PEDOT:PSS基生物传感器。
图13. PEDOT:PSS基传感器的结构设计、机制和性能。
图14. PEDOT:PSS基太阳能电池和超级电容器的结构及其电气性能。
图15. PEDOT:PSS基热电器件的机理和性能。
图16. PEDOT:PSS基电致发光器件的结构和光电特性。
图17. PEDOT:PSS基电致变色器件和电致变色-超级电容器的结构设计、机制和性能。
图18. PEDOT:PSS基电磁屏蔽机制和太阳能水净化性能。
最后，该文从新型高性能材料设计、先进制造技术开发、新兴/未来应用拓展等三个方面对PEDOT:PSS领域的发展进行了展望。总体而言，PEDOT:PSS基材料的未来在于通过智能材料设计和尖端制造技术增强其功能协调性、耐用性和可持续性。融合复合材料、绿色制造、AI驱动优化和生物整合等的综合创新将推动其在可穿戴设备、能源系统和医疗保健器件等前沿应用中的突破。而相关技术和理论的可扩展性和标准化等方面挑战将需要学术界、行业和政策制定等者之间的密切合作，以将相关材料更快地从实验室研究推向全球市场。
该项目得到国家自然科学基金项目、柔性电子江西省重点实验室、江西省教育厅、同信基金学术发展项目、广东省光信息材料与技术重点实验室等项目的支持。
文章信息：Shuai Chen*, Lishan Liang, Yuqian Zhang, Kaiwen Lin*, Mingna Yang, Ling Zhu, Xiaomei Yang, Ling Zang*, Baoyang Lu*. PEDOT:PSS-based Electronic Materials: Preparation, Performance Tuning, Processing, Applications, and Future Prospect. Progress in Polymer Science, 2025, 2025, 166, 101990.
https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2025.101990.
作者简介：
陈帅：副教授、硕导，《江西科技师范大学学报》(自然科学版)执行编辑，主要致力于仿生电子、柔性电子与功能涂料等方面的研究，主持完成国家自然科学基金、江西省自然科学基金等省部级及以上项目4项。以第一/通讯作者在Chem. Rev.、Prog. Polym. Sci.、Polym. Rev.、Chem. Eng. J.、Sensor. Actuat. B-Chem.、ACS Appl. Mater. Interfaces、Anal. Chim. Acta、Chin. J. Polym. Sci.等上以第一或通讯作者发表SCI论文60余篇，授权国家发明专利10余项。获江西省自然科学奖二等奖1项。 课题组主页：
https://www.x-mol.com/groups/chen_shuai
林凯文：副教授、硕导，主要致力于有机光电材料与器件的开发和应用。以第一或通讯作者在Chem. Eng. J、J. Mater. Chem. A、Sci. China Chem.等期刊上发表SCI论文40余篇，被引用1300余次，授权中国发明专利10余项。主持广东省科技厅等项目10余项，获江西省自然科学奖二等奖1项。
臧泠：教授、博导，美国犹他大学USTAR特聘教授，美国国家发明家科学院（NAI）院士，美国科学促进会会士（AAAS Fellow），英国皇家化学会会士（FRSC Fellow），美国科学基金委杰青奖(NSF CAREER Award)及德国洪堡学者奖获得者。 主要致力于有机纳米材料和光电子传感器研究与开发。迄今为止，在Chem. Rev.、 Acc. Chem. Res.、Prog. Polym. Sci.、Nat. Commun.、JACS、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、Chem. Mater.等国际重要学术刊物上发表SCI论文170余篇，被引用15000余次，h-index 64，发明专利40余项。
卢宝阳：教授、博导，国家级青年人才、全国优秀教师，柔性电子江西省重点实验室主任。主要致力于导电聚合物水凝胶材料设计、加工制造及应用开发。以第一或通讯作者在Nat. Mater.、Nat. Rev. Mater.、Nat. Commun.、Adv. Mater.、Chem. Soc. Rev.等期刊上发表SCI论文160余篇，被引用9000余次，授权中国、美国发明专利20余项。主持国家自然科学基金等项目20余项，获江西省自然科学奖一等奖1项、二等奖1项。