PEDOTの複雑な誘電率：PSS

効率的な有機太陽光発電デバイスには、高誘電率が必要であり、共役ポリマー複合ポリ（3,4-エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホネート（PEDOT：PSS）を誘電性ポリマーに添加すると、誘電率が大幅に高まることが示されています。PEDOTの誘電率：光学およびマイクロ波周波数でのPSSが調査されていますが、PEDOT：PSS層は、主に低周波デバイスアプリケーションに使用されます。- ポリマーインターフェイス。ここでは、PEDOT：PSS層の複雑な相対誘電率（εR*=εR'-JεR ''）を決定します。PSS層は、反応性エネルギー推定と電気化学的インピーダンス分光法のデータを組み合わせることにより、10-2-106 Hz範囲の層面に垂直です。そして、それを発見します：<1 HzのεR 'は、106 Hzで周波数が〜5に減少します。実験データは、複数の弛緩メカニズムを考慮することにより、コールコール誘電緩和モデルに適合します。PEDOT：PSSは非線形に分極し、適用された外部フィールドの強度とともにεR 'が増加します。低周波数εR 'は、層の厚さと温度の両方とともに増加し、温度依存性の反対の傾向は103 Hzを超えると輝いています。PEDOT：PSSの誘電特性は非常に異方性であり、1.0 kHzの面内εr 'は垂直εR'よりも3桁高いです。そして、εr ''は、周波数の相互に比例して減少します（1/f）。後者の発見は、有機導体リンクを介して送信されるシグナルを伴うユビキタスピンクノイズの説明を提供します。説明された方法論は、他の共役ポリマーの調査に採用できます。

High permittivity materials are required for efficient organic photovoltaic devices, and the addition of the conjugated polymer composite poly(3,4-ethylenedioxythiophen) polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS) to dielectric polymers has been shown to significantly heighten their permittivity. The permittivity of PEDOT:PSS at the optical and microwave frequencies has been investigated, but PEDOT:PSS layers are mainly used for low-frequency device applications, where accurate dielectric property measurements are hindered by their high electrical conductivity and the problems arising from the metal-polymer interfaces. Here, we determine the complex relative permittivity (εr*=εr'-jεr″) of PEDOT:PSS layers perpendicular to the layer plane in the 10-2-106 Hz range by combining data from the reactive energy estimations and electrochemical impedance spectroscopy, and discover that: εr' at <1 Hz is ultra-high (∼106) decreasing with frequency to ∼5 at 106 Hz; the experimental data fit the Cole-Cole dielectric relaxation model by considering multiple relaxation mechanisms; PEDOT:PSS polarizes nonlinearly and εr' increases with the intensity of the applied external field; low frequency εr' increases with both thickness and temperature of the layer, opposite trend of temperature-dependence prevails at >103 Hz; the dielectric properties of PEDOT:PSS are highly anisotropic and the in-plane εr' at 1.0 kHz is three orders of magnitude higher than the vertical εr'; and that the εr'' decreases proportional to the reciprocal of frequency (1/f). The latter finding provides an explanation for the ubiquitous pink noise accompanying signals transmitted through organic conductor links. The described methodology can be adopted for investigations on other conjugated polymers.