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科學家創(chuàng)造出一種能像金屬一樣導電的超薄聚合物

文章來源：新能源網(wǎng) 更新時間：2025-02-10 17:51:40

一個研究小組開發(fā)出一種革命性的二維聚苯胺（2DPANI）晶體，克服了聚合物在導電性方面的主要限制。其獨特的多層結(jié)構(gòu)允許金屬電荷傳輸，為電子學和材料科學的新應用創(chuàng)造了條件。

多層堆疊二維導電聚合物中的高效電荷傳輸。資料來源：NIMTE

一個國際研究小組成功地制造出了一種多層二維聚苯胺（2DPANI）晶體，這種晶體具有卓越的導電性和類似金屬的獨特電荷傳輸能力。他們的研究成果于2月5日發(fā)表在《自然》（Nature）上。

導電聚合物（如聚苯胺、聚噻吩和聚吡咯）因其導電性而備受推崇，并有望成為傳統(tǒng)半導體和金屬的替代品。它們重量輕、柔韌性好、成本效益高，因此對各種技術(shù)應用具有吸引力。

盡管它們潛力巨大，但實現(xiàn)高效電荷傳輸，尤其是聚合物鏈之間的電荷傳輸一直是一大挑戰(zhàn)。這一局限性限制了它們的整體性能，減緩了它們在實際應用中的速度。

為了應對這一挑戰(zhàn)，中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所（NIMTE）、德累斯頓工業(yè)大學（TU Dresden）、馬克斯-普朗克微結(jié)構(gòu)物理研究所（Max Planck Institute of Microstructure Physics）和CIC nanoGUNE的研究人員通過在水面上使用陰離子表面活性劑單層對苯胺進行拓撲定向二維聚合，開發(fā)出了一種新型 2DPANI 晶體。

2DPANI 晶體的疇尺寸為 130-160 平方微米（μm²），厚度從幾十納米到幾百納米不等。它具有層間距為 3.59 埃的柱狀 π 陣列和斜方晶格（一種由交織的聚苯胺鏈形成的特殊晶體結(jié)構(gòu)）。電子自旋共振光譜學和第一原理計算證實，這種結(jié)構(gòu)有利于產(chǎn)生強大的面內(nèi)共軛和層間電子耦合。

合成的導電聚合物具有德魯?shù)滦碗妼剩茢嘀绷麟妼始s為 200 S/cm。此外，還觀察到各向異性的電荷傳輸，面外和面內(nèi)電導率分別約為 7 S/cm 和 16 S/cm。

值得注意的是，垂直器件在較低溫度下的電導率不斷提高，這是金屬平面外傳輸?shù)奶卣鳌?/p>

這一聚合物研究進展解決了因結(jié)構(gòu)有序性和電子耦合不足而導致的電荷傳輸受限問題。這項研究還深入探討了三維金屬導電性，為電極、電磁屏蔽和傳感器的開發(fā)開辟了新途徑。

編譯自/ScitechDaily

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