多层堆叠二维聚苯胺晶体完成优异导电性

时间: 2025-02-11 13:30:14 |   作者: 新闻中心

  2月6日，《天然》以《具有金属性面外导电性的二维聚苯胺晶体》为题，宣布了中国科学院宁波资料技能与工程研讨所、德累斯顿工业大学、德国马普高分子研讨所、西班牙CICnanoGUNE-BRTA研讨中心等研讨团队的联合研讨成果。他们初次成功制备出一种多层堆叠的二维聚苯胺（2DPANI）晶体，该晶体展现出高导电性及面外金属性电荷传输特性，为导电聚合物资料的研讨拓荒了新途径。

  导电聚合物是一类具有导电才能的有机聚合物，最重要的包括聚苯胺、聚噻吩和聚吡咯等，它们被认为是或许替代传统半导体和金属的一类有机资料。

  因为导电聚合物生成成本低、密度小、成膜功能好、机械柔韧性更高而且具有更广泛的化学功能性，有望成为制备下一代有机电子器材的中心资料。电荷在导电聚合物薄膜中的传输功率对其使用功能具有决定性效果，其间电荷在不同聚合物链之间的跳动效果是全体资料传导的要害。

  为了完成长距离电荷传输，一种有出路的战略是将线性导电聚合物链排列成高度有序的二维晶体资料。

  在该二维结构中所有聚合物链将处于平面拓扑交联构象，这将为链间电荷传输供给多种途径，并有用躲避单个聚合物链结构缺点所构成的电荷圈套。

  不同导电聚合物结构中电荷的传输途径：图左为一维结构，图右为二维结构。图片来自：宁波资料所

  传统线性导电聚合物主要是经过沿聚合物链移动的载流子完成弹道传输，而在扩展维度（即聚合物链或层之间）的导电性则因缺少分子间有序性和电子耦合而较弱。《天然》报导的这种新式2DPANI晶体打破了这一限制。

  该资料由柱状π阵列构成，层距离约为3.59埃，并由交错的聚苯胺链构成周期性菱面体晶格。电子自旋共振光谱提醒了2DPANI晶格中明显的电子离域现象。榜首性原理核算标明，2DPANI中的面内二维共轭和由氯桥衔接的层堆叠促进的强层间电子耦合一起效果，完成了优异的导电功能。

  为评价单个晶体的导电性，科研人员选用太赫兹和红外纳米光谱技能，提醒了该资料具有德鲁德型导电性，红外等离子体频率推算出的导电率约为200西门子/厘米（S/cm）。

  经过丈量在笔直及横向微器材中的电荷传输行为，标明该资料具有约7S/cm的面外电导率和约16S/cm的面内电导率，展现出各项异性的三维电荷传输特性。此外，笔直微器材还表现出该资料随温度下降而导电性增强的特性，这证明了其一起的面外金属性电荷传输行为。

  科研人员猜测，经过优化这种多层堆叠的二维导电聚合物的结构缺点，有望完成更强的面内与面外电子耦合，甚至有或许到达三维金属导电性的水平。这一研讨成果为导电聚合物资料在电极资料、电磁屏蔽、传感器等范畴的使用供给了宽广远景。

  宁波资料所研讨员张涛为该论文的一起榜首作者，该研讨获国家天然科学基金、浙江省杰出青年基金等项目支撑。