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多層堆疊二維導(dǎo)電聚合物中的高效電荷傳輸。 資料來(lái)源：NIMTE

一個(gè)國(guó)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(dǎo)電性和類似金屬的獨(dú)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(dǎo)電聚合物（如聚苯胺、聚噻吩和聚吡咯）因其導(dǎo)電性而備受推崇，并有望成為傳統(tǒng)半導(dǎo)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(duì)各種技術(shù)應(yīng)用具有吸引力。

盡管它們潛力巨大，但實(shí)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?cè)趯?shí)際應(yīng)用中的速度。

為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所（NIMTE）、德累斯頓工業(yè)大學(xué)（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(duì)苯胺進(jìn)行拓?fù)涠ㄏ蚨S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(xué)和第一原理計(jì)算證實(shí)，這種結(jié)構(gòu)有利于產(chǎn)生強(qiáng)大的面內(nèi)共軛和層間電子耦合。

合成的導(dǎo)電聚合物具有德魯?shù)滦碗妼?dǎo)率，推斷直流電導(dǎo)率約為 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(dǎo)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(dǎo)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(jìn)展解決了因結(jié)構(gòu)有序性和電子耦合不足而導(dǎo)致的電荷傳輸受限問題。 這項(xiàng)研究還深入探討了三維金屬導(dǎo)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