Wetenschappers synthetiseren zeer geleidende 2D -geleidende polymeer

Een internationaal onderzoeksteam heeft een meerlagig tweedimensionaal polyaniline (2dpani) kristal gesynthetiseerd, dat uniek metaalachtige ladingstransport buiten het vlak en hoge geleidbaarheid heeft bereikt. Deze studie is gepubliceerd in Natuur.

Het uitvoeren van polymeren, zoals polyaniline, polythiofeen en polypyrrool, staan ​​bekend om hun elektrische geleidbaarheid en hebben een aanzienlijk potentieel als goedkope, lichtgewicht en flexibele alternatieven voor traditionele halfgeleiders en metalen.

Efficiënt ladingstransport, met name tussen polymeerketens, is echter een cruciale uitdaging geweest, waardoor de prestaties en praktische toepassingen van het uitvoeren van polymeren worden beperkt.

Als reactie op deze uitdaging hebben onderzoekers van het Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering (NIMTE) van de Chinese Academy of Sciences (CAS), Tu Dresden, het Max Planck Institute of Microstructure Physics en CIC Nanogune BRTA een nieuwe 2dpani kristal ontwikkeld Op grond van een topologie-gerichte 2D-polymerisatie van aniline met behulp van een anionische oppervlakteactieve monolaag op het wateroppervlak.

Het 2dpani -kristal heeft een domeingrootte van 130–160 vierkante micrometer (μm²) en een dikte variërend van tientallen tot honderden nanometers. Het beschikt over zuilvormige π -arrays met een tussenlagenafstand van 3,59 angstroms (Å) en rhombohedrale roosters, een specifiek type kristalstructuur gevormd door verweven polyanilineketens. Deze structuur vergemakkelijkt sterke conjugatie in het vlak en elektronische koppeling tussen lagen, zoals bevestigd door elektronenspinresonantiespectroscopie en eerste principelberekeningen.

Het gesynthetiseerde geleidende polymeer vertoonde een geleidbaarheid van het Drude-type, met een geëxtrapoleerde directe stroomgeleidbaarheid van ongeveer 200 s/cm. Er werd ook een anisotrope ladingstransport waargenomen, met buitengeleide en in het vlak geleidbaarheid van respectievelijk ongeveer 7 s/cm en 16 s/cm.

Met name vertoonden verticale apparaten een toenemende geleidbaarheid bij lagere temperaturen, wat kenmerkend is voor transport buiten het vlak.

Deze vooruitgang in het uitvoeren van polymeeronderzoek gaat in op het probleem met beperkte lading transport veroorzaakt door onvoldoende structurele ordening en elektronische koppeling. De studie biedt ook inzichten in driedimensionale metalen geleidbaarheid, waardoor nieuwe wegen openen voor de ontwikkeling van elektroden, elektromagnetische afscherming en sensoren.