Дослідницька група розробила революційний двовимірний поліаніліновий (2DPANI) кристал, який долає основні обмеження провідності полімерів. Його унікальна багатошарова структура забезпечує металевий транспорт заряду, відкриваючи нові можливості для електроніки та матеріалознавства. Міжнародна команда вчених успішно створила багатошаровий двовимірний поліаніліновий (2DPANI) кристал, який демонструє виняткову провідність і здатність до транспорту заряду подібно до металів. Їхні результати були опубліковані 5 лютого в журналі Nature.
Провідні полімери та їхні обмеження
Провідні полімери, такі як поліанілін, політіофен і поліпірол, цінуються за їхню електропровідність і є перспективною альтернативою традиційним напівпровідникам і металам. Вони легкі, гнучкі та економічні, що робить їх привабливими для широкого спектра технологічних застосувань. Попри їхній потенціал, основною проблемою залишається ефективний транспорт заряду, особливо між полімерними ланцюгами. Це обмеження знижувало загальну продуктивність полімерів і гальмувало їхнє використання у практичних застосуваннях.
Новий підхід до синтезу 2DPANI
Щоб подолати цю проблему, дослідники з Нінбо Інституту технології матеріалів і інженерії (NIMTE) Китайської академії наук (CAS), Технічного університету Дрездена, Інституту мікроструктурної фізики Макса Планка та CIC nanoGUNE BRTA розробили новий 2DPANI-кристал. Його отримано методом топологічно спрямованої двовимірної полімеризації аніліну з використанням аніонного поверхнево-активного моношару на поверхні води.
Кристал 2DPANI має розмір доменів 130–160 квадратних мікрометрів (μm²) і товщину від десятків до сотень нанометрів. Його структура включає колоноподібні π-масиви з міжшаровою відстанню 3,59 ангстрема (Å) і ромбоедричні ґратки, що формуються переплетеними ланцюгами поліаніліну. Така структура забезпечує потужну внутрішньоплощинну кон’югацію і міжшарову електронну взаємодію, що було підтверджено за допомогою електронного спін-резонансу та розрахунків перших принципів.
Вражаюча провідність і транспорт заряду
Синтезований провідний полімер продемонстрував провідність за типом Друде, з екстрапольованою електропровідністю постійного струму приблизно 200 S/см. Було також виявлено анізотропний транспорт заряду: позаплощинна і внутрішньоплощинна провідності становили приблизно 7 S/см і 16 S/см відповідно. Примітно, що вертикальні пристрої демонстрували зростання провідності при зниженні температури, що є характерним для металевого позаплощинного транспорту.
Цей прорив у дослідженнях провідних полімерів вирішує проблему обмеженого транспорту заряду, спричиненого недостатнім структурним порядком і електронною взаємодією. Дослідження також дає уявлення про тривимірну металеву провідність, відкриваючи нові можливості для розробки електродів, електромагнітного екранування та сенсорів.