科学家创造出一种能像金属一样导电的超薄聚合物

    一个研究小组开发出一种革命性的二维聚苯胺（2DPANI）晶体，克服了聚合物在导电性方面的主要限制。其独特的多层结构允许金属电荷传输，为电子学和材料科学的新应用创造了条件。

    多层堆叠二维导电聚合物中的高效电荷传输。资料来源：NIMTE

    一个国际研究小组成功地制造出了一种多层二维聚苯胺（2DPANI）晶体，这种晶体具有卓越的导电性和类似金属的独特电荷传输能力。他们的研究成果于2月5日发表在《自然》（Nature）上。

    导电聚合物（如聚苯胺、聚噻吩和聚吡咯）因其导电性而备受推崇，并有望成为传统半导体和金属的替代品。它们重量轻、柔韧性好、成本效益高，因此对各种技术应用具有吸引力。

    尽管它们潜力巨大，但实现高效电荷传输，尤其是聚合物链之间的电荷传输一直是一大挑战。这一局限性限制了它们的整体性能，减缓了它们在实际应用中的速度。

    为了应对这一挑战，中国科学院宁波材料技术与工程研究所（NIMTE）、德累斯顿工业大学（TUDresden）、马克斯-普朗克微结构物理研究所（MaxPlanckInstituteofMicrostructurePhysics）和CICnanoGUNE的研究人员通过在水面上使用阴离子表面活性剂单层对苯胺进行拓扑定向二维聚合，开发出了一种新型2DPANI晶体。

    2DPANI晶体的畴尺寸为130-160平方微米（μm2），厚度从几十纳米到几百纳米不等。它具有层间距为3.59埃的柱状π阵列和斜方晶格（一种由交织的聚苯胺链形成的特殊晶体结构）。电子自旋共振光谱学和第一原理计算证实，这种结构有利于产生强大的面内共轭和层间电子耦合。

    合成的导电聚合物具有德鲁德型电导率，推断直流电导率约为200S/cm。此外，还观察到各向异性的电荷传输，面外和面内电导率分别约为7S/cm和16S/cm。

    值得注意的是，垂直器件在较低温度下的电导率不断提高，这是金属平面外传输的特征。

    这一聚合物研究进展解决了因结构有序性和电子耦合不足而导致的电荷传输受限问题。这项研究还深入探讨了三维金属导电性，为电极、电磁屏蔽和传感器的开发开辟了新途径。