Исследование под названием "Scientists synthesize highly conductive 2D conducting polymer" опубликовано в журнале Nature и посвящено прорывному способу создания уникального двухмерного материала. В его основе лежит полимеранилин, ранее известный в ряду проводящих полимеров наряду с политиофеном и полипирролом.
Предыдущие варианты подобных материалов ценились за способность проводить электрический ток и обещали стать лёгкой и гибкой альтернативой металлам и традиционным полупроводникам. Однако их потенциальные преимущества тормозились низкой эффективностью переноса заряда по межцепочечным связям, что сдерживало вывод данных полимеров на массовый рынок высокопроводящих устройств.
Исследовательская группа из Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering (NIMTE) Китайской академии наук (CAS), TU Dresden, Max Planck Institute of Microstructure Physics и центра CIC nanoGUNE BRTA смогла изменить ситуацию, разработав двухмерную форму полимеранилина (2DPANI). Этот материал получил упорядоченную архитектуру, способную улучшить межслоевой перенос заряда.
Ключевой этап синтеза заключался в топологически направляемой двумерной полимеризации анилина: учёные применяли анионный сурфактант на поверхности воды, добиваясь формирования многослойной кристаллической структуры. Сам кристалл 2DPANI вырастал с площадью от 130 до 160 мкм² и толщиной от нескольких десятков до сотен нанометров.
Рентгеновская дифракция показала наличие колончатых π-упаковок, межслоевые расстояния в 3,59 Å, а также ромбоэдрические решётки, образованные переплетёнными цепочками полимеранилина. Дополнительные эксперименты методом электронного спин-резонанса и расчёты по первым принципам подтвердили сильную плоскостную сопряжённость и надёжную электронную связь между слоями.
Замеры указали на проводимость, описываемую моделью проводника Друде, с экстраполированной проводимостью в районе 200 См/см по постоянному току. Наблюдалась анизотропия между направлениями тока в плоскости (около 16 См/см) и перпендикулярно ей (около 7 См/см). Вертикальный транспорт продемонстрировал характерную для металлов особенность увеличения проводимости при понижении температуры.
Устранение проблемы слабого межцепочечного взаимодействия стало критически важным шагом для разработки по-настоящему высокопроводящих полимеров. Теперь трёхмерная металлическая проводимость может стать достижимой в масштабных практических решениях.
Результаты открывают путь к созданию перспективных электродов, эффективных экранов для электромагнитной защиты и высокочувствительных сенсоров на основе упорядоченных полимерных слоёв. Полученный 2D-полимер указывает на долгожданное объединение гибкости органических материалов и устойчивости металлоподобных систем в одной структуре.
Изображение носит иллюстративный характер
Предыдущие варианты подобных материалов ценились за способность проводить электрический ток и обещали стать лёгкой и гибкой альтернативой металлам и традиционным полупроводникам. Однако их потенциальные преимущества тормозились низкой эффективностью переноса заряда по межцепочечным связям, что сдерживало вывод данных полимеров на массовый рынок высокопроводящих устройств.
Исследовательская группа из Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering (NIMTE) Китайской академии наук (CAS), TU Dresden, Max Planck Institute of Microstructure Physics и центра CIC nanoGUNE BRTA смогла изменить ситуацию, разработав двухмерную форму полимеранилина (2DPANI). Этот материал получил упорядоченную архитектуру, способную улучшить межслоевой перенос заряда.
Ключевой этап синтеза заключался в топологически направляемой двумерной полимеризации анилина: учёные применяли анионный сурфактант на поверхности воды, добиваясь формирования многослойной кристаллической структуры. Сам кристалл 2DPANI вырастал с площадью от 130 до 160 мкм² и толщиной от нескольких десятков до сотен нанометров.
Рентгеновская дифракция показала наличие колончатых π-упаковок, межслоевые расстояния в 3,59 Å, а также ромбоэдрические решётки, образованные переплетёнными цепочками полимеранилина. Дополнительные эксперименты методом электронного спин-резонанса и расчёты по первым принципам подтвердили сильную плоскостную сопряжённость и надёжную электронную связь между слоями.
Замеры указали на проводимость, описываемую моделью проводника Друде, с экстраполированной проводимостью в районе 200 См/см по постоянному току. Наблюдалась анизотропия между направлениями тока в плоскости (около 16 См/см) и перпендикулярно ей (около 7 См/см). Вертикальный транспорт продемонстрировал характерную для металлов особенность увеличения проводимости при понижении температуры.
Устранение проблемы слабого межцепочечного взаимодействия стало критически важным шагом для разработки по-настоящему высокопроводящих полимеров. Теперь трёхмерная металлическая проводимость может стать достижимой в масштабных практических решениях.
Результаты открывают путь к созданию перспективных электродов, эффективных экранов для электромагнитной защиты и высокочувствительных сенсоров на основе упорядоченных полимерных слоёв. Полученный 2D-полимер указывает на долгожданное объединение гибкости органических материалов и устойчивости металлоподобных систем в одной структуре.
