一個研究小組開發了一種革命性的二維聚苯胺（2DPANI）晶體，克服了聚合物中主要的導電性限制。其獨特的多層結構允許金屬電荷傳輸，為電子和材料科學的新應用奠定了基礎。
一個國際研究小組成功地創造了一種多層二維聚苯胺（2DPANI）晶體，表現出優異的導電性和以金屬樣方式傳輸電荷的獨特能力。他們的研究結果發表在2月5日的《自然》雜誌上。
導電聚合物 —— 如聚苯胺、聚噻吩和聚吡咯 —— 因其導電性而受到重視，並為傳統半導體和金屬提供了一個有前途的替代品。它們重量輕，靈活，成本效益高，使它們對各種技術應用具有吸引力。
儘管它們具有潛力，但一個主要的挑戰是如何實現有效的電荷傳輸，特別是在聚合物鏈之間。這一限制限制了它們的整體性能，並減緩了它們在實際應用中的採用。
合成二聚苯胺的新方法
為了應對這一挑戰，來自中國科學院寧波材料技術與工程研究所（NIMTE）、德累斯頓工業大學、馬克斯普朗克微觀結構物理研究所和CIC nanoGUNE BRTA的研究人員利用陰離子表面活性劑單層在水面上對苯胺進行拓撲定向二維聚合，開發了一種新型的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（Å）的柱狀π陣列和菱面體晶格，這是一種由交織的聚苯胺鏈形成的特定類型的晶體結構。如電子自旋共振光譜和第一性原理計算所證實的那樣，這種結構有助於強的平面內共軛和層間電子耦合。
令人印象深刻的電導率和電荷傳輸
合成的導電聚合物表現出德魯德型電導率，外推的直流電導率約為200 S/cm。還觀察到各向異性電荷輸運，面外和面內電導率分別約為7 S/cm和面內電導率約為16 S/cm。
值得注意的是，垂直器件在較低溫度下表現出更高的導電性，這是金屬面外輸運的特徵。
聚合物研究的這一進展解決了由結構有序和電子耦合不足引起的有限電荷傳輸問題。該研究還提供了對三維金屬導電性的見解，為電極、電磁屏蔽和傳感器的發展開闢了新的途徑。
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