Uusi polymeerikide johtaa sähköä kuin metalli

Kansainvälinen tutkimusryhmä, johon kuuluu TUD Dresdenin teknillisen yliopiston tutkijoita, on kehittänyt läpimurron kaksiulotteisen johtavan polymeerin - erityisen, järjestyneen polyaniliinin (2DPANI) muodon, joka osoittaa poikkeuksellista sähkönjohtavuutta ja metallivarauksen kuljetuskäyttäytymistä.

Löytö on perustavanlaatuinen läpimurto polymeeritutkimuksessa, sillä se avaa uusia mahdollisuuksia tehokkaamman orgaanisen elektroniikan kehittämiseen.

Johtavat polymeerit, kuten polyaniliini, polytiofeeni ja polypyrroli, tunnetaan erinomaisesta sähkönjohtavuudestaan, ja niistä on tullut lupaavia edullisia, kevyitä ja joustavia vaihtoehtoja perinteisille puolijohteille ja metalleille.

Huomattavasta edistyksestä huolimatta nämä materiaalit johtavat pääasiassa elektroneja polymeeriketjujaan pitkin. Polymeerisäikeiden tai -kerrosten välinen johtavuus on kuitenkin rajoitettua, koska molekyylit eivät liity toisiinsa hyvin ja elektroniset vuorovaikutukset ovat heikkoja.

Tämän ongelman ratkaisemiseksi tutkimusryhmä Dresdenin yliopistosta ja Max Planck Institute of Microstructure Physics Hallesta on yhteistyössä kansainvälisten kumppaneiden kanssa syntetisoinut ja karakterisoinut monikerroksisen kaksiulotteisen polyaniliinikiteen (2DPANI).

"Tällä materiaalilla on poikkeuksellinen johtavuus - ei vain kerrosten sisällä, vaan myös pystysuunnassa kerrosten poikki. Tätä kutsumme metalliseksi tason ulkopuoliseksi varauksenkuljetukseksi tai 3D-johtavuudeksi.

Tämä on perustavanlaatuinen läpimurto polymeeritutkimuksessa", selittää Thomas Heine, TU Dresdenin teoreettisen kemian johtaja.

Xinliang Feng ja hänen tiiminsä Center for Advancing Electronics Dresdenissä (cfaed) ja Max Planckin mikrorakennefysiikan instituutissa syntetisoivat uuden polymeerin ja suorittivat tasavirran kulun tutkimuksia. Nämä mittaukset osoittavat anisotrooppisen johtavuuden 16 S/cm tasossa ja 7 S/cm tason ulkopuolella - noin kolme suuruusluokkaa korkeampi kuin perinteiset lineaariset johtavat polymeerit.

Lisäksi matalan lämpötilan mittaukset osoittavat, että tason ulkopuolinen johtavuus kasvaa lämpötilan laskiessa - mikä on metallien tyypillinen käyttäytyminen - mikä vahvistaa materiaalin poikkeukselliset metalliset tason ulkopuoliset sähköiset kuljetusominaisuudet.

Jo aiemmin tutkijat ovat osoittaneet, että polymeerit voivat olla lämpösähköisiä ja puolimetallisia materiaaleja.

Nyt tämä läpimurto avaa mahdollisuuden kolmiulotteisen metallisen johtavuuden saavuttamiseen metallittomissa orgaanisissa ja polymeerisissä materiaaleissa. Tämä avaa jännittäviä uusia mahdollisuuksia elektroniikan, sähkömagneettisen suojauksen ja anturitekniikan sovelluksille.

Metallipolymeeri voisi toimia toiminnallisena elektrodina sähkökemiassa ja valoelektrokemiassa esimerkiksi vedyn tuotannossa.

Aiheesta aiemmin:

Vetyä ja polymeeriä akkuihin

Metamateriaaleja tulostustekniikalla