顛覆傳統的快速導電聚合物

2021-02-13 新材料在線

多年來，我們一直相信有序的聚合物鏈可以增加塑料的導電率，並以此來研究新一代聚合物。的確，Linköping大學和史丹福大學的研究人員研製出了新型導電聚合物，但這種導電聚合物的機理與此前的研究完全不同。

有機電子有許多優點:成本低、柔性、輕質、不消耗任何稀缺資源。在有機電子的應用上，我們受到了自己想像力的限制。自從2000年導體和半導體塑料獲得諾貝爾獎以後，聚合物得到了很大的發展。但是，導電聚合物的缺點仍然存在，和矽質導體相比，塑料的導電速度慢、充電速度慢。

聚合物由長鏈烴構成，當摻雜其他元素後，塑料具有其特定的屬性。研究人員和開發人員正在進一步研究，希望合成在化工行業應用的更好的新型聚合物。

Linköping大學有機電子實驗室的研究員Simone Fabiano博士解釋說：「最新一代聚合物的電荷運輸是傳統聚合物的2-3倍。」他同時也是該論文的第一作者，其文章發表在《美國國家科學院學報》上。

直到現在，人們都在試圖合成有序聚合物鏈。人們設想，如果聚合物鏈排列有序，那麼應該很容易在鏈之間進行跳躍。Fabiano博士比較了聚合物鏈和義大利麵，結果發現聚合物鏈傾向於彼此排列，而不是所有的鏈糾纏在一起。

但令人興奮的是，研究人員在他們的實驗中觀察到無序的聚合物會迅速有序化排列，形成晶體狀。

Linköping大學有機電子實驗室的同事和史丹福大學的同事一起，研究了發生這種情況的原因。他們表明，物質的結晶度，即固體結構有序化的程度，實際上與聚合物導電的速度無關。

Fabiano說：「這種新一代聚合物的缺陷很少，使得沿著聚合物鏈，電荷移動速度很快。有了導電的載體，電荷就可以利用更少的能量沿著聚合物鏈進行傳遞，以此來製備快速導電的聚合物。」

相反，最理想的情況似乎是聚合物有一定程度的缺陷，聚合物鏈不時的出現聚合，互相交叉，這更容易使得電子進行傳遞。

為了進一步增加導體聚合物和半導體聚合物的導電性，Fabiano博士正在研究改進的電子元器件，並希望依靠化學實現這一目的。

「這種方法在分子水平上設計導電聚合物，目前我們正在研究如何減少聚合物中的缺陷，使聚合物鏈更好地相互接觸，而不是形成大型的晶體。」

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