中国科学院宁波材料研究所最新Nature！！！

02-12 06:28

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宁波材料研究所中国科学院.

中国科学院宁波材料技术与工程研究所官微微

导电性聚合物是一种具有导电能力的有机聚合物，其中包括聚苯胺、聚合物、聚吡咯等，被称为可替代传统半导体和金属有机材料。导电性聚合物生成成本低，密度低，成膜性能好，机械柔韧性高，化学功能更广，有望成为制备下一代有机电子设备的关键材料。

电荷在导电聚合物薄膜中的传输效率，对其应用性能起着关键作用。整体材料传导的关键在于电荷在不同高聚物链之间的弹跳作用。将线性导电聚合物链排列成高度有序的二维晶体材料是一种有前途的策略，以实现远距离电荷传输。二维结构中的所有高聚物链都将处于平面拓扑交联构象，可以为链之间的电荷传递提供多种途径，避免单个高聚物链结构缺陷造成的电荷陷阱。所以，构建具有二维晶体结构的导电聚合物是提高其电气特性的关键。

中国科学院宁波材料技术与工程研究所、德累斯顿工业大学、德国马普高分子研究所、西班牙巴斯克纳米科学合作研究中心等研究人员制备了多层二维聚苯胺晶体(2DPANI)。这种晶体表现出高导电性和面外金属电荷传递的特点，为研究导电聚合物材料开辟了新的途径。传统的线性导电聚合物主要通过沿着高聚物链移动的载流子实现射速传输，而扩展维度的导电性由于缺乏分子间有序性和电子藕接而较弱。这一新型2DPANI晶体打破了这一局限性。

这种材料是柱形的π由阵型组成，层间距约为3.59埃，周期性菱形表面晶格由交织聚苯胺链组成。电子自旋共振光谱揭示了2DPANI晶格中显著的电子离域现象。根据第一性原理计算，2DPANI中表面的二维共振与由氯桥连接的层叠叠促进的强层电子藕结共同作用，显示出优异的导电性能。

为了评价单个晶体的导电性，本研究选择了太赫兹和红外纳米光谱技术，揭示了该材料具有德鲁德导电性，红外等离子体频率计算出导电性约为200。 S cm−1。通过测量垂直和横向微型设备中的电荷传输行为，研究发现这种材料大约有7种。 S cm−面外电导率为16。 S cm−1表面内电导率，表现出各种异性的三维电荷传输特性。与此同时，垂直微型装置表现出该材料随温度降低而导电增强的特点，证明其独特的面外金属电荷传递行为。

研究预测，增强多层二维导电聚合物的结构缺陷，有望实现更强的表面内外电子莲藕连接，甚至达到三维金属导电水平。这一结果为导电聚合物设备在电极材料、电磁屏蔽、传感器等方面的潜在应用奠定了基础。

二月六日，相关研究结果以《金属面外导电的二维聚苯胺晶体》为基础（Two-dimensional polyaniline crystal with metallic out-of-plane conductivity）问题，发表在《自然》中（Nature）上。该研究得到了国家自然科学基金、浙江省优秀青年基金等的支持。