科学家合成高导电性二维导电聚合物

一个国际研究小组合成了一种多层二维聚苯胺（2DPANI）晶体，实现了独特的金属面外电荷输运和高导电性。这项研究发表在《自然》杂志上

导电聚合物，如聚苯胺、聚噻吩和聚吡咯，以其导电性而闻名，作为传统半导体和金属的低成本、轻质和灵活的替代品，具有巨大的潜力

然而，有效的电荷传输，特别是聚合物链之间的电荷传输一直是一个关键挑战，从而限制了导电聚合物的性能和实际应用

为了应对这一挑战，来自中国科学院宁波材料技术与工程研究所（NIMTE）、德累斯顿大学、马克斯·普朗克微观结构物理研究所和CIC纳米GUNE BRTA的研究人员通过在水面上使用阴离子表面活性剂单层对苯胺进行拓扑定向2D聚合，开发了一种新型2DPANI晶体

2DPANI晶体的畴尺寸为130-160平方微米（μm2），厚度从几十纳米到几百纳米不等。它具有层间距为3.59埃（Å）的柱状π阵列和菱面体晶格，这是一种由交织的聚苯胺链形成的特定类型的晶体结构。如电子自旋共振光谱和第一性原理计算所证实的那样，这种结构有助于强的平面内共轭和层间电子耦合

合成的导电聚合物表现出Drude型电导率，外推直流电导率约为200 S/cm。还观察到各向异性电荷输运，平面外和平面内电导率分别约为7 S/cm和16 S/cm

值得注意的是，垂直器件在较低温度下表现出电导率的增加，这是金属平面外传输的特征

聚合物研究的这一进展解决了由结构有序性和电子耦合不足引起的有限电荷输运问题。该研究还提供了对三维金属导电性的见解，为电极、电磁屏蔽和传感器的开发开辟了新的途径 More information: Tao Zhang et al, Two-dimensional polyaniline crystal with metallic out-of-plane conductivity, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-024-08387-9

Journal information: Nature