یک تیم بین‌المللی از پژوهشگران موفق به ساخت کریستال دو‌بعدی پلی‌آنیلین (۲DPANI) با ساختاری چندلایه شده‌اند که رسانایی استثنایی از خود نشان می‌دهد و قابلیت انتقال بار به شیوه‌ای مشابه فلز دارد. نتایج این پژوهش در ۵ فوریه ۲۰۲۵ در نشریه Nature منتشر شده است.
پیشرفت جدید در رسانایی پلیمر‌ها
به گزارش ساینس دیلی، پلیمرهای رسانا مانند پلی‌آنیلین، پلی‌تیوفن و پلی‌پیرول به دلیل ویژگی‌های الکتریکی خود جایگزین‌های امیدوارکننده‌ای برای نیمه‌رسانا‌ها و فلزات سنتی محسوب می‌شوند. این مواد علاوه بر سبک و انعطاف‌پذیر بودن، هزینه تولید کمتری نیز دارند که آنها را برای کاربرد‌های فناورانه جذاب می‌کند.
با این حال، یکی از چالش‌های اساسی در استفاده از این مواد، بهبود کارایی انتقال بار، به‌ویژه میان زنجیره‌های پلیمری است. این محدودیت، عملکرد کلی پلیمرهای رسانا را کاهش داده و کاربرد عملی آنها را محدود کرده است.
روش نوآورانه برای سنتز ۲DPANI
برای رفع این چالش، پژوهشگرانی از مؤسسه فناوری و مهندسی مواد نینگبو (NIMTE) آکادمی علوم چین (CAS)، دانشگاه صنعتی درسدن، مؤسسه ماکس پلانک فیزیک ریزساختار و مرکز CIC nanoGUNE BRTA، موفق به توسعه کریستال دو‌بعدی پلی‌آنیلین با استفاده از پلیمریزاسیون هدفمند توپولوژیکی در سطح آب و با کمک یک مونومر سورفکتانت آنیونی شده‌اند.
کریستال ۲DPANI به دست آمده، اندازه‌ای در محدوده ۱۳۰ تا ۱۶۰ میکرومتر مربع و ضخامتی بین ده‌ها تا صد‌ها نانومتر دارد. این ماده دارای آرایه‌های ستونی π با فاصله بین‌لایه‌ای ۳.۵۹ آنگستروم و ساختار بلوری رومبوهدرال (لوزی‌شکل) است که در آن زنجیره‌های پلی‌آنیلین به‌صورت درهم‌تنیده قرار گرفته‌اند. این ساختار باعث افزایش پیوند‌های الکترونیکی بین لایه‌ها شده و انتقال بار را بهبود می‌بخشد. این ویژگی‌ها از طریق طیف‌سنجی رزونانس الکترونی اسپین (ESR) و محاسبات اصول اولیه تأیید شده‌اند.
ویژگی‌های رسانایی قابل توجه
پلیمر سنتز شده دارای رسانایی از نوع Drude است که مقدار رسانایی مستقیم (DC) آن حدود ۲۰۰ سیمنس بر سانتی‌متر (S/cm) محاسبه شده است. علاوه بر این، رسانایی ناهمسانگرد در این ماده مشاهده شده است؛ به طوری که رسانایی خارج از صفحه ۷ S/cm و رسانایی درون صفحه ۱۶ S/cm گزارش شده است.
نکته قابل توجه این است که رسانایی عمودی دستگاه‌های ساخته‌شده با این پلیمر، در دما‌های پایین‌تر افزایش یافته است که مشخصه‌ای از انتقال بار فلزی در جهت خارج از صفحه محسوب می‌شود.
این پیشرفت، چالش اصلی محدودیت انتقال بار در پلیمرهای رسانا را که ناشی از ساختار نامنظم و پیوند‌های الکترونیکی ضعیف بود، برطرف کرده است. همچنین، این پژوهش چشم‌انداز جدیدی برای دستیابی به رسانایی فلزی در ابعاد سه‌بعدی ارائه می‌دهد و می‌تواند کاربرد‌های گسترده‌ای در ساخت الکترودها، محافظ‌های الکترومغناطیسی و حسگر‌ها داشته باشد.
انتهای پیام/