ساخت کریستال پلیمری که مانند فلز، برق را هدایت می کند
نکسترو: تیمی بین المللی از محققان، همچون دانشمندان دانشگاه صنعتی درسدن (TUD Dresden)، موفق به توسعه پلیمر دو بعدی رسانا با خواص منحصربه فرد شده اند. این کشف بنیادین، افق های تازه ای را برای توسعه الکترونیک آلی کارآمدتر فراهم می آورد.
به گزارش گروه علمی ایرنا از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، پلیمرهای رسانا مانند پلی آنیلین (Polyaniline)، پلی تیوفن (Polythiophene) و پلی پیرول (Polypyrrole) به علت هدایت الکتریکی عالی خود، بعنوان جایگزین های ارزان، سبک و منعطف برای نیمه هادی ها و فلزات سنتی مطرح شده اند. اهمیت این مواد زمانی برجسته شد که جایزه نوبل شیمی در سال ۲۰۰۰ به آلن جی. هیگر (Alan J. Heeger)، آلن جی. مک دیارمید (Alan G. MacDiarmid) و هیدکی شیرکاوا (Hideki Shirakawa) به علت کشف و توسعه پلیمرهای رسانا اعطا شد.
با وجود پیشرفت های چشم گیر، هدایت الکتریکی در این پلیمرها معمولا در امتداد زنجیره های پلیمری رخ می دهد، در حالیکه هدایت بین لایه ها به علت ضعف اتصالات مولکولی و تعاملات الکترونیکی محدود باقی می ماند. برای حل این چالش، محققان دانشگاه صنعتی درسدن و مؤسسه ماکس پلانک در فیزیک ریزساختار هاله (Max Planck Institute of Microstructure Physics Halle) با همکاری شرکای بین المللی خود موفق به سنتز و شناسایی کریستال چندلایه ای از پلی آنیلین دوبعدی (۲DPANI) شده اند.
توماس هاینه استاد شیمی نظری در دانشگاه صنعتی درسدن، در رابطه با اهمیت این پژوهش توضیح می دهد: «این ماده نه تنها در درون لایه های خود هدایت بالایی دارد، بلکه به صورت عمودی بین لایه ها هم به خوبی رسانایی را حفظ می نماید. این خصوصیت را انتقال بار فلزی خارج از صفحه یا رسانایی سه بعدی می نامیم که یک پیشرفت اساسی در پژوهش های پلیمری به حساب می آید.»
او و تیمش در دانشگاه درسدن و مرکز درک پیشرفته سیستم ها (CASUS) در گورلیتز، ابتدا ساختار این پلیمر را شبیه سازی کرده و خصوصیت های فلزی آنرا محاسبه کردند. سپس شین لیانگ فنگ و تیم وی در مرکز الکترونیک پیشرفته درسدن (cfaed) بهمراه محققان مؤسسه ماکس پلانک، این پلیمر را سنتز کرده و آزمایش های هدایت الکتریکی مستقیم را روی آن انجام دادند.
مطالعات انجام شده نشان داد که این پلیمر جدید دارای رسانایی ناهمسانگرد است؛ میزان رسانایی الکتریکی آن ۱۶ زیمنس بر سانتی متر درون لایه ای و ۷ زیمنس بر سانتی متر خارج از لایه ای است که تقریبا سه مرتبه قدرتمندتر از پلیمرهای رسانای خطی معمولی به حساب می آید.
آزمایش های دماپایین هم نشان دادند که رسانایی الکتریکی خارج از لایه ها با کاهش دما افزایش می یابد؛ خصوصیت ای که معمولا در فلزات دیده می شود و تأییدی بر خواص استثنایی این ماده در انتقال بار الکتریکی است.
علاوه بر این، اندازه گیری های انجام شده در مرکز تحقیقات نانوGUNE در سن سباستین اسپانیا (CIC nanoGUNE) با استفاده از میکروسکوپ های مادون قرمز و تراهرتز میدان نزدیک، رسانایی جریان مستقیم (DC) در حدود ۲۰۰ زیمنس بر سانتی متر را نشان دادند.
این کشف، امکان دستیابی به رسانایی فلزی سه بعدی را در مواد آلی و پلیمری بدون فلز فراهم می آورد. چنین پیشرفتی می تواند تحولی شگرف در الکترونیک، محافظت الکترومغناطیسی و فناوری حسگرها ایجاد نماید. بعنوان مثال، این پلیمر رسانا می تواند بعنوان یک الکترود فعال در الکتروشیمی و فوتوالکتروشیمی مورد استفاده قرار گیرد و به تولید هیدروژن از راه فرایندهای الکتروشیمیایی کمک نماید.
نتایج این پژوهش، که در نشریه معتبر Nature انتشار یافته است، نشان داده است که دنیای پلیمرهای رسانا در راه جدیدی از توسعه و کاربردهای صنعتی گام برداشته و می تواند جایگزینی قابل اطمینان و کارآمد برای فلزات در فناوری های پیشرفته آینده باشد.
مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب