Yeni Polimer Kristali Elektriği Metal Gibi İletiyor

Polianilin, politiyofen ve polipirol gibi iletken polimerler mükemmel elektrik iletkenlikleriyle tanınmakta ve geleneksel yarı iletkenler ve metallere karşı umut verici, düşük maliyetli, hafif ve esnek alternatifler olarak ortaya çıkmaktadır. Bu malzemelerin önemi, 2000 yılında Nobel Kimya Ödülü'nün iletken polimerlerin çığır açan keşfi ve geliştirilmesi nedeniyle Alan J. Heeger, Alan G. MacDiarmid ve Hideki Shirakawa'ya verilmesiyle pekişmiştir. Bu takdir, polimerlerin modern bilim ve teknolojideki dönüştürücü potansiyelini vurgulamıştır. Önemli ilerlemelere rağmen, bu malzemeler elektronları esas olarak polimer zincirleri boyunca iletmektedir. Ancak, moleküller iyi bağlanmadığı ve elektronik etkileşimler zayıf olduğu için polimer teller veya katmanlar arasındaki iletkenlik sınırlı kalmaktadır.

Bu sorunu çözmek için, TU Dresden ve Max Planck Mikro Yapı Fiziği Halle Enstitüsü'nden bir araştırma ekibi, uluslararası ortaklarla işbirliği içinde, çok katmanlı iki boyutlu polianilin kristalini (2DPANI) sentezledi ve karakterize etti. "Bu malzeme sadece katmanları içinde değil, aynı zamanda katmanlar boyunca dikey olarak da olağanüstü iletkenlik sergiliyor. Buna metalik düzlem dışı yük taşıma veya 3D iletim diyoruz. Bu, polimer araştırmalarında temel bir atılımdır" diyor TU Dresden Teorik Kimya Kürsüsü Başkanı Thomas Heine. Heine, TU Dresden ve Görlitz'deki CASUS İleri Sistemler Anlama Merkezi'ndeki ekibiyle birlikte önce polimerin yapısını simüle etti ve metalik karakterini hesapladı.

TU Dresden'deki Dresden Elektronik Geliştirme Merkezi'ndeki (cfaed) Xinliang Feng ve ekibi ve Halle'deki Max Planck Mikro Yapı Fiziği Enstitüsü yeni polimeri sentezledi ve doğru akım taşıma çalışmaları gerçekleştirdi. Bu ölçümler, 16 S/cm düzlem içi ve 7 S/cm düzlem dışı anizotropik iletkenlik göstermektedir - geleneksel doğrusal iletken polimerlerden yaklaşık üç kat daha yüksek. Ayrıca, düşük sıcaklık ölçümleri, düzlem dışı iletkenliğin sıcaklık düştükçe arttığını göstermektedir - metallerin karakteristik bir davranışı - malzemenin olağanüstü metalik düzlem dışı elektrik taşıma özelliklerini doğrulamaktadır.

İspanya, San Sebastián'daki CIC nanoGUNE'de kızılötesi ve terahertz yakın alan mikroskopisi kullanılarak daha fazla ölçüm gerçekleştirildi. Bunlar yaklaşık 200 S/cm'lik bir DC iletkenliği ortaya koydu.

Bu buluş, metal içermeyen organik ve polimerik malzemelerde üç boyutlu metalik iletkenlik elde etme olasılığının önünü açıyor. Bu da elektronik, elektromanyetik kalkan ve sensör teknolojisindeki uygulamalar için heyecan verici yeni beklentiler yaratıyor. Metalik polimer, örneğin hidrojen üretimi için elektrokimya ve fotoelektrokimyada işlevsel bir elektrot olarak kullanılabilir.

KAYNAK: https://www.chemeurope.com/en/news/1185577/breakthrough-in-conductive-polymers.html