Найден способ улучшения проводимости полимеров

Материалы, носящие название сопряжённые полимеры, известны как перспективные кандидаты на использование в электронике: в конденсаторах, фотодиодах, датчиках, органических светодиодах и термоэлектрических устройствах. Основное препятствие заключается в том, что до сих пор никто не понимал, почему эти материалы проводят электрический ток, и, соответственно,не мог предсказать, как они поведут себя в реальных устройствах.

В работе, освещаемой в статье журнала Advanced Materials, физики Массачусетского технологического института (MIT) и Брукхэвенской Национальной Лаборатории впервые описали движение носителей заряда в этих средах, создав предпосылки для их прикладного использования.

Сопряжённые полимеры занимают промежуточное место между кристаллами и аморфными материалами. В этом кроются сложности их изучения: если кристаллы и аморфные вещества могут быть представлены идеализированными — полностью упорядоченными и полностью хаотическими моделями, то в таких полимерах области порядка и беспорядка соседствуют между собой абсолютно случайным образом.

Переход носителя заряда — иона — через границу из домена одного типа в другой является наиболее трудной для понимания частью процесса проводимости в сопряженных полимерах. В объемных материалах ионы могут двигаться в любом направлении, но полимеры могут быть очень тонкими и число соседних доменов, в которые может перепрыгнуть ион, в таком случае становится невелико. Уменьшение количества опций делает проводимость более эффективной. «С уменьшением толщины условия для проводимости улучшаются, даже если материал остается прежним», — подчеркивает первый автор статьи, Эсли Угур (Asli Ugur).

Объектом исследования стал сопряжённый полимер PEDOT, обладающий удачным сочетанием электропроводности и стабильности. Одним из вопросов, на которые авторы искали ответ, был верхний предел проводимости этого полимера. Эта информация необходима для оценки потенциальной полезности PEDOT для различных приложений.

Когда этот материал был впервые получен, его проводимость составляла 1-10 См/см, со временем ее удалось улучшить, где-то на порядок. В новом исследовании, благодаря созданию сверхтонких слоев, усиливающих механизм перепрыгивания между доменами, проводимость этого полимера превысила значение 3000 См/см.

Наряду с высокой электропроводностью такие образцы были гибкими и полностью прозрачными, что делает их потенциальной альтернативой оксидным материалам для прозрачных электродов, таким как ITO.

Хотя эксперименты проводились только с PEDOT, полученные результаты, как уверяет Угур, можно обобщить на весь класс сопряженных полимеров.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365