中国科学院 ARP系统 继续教育网 English 邮箱登录 网站地图
您现在的位置:首页>新闻动态>科技资讯
Nature: 一种新的n型导电聚合物合成策略
更新日期:2022-11-05  

最近,华南理工大学黄飞教授、曹镛院士、马於光院士与南方科技大学和北京大学的团队合作,创新地提出了一种新的n型导电聚合物合成策略。合成的聚合物聚(苯并双呋喃二酮)(PBFDO)展现出超高的电导率(2000 S cm-1)以及良好的空气稳定性,在有机电化学晶体管、有机热电器件和柔性印刷电极中具有良好的性能和应用前景。该研究成果以A solution-processed n-type conducting polymer with ultrahigh conductivity为题发表在近期的《自然》杂志上Nature, 2022, DOI: 10.1038/s41586-022-05295-8

导电聚合物已经在太阳能电池、传感器和一些显示技术中得到了广泛应用。但目前已报道的绝大部分高性能导电聚合物展现出空穴占主导的传输特性(p型),而n型导电聚合物的发展落后,主要表现为掺杂效率较低以及稳定性较差。

1 导电聚合物PBFDO的合成机理图

为了实现高性能的n型导电聚合物,研究人员经过对聚合反应以及掺杂进程精心设计,利用醌类氧化剂可逆的氧化还原特性,在以四甲基苯醌为氧化剂的条件下,首先利用氧化反应实现苯并双呋喃二酮前驱体的脱氢聚合;另外,随着聚合程度的提高,生成的聚合物具有极低的还原能级,同时生成的四甲基氢醌又具有一定的还原性,从而同步实现对聚合物的原位n型掺杂。该过程提高了聚合物的n型掺杂效率,获得了导电率达到2000 S cm-1n型导电聚合物。

研究团队进一步通过变温电阻,霍尔效应,变温磁阻,电子顺磁共振以及超导量子干涉对材料的传输机制进行了详细研究,发现所合成的n型导电聚合物处于金属-绝缘体(M-I)相变中的临界区,并展现出类似于金属的泡利磁矩以及电子屏蔽等特性。

作者表示,由于所合成的聚合物具有超高的电导率以及优异的空气稳定性,该研究成果进一步拓展n型导电聚合物的应用场景,并在多种有机电子器件中展示出优异的性能,如有机电化学晶体管、有机热电器件以及柔性印刷电极等。有望通过进一步的工艺改进,实现其市场化应用。

(摘自 高分子科技公众号