科学家发现新方法可制造出像塑料一样的导电材料

2022-10-27 09:03:36 来源：科技日报

美国芝加哥大学的科学家们发现了一种方法，可以制造出一种像塑料一样制造，但导电性更像金属的材料。这项研究发表在26日的《自然》杂志上，展示了如何制造一种分子碎片杂乱无章，但仍能极好导电的材料。这一突破表明了电子技术的一种全新的设计原则，可能为新型材料的发明开辟道路。

这项研究与传导性的规则相悖，对科学家来说，就像是看到一辆汽车在水面上，但仍能以每小时约100公里的速度行驶一样。研究的资深作者、芝加哥大学化学副教授约翰·安德森说，“原则上，这开启了一种全新材料的设计，这种材料具有导电性，易于成型，在日常条件下非常坚固。”

制造任何类型的电子设备，无论是智能手机、太阳能电池板还是电视，导电材料都是绝对必要的。到目前为止，最古老和最大的一组导体是金属：铜、金、铝。大约50年前，科学家们能够使用一种被称为“掺杂”的化学处理方法，制造出由有机材料制成的导体。“掺杂”是指在材料中撒入不同的原子或电子，这些材料比传统金属更灵活，更容易加工，但问题是它们不太稳定，如果暴露在湿气中或温度太高，它们可能会失去导电性。

科学家们认为，一种材料必须有内部分子笔直、有序的排列，才能有效地导电。于是，研究人员将镍原子像珍珠一样穿成一串由碳和硫制成的分子珠进行测试。

令科学家惊讶的是，这种材料很容易导电，且导电性很强。更重要的是，它非常稳定。这种新材料可以在室温下制造，还不受炎热、寒冷、潮湿以及酸碱环境的影响。

更令人惊讶的是，这种材料的分子结构是无序的。“从基本面来看，这不应该是一种金属。”安德森说，“没有一个可靠的理论来解释这一点。”

科学家们试图了解这种材料是如何导电的。经过测试、模拟和理论工作，他们认为这种材料可以形成层，就像千层面中的薄片。即使薄片横向旋转，不再形成整齐的千层面堆叠，但只要这些薄片相互接触，电子仍然可以水平或垂直移动。

安德森说：“这几乎就像是导电的橡皮泥，把它涂在适当的位置，它就会导电”。

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