Ученые обнаружили, что полимеры — вещества, состоящие из длинной цепочки крупных молекул, — могут проводить электричество не хуже металлов. Открытие полимера, проводящего ток в широком диапазоне температур, может стать революцией в мире материалов и заменить металлы в производстве гаджетов. Статья опубликована в журнале Nature.
Для создания любых электрических устройств от ноутбука до тостера нам нужны проводники — то есть вещества, которые хорошо проводят ток. Со времени открытия электричества для этого использовались металлы: медь, алюминий, золото. Примерно 50 лет назад начались эксперименты с проводящими ток полимерами — органическими веществами, которые можно синтезировать в лаборатории. Первым шагом к этому открытию стало изобретение процесса легирования во второй половине XX века. Легирование — процесс, при котором различные атомы и электроны могут проникать сквозь материал после его облучения, даже если вещество не было проводником. Это означало, что проводящие свойства могут быть не только у металлов. Однако условия существования таких соединений не позволяли применять их на практике: от воздействия влаги и от повышения температуры материал терял свою проводимость.
Новое вещество, полученное учеными из Чикагского университета, тетратиафульвалентетратиолат никеля, — прочное, может находиться во влажном воздухе в течение нескольких недель и выдерживает температуру до +140 °C. «Мы нагревали его, охлаждали, подвергали воздействию воздуха и влажности и даже капали на него кислотой и щелочью, и ничего не происходило», — говорит Цзя Цзэ Се, один из авторов исследования.
Открытие поставило под вопрос ранние знания о проводимости, так как считалось, что для проведения тока нужна твердая кристаллическая решетка. Кристаллическая решетка похожа на автостраду со множеством полос, по которой на большой скорости могут перемещаться электроны. Новый материал обладает аморфной структурой — атомы в нем не упорядочены — и тем не менее проводит ток. Сотрудники лаборатории Чикагского университета долго пытались понять причину электропроводности нового полимера и пришли к выводу, что материал образует слои, как листы в лазанье. Поэтому электроны могут перемещаться по горизонтали и вертикали, когда листы соприкасаются.
Использование проводящих ток полимеров крайне привлекательно для новых технологий. Найденный полимер, как и все виды пластика, более гибкий и проще поддается обработке. При этом новый материал прочнее металла, что делает его перспективным для повседневного использования. Возможно, синтезировать его будет дешевле, чем добывать и обрабатывать для этой же цели металлы, — и тогда нас ждет новая техническая революция, в которой пластик заменит железо.
Автор: Алиса Ершова
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
