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前沿?zé)狳c(diǎn)：新材料如塑料般制造但像金屬那樣導(dǎo)電
發(fā)布時(shí)間：2022-10-28 15:40:10
文章來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)
新材料如塑料般制造但像金屬那樣導(dǎo)電
(相關(guān)資料圖)
美國(guó)芝加哥大學(xué)的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種方法，可以制造出一種像塑料一樣制造，但導(dǎo)電性更像金屬的材料。這項(xiàng)研究發(fā)表在26日的《自然》雜志上，展示了如何制造一種分子碎片雜亂無(wú)章，但仍能極好導(dǎo)電的材料。這一突破表明了電子技術(shù)的一種全新的設(shè)計(jì)原則，可能為新型材料的發(fā)明開辟道路。
這項(xiàng)研究與傳導(dǎo)性的規(guī)則相悖，對(duì)科學(xué)家來(lái)說(shuō)，就像是看到一輛汽車在水面上，但仍能以每小時(shí)約100公里的速度行駛一樣。研究的資深作者、芝加哥大學(xué)化學(xué)副教授約翰·安德森說(shuō)，“原則上，這開啟了一種全新材料的設(shè)計(jì)，這種材料具有導(dǎo)電性，易于成型，在日常條件下非常堅(jiān)固。”
制造任何類型的電子設(shè)備，無(wú)論是智能手機(jī)、太陽(yáng)能電池板還是電視，導(dǎo)電材料都是絕對(duì)必要的。到目前為止，最古老和最大的一組導(dǎo)體是金屬：銅、金、鋁。大約50年前，科學(xué)家們能夠使用一種被稱為“摻雜”的化學(xué)處理方法，制造出由有機(jī)材料制成的導(dǎo)體。“摻雜”是指在材料中撒入不同的原子或電子，這些材料比傳統(tǒng)金屬更靈活，更容易加工，但問(wèn)題是它們不太穩(wěn)定，如果暴露在濕氣中或溫度太高，它們可能會(huì)失去導(dǎo)電性。
科學(xué)家們認(rèn)為，一種材料必須有內(nèi)部分子筆直、有序的排列，才能有效地導(dǎo)電。于是，研究人員將鎳原子像珍珠一樣穿成一串由碳和硫制成的分子珠進(jìn)行測(cè)試。
令科學(xué)家驚訝的是，這種材料很容易導(dǎo)電，且導(dǎo)電性很強(qiáng)。更重要的是，它非常穩(wěn)定。這種新材料可以在室溫下制造，還不受炎熱、寒冷、潮濕以及酸堿環(huán)境的影響。
更令人驚訝的是，這種材料的分子結(jié)構(gòu)是無(wú)序的。“從基本面來(lái)看，這不應(yīng)該是一種金屬。”安德森說(shuō)，“沒(méi)有一個(gè)可靠的理論來(lái)解釋這一點(diǎn)。”
科學(xué)家們?cè)噲D了解這種材料是如何導(dǎo)電的。經(jīng)過(guò)測(cè)試、模擬和理論工作，他們認(rèn)為這種材料可以形成層，就像千層面中的薄片。即使薄片橫向旋轉(zhuǎn)，不再形成整齊的千層面堆疊，但只要這些薄片相互接觸，電子仍然可以水平或垂直移動(dòng)。
安德森說(shuō)：“這幾乎就像是導(dǎo)電的橡皮泥，把它涂在適當(dāng)?shù)奈恢?，它就?huì)導(dǎo)電”。
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