Американские ученые нашли способ создать материал, в котором молекулярные фрагменты перемешаны и неупорядочены, но при этом могут очень хорошо проводить электричество, сообщает пресс-служба Чикагского университета. Подробно новый материал описан в статье, опубликованной в журнале Nature.
«Это открывает возможности для разработки совершенно нового класса материалов, которые проводят электричество, легко поддаются формованию и очень прочны в повседневных условиях», — сказал Джон Андерсон (John Anderson), доцент кафедры химии Чикагского университета, ведущий автор исследования.
Мы привыкли считать, что материалы, которые хорошо проводят электричество, – это металлы (медь, золото, алюминий и другие). Примерно 50 лет назад к ним добавились проводники из органических материалов. Чтобы создать последние, ученые использовали химическую обработку, известную как легирование, при которой в состав материала добавляют различные атомы или электроны, чтобы придать ему новые химические свойства. Это выгодно, потому что эти материалы более гибкие и их легче обрабатывать, чем традиционные металлы. Но у органических проводников есть большой недостаток: они не очень стабильны и могут потерять свою проводимость – например, при слишком высокой температуре.
Как органические, так и металлические проводники состоят из прямых, плотно упакованных рядов атомов или молекул. Это означает, что электроны могут легко проходить через материал.
Однако у нового материала молекулярная структура неупорядоченная. Молекула «пластилина» содержит цепочку из углерода и серы, к которой добавили атомы никеля. После испытаний, симуляций и теоретической работы ученые поняли, почему материал может проводить электричество. Он образует слои — и даже если они вращаются вбок, не собираясь в аккуратную «стопку», электроны все равно могут двигаться горизонтально или вертикально — до тех пор, пока части соприкасаются.
Более того, новый материал оказался очень стабильным. Исследователи нагревали его, охлаждали, подвергали воздействию воздуха и влажности и даже капали на него кислотой и щелочью — и ничего не произошло.
Новый материал можно производить при комнатной температуре. Его также можно использовать в тех случаях, когда нужно, чтобы устройство или его части выдерживали воздействие тепла, кислоты, щелочи или влаги. Это свойство – заметное преимущество перед традиционными металлическими проводниками. Металлы обычно приходится плавить, чтобы придать им правильную форму для чипа или устройства, а это создает ограничения на то, что можно сделать с ними, поскольку другие компоненты устройства должны выдерживать тепло, необходимое для обработки металлов.
Материалы, проводящие электричество, необходимы для создания электронных устройств – начиная со смартфона и заканчивая солнечной панелью.
[Фото: JOHN ZICH/UNIVERSITY OF CHICAGO]
