科学家发现可以像塑料一样制造但像金属一样导电的材料

芝加哥大学的科学家们发现了一种制造材料的方法，这种材料可以像塑料一样制造，但导电性更像金属。这项研究于10月26日发表在《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。

这违反了我们所知道的关于电导率的所有规则——对于科学家来说，这有点像看到一辆汽车在水上行驶，但仍以70英里/小时的速度行驶。但这一发现也可能非常有用。如果你想发明一些革命性的东西，这个过程通常首先从发现一种全新的材料开始。

芝加哥大学化学副教授约翰·安德森(JohnAnderson)说：“原则上，这开启了一类全新材料的设计，这些材料可以导电、易于成型并且在日常条件下非常坚固。”该研究的资深作者。“从本质上讲，它为一组极其重要的材料技术提供了新的可能性，”该论文的第一作者谢佳泽(22届博士，现就读于普林斯顿大学)说。

“没有可靠的理论来解释这一点”

如果您要制造任何类型的电子设备，无论是iPhone、太阳能电池板还是电视，导电材料都是绝对必要的。迄今为止，最古老和最大的导体组是金属：铜、金、铝。然后，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，这种化学处理方法通过材料散布不同的原子或电子。

这是有利的，因为这些材料比传统金属更灵活，更容易加工，但问题是它们不是很稳定;如果暴露在湿气中或温度过高，它们可能会失去导电性。

但从根本上说，这些有机导体和传统金属导体都具有共同的特征。它们由直排、紧密排列的原子或分子组成。这意味着电子可以很容易地流过这种材料，就像高速公路上的汽车一样。事实上，科学家们认为材料必须有这些笔直、有序的排列才能有效地导电。

然后谢开始用几年前发现的一些材料进行试验，但在很大程度上被忽略了。他将镍原子像珍珠一样串成一串由碳和硫制成的分子珠，然后开始测试。

令科学家们惊讶的是，这种材料很容易且很强地导电。更重要的是，它非常稳定。“我们把它加热、冷却、暴露在空气和潮湿环境中，甚至在上面滴酸碱，什么都没有发生，”谢说。这对于必须在现实世界中运行的设备非常有帮助。

但对科学家来说，最引人注目的是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。“没有可靠的理论来解释这一点。”

谢、安德森和他们的实验室与大学周围的其他科学家合作，试图了解这种材料是如何导电的。经过测试、模拟和理论研究，他们认为这种材料形成了层，就像烤宽面条中的薄片一样。即使薄片横向旋转，不再形成整齐的千层面堆叠，只要薄片接触，电子仍然可以水平或垂直移动。

最终结果对于导电材料来说是前所未有的。安德森说：“它几乎就像导电的橡皮泥——你可以将它涂抹在适当的位置，它就会导电。”

科学家们很兴奋，因为这一发现为电子技术提出了一种全新的设计原则。他们解释说，导体是如此重要，以至于几乎任何新的发展都会开辟新的技术路线。

该材料的吸引人的特性之一是加工的新选择。例如，金属通常必须熔化才能制成适合芯片或设备的形状，这限制了您可以用它们制造的东西，因为设备的其他组件必须能够承受加工所需的热量这些材料。

新材料没有这样的限制，因为它可以在室温下制造。它也可以用于需要设备或设备部件承受热、酸或碱度或湿度的情况，以前限制了工程师开发新技术的选择。

该团队还在探索这种材料可能产生的不同形式和功能。“我们认为我们可以将其制成2D或3D，使其多孔，甚至通过添加不同的链接器或节点来引入其他功能，”谢说。