2月6日，《自然》发布了中国科学院宁波材料技术与工程研究所、德累斯顿工业大学、德国马普高分子研究所、西班牙CICIC，以及具有金属面外导电性的二维聚苯胺晶体。 nanoGUNE-BRTA研究中心和其他研究团队的联合研究成果。它们首次成功地制备了一种二维聚苯胺(2DPANI)晶体，具有高导电性和面外金属电荷输送的特点，为研究导电聚合物材料开辟了新的途径。

导电性聚合物是一种有机聚合物，主要包括聚苯胺、聚硫命令和聚吡咯等，它们被称为有机材料，可以替代传统的半导体和金属。

由于导电聚合物生成成本低、密度低、成膜性能好、机械柔韧性高、化学功能更广，有望成为制备下一代有机电子设备的关键材料。电荷在导电聚合物薄膜中的传输效率对其应用性能起着关键作用，其中电荷在整体材料传导中的弹跳作用是不同聚合物链之间的关键。

一种有前途的策略是将线性导电聚合物链排列成高度有序的二维晶体材料，以实现远距离电荷传输。

在这种二维结构中，所有高聚物链都将处于平面拓扑交联构象，这将为链之间的电荷传输提供多种方式，并有效避免单个高聚物链结构缺陷造成的电荷陷阱。

电荷在不同导电聚合物结构中的传输方式：图左为一维结构，图右为二维结构。图片来源：宁波材料研究所

所以，具有二维晶体结构的导电聚合物的构建是提高其电气特性的关键。

传统的线性导电聚合物主要通过沿高聚物链移动的载流子实现射速传输，但由于缺乏分子间有序性和电子藕合，扩展层面(即高聚物链或层之间)的导电性较弱。《自然》报道的这种新型2DPANI晶体打破了这种局限性。

这种材料是柱形的π由阵型组成，层间距约为3.59埃，周期性菱形表面晶格由交织聚苯胺链组成。电子自旋共振光谱揭示了2DPANI晶格中显著的电子离域现象。根据第一性原理计算，2DPANI中表面的二维共振和由氯桥连接的层叠叠促进的强固层电子莲藕共同作用，实现了优异的导电性能。

为了评估单个晶体的导电性，研究人员选择了太赫兹和红外纳米光谱技术，这表明该材料具有德鲁德导电性，红外等离子体频率计算的导电性约为200西门子/厘米。(S/cm)。

该材料具有约7S/cm的面外电导率和约16S/cm的面内电导率，通过测量垂直和横向微设备中的电荷传输行为，显示出各种异性的三维电荷传输特性。此外，垂直微设备还表现出材料随温度降低而导电性增强的特点，证明了其独特的面外金属电荷传输行为。

研究人员预测，通过优化这种多层叠叠二维导电聚合物的结构缺陷，有望在表面内外实现更强的电子藕合，甚至达到三维金属导电的水平。这一研究结果为导电聚合物设备在电极材料、电磁屏蔽、传感器等领域的应用提供了广阔的前景。

作为本文的共同第一作者，宁波材料研究所研究员张涛获得了国家自然科学基金、浙江省优秀青年基金等项目的支持。