甬派客户端记者 成良田 通讯员 高晓静

《自然》官网论文截图

春节后第二个工作日，一大早，中国科学院宁波材料所传来一个好消息。

北京时间2月6日，国际学术期刊英国《自然》（《Nature》）杂志发表了该所联合国际团队突破的一项重要创新成果——制备出具有优良导电性能的多层堆叠二维聚苯胺晶体。

“这一研究成果为导电聚合物材料在电极材料、电磁屏蔽、传感器等领域的应用提供了广阔前景。”科研人员预测。

聚苯胺是一款具有百年历史的导电高分子材料，是众多导电聚合物之一，近年来备受瞩目。

导电聚合物被认为是可能取代传统半导体和金属的一类有机材料。由于导电聚合物生成成本低、密度小、成膜性能好、机械柔韧性更高，并且具备更广泛的化学功能性，有望成为制备下一代有机电子器件的核心材料。

论文共同第一作者、宁波材料所研究员张涛说，电荷在导电聚合物薄膜中的传输效率对其应用性能具有决定性作用，其中电荷在不同聚合物链之间的跳跃作用是整体材料传导的关键瓶颈。因此，为了实现长距离电荷传输，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。

张涛是宁波材料所界面功能高分子材料团队负责人，该团队专注于有机二维聚合物材料设计合成、结构与性能关系以及前沿应用基础研究。

据介绍，在二维结构中所有聚合物链将处于平面拓扑交联构象，这将为链间电荷传输提供多种途径，并有效规避单个聚合物链结构缺陷所造成的电荷传输陷阱。因此，具有二维晶体结构的导电聚合物的构筑是优化其电学性质的关键。

近日，中国科学院宁波材料所、德累斯顿工业大学、德国马普高分子研究所、西班牙巴斯克纳米科学合作研究中心等研究团队联合，首次成功制备出一种多层堆叠的二维聚苯胺晶体，该晶体展现出高导电性及面外金属性电荷传输特性，为导电聚合物材料的研究开辟了新途径。

张涛解释说，传统线性导电聚合物主要通过沿聚合物链移动的载流子实现弹道传输，而在扩展维度（即聚合物链或层之间）的导电性则因缺乏分子间有序性和电子耦合而较弱。然而，这种新型二维聚苯胺晶体打破了这一局限。

今天一早，这一研究成果以《具有金属性面外导电性的二维聚苯胺晶体》（Two-dimensional polyaniline crystal with metallic out-of-plane conductivity）为题，发表在国际学术期刊《自然》上。该研究得到国家自然科学基金、浙江省杰出青年基金等的支持。

该材料由柱状π阵列构成，层间距约为3.59埃，并由交织的聚苯胺链形成周期性菱面体晶格。电子自旋共振光谱揭示了二维聚苯胺晶格中显著的电子离域现象。第一性原理计算表明，二维聚苯胺中的面内二维共轭和由氯桥连接的层堆叠促进的强层间电子耦合共同作用，实现了优异的导电性能。

研究预测，优化多层堆叠的二维导电聚合物的结构缺陷，有望实现更强的面内与面外电子耦合甚至可能达到三维金属导电性水平。这一成果为导电聚合物材料在电极材料、电磁屏蔽、传感器等领域的潜在应用打下了基础。

（原文发布于2025年2月6日甬派客户端）
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