Por primera vez en el mundo, un equipo de investigación de NIMS representado por Yuka Kobayashi, investigador principal del Centro de Investigación de Materiales Funcionales, diseñó y fabricó moléculas orgánicas de un solo componente que son conductoras como el metal a presión normal, a pesar de queLas moléculas no contienen múltiples moléculas ni elementos metálicos. Debido a que las moléculas son completamente puras, son más duraderas y estables en comparación con los materiales conductores orgánicos orgánicos químicamente dopados. Las nuevas moléculas pueden aplicarse a los electrodos de células solares y paneles táctiles.
Las moléculas orgánicas que consisten únicamente en elementos ligeros esencialmente no tienen portadores por los que pueda pasar una carga eléctrica. Como tales, no son conductores de alta calidad. Para abordar este problema, los metales orgánicos puros se han sintetizado durante más de 50 años combinandomoléculas con diferentes propiedades, alterando así sus propiedades individuales y generando portadores de carga. Es bien sabido que el profesor Hideki Shirakawa ganó un Premio Nobel por descubrir polímeros conductores de entre estas moléculas estudiadas. Sin embargo, múltiples moléculas combinadas juntas tienen problemas en términos de estabilidad ydurabilidad. Por otro lado, con respecto a los materiales orgánicos puros hechos de un solo componente, fue necesario aplicar una presión alta de al menos 1 giga pascal GPa para hacerlos conductores como el metal. En línea con esta práctica, para muchosaños, se pensaba que era extremadamente difícil hacer que estos materiales fueran conductores como el metal a presión ambiental.
Recientemente, el equipo de investigación diseñó nuevas moléculas que generan agujeros de manera espontánea que pueden servir como portadores de carga. Luego, el equipo fabricó moléculas orgánicas puras que conducen electricidad como metal a una amplia gama de temperaturas bajo presión normal. Conductividad eléctrica de la película que fuehecho exclusivamente de estas moléculas TED como nombre corto fue 530 S / cm S = siemens, que es un inverso de resistividad a temperatura ambiente y 1,000 S / cm a 50 K. La conductividad está en el nivel más alto entre los orgánicos.metales. Además, a través de cálculos moleculares orbitales, el equipo descubrió que TED tiene un gradiente de densidad de giro prominente que no se había visto en otras moléculas radicales. Este estado electrónico puede correlacionarse con el mecanismo por el cual las moléculas de un solo componente exhiben propiedades de conducción metálica.
Estos hallazgos pueden establecer dos direcciones generales en el diseño de materiales orgánicos altamente conductivos. Primero, se puede eliminar un paso de agregar un dopante químico para hacer que los materiales sean conductivos post-dopaje y, en consecuencia, es factible diseñar moléculas quehacen posible mejorar drásticamente la durabilidad y la estabilidad química de los materiales conductores orgánicos. En segundo lugar, desde el punto de vista de la aplicación práctica, se puede utilizar un método imprimible, una técnica de impresión derivada, para fabricar fácilmente materiales orgánicos altamente conductores.
Esta investigación se realizó como seguimiento de un estudio previo llevado a cabo en línea con el Programa de Financiación para Investigadores Líderes Mundiales de Próxima Generación Programa NEXT; Yuka Kobayashi, líder del proyecto patrocinado por la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia.
Este estudio fue publicado en la versión en línea de Materiales de la naturaleza el 10 de octubre de 2016.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Nacional de Ciencia de Materiales NIMS . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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