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yexuqing木蟲(chóng)之王 (文學(xué)泰斗)
太陽(yáng)系系主任
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新型有機(jī)材料讓離子在固態(tài)中自由移動(dòng)
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新型有機(jī)材料讓離子在固態(tài)中自由移動(dòng) 科技日?qǐng)?bào)訊 （記者張佳欣）通常，液體在固化時(shí)其分子會(huì)被鎖定，離子運(yùn)動(dòng)受到限制，導(dǎo)致離子電導(dǎo)率大幅下降。然而，英國(guó)牛津大學(xué)科學(xué)家研發(fā)出一類(lèi)名為“狀態(tài)無(wú)關(guān)電解質(zhì)”（SSIE）的全新有機(jī)材料，打破了這一規(guī)律，讓離子在固態(tài)中移動(dòng)像在液態(tài)中一樣自由。相關(guān)論文18日發(fā)表于《科學(xué)》雜志。 研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種具有特殊物理和電子特性的有機(jī)分子離子，每個(gè)分子中心呈扁平圓盤(pán)狀，周?chē)h(huán)繞長(zhǎng)而柔軟的側(cè)鏈，就像帶軟毛的輪子一樣。正電荷在分子上均勻分布，減少了與負(fù)離子的緊密結(jié)合，這使得負(fù)離子能夠自由穿過(guò)側(cè)鏈移動(dòng)。 在固態(tài)下，這些有機(jī)離子會(huì)自然地相互堆疊，形成長(zhǎng)長(zhǎng)的剛性柱狀結(jié)構(gòu)，周?chē)h(huán)繞著許多柔性臂，就像洗車(chē)機(jī)里的固定滾筒。盡管形成有序結(jié)構(gòu)，柔性側(cè)鏈仍為負(fù)離子提供足夠空間，使其在固態(tài)中仍能像在液態(tài)中一樣自由移動(dòng)，離子電導(dǎo)率幾乎不下降。 團(tuán)隊(duì)表示，他們?cè)跍y(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，離子的運(yùn)動(dòng)行為在液態(tài)、液晶態(tài)和固態(tài)下幾乎沒(méi)有變化，而且可在不同類(lèi)型的離子上重復(fù)。 該研究證明了有機(jī)材料可以被設(shè)計(jì)成在固化時(shí)離子的運(yùn)動(dòng)不會(huì)“凍結(jié)”，這為研發(fā)安全、輕量化的固態(tài)器件提供了新思路。 這類(lèi)新型固態(tài)電解質(zhì)有望應(yīng)用于電池、傳感器和電致變色器件等領(lǐng)域。相比無(wú)機(jī)材料，有機(jī)固體不僅重量輕、柔性好，還能從可再生資源獲取。一種潛在使用方案是，在略高溫下將電解質(zhì)以液態(tài)加入器件，使其與電極充分接觸后，再冷卻至室溫，以安全的固態(tài)形式使用，同時(shí)保持高離子電導(dǎo)率。 團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)一步提高材料的導(dǎo)電性和適用性，并探索將其應(yīng)用于電子計(jì)算器件。 |
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