《Adv. Funct. Mater.》：气-液界面构筑Band-like金属态二维导电聚苯胺薄膜

颗粒在线讯：导电聚合物由于其电导率从绝缘体到金属态的广泛可调性，因而在有机电子器件领域具有重要应用前景。一般认为，聚合物中导电性的提高是由于小分子掺杂产生的准粒子（例如solitons and polarons）和电子扩展态（extended states）而引起的。基于局部电荷跳跃机制（Hopping mechanism）的热活化传输是导电聚合物中电荷传输的关键过程，是通过电荷载流子沿着共轭骨架离域传输（即在链内，以较高频率为主导）和在宏观上的不同导电域之间的电荷传导（即接近直流DC电导极限）实现的。在此背景下，过去几十年的大部分工作均致力于在导电聚合物中实现离域的band-like电荷传输。导电聚合物中的band-like电荷传输需要前沿轨道的分子间和分子内重叠，用以形成离域电子带。为实现这一目标，许多研究旨在探索改善导电聚合物的长距离有序/结晶度的方法，从而希望能够最大限度地提高聚合物骨架内的电荷载流子离域。

德国马普高分子所、德累斯顿工业大学、中科院宁波材料所研究团队合作报道了一种具有典型Band-like电荷传输性质的聚苯胺薄膜材料。该聚苯胺薄膜（PA-PANI）通过表面活性剂单层辅助气-液界面聚合（SMAIS）方法，在植酸（PA）作为掺杂剂的条件下原位制备。结构和元素分析证实PA 在薄膜中的掺杂量可连续调控，并且随着 PA含量的增加（掺杂量：3-75 mM），结晶度逐渐降低。时间分辨太赫兹 (TRTS) 光谱结果表明，所有PA-PANI薄膜均具有典型的band-like电荷传输性质，并且，较高PA掺杂（75 mM）的PA-PANI表现出聚苯胺薄膜迄今为止最高的电荷载流子迁移率（≈1 cm2V−1s−1）。值得指出的是，该掺杂浓度远低于传统的盐酸掺杂浓度（一般为1M）。电导率的温度相关性研究进一步证明了PA-PANI的band-like电荷传输，并表明电荷载流子迁移率主要受限于杂质散射（impurity scattering）。

相关工作于近期以“Band-like Charge Transport in Phytic Acid-Doped Polyaniline Thin Films”为题发表在《Advanced Functional Materials》上。该文报道的PA-PANI薄膜材料不仅具有高的电导率，而且具有很好的空气稳定性（常用的盐酸掺杂聚苯胺的电导率在空气中会快速下降），因而在传感器、柔性电子、有机薄膜器件中均具有应用潜力。

图1∣通过表面活性剂单层辅助界面合成（SMAIS）制备PA-PANI的过程示意图

图2∣PA3-PANI的形貌表征及元素分析

图3∣含有不同PA掺杂量的PANI的表征

图4∣利用TRTS方法研究不同PA掺杂量下的PANI的电荷传输性能

图5∣不同PA掺杂量下的PANI的频率分辨的光电导率

图6∣温度相关的 TRTS 分析