Ein internationales Forschungsteam, einschließlich Wissenschaftler der Technischen Universität Dresden (TUD), hat ein bahnbrechendes zweidimensionales leitendes Polymer namens 2DPANI entwickelt. Diese spezielle Form von Polyanilin zeigt eine außergewöhnliche elektrische Leitfähigkeit und ein metallisches Ladungstransportverhalten, was einen grundlegenden Fortschritt in der Polymerforschung darstellt und neue Möglichkeiten für leistungsfähigere organische Elektronik eröffnet.

Leitende Polymere wie Polyanilin sind kostengünstige, leichte und flexible Alternativen zu herkömmlichen Halbleitern und Metallen. Trotz ihrer hervorragenden elektrischen Eigenschaften war die Leitfähigkeit zwischen den Polymersträngen bisher begrenzt. Um dieses Problem zu lösen, synthetisierte das Team einen mehrschichtigen zweidimensionalen Polyanilin-Kristall, der nicht nur innerhalb seiner Ebenen, sondern auch senkrecht über die Schichten hinweg eine hohe Leitfähigkeit aufweist – ein Phänomen, das als metallischer out-of-plane Ladungstransport bezeichnet wird.

Die Messungen ergaben eine anisotrope Leitfähigkeit von 16 S/cm in der Ebene und 7 S/cm außerhalb der Ebene, was etwa drei Größenordnungen höher ist als bei herkömmlichen leitenden Polymeren. Bei niedrigen Temperaturen nahm die Leitfähigkeit außerhalb der Ebene zu, was typisch für metallisches Verhalten ist. Weitere Untersuchungen bestätigten diese Ergebnisse mit einer Gleichstromleitfähigkeit von etwa 200 S/cm.

Dieser Durchbruch ermöglicht die Erreichung dreidimensionaler metallischer Leitfähigkeit in metallfreien organischen Materialien und eröffnet spannende Perspektiven für Anwendungen in der Elektronik, elektromagnetischen Abschirmung und Sensorik. Das neue Polymer könnte zudem als funktionelle Elektrode in der Elektro- und Photoelektrochemie eingesetzt werden, beispielsweise zur Wasserstoffproduktion.


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Quelle: Technische Universität Dresden (02/2025)


Publikation:
Tao Zhang, Shu Chen, [..], Thomas Heine, Renhao Dong, Rainer Hillenbrand & Xinliang Feng. Two-dimensional polyaniline crystal with metallic out-of-plane conductivity. Nature (2025).
https://doi.org/10.1038/s41586-024-08387-9