回归基础会产生一种可印刷的透明塑料它具有高导电性

这是一个简单的想法——甚至可能太简单而无法实现。研究科学家JamesPonder和佐治亚理工学院的化学家和工程师团队认为他们可以设计出一种透明的聚合物薄膜，这种薄膜可以像其他常用材料一样有效地导电，同时在工业规模上也很灵活且易于使用。

他们会通过简单地从导电元件中去除非导电材料来做到这一点。听起来合乎逻辑，对吧?

由此产生的过程可能会产生新型灵活、透明的电子设备——比如可穿戴生物传感器、有机光伏电池以及虚拟或增强现实显示器和眼镜。

“我们最初的想法是我们有一个导电元件，我们用非导电材料覆盖它，所以如果我们去掉它会怎么样，”获得博士学位的庞德说。在佐治亚理工学院获得化学博士学位，并以机械工程研究科学家的身份返回。“这是一个简单的想法，有很多点可能会因为不同的原因而失败。但它确实有效，而且效果比我们预期的要好。”

为了制造可以携带电荷的塑料薄膜，化学家从已知的聚合物主链开始——在这种情况下，一种名为PEDOT的流行聚合物在工业中用于某些配方。它非常适合导电，但很难以其裸露的形式使用，因为它不溶。然而，当侧链被添加到PEDOT中时，它可以被溶解并像可印刷油墨或喷漆一样使用。这使得它易于使用和应用。不幸的是，这些侧链本质上是蜡质材料，而蜡的导电性不是很好。

“如果你考虑导电性，想象一根铜线：它很好而且导电。然后你用蜡覆盖它，它就不那么导电了;你有一个屏障，”庞德说。“我们的想法是，我们真的想要两者：我们想要加工的侧链，但我们不希望它们出现在我们的最终材料中。所以，我们添加侧链，一旦我们完成加工，我们就可以敲脱下来洗掉。”

换句话说，Ponder和他的合作者创造了带有侧链的聚合物，打印或喷涂以应用，化学切割侧链，然后用普通工业溶剂将其洗掉。在最后的转化步骤之后，结果是一种灵活、高导电的薄膜，它很稳定，现在不透水或其他溶剂。

研究团队横跨机械工程、化学与生物化学以及材料科学与工程。他们今年在两本化学期刊上发表了他们的研究成果，首先描述了这个想法并证明它可以在美国化学学会杂志上发挥作用，最近几周，优化了一项研究中的最大电导率设计在应用化学中。

“这个想法是我们想出了一种方法来制造一种电导率超过每厘米1,000西门子的聚合物，能够使用简单的工业印刷方法和工业人员喜欢的溶剂进行处理，而且，除了电导率之外，这种光学透明度对我来说是如此广泛，”化学与生物化学学院教授、两篇论文的合著者之一约翰雷诺兹说。“我对此感到非常兴奋。”

雷诺兹是庞德的博士。顾问。当Ponder在完成博士后研究后回到佐治亚理工学院时，他加入了GeorgeW.Woodruff机械工程学院副教授ShannonYee的实验室。由于这些联系，Ponder成为巩固合作的桥梁。该团队通过化学开发了分子。他们用工程衡量了他们的有效性。

“詹姆斯基本上在两个阵营都站稳了脚跟，并充当了各组之间的管道，”雷诺兹说，他也是材料科学与工程学院的联合任命。“这种多学科研究方法是我11年前搬到佐治亚理工学院的原因。我很高兴能够轻松地在科学学院和工程学院之间交叉。与香农这样的合作非常重要，这就是佐治亚理工学院成功的原因。”

该团队已经因其称为PEDOT(OH)的材料而受到关注。由于电影的一些关键优势，他们正在申请专利，并且正在与有兴趣获得技术许可的行业合作者会面。

用于平板显示器、光伏、智能窗户和其他应用的最广泛使用的透明导体之一是氧化铟锡。然而，雷诺兹说，这种材料有一些缺点。

“使用氧化铟锡制造弯曲和灵活的设备非常困难，因为它是一种易碎的脆性材料，”他说。“我们设计的这些聚合物具有机械柔韧性。整个领域称为生物电子学，人们将电子设备放在皮肤上和植入式设备中，机械柔韧性非常重要。这就是这些材料的闪光点。”

另一个优势?必须在薄膜中使用氧化铟锡，以平衡其制备方式与最大导电性和透明度。另一方面，佐治亚理工学院团队的材料可以很容易地加工成保持导电性的厚膜。

“这里的一个真正好处是，您可以在很大程度上控制材料的处理方式，”现在在美国空军研究实验室工作的庞德说。“在工业上，在我看来，这样做的最大好处是，如果你想要一个20纳米的薄膜，你可以做到。或者如果你想要一个1微米的薄膜——厚度是原来的500倍——你也可以做到。你真的有更多的控制权。”

Ponder说，其他研究人员已经尝试断开聚合物的侧链以提高导电性，但他们的工作通常只去除了一些链。另外，这个过程并不是他们研究的主要方向。

“它结合了正确类型的聚合物主链和正确类型的可断裂连接以用于正确的应用”——高导电性，在这种情况下，Ponder说。“在大多数情况下，其他研究人员并没有这样做;他们没有切断足够多的链条并使用设计良好的主干。”

雷诺兹说，该团队聚合物的简单性是关键：“能够为这种聚合物制造一个非常简单、直接的主链才是真正导致高导电率的原因。”