分子尺度的混乱可提升聚合物性能

美国科学家近日指出，分子尺度的混乱实际上能提高聚合物的性能，最新研究有助于推动低成本的商用塑料太阳能电池的研发工作。

研究的合作者、斯坦福大学材料学和工程学副教授阿尔伯托·塞罗表示：“人们以前认为，使聚合物更像晶体硅，其性能会更好，但结果却是，聚合物并不会自然形成有序的晶体，它们会形成小而无序的晶体，这更好。科学家们应学会处理塑料固有的混乱天性。”该研究团队对一类有机材料-半导体聚合物进行了研究，这类材料的碳原子链拥有塑料的属性，但能吸收太阳光并导电。

自从40年前半导体聚合物首次“问世”以来，它就一直被认为是制造超薄太阳能电池、发光二极管以及晶体管的理想材料。塞罗表示：“在太阳能电池内，电子需要能很快通过材料，但半导体聚合物内电子的流动性很差，所以，它一直未被商业化。”为了解决这个问题，有科学家设计出了更加坚硬的聚合物来制造更有序的晶体，但仍然于事无补；而另外一些科学家则制造出了一些看起来无序的聚合物，其反倒拥有很高的电荷流动性。

塞罗团队将那些无序的材料送到了SLAC国家加速器实验室进行X射线分析。结果表明，其中一种类似于指纹的分子结构变得无序。有些聚合物看起来像杂乱无章的意大利面条段，而另外一些则形成了仅仅几个分子长的小晶体。

通过分析流经这些样本的电荷释放出的光，科学家们确定，大量的小晶体散落在材料各处且通过长的聚合物链互联。塞罗解释道：“晶体的‘小体型是提高其性能的关键。体型小使带电的电子能通过晶体并快速移动到下一个晶体。随后，长的聚合物链携带电子快速通过材料，所以，其比更大的未被连接的晶体拥有更高的电子流动性。另外，大的聚合物一般不溶于水，因此，无法使用喷墨打印技术等廉价技术进行处理。”