新型有机材料让离子在固态中自由移动

科技日报讯 （记者张佳欣）通常，液体在固化时其分子会被锁定，离子运动受到限制，导致离子电导率大幅下降。然而，英国牛津大学科学家研发出一类名为“状态无关电解质”（SSIE）的全新有机材料，打破了这一规律，让离子在固态中移动像在液态中一样自由。相关论文18日发表于《科学》杂志。

研究团队设计了一种具有特殊物理和电子特性的有机分子离子，每个分子中心呈扁平圆盘状，周围环绕长而柔软的侧链，就像带软毛的轮子一样。正电荷在分子上均匀分布，减少了与负离子的紧密结合，这使得负离子能够自由穿过侧链移动。

在固态下，这些有机离子会自然地相互堆叠，形成长长的刚性柱状结构，周围环绕着许多柔性臂，就像洗车机里的固定滚筒。尽管形成有序结构，柔性侧链仍为负离子提供足够空间，使其在固态中仍能像在液态中一样自由移动，离子电导率几乎不下降。

团队表示，他们在测试时发现，离子的运动行为在液态、液晶态和固态下几乎没有变化，而且可在不同类型的离子上重复。

该研究证明了有机材料可以被设计成在固化时离子的运动不会“冻结”，这为研发安全、轻量化的固态器件提供了新思路。

这类新型固态电解质有望应用于电池、传感器和电致变色器件等领域。相比无机材料，有机固体不仅重量轻、柔性好，还能从可再生资源获取。一种潜在使用方案是，在略高温下将电解质以液态加入器件，使其与电极充分接触后，再冷却至室温，以安全的固态形式使用，同时保持高离子电导率。

团队正在进一步提高材料的导电性和适用性，并探索将其应用于电子计算器件。