一项新的研究标志着将合成聚合物定位为导体、晶体管和二极管等设备制造中昂贵且不可持续的矿物替代品的重要进展。

这些新调整过的聚合物——由伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校教授丁颖和罗德里格斯·洛佩兹·乔与亚利桑那大学的让-路易·布雷达、佐治亚理工学院的约翰·瑞南以及北卡罗来纳州立大学的孙大莉合作开发——通过可控的手性及化学掺杂拥有了特殊性质。 研究结果发表在《自然通讯》杂志上。

手性，聚合物主链持续扭转变形的一种结果，是自然界构建复杂性的策略之一。手性的优势在于它能使材料高效地传导电流，通过运输具有相同自旋方向——或量子态的电子来实现。

掺杂，即添加化学物质以提高性能的方法，长期以来被用于改善半导体的导电性；然而，基于聚合物的半导体分子的掺杂研究和开发却相对滞后。

“我们非常惊讶地发现，迄今为止尚未被认为与掺杂相关的参数——结构手性，在控制聚合物中掺杂的化学反应中显著提升了其效果。”丁教授说。他在伊利诺伊州立大学担任化学和生物分子工程学教授。在实验室里，研究人员使用多种溶剂加工技术对聚合物进行了扭转，并在测量聚合物导电性的过程中以受控的方式进行。

在我们之前的研究所发现的，增加手性会对电荷迁移率造成伤害，“丁教授说。这是因为这种扭曲使得电荷变得更为局域化，降低了它们自由移动的能力，从而降低了迁移率和整体导电性。”然而，当前的研究结果揭示了一个令人惊讶的逆转：在掺杂聚合物后，增加的手性导致了更高的导电性。

丁教授和罗德里格斯·洛佩兹团队表示，他们对这一现象如何以及为何发生尚不确定。所提出的主机制——即手性影响电子自旋以增强掺杂过程中的导电性——仍是一个假设。“我们需要更多的研究来阐明当手性调节掺杂聚合物的导电性时具体发生了什么过程，而要将这一技术应用于商业领域，我们还需要进一步的研究和验证。”丁教授说，“我们未来工作的重点将是科学地证明我们所提出的机制，并探索这种现象的实际应用。”

勇编撰自论文"Supramolecular chirality largely modulates chemical doping of conjugated polymers".Nature Communications.2025相关信息，文中配图若未特别标注出处，均来源于自绘或公开图库。