科技日報者 張佳欣
通常，液體在固化時其分子會被鎖定，離子運動受到限制，導致離子電導率大幅下降。然而，英國牛津大學科學家研發出一類名為“狀態無關電解質”（SSIE）的全新有機材料，打破了這一規律，讓離子在固態中移動像在液態中一樣自由。相關論文18日發表于《科學》雜志。
研究團隊設計了一種具有特殊物理和電子特性的有機分子離子，每個分子中心呈扁平圓盤狀，周圍環繞長而柔軟的側鏈，就像帶軟毛的輪子一樣。正電荷在分子上均勻分布，減少了與負離子的緊密結合，這使得負離子能夠自由穿過側鏈移動。
在固態下，這些有機離子會自然地相互堆疊，形成長長的剛性柱狀結構，周圍環繞著許多柔性臂，就像洗車機里的固定滾筒。盡管形成有序結構，柔性側鏈仍為負離子提供足夠空間，使其在固態中仍能像在液態中一樣自由移動，離子電導率幾乎不下降。
團隊表示，他們在測試時發現，離子的運動行為在液態、液晶態和固態下幾乎沒有變化，而且可在不同類型的離子上重復。
該研究證明了有機材料可以被設計成在固化時離子的運動不會“凍結”，這為研發安全、輕量化的固態器件提供了新思路。
這類新型固態電解質有望應用于電池、傳感器和電致變色器件等領域。相比無機材料，有機固體不僅重量輕、柔性好，還能從可再生資源獲取。一種潛在使用方案是，在略高溫下將電解質以液態加入器件，使其與電極充分接觸后，再冷卻至室溫，以安全的固態形式使用，同時保持高離子電導率。
團隊正在進一步提高材料的導電性和適用性，并探索將其應用于電子計算器件。
