剑桥大学研究人员的一项新研究揭示了一个惊人的发现，可能会改变电化学设备的未来。这一发现为开发先进材料和提高能量存储、类脑计算和生物电子学等领域的性能提供了新的机会。
电化学装置依靠带电粒子(离子和电子)的运动来正常工作。然而，了解这些带电粒子如何一起运动是一个重大挑战，阻碍了为这些设备创造新材料的进展。
在快速发展的生物电子学领域，被称为共轭聚合物的软导电材料被用于开发可在传统临床环境之外使用的医疗设备。例如，这类材料可用于制造远程监测患者健康的可穿戴传感器，或用于主动治疗疾病的植入式设备。
在这种设备中使用共轭聚合物电极的最大好处是它们能够无缝地将离子(负责大脑和身体中的电信号)与电子设备中的电信号载体电子结合起来。这种协同作用改善了大脑和医疗设备之间的连接，有效地在这两种类型的信号之间进行转换。
在发表在《自然材料》杂志上的关于共轭聚合物电极的最新研究中，研究人员报告了一个意想不到的发现。传统上认为，离子的运动是充电过程中最慢的部分，因为它们比电子重。然而，研究表明，在共轭聚合物电极中，“空穴”的运动——电子可以进入的空空间——可能是材料充电速度的限制因素。
利用专门的显微镜，研究人员实时近距离观察了充电过程，发现当充电水平较低时，孔的运动效率低下，导致充电过程比预期慢了很多。换句话说，与标准知识相反，在这种特殊材料中，离子的传导速度比电子快。
这一意想不到的发现为研究影响充电速度的因素提供了有价值的见解。令人兴奋的是，研究小组还确定，通过操纵材料的微观结构，可以调节充电过程中孔的移动速度。这种新发现的控制和微调材料结构的能力可以让科学家们设计出性能更好的共轭聚合物，实现更快、更有效的充电过程。
“我们的发现挑战了对电化学装置充电过程的传统理解，”来自剑桥大学卡文迪许实验室和电气工程部的第一作者斯科特·基恩说。“空穴的运动，作为电子移动的空间，在低充电水平时可能会非常低效，导致意想不到的减速。”
这些发现的意义是深远的，为生物电子学、能量存储和类脑计算等电化学设备领域的未来研究和开发提供了一条有希望的途径。
“这项工作通过阐明共轭聚合物电化学掺杂过程中发生的基本步骤，并强调聚合物带结构的作用，解决了有机电子学中一个长期存在的问题，”该研究的高级作者、工程系电子工程系菲利普亲王技术教授乔治·马利亚拉斯(George mallaras)说。
“随着对充电过程的深入了解，我们现在可以探索创造尖端医疗设备的新可能性，这些设备可以与人体无缝集成，提供实时健康监测的可穿戴技术，以及提高效率的新能源存储解决方案，”剑桥大学卡文迪什实验室的共同资深作者Akshay Rao教授总结道。
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希望本篇文章《最新研究颠覆了对电化学器件充电机制的传统理解》能对你有所帮助！
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