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manbet手机版2000年10月10日

manbet手机版我们已经习惯了科学发现对我们思维方式的巨大影响。manbet手机版今年的诺贝尔化学奖也不例外。manbet手机版关于塑料，我们一直被告知它是一种很好的绝缘体，否则我们就不应该用它作为电线的绝缘材料。manbet手机版但现在到了我们必须改变观点的时候了。manbet手机版在某些情况下，塑料的确可以被制造得非常像金属——这是一项发现manbet手机版Alan J. Heeger, Alan G. MacDiarmidmanbet手机版而且manbet手机版秀树方明manbet手机版将获得2000年诺贝尔化学奖。狗万世界杯

manbet手机版塑料是如何导电的?

manbet手机版塑料manbet手机版聚合物manbet手机版形成长链的分子，像项链上的珍珠一样不断重复。manbet手机版为了使聚合物具有导电性，聚合物必须模仿金属，也就是说，它的电子需要自由移动，而不是束缚在原子上。manbet手机版第一个条件是聚合物由交替的单键和双键组成，称为共轭双键。manbet手机版聚乙炔manbet手机版，通过碳氢乙炔聚合制备，具有这样的结构:

manbet手机版聚乙炔

manbet手机版然而，只有共轭双键是不够的。manbet手机版要想导电，塑料必须受到干扰——要么从材料上移除电子(氧化)，要么将电子插入材料(还原)。manbet手机版这个过程被称为manbet手机版兴奋剂manbet手机版．

manbet手机版右边插图中的游戏提供了一个掺杂聚合物的简单模型。manbet手机版除非至少有一个空的“洞”，否则棋子不能移动。manbet手机版在聚合物中，每一块都是一个电子，它会跳到另一个电子空出的空穴中。manbet手机版这就沿着分子产生了一种运动——电流。
manbet手机版这个模型大大简化了，我们将在后面考虑一个更“化学”的模型。

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manbet手机版Heeger、MacDiarmid和Shirakawa发现，聚乙炔薄膜可以被碘蒸汽氧化，从而使其导电性增加10亿倍。manbet手机版这一轰动的发现是他们令人印象深刻的工作的结果，但也是巧合和偶然情况的结果。manbet手机版让我们简单地讲述一下我们这个时代最伟大的化学发现之一的故事。

manbet手机版聚合物的导电性是如何被揭示的?咖啡休息的重要性是什么
manbet手机版这个故事的主角是碳氢化合物聚乙炔，它是一种平面分子，键间夹角为120°，因此以两种不同的形式存在，即同分异构体manbet手机版独联体manbet手机版聚乙炔和manbet手机版反式manbet手机版-聚乙炔(后一种形式如上所示)。manbet手机版20世纪70年代初，日本化学家白川发现用一种新的方法合成聚乙炔是可能的，这种方法可以控制聚乙炔的比例manbet手机版独联体manbet手机版- - -manbet手机版反式manbet手机版出现在反应容器内部的黑色聚乙炔膜中的-异构体。manbet手机版有一次，由于错误，催化剂的添加量增加了一千倍。manbet手机版让白川感到惊讶的是，这次出现了一层美丽的银色薄膜。

manbet手机版白川方明被这一发现所激励。manbet手机版银色的薄膜是manbet手机版反式manbet手机版-聚乙炔，在另一个温度下发生相应的反应，得到一层铜色的薄膜。manbet手机版后一层膜似乎几乎是纯的manbet手机版独联体manbet手机版聚乙炔。manbet手机版这种改变温度和催化剂浓度的方法对未来的发展起着决定性的作用。

manbet手机版在世界的另一个地方，化学家麦克迪米德和物理学家海格正在用一种看起来像金属的无机聚合物氮化硫(SN)薄膜进行实验。_{manbet手机版x}manbet手机版．manbet手机版MacDiarmid在东京的一个研讨会上提到了这一点。manbet手机版在这里，如果不是白川和麦克迪米德在喝咖啡休息的时候偶然相遇，故事可能会突然结束。

manbet手机版当MacDiarmid听说白川发现了一种像银一样发光的有机聚合物时，他邀请白川来到费城的宾夕法尼亚大学。manbet手机版他们着手用碘蒸汽氧化改性聚乙炔。manbet手机版白川知道在氧化过程中光学性质会发生变化，麦克迪米德建议他们请Heeger看一下薄膜。manbet手机版Heeger的一个学生测量了掺杂碘的电导率manbet手机版反式manbet手机版-聚乙炔和-有了!manbet手机版电导率增加了千万倍!

manbet手机版1977年夏，Heeger、MacDiarmid、Shirakawa和同事在《导电有机聚合物的合成:聚乙炔(CH)的卤素衍生物》一文中发表了他们的发现。_{manbet手机版n}manbet手机版“在manbet手机版化学学会杂志，化学通讯manbet手机版．manbet手机版这一发现被认为是一个重大突破。manbet手机版从那时起，该领域得到了极大的发展，也产生了许多新的和令人兴奋的应用。manbet手机版我们将回到其中一些。

manbet手机版掺杂-为了更好的分子性能
manbet手机版聚乙炔薄膜里到底发生了什么?manbet手机版当我们比较一些常见化合物的导电性时，我们看到聚合物的导电性变化很大。manbet手机版例如，掺杂聚乙炔可与铜和银等良导体相媲美，而在其原始形式时，它是一种半导体。

manbet手机版金属导线能传导电流，因为金属中的电子可以自由移动。manbet手机版那么我们如何解释掺杂聚合物的导电性呢?

manbet手机版当描述聚合物分子时，我们区分manbet手机版(σ)债券和manbet手机版(pi)债券。manbet手机版的manbet手机版债券是固定的、不可移动的。manbet手机版它们在碳原子之间形成共价键。manbet手机版的manbet手机版共轭双键系统中的电子也是相对局域化的，尽管没有共轭双键系统的电子束缚得那么强manbet手机版电子。manbet手机版在电流沿着分子流动之前，一个或多个电子必须被移走或插入。manbet手机版如果施加一个电场，则构成电场的电子manbet手机版键可以沿着分子链快速移动。manbet手机版由许多聚合物链组成的塑料材料的导电性将受到电子必须从一个分子“跳跃”到下一个分子这一事实的限制。manbet手机版因此，链条必须整齐排列。

manbet手机版如前所述，掺杂有两种，氧化或还原。manbet手机版就聚乙炔而言，反应是这样写的:

manbet手机版卤素氧化(manbet手机版pmanbet手机版掺杂)(CH):_{manbet手机版n}manbet手机版+ 3 x / 2_{manbet手机版2}manbet手机版- > (CH)_{manbet手机版n}^{manbet手机版x +}manbet手机版+ x我_{manbet手机版3.}^{manbet手机版- - - - - -}

manbet手机版碱金属还原法(manbet手机版nmanbet手机版掺杂)(CH):_{manbet手机版n}manbet手机版+ x Na - > [CH]_{manbet手机版n}^{manbet手机版x -}manbet手机版+ x Na^{manbet手机版+}

manbet手机版掺杂的聚合物是盐。manbet手机版然而，产生电流的不是碘离子或钠离子，而是共轭双键上的电子。manbet手机版此外，如果施加足够强的电场，碘离子和钠离子可以靠近或远离聚合物。manbet手机版这意味着掺杂反应的方向可以控制，导电聚合物可以很容易地开关。

manbet手机版极化子-掺杂碳链
manbet手机版在上述反应的第一个氧化反应中，碘分子从聚乙炔链上吸引了一个电子，变成了I_{manbet手机版3.}^{manbet手机版- - - - - -}manbet手机版．manbet手机版聚乙炔分子，现在带正电荷，称为自由基阳离子，或manbet手机版极化子manbet手机版(无花果。manbet手机版bmanbet手机版下文)。

manbet手机版双键上的孤电子，也就是一个电子被移走的那个电子，很容易移动。manbet手机版结果，双键沿着分子连续移动。manbet手机版另一方面，正电荷通过静电对碘离子的吸引而固定，碘离子不容易移动。manbet手机版如果聚乙炔链被严重氧化，极化子就会成对冷凝成所谓的manbet手机版孤波manbet手机版．manbet手机版然后，这些孤子以复杂的方式负责沿聚合物链的电荷传输，以及宏观尺度上的链与链之间的电荷传输。

manbet手机版我们只是触及了解释聚合物如何导电的复杂理论。manbet手机版我们推荐更长的、更详细的版本manbet手机版关于2000年诺贝尔奖的信息(进展)狗万世界杯manbet手机版对于那些想要深入研究这个问题的人来说。

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manbet手机版当有足够强的电流通过时，可导电的金属线就会发光——就像我们每次打开灯泡时被提醒的那样。manbet手机版聚合物也可以发光，但采用的是另一种原理，即manbet手机版致发光manbet手机版，用于光电二极管。manbet手机版原则上，这些光电二极管比灯泡更节能，产生的热量更少。

manbet手机版在电致发光中，当电场激发时，光从聚合物的薄层发出。manbet手机版在光电二极管中，传统上使用无机半导体，如磷化镓，但现在也可以使用半导体聚合物。

manbet手机版半导体聚合物的电致发光已经知道了大约十年。manbet手机版今天，在光电二极管和发光二极管(led)有广泛的商业兴趣。manbet手机版LED的一端是导电聚合物作为电极，中间是半导体聚合物，另一端是薄金属箔作为电极。manbet手机版当电极之间施加电压时，半导体聚合物就会开始发光。

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manbet手机版这种绝妙的塑料有许多用途。manbet手机版例如，在几年内，基于LED薄膜的平板电视屏幕将成为现实，发光交通标志和信息标志也将成为现实。manbet手机版由于生产大而薄的塑料层相对简单，人们也可以想象在我们的家里有发光墙纸，以及其他壮观的东西。

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manbet手机版一些已经进入市场或正在进行试验的导电聚合物的应用包括:

• manbet手机版聚噻吩衍生物，在照相胶片的抗静电处理中有很大的商业用途。manbet手机版它们也可以用在超市的设备上标记产品。manbet手机版收银台会自动登记顾客购物车里的商品。
• manbet手机版在防静电材料中掺杂聚苯胺，例如在办公室和手术室的塑料地毯中，避免静电是很重要的。manbet手机版它也被用在电脑屏幕上，保护用户免受电磁辐射，并作为一种缓蚀剂。
• manbet手机版像聚苯乙烯这样的材料可能很快就会被用于手机显示屏。
• manbet手机版聚二烷基芴被用于开发新的彩色视频和电视屏幕。

manbet手机版塑料进入未来
manbet手机版在20世纪，我们有了酚醛电话，尼龙袜，聚乙烯袋和成千上万其他或多或少必不可少的塑料物品。manbet手机版新世纪给我们带来了什么?manbet手机版鉴于今年的诺贝尔化学奖，也许我们现在会以不同的方式使用塑料。

manbet手机版导电性和半导体性聚合物具有巨大商业潜力的一个原因是它们可以快速和廉价地生产。manbet手机版基于聚合物的电子元件和基于聚合物的集成电路将很快在消费产品中找到它们的位置，低加工成本将比高速更重要。

manbet手机版从基于聚合物的电子学到真正的分子尺度电子学是一个巨大而迷人的一步。manbet手机版分子基集成电路可以被缩小到比硅基电子所允许的小许多数量级的规模。manbet手机版虽然前面还有许多挑战，但我们正站在塑料电子革命的门槛上，这将在化学、物理和信息技术方面带来令人兴奋的影响。

manbet手机版获奖者

manbet手机版艾伦·j·Heegermanbet手机版(生于1936年)1961年在加州大学伯克利分校获得博士学位，1962年成为宾夕法尼亚大学副教授，1967年至1982年在该校担任教授。manbet手机版自1982年以来，他是加州大学圣巴巴拉分校的物理学教授和聚合物和有机固体研究所主任。manbet手机版1990年，他创立UNIAX Corporation，担任董事会主席。

manbet手机版教授。manbet手机版艾伦·j·Heeger
manbet手机版聚合物和有机固体研究所
manbet手机版物理与材料系
manbet手机版加州大学圣巴巴拉分校
manbet手机版加利福尼亚州圣巴巴拉93106-5090

manbet手机版艾伦·g·MacDiarmidmanbet手机版(生于1927年)在新西兰长大，1953年在威斯康星大学获得博士学位，1955年在英国剑桥大学获得博士学位。manbet手机版1956年，他在宾夕法尼亚大学担任副教授，1964年被授予教授职位。manbet手机版1988年起担任布兰查德化学教授。

manbet手机版教授。manbet手机版艾伦·g·MacDiarmid
manbet手机版宾夕法尼亚大学
manbet手机版34号和云杉街
manbet手机版费城,宾夕法尼亚州19104

manbet手机版秀树方明manbet手机版(生于1936年)1966年获东京工业大学博士学位，1966年成为筑波大学材料科学研究所副教授。manbet手机版他自1982年起在那里担任教授。

manbet手机版教授。manbet手机版秀树方明
manbet手机版材料科学研究所
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