米拉Senthilingam

本周,一种我们没有就难以生存的化合物。请听大卫·林赛的报道

大卫·林赛

很难想象一个没有电的世界。我们使用的几乎每一项技术都依赖于它,反过来,我们又依赖于导电材料。我们都很熟悉有机聚合物。在现代世界,它们就像电一样无处不在,有些例子就是如此聚乙烯尼龙聚苯乙烯和聚四氟乙烯。有机聚合物是一种巨大的分子,由数亿个碳基的单体组成,这些单体连接在一起形成聚合物或大分子。有机聚合物在我们身边无处不在,有几个原因——它们便宜且容易制造,它们坚固而轻,最重要的是,它们可以很容易地被加工成任何想要的形式,从聚乙烯购物袋,到塑料杜邦公司注册在芳族聚酰胺纤维商品上的注册商标飞机的翅膀。

这种可加工性使它们比金属有巨大的优势,但有机聚合物、塑料保留了作为电绝缘体而不是导体的缺点。但自从20世纪初有机聚合物被发现以来th世纪以来,科学家们已经认识到一种材料的潜力,它可以像金属一样导电,但仍然可以像塑料一样加工——一种导电有机聚合物。除了实际应用,理论家和物理学家也被非金属材料的想法所吸引,这种材料可以表现出金属的导电性能。因此,多年来,人们对尝试制造导电的有机碳基聚合物产生了极大的兴趣。

聚乙炔骨架结构

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这项工作的一个重点是聚乙炔,这是一种有机聚合物,具有简单的C重复单元2H2.聚乙炔因其单键和双键交替而引起人们的兴趣。这种交替结构导致了一个固定的碳主链,但电子云分散在聚合物链上。理论家们提出,当链的长度趋于无穷大时,材料的导电性应该显著增加。

然而,就像许多伟大的发现一样,这一突破是偶然的。秀树方明上世纪70年代,东京工业大学的一名研究人员在制备一批聚乙炔时,意外地使用了比预期多1000倍的催化剂。他得到的聚乙炔不是通常的黑色粉末,而是一层闪亮的银色薄膜。在世界的另一端,在宾夕法尼亚大学,两个艾伦,Heeger而且MacDiarmid一位是化学家,另一位是物理学家,他们正在研究无机聚合物氮化硫,并对制造导电材料感兴趣。当麦克迪亚米德访问东京并了解到白川的研究时,他邀请白川到宾夕法尼亚州,这样他们三人就可以在聚乙炔方面进行合作。

三人很快就取得了重大突破,他们发现用卤素氧化聚乙炔在一种被称为掺杂的过程中,该公司生产出了一种导电率比未掺杂的绝缘聚乙炔高1,000万倍的有机聚合物。通过改变掺杂剂的浓度,他们可以选择聚乙炔是绝缘体、半导体,还是与银和铜等金属竞争的导体。

这种导电有机聚合物的成功制备回答了许多关于电导性质的理论问题,并有助于加深我们对这一现象的理解。然而,白川、Heeger和MacDiarmid之间的合作也突出了化学家和物理学家思考电导的不同方式。卤素掺杂剂从离域系统中移除一个电子,通过p型掺杂(物理学家称之为p型掺杂)形成一个空穴,允许电荷流动。

然而,不幸的是,聚乙炔在空气中是不稳定的,在大多数溶剂中溶解性很差。这使得它难以加工,并排除了它作为导电,可加工塑料的圣杯。然而,白川、Heeger和MacDiarmid已经取得了突破,世界各地的研究人员加入了他们的行列,投入精力研究其他潜在的候选者。今天,大量的导电有机聚合物是已知的,材料如聚苯胺和聚苯乙烯在商业应用中被发现。特别是,聚苯乙烯被发现在有机发光二极管(oled)中,而oled又被用于电视、柔性显示屏、手机显示屏和数码相机。导电有机聚合物在其他领域也显示出巨大的前景,如太阳能电池技术和柔性集成电路板的生产。

白川、Heeger和MacDiarmid在导电聚乙炔方面的工作引发了一场理论革命,并发展了一些卓越的新技术。在2000年,他们因为开创了一个新时代的发现而被授予诺贝尔奖,这在某种程度上是很合适的。

米拉Senthilingam

格拉斯哥大学的大卫·林赛,带着技术上革命性的聚乙炔化学。下周,你皮肤上的粉色是什么?

布莱恩·克莱格

当我年轻的时候,夏天的大部分时间里,我的四肢——尤其是耳朵——都被涂上了粉红色的乳液。那时候防晒霜还不普及。如果你有白皙的皮肤,你在阳光下,只有一个选择——你晒伤了。当你燃烧的时候,炉甘石会继续燃烧。尽管这种舒缓香脂的粉红色来自少量的氧化铁,但其主要活性成分是一种无机化合物,这种化合物在医疗箱中已经存在了至少2000年。它是氧化锌。

米拉Senthilingam

并与布莱恩·克莱格一起探索这些医疗益处背后的化学反应元素中的化学.在那之前,感谢大家的聆听。我是Meera Senthilingam。