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第 16 卷 　第 2 期 　　　　　　　　　　　　　　大学化学　　　　　　　　　　　　　　2001 年 4 月 塑料 ,导体和有机光电信息材料 ———2000 年诺贝尔化学奖简介 裴 　坚 (北京大学化学学院 　北京 100871) 　　自然科学在各个领域的迅速发展改变着我们日常生活的许多习惯思维 ,这种改变对人类 社会的进步发挥着越来越大的作用。在过去的一个世纪里 ,人们也许已经习惯了自然科学的 研究成果对思维方式的巨大冲击。2000 年的诺贝尔化学奖也毫不例外。它再次使我们对自 然科学的发展有了一个新的思考角度。瑞典皇家科学会在 2000 年 10 月 9 日将今年的诺贝尔 化学奖授予了在导电高分子研究领域作出突出贡献的 3 位科学家 ,他们分别是美国加利福尼 亚大学圣巴巴拉分校高分子和有机固体研究所所长、材料科学系和物理系教授 Alan J . Heeger ;美国费城宾夕法尼亚大学化学系教授 Alan G. MacDiarmid 和日本筑波大学材料科学学 院教授 Hideki Shirakawa 。虽然这项发明发生在20 多年以前 ,但是诺贝尔化学奖评审委员会认 为这项奠基性和开创性的科学成果使导电高分子材料和有机半导体材料发展成为了材料科学 基础研究中的一个重要的研究领域。同时 ,这项发明对于我们的日常生活具有积极的意义 ,产 生了许多极具价值的应用成果 ,如新的导电材料的发现 ,将半导体材料和各种分子器件所具有 的独特优势应用在抗静电 ,抗腐蚀 ,化学和生物传感器方面 ;为新的发光器件提供各种不同颜 色的光源 ;利用新材料可以制造各种更加轻便的彩色显示器以及用于计算机识别的商业用塑 料电子标签等 ; 同时更让科学家们感兴趣的是这类新材料可能使人类在不久的将来拥有便携 的、可卷曲的、柔韧性强的电视机和其他大屏幕显示器。 　　那么 ,塑料是怎么变成导体的呢 ? 正如我们所知 ,根据物质的导电性 ,材料可以分为绝缘 ( σ - 8 ) ( σ - 8 0 ) ( σ 0 8 ) ( σ 体 电导率 ≤10 S/ m ,半导体 = 10 ～10 S/ m ,导体 = 10 ～10 S/ m 和超导体 → ) ∞ 。而高分子材料 ,如我们日常生活中广泛使用的塑料 , 以前一直被认为是很好的绝缘体,是 不导电的。但这种想法已经在过去的 20 多年中发生了改变。今年的诺贝尔化学奖获得者告 ( ) 诉我们 :在一定的掺杂条件下 ,高分子材料 我们通俗地称之为塑料 完全可以具有金属的性 能 ,从而变成导体。对于导电高分子材料而言 ,从绝缘体到半导体 ,再进一步到导体所完成的 形态演变是所有材料中最大的 ,正是由于这种巨大的变化使这些材料具有与众不同的性能 ,并 在实际的应用中体现出了它的优异性。 　　确切地说 ,这里所说的塑料应该叫作有机共轭高分子材料。这类材料是一种简单分子形 成的长链聚合物 ,它是由重复的单元链段组成的 ,而每个单元链段则是由碳碳单键和不饱和共 ( ) π 价键 双键或炔键 交替组成的。在正常的状态下 ,这些共轭链段中的 电子被束缚在共价键 上 ,不能自由地运动。由于这种 π电子共轭体系的成键和反键能带之间的能隙比较小,为 1. 5 ～3. 5eV ,接近于无机半导体的导带和价带之间的能隙 ,因此 ,这些共轭高分子材料大多具有半 15 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. - 8 - 2 σ 导体的特