聚乙炔导电性介绍-大学化学.PDFVIP

第 18 卷 　第 5 期 大学化学 2003 年 10 月 知识介绍 聚乙炔导电性介绍 包咏 (沈阳广播电视大学 　沈阳 110003) 　　摘要 　白川英树等人因发现导电聚合物而荣获 2000 年诺贝尔化学奖 。本文用“孤子理论”对 聚乙炔的导电机制作了简介 。 ( ) 　　通常来讲高聚物是绝缘材料 ,20 世纪 70 年代白川英树 H . Shirakawa 等人首次合成聚乙 炔薄膜[ 1 ] ,后又通过掺杂发现高聚物也具有导电性 。导电高聚物既具有金属的高导电率 ,又 具有聚合物的可塑性 ,质量又轻 ,是一类具有广阔应用前景的新材料 。高聚物导电性的发现拓 ( ) 宽了人类对导体材料的认识及应用领域 。白川英树 、麦克迪尔米德 A . G. Mac Diarmid 和黑 ( ) 格 A .J . Heeger 3 人因发现高聚物的金属导电性而荣获了2000 年诺贝尔化学奖 。 　　对于导电高聚物的导电机理 ,苏武沛等人[2 ,3 ] 运用孤子理论较好地解释了聚乙炔掺杂的 ( ) 导电机理 。值得一提的是 ,苏武沛是施里弗 J . R . Schrieffer 的研究生 ,而施里弗是与巴丁 、库 伯共同荣获 1972 年 Nobel 物理学奖的理论物理学家 。白川英树是有机化学家 ,麦克迪尔米德 是熟悉物理的化学家 ,黑格是熟悉化学的实验物理学家 ,他们之间密切合作 ,使化学与物理 、实 验与理论结合起来 ,解决了材料制备 、物理和化学性能测试 、实验数据和理论机制分析 ,开创了 化学和物理相结合的活跃的新边缘学科 。 1 　孤子概念 　　高聚物导电可以用孤子理论来解释 。现以最简单的导电聚合物 ———聚乙炔为例来描述孤 子形成的物理图景及其导电机制 。 　　先了解一下孤子的一般形态和性质 。孤子的概念来源于“孤波”。1834 年秋 ,英国科学家 ( ) 罗素 S. Rusell 在运河岸边看到由两匹马拉着一条迅速行驶的船 。当船突然停止时 ,在船头激 起一个沿着河面滚动的波包 ,其大小 、形状和速度变化都很慢 ,罗素追随此波包 2 ～3km ,直到 运河转了几个弯以后 ,波包才逐渐消失 。罗素把这种孤立的波包称为“孤波”。在罗素逝世 ( ) 100 周年 1982 年 时 ,人们在罗素发现孤波的运河边树立一座罗素纪念像 , 以纪念他这一不寻 常的发现 。 　　为了从数学上求出孤波的解 ,1895 年 D . Korteweg 和 G. de Vries 根据流体力学的研究 ,得 到孤包的运动方程是 : Φ Φ 3 Φ 　　　　 t + αΦ x + x 3 = 0 ( 1) 2 1 ( ) Φ 　　式 1 称为 K d V 方程 ,式中 t 为时间 , x 为距离 ,波幅 是 t 、x 的函数, α是常数 。这是非线性色散方程 。色散即波的 传播速度依赖波的频率和波长 , 由于不同波长的波的速度不 同 ,经过一段时间后 ,导致波包散开 ,但方程中存在着非线性效 ( ) 应 如倍频效应 导致波阵面卷缩 ,当两者共同作用所引起的形 变相互抵消 ,就形成了稳定的波包 ,即孤波 。 　　孤波具有 3 个特性 : ( 1) 定域性 ,