导电聚合物是一种高分子物质
导电聚合物是一种高分子物质，它的导电能力很强，几乎可以达到金属导电的性能。聚合物
是由简单分子联合形成的大分子物质。聚合物要能够导电，其内部的碳原子之间必须交替地
由单键和双键连接，同时还必须经过掺杂处理，即通过氧化或还原反应移去或导入电子。
导电聚合物的研究兴起于本世纪70年代，80年代达到高潮，目前则趋于消沉。导电聚
合物已广泛地用于许多工业领域，如抗电磁辐射的计算机视力保护屏幕、能过滤太阳光的"智能"玻璃窗等。除此之外，导电聚合物还在发光二极管、太阳能电池、移动电话和微型电
视显示装置等领域不断找到新的用武之地。导电聚合物的研究成果，还对分子电子学的迅速
发展起到推动作用，从而为人类在未来制造由单分子组成的晶体管和其它电子元件奠定了基
础。这不仅可以大大提高计算机的运算速度，而且还能缩小计算机的体积。2000年度诺贝尔化学奖即奖给对导电聚合物的发现和发展做出贡献的科学家艾伦.黑格、艾伦.克迪尔米德与白川英树。
一、塑料如何就变成了导体？
塑料是分子聚合物，形成长链的分子就像脖子的珍珠一样不断重复自己。在变成导
体时，聚合物必须模仿金属，也就是说聚合物的电子需要自由地运动，而不是被束缚在原子
上。聚合物成为具有金属性质的第一个条件是聚合物具有共轭双键，既组成聚合物的分子由
单、双键交替组成。碳氢化合物乙酰通过聚合作用而形成的聚合物多炔就具有这样的结构。
但是，仅仅有共轭双键是不够的。要成为导电体，塑料还必须被打乱，也就是说或
是通过氧化过程移走材料中的电子，或是在材料中加入电子。这一过程被称之为掺杂。
Heeger，MacDiamid和Shirakawa的新发现是多炔薄膜在被碘蒸汽氧化后，其导电
能力增加了上千万倍。这一惊人的发现是他们杰出工作的结果，但也是一系列巧合与偶然事
件的故事。
聚合物导体是如何被发现的？
一个重要的咖啡休息时间
这个故事的主角是碳水化合物多炔，多炔是一种扁平的分子，分子的键角成120度，因此这种聚合物有顺式和反式两种不同的同分异构体。70年代初，日本化学家Shirakawa发现他可用一种新方法合成多炔，并可以在反应器内部出现的黑色的多炔薄膜上控制顺式和反式
两种结构的比例。在一次偶然而又充满运气的失误中，Shirakawa向原料中多加入1000倍的催化剂。结果让Shirakawa非常吃惊：一层美丽的银色薄膜出现了。
Shirakawa为他自己的发现所激励。这层银色的薄膜是由反式多炔组成。在不同温
度下所进行的相应的反应中出现了紫铜色的薄膜。紫铜色的薄膜是由顺式多炔组成。这种通
过变化温度和催化剂浓度来控制组成的方法后来成为发展聚合物导电体的决定性因素。
这时，在世界的另外一个地方，美国化学家MacDiarmid和物理学家Heeger正在用无机聚合物氮化硫形成的类似金属的薄膜进行实验。MacDiarmid认为他们的发现起源于日
本东京的一个学术交流会。如果没有这次会议，以及MacDiarmid在会议的咖啡休息时间很
偶然地碰见了Shirakawa，也许这个故事到此就已结束了。
当MacDiamid得知Shirakawa发现了由有机聚合物形成的闪光薄膜后，他邀请
Shirakawa到费城宾夕法尼亚大学访问。他们着手通过碘蒸气氧化改良了多炔。Shirakawa知道在氧化过程中多炔的光学性质会发生改变，MacDiamid建议请物理学家Heeger来看一看这个膜。Heeger让他的一位学生来测量这一薄膜的导电性，这个学生经测量发现，这个
掺杂了碘的反式多炔薄膜的导电性增加了上千万倍！
1977年夏天，Heeger、MacDiamid和Shirakawa，以及其他合作的同事共同将他们
的发现写成题为“合成导电的有机高分子：多炔的卤素衍生物”论文，发表在英国皇家学会
出版的《化学会志》（The Journal of Chemical Society,Chemical Communications)。这一发现
是一个伟大的突破，从此以后，这一领域的发展突飞猛进，并产生了许多新的激动人心的应
用。
美国普林斯顿大学的材料科学家StephenForrest说，如果诺贝尔委员忽略这些材料
的发现，那将会“引起相当的争议。”贝尔实验会是朗讯公司的研究力量，实验室的化学家
zhenanBao说：“现在研究更集中在半导体高分子上。但所有这一切都基于科学家们早期的
基础概念。”
二、导体塑料可以用在一些特殊的环境中，比如摄影胶卷需要的抗静电物质、防微波设
备，近来研发的一些半导体聚合体甚至可以应用在发光二极管、太阳能电池及移动电话和迷
你电视的显示屏中。但是钱人元指出，目前并没有大规模实际应用的可能。“因为现在的状
况是：它虽然有前景，却缺少竞争力。塑料导体相对来说不太稳定，而且寿命还太短。但是
科学研究就是这样，你的发现也许现在看来不可行，可是将来会有解决办法，投资技术的研
究就有这样的风险性，你不能要求在商业上立竿见影。”
“尽管由于不能大规模应用，导体塑料的研究已经转入低谷，但是研究一直在继续。
现在，三位科学家的实验室里还有很多中国学者。正在华南理工大学讲学的曹镛就是黑格实
验室的主力。”
有机化学在我国有较长的研究历史，我国在化学领域曾有冲击诺贝尔奖的成果——
—合成胰岛素以及相当规模的科研队伍和一批在国际上知名的科学家。但总体来说，我国在
化学领域的研究创新性少，深度不够，新材料、新药品种少。专家们认为，我国要在此领域
跻身国际前列，还要作艰苦的努力。
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