一:背景介绍
在很久很久以前,物质王国中存在两个对立的阵营:导电的金属家族和绝缘的高分子家族,两派泾渭分明,剑拔弩张 。
金属家族以铜为族长,为电子沿着导线的进攻立下了汗马功劳,而以聚氯乙烯为代表高分子材料则对电子严防死守,在导线周围建起了万里长城。
然而,公元1977年,天有不测风云,这样微妙的平衡竟被打破了!
白川英树!一个来自日本男人,竟教唆了高分子家族中的一支连夜叛逃!
✞白川英树等人开宗立派✞
二、家族大会
(P4)(来张开会的图)
“皇上!臣妾要告发聚乙炔私通卤素一族!罔顾族规,还剩下了私生子!”聚乙烯走上前,大声禀报。
“他们是无辜的,他们还只是孩子呀!” “叛徒”的母亲聚乙炔“扑通”一声,跪下了,在族人面前抽泣。
“说!到底是怎么回事!”聚氯乙烯怒目切齿,指着聚乙炔。
“是白川英树,是他,把溴蒸气送进了我的房,然后……”说到这里,她再也说不下去了,泪水汩汩而下。
“你们披着高分子的皮,竟做着金属才做的事!”在家族大会上,聚氯乙烯怒斥道。
“赶出去!赶出去!赶出去!“人群中声浪阵阵。
三、夜里的分别
夜,是那么的黑,风,是那么的吹,月隐于层霄。
聚乙炔将掺杂聚乙炔送至江边,一叶扁舟藏于苇岸。
“儿啊,这一去,可能就再也不能相见了……”语未毕,泪已从聚乙炔眼中汩汩流出。
“好的,妈妈!”系一系身上的包袱,掺杂聚乙炔登上了小舟,再看向他的母亲时,泪水已噙满了眼窝。
“回去吧——回去吧——我会照顾好自己的——”小舟如落叶般在江上漂浮,声音在江岸间反复回响。
四、能带理论
有的客官可能就要问了,这掺杂聚乙炔怎么就突然背叛了高分子家族,竟能导电了?且听我分析。
大家可能都知道,这材料若要是想导电,就须要让那电子跑起来,得要有一条从头到尾贯穿的路!若一段有路、一段没路的,这跑起来可得多累啊!这经济哪里好得起来?而那聚乙炔正是认清了这一点,一条名叫“大π键”的高速路贯穿始终!经济建设就可直接放卫星!
经济发展起来了,高速路也堵起来了,可若是想让那电子跑起来,这高速路可不能太堵,若是路像这样,那可——跑不了咯!
堵车
而那未掺杂的的聚乙炔,就是那么条像露天停车场的路,各个π轨道看似都能导电,却各个是满带,堵得要命,电子哪里能跑得起来?而这掺杂的卤原子,就像给这高速路之间多修了一股交换车道,把部分车移到了新车道上,路就得到疏通,没那么堵了,电子也就跑起来了。
五、开门立派!
话说掺杂聚乙炔脱离门派后,自立门派,纠集了一众同样被逐出家族导电高分子,它们是那稳定发光聚噻吩、高效导电聚吡咯和前途广大聚苯胺。
先说那聚噻吩,那可是光电材料中的扛把子——在一众导电聚合物中,它光学性能最好;在高光学性能材料中,它稳定性最强。聚噻吩及它的孩子们在非线性光学器件、电致发光模块和聚合物LED上广有建树,引得众人注目! |
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再说那聚吡咯,门派里数它最值钱,稳定性高,导电性强,更重要的是他还和善可亲,和众多材料打成一片,极易形成均聚物和复合材料——这可不得了!能力强,门路广,在各个方面就都能取得商业价值,令人叹服! |
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还有那聚苯胺,公认的门派中最有前途的年轻人,被大家讨论的也最多。他小子有三种形态,充分还原、中度氧化和完全氧化——中度氧化时,他是导体,完全氧化时,嘿,他就绝缘了! |
六、快乐应用
在教主掺杂聚乙炔的带领下,✞导门✞迅速发展,在电致 变色和柔性电子器件等方面都闯出了一番天地!
对于具有大共轭体系的共聚物,将其π体系中的电子激发需要吸收一定波长的光。而若该波长落在可见光范围内,其将显示出其互补光的颜色。对于导电高分子而言,其不仅具有大共轭体系,还具有易氧化还原的特性,意即,可以通过电化学方法改变他们的电子体系状态,从而改变吸收光的波长,达到电致变色的效果。
2017年,鲍哲南团队在柔性电子器件领域又取得了新进展,在Nature报道了一种基于非共价键合机制的可拉伸可自愈的高性能有机半导体,这种材料可用于制造可拉伸的有机薄膜场效应晶体管(OTFT),有了这种基本电子元件,科学家们就可以设计新一代的柔性电子器件。
2022年,鲍哲南团队创造性地在PEDOT:PSS中引入第二重拓扑交联网络,在Science报道了一种具有较高构象自由度的“机械互锁”几何结构,赋予了材料本征可拉伸性,并进一步优化导电性和光图案化性能,最终实现材料力学—电学综合性能突破。经过合理设计掺杂剂的拓扑结构和化学结构,得到的薄膜导电率相比于之前报道的策略提高了两个数量级,并且通过直接光固化工艺可制备微米级线宽电极阵列。
各类导电高分子在掺杂聚乙炔的引领下,共建和谐社会,共圆高分子强国之梦!