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应用潜力极大的导电塑料

时间: 2011-07-15 02:16 来源: 作者: 点击:

2000年12月12日,瑞典皇家科学院把2000年诺贝尔奖颁发给日本筑波大学名誉教授白川英树和他的两个欧美同行。他们共同获得奖项目的理由是“发现并研制出了导电塑料”。历来被视为绝缘体的塑料,因他们的这一发现而具有了金属那样的导电性。以此为基础,科学家们大力研究与开发导电塑料的应用领域。

在便携电源开发上,导电塑料用途广阔。越来越追求轻薄小巧的移动电话市场,使传统的镍和铅等重金属电池也正面临被淘汰的境地。去年索尼公司新上市的可录放MD播放器,就已采用了白川教授开发的导电塑料电池,实现了首例商业应用。而美国新推出的一款导电塑料电池采用被称为聚苯胺的导电塑料制造一个电极,另外一个电极是锂。该导电塑料电池仅有一枚硬币大小,可以重复充电。德国厂商也用导电塑料制造出仅有普通明信片一般大小的薄型挠性导电塑料电池,可提供便携式工具的电源。与容易造成污染的重金属相比,使用导电塑料做的电池更有利于保护环境。

在微芯片的开发上,塑料芯片有可能取代硅芯片。据预测,到2004年,全球塑料芯片行业的平均销售额将达到100亿美元,塑料芯片将成为未来极有发展潜力的新一代芯片。目前,已有多家IT业巨头宣布成立塑料芯片的专门研究机构,例如IBM、三菱、日立、朗讯、施乐、飞利浦和Hoechet公司等。他们已经研制出集成了几百只电子元器件的塑料芯片样品,探索出能够批量生产的集成度较低的塑料芯片。与硅芯片相比,塑料芯片价格则非常低廉,仅为硅芯片的1%~10%,极具市场竞争力,它将首先在条条形码扫描仪和付款机中使用。

在太阳能的开发上,塑料太阳能电池呼之欲出。奥地利科学家利用聚苯乙烯等制造塑料太阳能电池取得进展,成功地使其效率提高到约3%,而且有望解决太阳能电池成本过高的问题。制造塑料太阳能电池正是需要具有半导体性能 的塑料,奥地利科学家在研究中使用了聚苯乙烯 这样的碳氢化合物和由纯碳组成的富勒式结构,将它们混合后加工成极薄的膜,然后在膜层上下两面蒸发涂上铟锡氧化物或铝这样的贵重金属作为电极。由于聚苯乙烯受到光照时会释放出电子,而富勒式结构则会吸收电子,如果将灯泡接在这两个电极上,电子开始流动就会使灯泡发光。传统的硅太阳能电池不仅价格昂贵,而且生产过程中消耗大量能源,因此成本昂贵,无法成为替代矿物燃料的能源,而塑料电池最大的特点就是生产成本低、耗能少。一旦技术成熟,可以在流水线上批量生产,使用范围也很广。

在显示器市场上,导电塑料大显神威。长期以来,显示器市场一直期待着一种通电后可以发光的导电塑料,这项科研成果今后会有相当广阔的市场。日本先锋公司的有关科研成果,虽然并未直接利用导电塑料,但是根据导电塑料的原理,于1997年开发出一种新型显示器,并且开始应用到汽车音响中。以往汽车的表盘,其本身并不发光,而是利用后面照射光线来显示画面。先锋的这种显示器,明显改善了画面的切换速度,与液晶相比,速度提高了近1000倍,因此非常清晰。日本科学家还研制出包含有几百个有机计算机芯片的柔软的导电塑料,采用这种导电塑料制造出了新颖的平板显示器和电子标签。导电塑料制造的显示屏可以用于移动电话手机、太阳能电池和微型电视等。

在超导技术领域,超导塑料闪亮登场。由于碳分子聚合物的结构不利于电子的运动,科学家一荒苎兄瞥鲆运〉某继濉

然而,贝尔实验室的科学家使用一种名为聚噻吩的塑料,设法用氧化铝合金制成一种金属薄片,并在其上涂上一层聚噻吩薄膜。科学家发现,在它们形成的电场中,电子可以无损耗地通过聚集噻吩薄膜,这表明聚噻吩具有超导特性。虽然人们认为超导塑料具有广阔的应用前景,但领导该项研究的伯特伦·贝特拉格认为,超导塑料要进入实际应用,还有很多工作要做,他们发现的超导塑料在绝对温度4K时才显示出超导性。目前他们正在用同样的方法寻找在较高温度下具有超导特性的塑料。

在电磁防护品市场,导电塑料显示出巨大优越性。传统的电磁屏蔽材料多采用铜材,但导电塑料的防静电特性赋予了它同样的性能,而且制造成本要低得多,消耗资源少,应用方便。因此,它是一种非常理想的电磁屏蔽材料替代品。可以应用于计算机房、电视机、电脑和心脏起搏器上。

在纳米技术的开发上,导电塑料可能是最佳材料。目前,导电塑料的发明人之一、美国物理学家马克迪尔米德教授正在着手研究导电塑料与纳米技术的结合运用。即将传统的导电材料与导电纤维静电编织起来,制造出纳米级纤维和纳米电子线路。众所周知,人的头发直径是5万纳米,而马克迪尔米德教授领导的研究小组正在研制的纳米材料聚苯胺纤维的直径仅为100纳米,这是目前世界上最细的纤维,仅有头发丝直径的1/500。如果将纳米导电纤维与纳米电子电路结合起来,可以把计算机做得非常小。该研究小组已成功地利用普通塑料研制出纳米电子线路,并申请了专利,同时在宾夕法尼亚州立大学成立了导电塑料开发公司,他们开发的纳米电子线路成本非常低,一块纳米电子线路板的成本仅为1美分。

在蓄电功能的开发上,导电塑料将替代电解电容器。1990年,松下通信公司的高级工程师藤康夫等人,利用导电塑料代替在电路中惯用的具有蓄电功能的电解电容器,成功地使电路的电阻降低到万分之一以下,同时解决了传统电解电容器中液体成分难以处理的问题。电阻小就可以节电,也可以适应电信号的迅速变化,为此,在实现个人电脑小型化和高速化方面,导电塑料的需求正在扩大。

在机器人的制造上,导电塑料潜力巨大。采用装有塑料芯片的微电脑控制的机器人,比采用硅芯片的机器人更灵活,更容易操纵,采用导电塑料制造出来的机器人的肌肉富有弹性,用电化学方法控制这种人造肌肉,可以使之膨胀和收缩,这种几乎能够以假乱真的肌肉适合于制造机器人的四肢,它能够按机器人电脑的指挥做出各种动作,这是机器人制造技术的一项重大突破。

在生命科学领域,导电塑料可制成智能材料。最新研究表明,DNA也可以具有导电性,因此,把导电塑料与生命科学结合起来,可以制造出人造肌肉和人造神经,以促进的DNA生长或修饰DNA,这将是导电塑料在应用上最重要的一个趋势。

导电塑料在其他方面还有更多的应用,比如,利用它对电信号的敏感性,可以用来制作传感器;由于它能够吸收微波,调制成飞机涂料还可以起到逃避雷达的隐型效果;在火箭、船舶、石油管道以及污水管道中,还可以发挥它的防腐功能。

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