A Svéd Királyi Akadémia a 2000. évi kémiai Nobel-díjat
ALAN J. HEEGER (University of California at Santa Barbara, USA),
ALAN G. MacDIARMID (University of Pennsylvania, Philadelphia, USA)és
HIDEKI SHIRAKAWA (University of Tsukuba, Japan)
professzoroknak ítélte
a vezető polimerek felfedezéséért és fejlesztéséért.
Tudományos háttér
A műanyagok bizonyos körülmények között elektromos vezetőkké válhatnak. A vezetés legfontosabb feltétele a polimerben a konjugáció, vagyis az a körülmény, hogy felváltva legyen egyes- és kettős kötések. Az alábbi ábrán a polietin szerkezete látható:
A konjugált kötéseken kívül szükséges, hogy elektronokat juttassunk be vagy vonjunk el a vegyületből. Az első esetben az elektromos vezetés úgy valósul meg, hogy elektromos teret alkalmazva a (feleslegben levő) elektronok egy-egy szomszédos elektron helyére ugranak, majd az így "kiebrudalt" elektron hasonló módon tovább folytatja útját. Ha elektronhiányos a polimer, akkor ún. "lyuk" keletkezik, mely úgy terjed tovább, mint az üres hely az alábbi játékban.
A vezetés hasonló a félvezetőkben tapasztaltakhoz. Fontos azonban a polimer szerkezete, hiszen a fentiek egy molekulán belüli történések és meg kell történjen az ugrás a molekulák között is.
Heeger, MacDiarmid és Shirakawa kísérleteik során vékony polietin (poliacetilén) filmet állítottak elő, majd jódgőzökkel (I2) oxidálva elektromos vezetőképességét milliárdszorosára növelték. Az anyag vezetési tulajdonságait tekintve eredetileg félvezető, de a kísérletek nyomán az ezüst és a réz vezetési tulajdonságait is megközelítette.
A reakciók:
Oxidáció egy halogénnel (elektron elvonása, lyuk keletkezése): [CH]n + 3x/2 I2 --> [CH]nx+ + x I3-
Redukció alkálifémmel (elektron bejuttatása): [CH]n + x Na --> [CH]nx- + x Na+
Alan J. Heeger fizikus és Alan G. MacDiarmid vegyészprofesszorok az 1970-es években egy "fémszerű" polimerfilmmel, a szervetlen kén-nitriddel ((SN)x) végeztek kísérleteket. Ebben az időben a világ másik végén Hideki Shirakawa japán vegyészprofesszor polietin filmekkel kísérletezett. A három tudós közös munkájába a véletlen is beleszólt. MacDiarmid és Shirakawa ugyanis egy tanácskozás kávészünetében találkozott először.
Eredményeiket először 1977 nyarán publikálták a The Journal of Chemical Society, Chemical Communications folyóiratban.
Alkalmazási lehetőségek
A fenti eredmények nyomán lehetőség nyílt kis energiafelhasználású fotódiódák készítésére, amelyekben így gallium (Ga) helyett olcsón előállítható polimereket használhatnak. A technológia révén az elkövetkező években újfajta tévéképernyők, világító közlekedési táblák, tapéták, mobil telefon kijelzők is készíthetők. A kísérletek eredményei felhasználhatók a fényképészeti nyersanyagok, antisztatikus eszközök, felületek gyártásában.
A díjazottak
Alan J. Heeger
Alan J. Heeger 1936-ban született. Doktori címét 1961-ben szerezte a Kalifornia Egyetemen, Berkeley-ben. 1982 óta a fizika professzora a Kalifornia Egyetemen Santa Barbara-ban és igazgatója a Polimerek és Szilárd Szerves Anyagok Intézetének.
1990-ben megalapítja a UNIAX Corporation nevű céget.
Prof. Alan J. Heeger
Institute for Polymers and Organic Solids And Department of Physics and Materials
University of California at Santa Barbara
Santa Barbara, CA 93106-5090
http://www. ipos.ucsb.edu/ajh.html
Alan G. MacDiarmid
Alan G. MacDiarmid 1927-ben született Új-Zélandon, ahol gyermekkorát is töltötte. Egyetemi tanulmányait Új-Zélandon, majd a Wisconsin Egyetemen (USA) és Cambridge-i Egyetemen (Nagy Britannia) végezte. 1964 óta a Pennsylvania Egyetem professzora.
Prof. Alan G. MacDiarmid
University of Pennsylvania
34th and Spruce Streets Philadelphia, PA 19104
http://www.sas.upenn.edu/~macdiarm/
Hideki Shirakawa
Hideki Shirakawa 1936-ban született. Doktori címét 1966-ban szerezte a tokiói Műszaki Egyetemen. Azóta a Tsukuba-i Egyetemen dolgozik, 1982 óta professzorként.
Prof. Hideki Shirakawa
Institute of Materials Sciences
University of Tsukuba
Sakura-mura, Ibaraki 305, Japan
