在人們的印象中,塑料是不導電的,不僅如此,塑料還常常作為絕緣基體使用,塑料在電子電氣中的廣泛應用正是基于這一點。但是,三位科學家在1977年首次發現這種聚合物也能導電。這項研究在初期并沒有得到認同和關注,經過近15年的時間塵封,上世紀90年代初,信息化產業開始展現出無比廣闊的應用市場。各大化工和信息研發機構猶于一朝夢醒,不約而同對導電塑料投入大批研究經費,于是該領域的研究在近十多年里發展迅猛,令人欣慰的是,在經過了近四分子一世紀后,當年的三位科學家亦因此獲得2000年諾貝爾化學獎。
導電塑料一般分為結構型和復合型兩大類。結構型材料合成工藝較復雜,成本較高,目前價格相當昂貴,是一種真正意義的導電塑料,研發一旦突破技術瓶頸,將給我們的生活帶來無法想象的影響。
復合型是由導電性物質與高分子材料復合而成。該類別成本稍低,可以滿足各種成型要求,是一類已被廣泛應用的功能性高分子材料。
1970年,日本東京技術學院里一位留學生在做有機聚合物的化學實驗時,由于不精通日語,誤解了老師的話,過多地把某種化學物質加進乙炔氣體,結果沒有得到預期的黑色粉末,而是產生了酷似金屬的塑料。5年后,美國的艾倫·麥克迪阿密教授訪問日本,對這種銀色塑料驚嘆不已。他們有意將少量加入塑料中,出乎意料,這種塑料的導電性能猛增了3000多倍。于是,具有金屬般導電性能的塑料問世了。
這種酷似金屬的塑料,是一種復合型導電高分子材料。它是用聚乙烯、聚吡咯、聚塞吩、聚胺等高分子聚合物的塑料摻雜某種離子,通過特殊的處理和反應而成的,兼有導體和塑料的優點。
金屬會導電,是電子或空穴傳導電流的結果,那么塑料又為什么會導電呢?
科學家認為,塑料是高分子聚合物,分子中有很多個碳原子、氫原子,“手拉手”地連接成長鏈。碳原子有相互“拉”著一個或幾個電子的能力。拉幾個電子的碳原子,控制電子的能力相對較弱,容易被摻雜物奪走電子,而留下空位。這好比擠滿汽車的停車場,一旦有一輛車從出口離開車場,另一輛車就能進入一樣。當外界施加一定的電壓后,聚合物分子中空位附近的電子就會進入空位,并造成新空位,這樣交替持續就造成電流流動。
用導電塑料制造的塑料電池,工作原理很像海綿吸水,放電時,電極排斥電子;充電時,電極又吸附電子。這樣循環往復,電極不會與“溶液”發生任何化學反應而溶解。因此充放電時間快,壽命長。用它做汽車動力,可大大提高速度和爬坡性能;把它編織在衣服襯里,能產生熱能防寒代替羽絨服;用它做成房間墻板,能自動調節室溫;甚至還可用它帶動電子計算機。
導電塑料還有其它“絕技”:在顯示器中,它能使自己變色;在抗電磁波干攏裝置里,有吸附電磁輻射的本領;它還能對付電子、化工、精密儀器等行業的靜電。日本還研制出一種含有碳鋁合金型導電纖維和導電塑料的地板材料,可搬移、組裝,也可澆注、粘接。裝上這種地板,人體上的靜電會跑到地下,不會給人和機器帶來危險。