Перспективные полимеры. Достижения в области синтеза и переработки полимеров, страница 10

Электропроводность    материала связана с его электронной структурой. Электроны в атоме занимают определенные орбитали, соответствующие дискретным энергетическим уровням (состояниям). Когда в твердом теле орбитали несколько атомов перекрываются, электроны делокализуются, т. е. перестают быть связанными с атомом. При этом энергетические уровни образуют разрешенные зоны; в каждой зоне может находиться некоторое число электронов. Если в твердом теле самая верхняя из занятых зон не заполнена, то материал будет проводником, если же эта зона занята полностью, то материал будет полупроводником или изолятором.

В полимерах, у которых два соседних атома углерода соединены двойной связью, электронные орбит али перекрываются вдоль цепи и соответствующие энергетические состояния превращаются в зоны. Самая верхняя из занятых энергетическая зона заполнена. Чтобы полимерная молекула имела проводимость вдоль своей оси, электроны должны перейти в незанятую еще более высоко лежащую зону.

Допированием (введением особых добавок) можно значительно повысить проводимость полимера. Добавки, по-видимому, действуют путем отщепления или присоединения электронов к полимерной цепи: или заполненная энергетическая зона теряет электроны, или незанятая более высоко лежащая зона присоединяет их; при этом в материале образуются неполностью занятые энергетические уровни, что необходимо для проводимости. Введением пентафторида мышьяка в полиацетилен — один из первых разработанных проводящих полимеров — можно поднять значение проводимости материала на 10 порядков величины, т. е. до уровня, характерного для некоторых металлов.

До сих пор теоретические основы проводимости полимеров полностью не установлены, поэтому на практике существуют трудности для широкого использования таких материалов. Многие полимеры, обладающие проводимостью, имеют ароматическую главную цепь (ароматические группы содержат двойные связи и для них характерно перекрывание электронных орбиталей). Такие жесткоцепные проводящие полимеры с трудом поддаются переработке из-за высокой теплостойкости и стойкости к действию растворителей; кроме того, они хрупкие. М. Драй, М. Рабнер и С. Трипати из GTE Laboratories, чтобы устранить эти недостатки и получить прочный, легче разМЯГЧтоЩИЙСЯ и плавящийся материал, предложили композицию из электропроводящих полимеров и эластомеров.

При переработке некоторых полимеров можно выявить свойства другого типа, связанные с их электронным строением. Свет, представляющий собой электромагнитные волны, действует на электронную структуру вещества, и при достаточной интенсивности он может изменять оптические свойства некоторых материалов. Такие нелинейные оптические явления вызывают изменение оптической плотности или показателя преломления. Создание материалов с сильными нелинейными свойствами может открыть путь к разработке оптических вычислительных машин и систем связи, в которых световые сигналы будут управлять распространением других световых потоков точно так же, как поток электронов регулирует прохождение тока в электронных схемах.

Недавно обнаружена резко выраженная нелинейность оптических свойств у полупроводящих полимеров класса полидиацетиленов; А. Гарито из Пенсильванского университета и А. Бакли из Celanese Research Сотрапу выявили сильную нелинейность в некоторых жесткоцепных полимерах поли-пфениленбензо-бис-имидазолах (ПБИ). По-видимому, наличие таких свойств отражает перекрывание электронных орбиталей вдоль полимерной цепи. Когда интенсивный световой луч определенной длины волны под некоторым углом падает на молекулу, делокализация электронов происходит таким образом, что изменяется их реакция на действие второго свегового луча. Значительные изменения показателя преломления служат доказательством этой неадекватной реакции. Материал, из которого сделано устройство, действующее на принципе оптической нелинейности, должен быть свободен от дефектов, которые рассеивают свет. С этой целью М. Теюјр из СЈТЕ Laboratories провел успешные эксперименты по получению монокристаллических полидиацетиленовых пленок, в которых оптические дефекты практически отсутствуют.