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導(dǎo)電塑料研發(fā)狀況    
2005年
導(dǎo)電塑料是一類特種功能材料，具有塑料的密度，又具有金屬的導(dǎo)電性和塑料的可加工性，還具備金屬和塑料所欠缺的化學(xué)和電化學(xué)性能，在國(guó)防工業(yè)上主要用作隱身材料，民用上主要用作金屬防腐蝕材料、抗靜電材料、電子化學(xué)品。
作為一類高附加值、具有廣泛應(yīng)用前景的新興材料，導(dǎo)電高分子產(chǎn)品的的開發(fā)在國(guó)際上竟?fàn)幨旨ち?。目前美?guó)（杜邦公司、IBM公司、Allied Signal公司）、德國(guó)（Ormecon）、芬蘭（Neste Oy）和日本（Nitto Denko）等國(guó)的公司已基本從原理上解決導(dǎo)電聚苯胺的噸級(jí)生產(chǎn)、溶液與熔融加工難題，進(jìn)入工業(yè)規(guī)模的開發(fā)。目前導(dǎo)電高分子正處在工業(yè)化的前夜，歐美產(chǎn)業(yè)部門估計(jì)到2005年國(guó)際上相關(guān)產(chǎn)品產(chǎn)值將達(dá)到10億美元，這當(dāng)中電子化學(xué)品、抗靜電材料、聚苯胺金屬防腐蝕材料、電磁屏蔽材料占80％以上。世界各大公司在該領(lǐng)域擁有近150項(xiàng)專利技術(shù)，其中原創(chuàng)性專利3-5項(xiàng)。

    由于導(dǎo)電高分子的巨大應(yīng)用前景，發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)立導(dǎo)電高分子學(xué)科的幾位科學(xué)家分享了2000年度的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

    中科院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所于1984年開始研究導(dǎo)電聚苯胺的合成、結(jié)構(gòu)、性能、加工和應(yīng)用。從1996年開始，長(zhǎng)春應(yīng)化所全力加速聚苯胺類導(dǎo)電塑料的工業(yè)化進(jìn)程，所開發(fā)的“可溶性聚苯胺的環(huán)保聚合路線及后處理工藝”經(jīng)吉林省科技廳立項(xiàng)支持，于1999年2月通過專家的鑒定。1999年7月吉林省科技廳又重點(diǎn)支持其“20噸級(jí)可溶性導(dǎo)電聚苯胺中試合成”項(xiàng)目，已經(jīng)于2001年1月15日通過了專家的鑒定，鑒定委員會(huì)認(rèn)為長(zhǎng)春應(yīng)化所的聚苯胺研究成果達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。2001年吉林省科技廳又將“聚苯胺類導(dǎo)電塑料的研究與開發(fā)”作為重點(diǎn)項(xiàng)目進(jìn)行支持，目前其合作企業(yè)吉林正基科技開發(fā)有限責(zé)任公司，已經(jīng)噸級(jí)規(guī)模向美國(guó)杜邦公司出口聚苯胺原料。

    通過吉林省科技廳的重點(diǎn)支持，長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所在可溶性導(dǎo)電聚苯胺的無污染合成、水溶性嫉緹郾槳妨礁齜矯嫻墓ぷ韉玫攪斯嗜峽桑諼尬廴鏡牡嫉緹郾槳泛Ｑ?lt;/FONT>防污涂料研制方面居世界先進(jìn)水平，目前已擁有相關(guān)中國(guó)專利8項(xiàng)，美國(guó)專利1項(xiàng)。

    在導(dǎo)電聚苯胺產(chǎn)品的開發(fā)中，目前最有成效的是德國(guó)的Ormecon公司，該公司主要生產(chǎn)導(dǎo)電聚苯胺防腐涂料和抗靜電涂料，已經(jīng)在美國(guó)、日本和韓國(guó)分別建立了Ormecon
America，Ormecon Japan及 Ormecon Korea三家子公司，已經(jīng)成為全球最有影響力的導(dǎo)電聚苯胺產(chǎn)品公司。該公司的董事長(zhǎng)已三次訪問吉林正基公司，并與吉林正基公司商談合資建立公司的事宜，簽定了意向合作協(xié)議。目前雙方互相交換樣品，可以說這是對(duì)吉林正基科技公司開發(fā)導(dǎo)電聚苯胺產(chǎn)品的一種肯定，為我國(guó)聚苯胺類導(dǎo)電塑料的開發(fā)研究提供了一個(gè)挈機(jī)。

    在今后三年內(nèi)，爭(zhēng)取在導(dǎo)電聚苯胺抗靜電材料、導(dǎo)電聚苯胺金屬防腐蝕涂料、電子化學(xué)品專用材料等方面形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、具有產(chǎn)業(yè)化價(jià)值的技術(shù)。預(yù)計(jì)到2005年將在吉林省形成以導(dǎo)電高分子為核心的新興產(chǎn)業(yè)，建立年產(chǎn)100噸聚苯胺原料的生產(chǎn)線，建立年產(chǎn)千噸的導(dǎo)電聚苯胺涂料生產(chǎn)線；在艦船上千噸級(jí)推廣導(dǎo)電防腐涂料；聚苯胺原料爭(zhēng)取50%以上出口，占領(lǐng)30％以上的國(guó)際原料市場(chǎng)，導(dǎo)電材料爭(zhēng)取有10－20%供應(yīng)國(guó)際市場(chǎng)。

導(dǎo)電塑料技術(shù)應(yīng)用          2005年2月4日

   塑料是20世紀(jì)的重大發(fā)明之一。在人們的印象中，塑料是不導(dǎo)電的，普通電纜就常使用塑料作為導(dǎo)線外面的絕緣層。但是，三位科學(xué)家卻在1977年首次發(fā)現(xiàn)這種聚合物也能導(dǎo)電，而他們亦因此獲得2000年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。經(jīng)過了一段時(shí)間的沉寂，受惠于大筆研究經(jīng)費(fèi)，該領(lǐng)域的研究在最近十多年里發(fā)展迅猛，多項(xiàng)技術(shù)即將進(jìn)入應(yīng)用階段

當(dāng)傳統(tǒng)半導(dǎo)體行業(yè)的科學(xué)家們正致力于將電子元件的尺寸進(jìn)一步縮小，挑戰(zhàn)摩爾定律的極限時(shí)，也有一批持不同目標(biāo)的科研人員在為新型半導(dǎo)體材料的應(yīng)用而努力。導(dǎo)電塑料（有機(jī)半導(dǎo)體材料）就是其中的一個(gè)例子。如果他們的研究進(jìn)展順利，導(dǎo)電塑料將向硅晶體的霸主地位發(fā)起沖擊，給半導(dǎo)體行業(yè)帶來天翻地覆的變化。

    通常情況下，塑料由許多排列無序的大分子組成，通電后，當(dāng)電流增大時(shí)，塑料內(nèi)部會(huì)形成凌亂的網(wǎng)狀物，并馬上停止導(dǎo)電。然而，科學(xué)家卻發(fā)現(xiàn)，某些結(jié)構(gòu)的塑料卻具有半導(dǎo)體特性，也能傳輸電流。后來，科學(xué)家們又進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，通過在塑料內(nèi)滲入某些物質(zhì)，可以改變其物理化學(xué)特性，使其具有較好的導(dǎo)電性能。這些發(fā)現(xiàn)為導(dǎo)電塑料日后取代硅晶體成為新一代半導(dǎo)體材料奠定了基礎(chǔ)。

    塑料RFID標(biāo)簽

    在超市采購(gòu)結(jié)束后，你無需去排隊(duì)等待收銀員一一讀取各個(gè)商品的條形碼，直接推著滿滿一車貨物走過檢測(cè)器，大約不到一分鐘，貨品的總額就顯示出來了———這是無線射頻識(shí)別標(biāo)識(shí)技術(shù)（RFID）為我們勾畫出的美妙場(chǎng)景。

    這種非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的便利之處在此毋庸贅言，RFID商品標(biāo)簽被認(rèn)為將是今后全球商品交易及物流中采用最廣的技術(shù)之一。但RFID標(biāo)簽的成本問題卻可能成為制約這一技術(shù)普及的瓶頸。有資料顯示，RFID標(biāo)簽?zāi)壳暗某杀敬蠹s每枚0.2美元，這一價(jià)格也許對(duì)于汽車、電視等貴重商品來說無關(guān)緊要，可是對(duì)超市中的眾多低價(jià)商品來說就變得難以承受了。

    美國(guó)的3M公司正在致力于解決這個(gè)問題，科學(xué)家要用一種便宜的導(dǎo)電塑料來替代傳統(tǒng)的硅晶體材料，這種材料名叫并五苯（Pentacene）。根據(jù)該公司最近公布的消息，利用并五苯作為芯片半導(dǎo)體材料的標(biāo)簽已經(jīng)可以被幾厘米外的讀取裝置識(shí)別，如果這種技術(shù)在未來得到進(jìn)一步完善，RFID標(biāo)簽就會(huì)像條形碼一樣被印在洗發(fā)水包裝、罐頭盒外面。

    2003年11月5日，零售業(yè)巨頭沃爾瑪百貨公司正式宣布，在2005年底，所有供應(yīng)沃爾瑪百貨的商品包裝箱上，都要有應(yīng)用RFID技術(shù)的電子商品條形碼。塑料RFID標(biāo)簽的研制使這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)成為可能。RFID的應(yīng)用范圍也就是塑料RFID標(biāo)簽將來潛在的市場(chǎng)，包括門禁管制、貨物管理、資產(chǎn)回收、物料處理、廢物處理、醫(yī)療應(yīng)用、交通運(yùn)輸、防盜應(yīng)用、自動(dòng)控制、聯(lián)合票證等許多領(lǐng)域。

    有機(jī)材料顯示器

    實(shí)際上，以并五苯為代表的導(dǎo)電塑料應(yīng)用前景非常廣泛。自從1980年代中期研發(fā)出有機(jī)晶體管(organictransistor)后，由于其相較于一般玻璃和半導(dǎo)體，具有成本低、重量輕、能變形的優(yōu)點(diǎn)，不少研究機(jī)構(gòu)開始嘗試以有機(jī)晶體管為材料制造塑料平面顯示器。但在過去的十多年里，較低的電子遷移率、高工作電壓以及令人失望的處理速度一直是阻礙有機(jī)薄膜晶體管（OTFT）顯示器研發(fā)的主要難題。

    這種情況在最近幾年中發(fā)生了改變，IBM的研究人員通過改變有機(jī)晶體管中摻雜的絕緣材料，把塑料平面顯示器的工作電壓降低到了目前已批量生產(chǎn)的非晶硅晶體管液晶顯示器的水平，有機(jī)材料的電子遷移率也得到了大幅提高。這項(xiàng)研究突破了有機(jī)半導(dǎo)體的研發(fā)瓶頸，而目前具有最高遷移率的有機(jī)半導(dǎo)體材料就是并五苯。

    今年5月，在美國(guó)西雅圖舉行的“SID2004”展示會(huì)上，荷蘭菲利浦電子公司展示了分別利用美國(guó)E-Ink公司的微膠囊型電泳顯示屏，及利用美國(guó)SiPix公司的MicroCup型電泳顯示器研制的兩種卷軸型電子紙。這兩種電子紙屏幕尺寸均為5英寸，屏幕解析度為320×240像素。卷軸型電子紙樣品由OTFT所在的塑料底板與電泳顯示屏構(gòu)成，可以一層一層卷成半徑2cm以下的圓筒。而索尼公司今年初推出的電子書籍就使用了E-Ink公司兩年前開發(fā)的電子紙技術(shù)。此外，日本普利斯通公司和九州大學(xué)也在會(huì)上宣布開發(fā)出了以并五苯膜為基礎(chǔ)的電子紙，雖然其無源數(shù)組式（PM）驅(qū)動(dòng)面板尺寸僅3.1英寸，屏幕解析度也只有160×160像素，但0.2ms的響應(yīng)時(shí)間為今后電子紙顯示動(dòng)態(tài)圖像創(chuàng)造了條件。

    未來，把顯示器像報(bào)紙一樣卷起來放進(jìn)背包將成為時(shí)尚，人們可以隨時(shí)打開它來收看電視節(jié)目或者連入因特網(wǎng)，隨著有機(jī)材料顯示技術(shù)的不斷發(fā)展，柔性視頻顯示器將越來越受到人們的青睞。

    電子人工皮膚

    導(dǎo)電塑料的又一個(gè)奇特應(yīng)用是在機(jī)器人領(lǐng)域。研究人員將并五苯有機(jī)晶體管陣列植入感壓橡膠下，使它搖身一變，成了對(duì)壓力敏感的機(jī)器人的“皮膚”。

    在日本東京大學(xué)生產(chǎn)技術(shù)研究所的試驗(yàn)中，科學(xué)家首先制作出約10cm見方的一個(gè)塑料薄膜底板，其上有1000個(gè)左右的開關(guān)用有機(jī)晶體管組成有機(jī)晶體管陣列，再在晶體管上涂上一層具有感覺作用的感壓橡膠，并將晶體管相互連接起來，產(chǎn)生出一塊有1000個(gè)痛點(diǎn)的人造皮膚。這時(shí)，安裝在晶體管陣列周圍的解碼器會(huì)不斷逐個(gè)掃描有機(jī)晶體管，讀取其電阻值。在感壓橡膠沒有受到壓力時(shí)，晶體管電阻較高，當(dāng)人造皮膚的某部位受到壓力時(shí)，受壓部分的電阻就會(huì)降低。由于將1000個(gè)有機(jī)晶體管全部掃描一遍耗時(shí)約1秒，所以如果施加壓力的時(shí)間超過1秒，人工皮膚就一定會(huì)感受到。此外，試驗(yàn)中的解碼器等外部電路也是利用有機(jī)晶體管實(shí)現(xiàn)的。

    引人注目的是，導(dǎo)電塑料不僅可以用來制造電子人工皮膚，用它制造出來的人造肌肉也可以通過電化學(xué)方法進(jìn)行控制，使之膨脹和收縮。利用這種技術(shù)工藝，科學(xué)家能制造出非常類似人類的機(jī)器人的肢體，機(jī)器人也將不再只能生硬地完成程序指令，而是可以更加靈活地做出各種復(fù)雜的動(dòng)作，這是機(jī)器人制造技術(shù)的一項(xiàng)重大突破。

    塑料太陽(yáng)能電池

    我們可以在衛(wèi)星和宇宙飛船上看到巨大的太陽(yáng)能電池板，但生活中遇到的太陽(yáng)能電池卻往往局限于計(jì)算器、手表等小型電子設(shè)備。由于傳統(tǒng)的硅太陽(yáng)能電池成本太高，制造復(fù)雜，太陽(yáng)能電池的大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用一直無法實(shí)現(xiàn)，不過塑料太陽(yáng)能電池的出現(xiàn)將在不久的將來改變這一現(xiàn)象。塑料薄膜的導(dǎo)電性能使其在制造薄型輕質(zhì)電池、高分子聚合物電池方面有著極其廣闊的應(yīng)用前景。這種能夠在多種材質(zhì)表面“印制”的太陽(yáng)能電池因具有成本低廉、制造容易、重量輕和易彎曲的特點(diǎn)而成為目前研究的熱點(diǎn)。

    德國(guó)西門子公司的研究人員將導(dǎo)電塑料與巴基球（碳-60分子）結(jié)合制成了新型電池。導(dǎo)電塑料吸收光子，釋放出電子然后被巴基球吸引，并被輸送到一電極。在這里，薄膜起到了太陽(yáng)能電池的作用。據(jù)稱這種電池的轉(zhuǎn)換效率在2001年已經(jīng)達(dá)到了10%%.

    而美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家則利用并五苯來取代太陽(yáng)能電池中的硅。這種電池的最佳光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了4.5%%.

    美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的科學(xué)家也在2002年報(bào)告了他們研制的塑料太陽(yáng)能電池。整個(gè)電池就像一塊三明治，兩側(cè)的電極間夾著幾百納米厚的特殊塑料P3HT，塑料中的硒化鎘（CdSe）納米棒在受到特定波長(zhǎng)的光照射之后就能產(chǎn)生電子和空穴，從而產(chǎn)生了電勢(shì)差。當(dāng)時(shí)這種電池能把1.9%%的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成電能。

    這些數(shù)字也許聽起來還不是很讓人滿意，但要知道，目前普通的硅太陽(yáng)能電池板的光電轉(zhuǎn)換率也只有10％?？梢韵胂螅m然轉(zhuǎn)換效率不高，但如果能將這種便宜的電池“刷”在每棟建筑物外面，產(chǎn)生的能源也相當(dāng)可觀。再理想一些，如果這種導(dǎo)電塑料能像普通涂料一樣色彩豐富，我們還可以把太陽(yáng)能電池穿在身上，那樣隨身攜帶的電子設(shè)備的供電問題也許也將得到解決。

    將來，最有希望的太陽(yáng)能裝置是導(dǎo)電塑料和納米材料的混合產(chǎn)品，科學(xué)家希望這兩種材料的混合溶液能以類似于噴墨打印的方式，印刷在物體表面上，從而實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。

    塑料芯片

    導(dǎo)電塑料的發(fā)現(xiàn)者、美國(guó)物理學(xué)家馬克迪爾米德教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組利用普通塑料研制出了納米電子線路。這種納米電子線路成本非常低廉，一塊納米電子線路板的成本僅為1美分，是硅芯片價(jià)格的1%%~10%%.現(xiàn)在，他們正在研制直徑僅為100納米的納米材料———聚苯胺纖維，直徑僅有頭發(fā)絲的1/500.如果能將納米導(dǎo)電纖維與納米電子電路結(jié)合起來，就可以把計(jì)算機(jī)做得非常小。

    目前，IBM、三菱、日立、朗訊、施樂、菲利浦等多家IT業(yè)巨頭已經(jīng)或正在組建研究塑料芯片的專門機(jī)構(gòu)，他們已經(jīng)研制出集成了幾百只電子元器件的塑料芯片樣品，探索出能夠批量生產(chǎn)的集成度較低的塑料芯片。盡管與奔騰或AMD公司硅芯片數(shù)GHz的速度相比，目前塑料芯片不到1MHz的速度顯得有些微不足道，但隨著技術(shù)難題的解決，塑料芯片的市場(chǎng)前景非常廣闊，不僅在電子工業(yè)與計(jì)算機(jī)工業(yè)領(lǐng)域，而且在環(huán)境保護(hù)、醫(yī)學(xué)衛(wèi)生、能源利用、太空探索等各個(gè)領(lǐng)域都有著巨大的市場(chǎng)潛力。隨著巨資的投入，集成度更高的塑料芯片將陸續(xù)出現(xiàn)，一步步向替代硅芯片的目標(biāo)邁進(jìn)。

    塑料芯片帶來的革命還將使信息技術(shù)以前所未有的程度更加貼近人們的日常生活。將來，你只需要一套類似打印機(jī)的設(shè)備，就能夠在家里制造電腦芯片，你甚至還可以從互聯(lián)網(wǎng)上下載電路設(shè)計(jì)圖，根據(jù)自己的需要進(jìn)行修改后生產(chǎn)出為你量身定做個(gè)性化的芯片。

    半導(dǎo)體技術(shù)的日新月異使傳統(tǒng)的半導(dǎo)體芯片制造商正面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。不論是芯片技術(shù)還是芯片制造市場(chǎng)，都在醞釀著變革。不僅傳統(tǒng)的芯片制造商將受到威脅，芯片生產(chǎn)設(shè)備制造商的日子也不會(huì)好過。而塑料制造與化學(xué)公司如道化學(xué)公司和杜邦公司，打印機(jī)廠商如佳能、惠普和愛普生公司，都將從中大大獲益，當(dāng)然，獲益最大的還是廣大消費(fèi)者。

    盡管目前導(dǎo)電塑料的性能還不盡如人意，盡管目前相關(guān)產(chǎn)品易受環(huán)境影響，壽命較短，但簡(jiǎn)單的制作方式以及低廉的生產(chǎn)成本使它必將大量地進(jìn)入人們的日常生活之中。除了以上介紹的幾個(gè)領(lǐng)域之外，導(dǎo)電塑料還將帶來各種廉價(jià)的或一次性的電子產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)，它甚至?xí)?chuàng)造出一個(gè)新興的產(chǎn)品應(yīng)用市場(chǎng)，這也許就是塑料時(shí)代的來臨。