日本化学家获诺贝尔奖的社会背景(1)(2)
2015-08-17 01:36
导读：这个机会是:某位外国留学生依照白川的指导合成的聚乙炔总不是黑色粉末状，而是一种“像黑色破手巾那样的物质”。这种结果自然表明实验失败了。一
这个机会是:某位外国留学生依照白川的指导合成的聚乙炔总不是黑色粉末状，而是一种“像黑色破手巾那样的物质”。这种结果自然表明实验失败了。一般来说，在这种情况下，指导老师只要指导学生修改实验方法或程序就可以了。但白川没有这样做。他推测到，造成这种实验结果的原因在于:这位留学生错误地把催化溶液的浓度调制得很高，因此使得合成反应速度加快，膜一旦形成，它就会因受到搅拌而遭到破坏并下垂，最后呈现出“破手巾”状态[2]。受此启发，白川获得了简便制造聚乙炔膜的方法。这种方法是:在做实验以前，在容器的内壁涂上高浓度的催化溶液，然后，再向容器里吹入电石气。这时，由于催化溶液没有受到搅拌，因此，在容器内壁上合成的膜也不会遭到破坏。用这种方法合成出来的聚乙炔膜呈现金属光泽，其外观虽然与铝箔相似，但它不是导电体(注:金属有自由电子，所以它是导电体，自由电子反射光，所以它能够发出光泽。聚乙炔虽然不是导体，但它有π电子，π电子不能完全自由地运动，所以只有当轨道变宽时，它才能够运动，因此，它遇到光就会发生反射，发出光泽。)，而是半导体。
白川利用上述方法所调制成的薄膜，弄清了聚乙炔的化学结构，并于1971年发表了关于聚乙炔合成机理的论文。到了1974年，白川又发表了题为“聚乙炔膜的制法”的论文。后者是使他荣获诺贝尔奖的一篇重要论文。但是，这篇论文在被发表以后几乎没有引起反响。
白川在完成上述实验以后就中止了关于聚乙炔的实验研究。但是，他以和美国Pennsylvania大学的MacDiamid教授的会见为契机，再次开展了这方面的研究。MacDiamid教授此前从事无机高分子的导电性研究(注:是指他与该大学的物理学教授Heeger之间的合作研究。聚乙炔导电性的研究是由他们和白川等3人进行的。2000年的诺贝尔化学奖也是他们3人共同获得的。)，但当他来东京工业大学访问的时候，偶然看到白川制造的聚乙炔膜，并为之惊叹，决定邀请他来自己所在的大学进行合作研究。其间，白川在与MacDiamid教授的共同研究过程中，取得了如下发现:如果在聚乙炔中加入微量的溴，那么，聚乙炔的导电性能就会增加几千万倍，由半导体变成了导体。另外，如果在其中加入碘，那么，其导电效果更显著。在开展合作研究以前，白川在东京工业大学进行聚乙炔方面的实验研究中就观察到，如果在聚乙炔中加入氯，那么，它的电子状态就会发生显著变化(注:白川在向聚乙炔中加入氯并观察其反应的时候，就从其吸收红外线光谱的变化推测，氯可使聚乙炔的电子状态发生显著变化。电子的状态发生变化会引起其导电性发生变化。白川虽然也注意到了这种现象，但是，当时，由于他专心研究自己原来的课题——“聚乙炔的合成机理”，因此，他没有再深入观察和研究这个问题。倘若当时白川有充裕的精力和时间，那么，他也许会发现具有导电性的高分子。)。在聚乙炔中添加溴和碘的想法，是受当时观察结果的启发产生出来的。另外，一般认为，聚乙炔导电性的增加是由下面的结构引起的:添加的溴、碘原子具有较强的电子亲合性，它们能够与聚乙炔中的电子结合，夺走了电子，从而在电子所处的位置上出现了空穴，为了填补空穴，电子就依次产生了移动，最终增强了聚乙炔的导电性。
（转载自http://zw.ＮＳＥaＣ.com科教作文网） 与以往发表“聚乙炔膜的制法”论文时的情况不同，当白川等人把他们发现聚乙炔具有导电性的研究成果公开发表以后，立即在全世界引起了很大反响。许多研究专家都争先恐后地参与该领域的研究，并陆续发现了新的具有导电性的高分子。与此同时，这些具有导电性的高分子的多种用途也被开发出来了。在理论层面，关于高分子导电机理的研究也获得了很大进展。
2. 发现的条件
白川的发现与以下因素有关:①他跟随池田教授从事“聚乙炔合成机理”的研究；②他从自己学生的失败实验中获得启发，发现了聚乙炔膜的制法；③他与MacDiamid教授相会，并被邀请开展合作研究；④他从已往的氯添加实验中获得启发，产生了添加微量碘的设想。其中，①和③是外因，②和④是内因。②是他在其研究生的失败实验中所观察到的现象；④是他在观察实验结果时获得的启发，并通过大胆设想独创出来的。
