Книга Глазами Монжа-Бертолле - Лев Викторович Бобров
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
А вот фталоцианин содержит наряду с углеродными также и атомы азота. Да еще не в шестичленных, а в пятичленных циклах. Атомы азота не просто занимают место в каркасе этих архитектурных сооружений микромира. Их присутствие благоприятно сказывается на проводимости. Доноры, готовые пожертвовать своей неподеленной парой электронов, они вносят дополнительный вклад в электропроводность молекулы.
Немало интересных результатов при изучении фталоцианина получено недавно советским ученым Вартаняном. Выявление особенностей, присущих молекулярным постройкам с сопряженными связями, дает возможность предвидеть, даже заранее программировать, свойства соединений, которые рождаются в лабораторных колбах.
И архитекторы микромира неутомимы. Они возводят все новые и новые полимерные сооружения по чертежам квантовой химии.
В последние годы академики Александр Васильевич Топчиев и Валентин Алексеевич Каргин с сотрудниками разработали метод получения еще одной диковинки микромира. Представьте себе длинную полимерную цепочку, «склеенную» из шестиугольных плиток. Только на верхние зубцы такого молекулярного «забора» вместо атомов углерода насажены атомы азота. Изучение необычного полимера показало, что он обладает неслыханными до сих пор значениями проводимости. Причем нижний предел его электропроводности отличается от верхнего при комнатных температурах в 10 миллионов раз!
Летом 1960 года в Москве состоялся Международный симпозиум по макромолекулярной химии. После его окончания известный французский химик профессор Сорбоннского университета Мишель Мага заявил: «Одним из наиболее выдающихся исследований последнего времени явилась работа академиков А. В. Топчиева, В. А. Каргина и их сотрудников по приданию полимерам полупроводниковых свойств!»
Работы советских ученых ознаменовали собой новый этап в истории органических полупроводников. Этап, когда начался переход от наблюдения электронных архитектур к активному синтезу полупроводниковых молекул с заранее заданными свойствами.
Как вы считаете: были бы достигнуты все эти успехи без содействия квантовой механики? Думается, нет.
Одно из самых желанных свойств, которые химики стремятся придать полимерам-полупроводникам, — термостойкость. Что толку, если пленочные электростанции окажутся неженками! Ведь им придется раскинуть свои легкие покрывала не где-нибудь, а в первую очередь над знойными просторами Казахстана, Средней Азии, над раскаленными песками Сахары. А установленные на ракетах и реактивных самолетах, они должны безбоязненно выдерживать нагревание от трения о воздух.
Что ж, и этих достоинств не занимать органическим полупроводникам. Квантовая химия подсказывает, а опыт подтверждает, что свобода, предоставленная пи-электронам в системах с сопряжением, приводит к уменьшению внутренней энергии связей. А это предопределяет повышенную термостойкость таких систем.
Не так давно разработан способ синтеза полифенилена. Молекула продукта представляет собой длинную цепочку из бензольных колец. Правда, они сцеплены не так, как шестиугольники в соединении, полученном Топчиевым и Каргиным. Не так тесно, не бок о бок: каждый цикл связан с другим валентной ниточкой. Вещество труднорастворимо и неплавко. А главное, выдерживает нагревание до 400–700 градусов! И это не предел термостойкости у органических полупроводников.
Трудно поверить, что органический полимер может выстоять в пламени, от которого плавится железо. И тем не менее факт налицо. Химики научились получать полиацетилен. В нем чередуются одиночные и тройные связи: НС = C—(—С = С—)n—C = CH. В тройных связях свободных пи-электронов вдвое больше, чем в двойных. Эффект сопряжения, понятно, и здесь обусловливает электропроводность. Но в отличие от большинства своих собратьев полиацетилен выдерживает жару в 2000 градусов! Лишь при 2300 градусах он переходит в графит.
С каждым днем пополняется семья молекул с замечательными электрофизическими свойствами. Успехи квантовой химии непрерывно раздвигают границы поиска в органической химии. То ли еще будет впереди!
Однако здесь настала пора оговориться и трезво посмотреть в лицо действительности глазами инженера-конструктора.
Вот молекула-полупроводник. Многообещающий. Гибкий. Термостойкий. Но… увы, слишком коротенький. Самая длинная молекула невидима и в наимощнейший электронный микроскоп. Оперировать такими объектами, даже в наш век микроминиатюризации, и самому искусному Левше покамест не под силу. Неужели же столь соблазнительная идея окажется техническим пустоцветом?
— Нет! — уверенно говорят ученые.
Будут электростанции в рулонах, мягкие счетные машины, рубашки-батарейки. На смену эпохе микроминиатюризации придет эпоха макроминиатюризации. Полупроводниковые слои будут становиться все тоньше. Но вместо крохотных, с почтовую марку или папиросную коробку, электронных приборов появятся гектары полимерных пленок, которые не позволят Солнцу впустую транжирить золотые потоки лучей.
На чем основана столь категорическая уверенность? Здесь бы в самую пору поговорить о всемогуществе человеческого разума. О неизбежности победы света знания над мраком незнания. О том, что наука «вся — езда в незнаемое». Что сегодня нельзя предвосхитить завтрашние революции в науке и так далее. Выпустить на читателя полную обойму всего, на что так падка чернильная душа журналиста.
Но нынешнего читателя на мякине не проведешь. Ему подавай конкретные факты. Конкретные пути развития, претворения, внедрения. А если их нет? Вернее, пока нет? Тут-то и можно удариться в фантастику. Бодро строить прожекты, один другого проницательнее. Словом, почти как у Герберта Уэллса.
Сказать правду, такой спасательный круг здесь тоже мало поможет. Уж лучше выложить начистоту то, что прячется за сухими строчками научных отчетов. При всей скромности выводов они вызывают уважение своей строгостью и аргументированностью.
Вот что сказано в монографии «Органические полупроводники», выпущенной издательством Академии наук в 1964 году: «Когда мы имеем дело с ансамблем молекул, то механизм проводимости складывается из двух процессов — движения носителей тока по молекуле и процесса перехода их от молекулы к молекуле… Благодаря особенностям линейных высокомолекулярных соединений в них сравнительно простыми методами можно варьировать надмолекулярную структуру и тем самым оказывать влияние на межмолекулярные расстояния, на условия контакта между молекулами, а следовательно, и „управлять“ электропроводностью. Картина, безусловно, усложнится при переходе к реальным материалам, молекулы которых полидисперсны, где всегда имеются примеси, могущие быть донорами или акцепторами».
«Полидисперсны» — значит разнокалиберны, имеют разные размеры. Такая неоднородность может помешать архитекторам микромира создавать полупроводниковые молекулярные ансамбли.
И еще: «Для решения вопросов, определяющих переход носителей тока от молекулы к молекуле, необходимы прежде всего глубокие структурные исследования».
Межмолекулярные расстояния… Надмолекулярная структура… Постойте-ка, ведь мы уже немного знакомы с содержанием этих терминов. Помните водородную связь и донорно-акцепторное взаимодействие? В металлическом кристалле, в органическом полупроводнике, в клетке ли — всюду огромна роль среды, окружающей молекулу.
Именно здесь пролегают тропы во многие заповедные уголки науки. Тропы неторные, нехоженые и потому так призывно манящие к себе неугомонную нашу молодежь.
Неужели так-таки и нет никаких пунктиров на картах первопроходчиков в область органических полупроводников? Неужели научная интуиция капитулировала перед
