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第9章 小材料,大作用

一、导电塑料

塑料是一种绝缘体,这大家都知道,但为什么突然间它又成了导体了呢?有些不可思议吧!

在2000年诺贝尔化学奖的获得者美国科学家艾伦·黑格、艾伦·马克迪尔米德和日本科学家白川英树却打破了人们的常规意识,向人们习以为常的“观念”提出了挑战。他们通过研究发现,经过特殊改造之后,塑料能够像金属一样,具有导电性。

所谓聚合物,是由简单分子联合形成的大分子物质,塑料就是一种聚合物。

构成塑料的无数分子通常都排成长链并且有规律地重复着这种结构,要使塑料能够导电,其内部的碳原子之间必须交替地以单键和双键结合,同时还必须经过掺杂处理——也就是说,通过氧化或还原反应失去或获得电子。这样,这些额外的电子才能够沿着分子移动,塑料才能成为导体。

黑格、马克迪尔米德和白川英树等在20世纪70年代末就开始了研究,并作出了一些原创性的发现,通过他们及许多物理化学家对导电聚合物的研究,使导电聚合物有了用武之地。现在,利用导电塑料,人们研制出了保护用户免受电磁辐射的电脑保护屏幕,以及可除去太阳光的“智能”窗户。而近来研发的一些半导体聚合体甚至可以应用在发光二极管、太阳能电池以及移动电话和迷你电视的显示屏当中。

二、液氧炸药

在人们的印象当中,氧气是一种非常温和的物质,可供呼吸、可支持燃烧,没想到液态时候的氧有如此功能吧!

利用液氧容易蒸发(1L液氧可以变成800L的气态氧,0℃,101kPa),利用炭粉、木屑、棉花、烟煤粉等在氧气中可以瞬间烧尽,并产生高热和二氧化碳、水蒸气以及未用尽的氧气等大量气态生成物的特性,将液氧跟以上所举易燃物粉末混合,制成液氧炸药。

通常是选用上述几种易燃物粉末混合均匀后,装入特制的厚纸袋(或廉价的纤维织品袋)中,或直接把它们加压成块,然后放在特制的双层缶里(夹层里放的是不易传热的填充物),再往缶中注入液氧,此时吸收剂温度迅速降低,以至它的空隙间原有空气强烈收缩,因而吸入液氧,直到吸收剂被液氧浸透即可应用。

使用时先用特制铁钳或钩子把作好的炸药筒(或块)取出来、嵌入雷管。依次把炸药放在事先打好的每个洞穴里,操作人员迅速离开后,接通电路,电信管同时引火而发生强烈的爆炸。

液氧炸药的优点在于原料来源广,价钱便宜(制1kg液氧炸药约需用1.5kg~2.5kg液氧,制出这么多液氧大约耗电4kW·h)可以就地取材,节省运输,现用现制。

制好的液氧炸药,一般在15~20分内液氧就蒸发而使炸药失效,给工作带来不便,但也有它有利的一面,就是其中万一出现有未爆炸的炸药筒,也会在短时间内由于液氧蒸发而使它的爆炸能力自行消失,不再有什么危险,不像一般硝铵或黑火药,只要点火后未爆炸就时刻保留着它的危险性。

液氧炸药广泛用于露天爆破工程,但不宜用于有坑气或煤粉尘的矿井。

三、表面活性剂

表面活性剂可以分为阳离子表面活性剂、阴离子表面剂、还有两性表面活性剂。

阳离子表面活性剂,就其形式来看,正好与阴离子表面活性剂结构相反。它的分子中憎水基团(R-)所连接的亲水基团是阳离子。其结构如图1-1所示。

图1-1阳离子表面活性剂分子结构示意图

阳离子表面活性剂可以看做是氯化铵分子的铵根离子(NH+4)中的氢原子被烷基所取代的产物。如果NH+4中的1个氢原子被烷基(R)取代,生成NH·HClRR,叫做伯胺盐酸;NH+4中的2个氢原子被烷基(R)取代,生成H·HClRRR,叫仲胺盐酸盐;NH+4中的3个氢原子被烷基(R)取代,生成叔胺盐酸盐;NH+4中的4个氢原子全部被烷基(R)取代,叫季胺盐酸盐。当然,这些胺类的盐酸盐并不是由氯化铵跟烷基直接反应制取的。实际上是用酸类中和高级烷基胺或用氯代烷跟高级烷基胺反应来制取阳离子表面活性剂。

图1-2两性表面活性剂分子结构示意图

阳离子表面活性剂的水溶液大多呈酸性。由于阴离子表面活性剂的水溶液,大多呈碱性或中性,故两者不能混用。若混合就会产生沉淀,失去效能。

两性表面活性剂,是指同时具有阴、阳两种离子性质的表面活性剂。从它的结构来看,与憎水基团相连接的既有阳离子,也有阴离子。其结构可表示如图1-2。

蛋黄里含有大量的卵磷脂,它是天然的两性表面活性剂。现在常用的人工合成两性表面活性剂,其阴离子部分大多是羧酸基,也有少数是磺酸基。其阳离子部分大多是胺盐或季铵盐。由胺盐构成阳离子部分的叫氨基酸型;由季铵盐构成阳离子部分的叫甜菜碱型。

氨基酸型两性表面活性剂的水溶液呈碱性。如果在搅拌下,慢慢加入盐酸,变为中性时仍无变化。在微酸性条件下生成沉淀。如果再加入盐酸至强酸性时,沉淀又溶解。这就说明,呈碱性时,表现为阴离子表面活性剂;呈酸性时,表现为阳离子表面活性剂。但是,当阳离子性和阴离子性正好在平衡的等电点时,亲水性变小,就生成沉淀。

甜菜碱型两性表面活性剂,最大的特点是无论在酸性、中性或碱性的水溶液中都能溶解。即使在等电点时也无沉淀。此外,渗透力、去污力及抗静电等性能也较好。因此,是较好的乳化剂、柔软剂。等电点是指两性电解质在溶液中电离时,酸和碱的电离度相等时的状态。

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