(Tiểu luận) báo cáo đề tài đề tài polymer dẫn điện và ứng dụng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BÁO CÁO ĐỀ TÀI Đề tài: Polymer dẫn điện ứng dụng Giảng viên hướng dẫn: Đinh Quốc Trí Sinh viên thực hiện: Phạm Minh Hoàng - 20212549 Phạm Trung Hải - 20212530 Nguyễn Trọng Nhật Anh - 20212471 I Cơ sở lý thuyết 1) Cơ sở lý thuyết polyme Polyme hợp chất cao phân tử cấu tạo từ nhiều nhóm có cấu tạo hóa học giống lặp lặp lại chúng nối với liên kết đồng hóa trị Ví dụ : Nếu A đơn vị phân tử, phản ứng trùng hợp (polymerization) cho "xích" polymer có dạng AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA Trong hàng nghìn, hàng chục nghìn đơn vị A nối lại với nối hóa học Nếu A phân tử ethylene ta có polyethylene; propylene polymer polypropylene v.v Ngồi ra, nhà hóa học cịn tạo phản ứng trùng hợp hai monomer A B để tổng hợp copolymer có mạch phân tử chứa A B Tùy vào điều kiện phản ứng, A B liên kết cách hỗn loạn (random), AAABABBABABBBAABABBBBAABBBAB theo mảng, , AAAAAAAABBBBBBBBBBAAAAAAAAAABBBBBB AAAAAAAAAAAA thân polymer BBBBBB nhánh, thân nhánh Đương nhiên, cấu trúc phân tử nầy đưa đến tính chất vật lý (physical properties) tính (mechanical properties) khác Các nhà hóa tổng hợp thiết kế copolymer với nhiều cấu trúc khác đáp ứng với đòi hỏi cho ứng dụng Polyethylene (PE) polymer đơn giản nhất, nguyên liệu làm túi nhựa gia dụng vật liệu thường thấy sống ngày Polymer dẫn điện a) Lịch sử đời Một đặc tính chung quan trọng polymer không dẫn điện Thật vậy, polymer thường dùng làm vật cách điện hữu hiệu Chẳng hạn poly(vinylchloride) (PVC), PE vật liệu dùng để bọc lõi dây điện, nhiều polymer thơng dụng khác sử dụng tính cách điện Trong ý nghĩa polymer/plastic chất cách điện, thuật ngữ "polymer dẫn điện" làm người đọc ngỡ ngàng đến độ buồn cười vượt qua tưởng tượng sinh hoạt thông thường Thật ra, ba mươi năm trước nhà khoa học tổng hợp polymer làm cho dẫn điện Năm 2000, Hàn Lâm Viện Khoa Học Thụy Điển trao giải Nobel Hoá Học cho Shirakawa, MacDiarmid Heeger cho khám phá phát triển polymer dẫn điện (electrically conducting polymers) Năm 1975, phát có tầm mức thời đại xảy cách âm thầm trường Tokyo Institute of Technology (Tokyo Kogyo Daigaku, Đại học Đông kinh Công nghiệp, Nhật Bản) Tiến sĩ Shirakawa Hideki, giảng viên trường, chuyên gia tổng hợp polyacetylene (PA) theo phương pháp thổi khí acetylene qua chất xúc tác Acetylene chất khí người ta thường dùng để hàn gió đá Phương pháp dùng thể khí để tổng hợp cho thể rắn (trong trường hợp nầy polymer) phương pháp cơng nghệ thơng dụng để hình thành polyethylene (PE) polypropylene (PP) Hai polymer nầy tổng hợp cách thổi khí ethylene propylene vào chất xúc tác Ziegler – Natta (tên cuả nhà phát minh) PE PP hai polymer gia dụng hoá dùng cho bao nhựa, ống chích y khoa nhiều dụng cụ polymer sinh hoạt ngày Shirakawa theo phương pháp nầy để tổng hợp bột PA cấu trúc PA Một kiện tình cờ xảy gây lầm lỡ phòng nghiên cứu Shirakawa Một anh nghiên cứu sinh người Hàn Quốc trình tổng hợp PA lơ đễnh quên lời dặn cuả ơng, dùng chất xúc tác có nồng độ 1000 lần lớn độ qui định Anh du học sinh nầy tổng hợp PA dạng bột đen điều kiện bình thường mà dạng phim màu bạc kéo dãn bao nhựa mang tính đàn hồi Từ năm 1955 kiện "lầm lỡ" xảy ra, người ta tổng hợp PA dạng bột đen Dạng bột gây nhiều khó khăn cho việc phân tích định lượng vật tính (physical property), điện tính quang tính vật liệu nầy PA Shirakawa dạng phim chưa dẫn điện tạo bước đột phá ngoạn mục Sự kiện nầy hồ bị bỏ quên năm sau (1976) giáo sư Alan MacDiarmid (Đại học Pennsylvania) viếng phịng thí nghiệm Shirakawa MacDiarmid ngắm nghiá phim PA nầy sau mời Shirakawa sang Pennsylvania cộng tác năm Trong khoảng thời gian nầy, sản phẩm gây vô ý đem khảo nghiệm trở lại Cùng với cộng tác cuả giáo sư vật lý Alan Heeger, phim PA cho tiếp xúc (exposure) với khí iodine (I2) Khí iodine hấp thụ vào PA dạng ion làm tăng độ dẫn điện PA đến tỷ lần Quá trình tiếp xúc với iodine gọi doping iodine dopant PA Sau bước nhảy tỷ lần, PA từ trạng thái vật cách điện trở thành vật dẫn điện Polymer dẫn điện đời Kỳ tích tăng độ dẫn điện phim PA nhảy vọt tỷ lần qua trình tiếp xúc (doping) đơn giản với khí iodine xố mờ lằn ranh phân biệt chất dẫn điện (kim loại), chất bán dẫn (silicon) chất cách điện (polymer thơng thường) Bởi vì, tùy vào nồng độ iodine PA người ta điều chỉnh độ dẫn điện từ chất cách điện đến chất dẫn điện cách dễ dàng b) Lịch sử phát triển Những thuật ngữ "dopant" "doping" vay mượn từ cơng nghệ chất bán dẫn (thí dụ: silicon), tính chất dopant, q trình doping chất bán dẫn polymer dẫn điện hoàn toàn khác Doping silicon trình vật lý, "doping" polymer dẫn điện xảy theo phản ứng hóa học hay điện hóa (electrochemistry) Lượng dopant silicon vài phần triệu, so với 30 – 50 % lượng dopant polymer dẫn điện Ở năm đầu thập niên 1980, chạy đua diễn nhà khoa học khắp nơi giới để nâng cao độ dẫn điện PA đến mức độ dẫn điện cuả đồng Đây chạy đua mang tính hiếu kỳ thực dụng Sự khác biệt độ dẫn điện chất cách điện chất dẫn điện khoảng cách bao la Những polymer cách điện tốt PE, PVC, polystyrene, nylon có "độ dẫn điện" khoảng 10^-18 S/cm [2]; số nầy nhỏ nên xem cách điện Chất dẫn điện tốt đồng bạc đạt đến 10^6 S/cm Khoảng cách hai trị số 10^-18 10^6 triệu tỷ tỷ lần! PA sau dope với ion iodine (I3)- có độ dẫn điện khoảng 10^5 S/cm, polymer có độ dẫn điện cao polymer dẫn điện Khi kéo dãn, PA đạt đến 10^6 S/cm gần đến trị số đồng Tiếc rằng, PA khơng có giá trị cho áp dụng thực tiễn PA bị oxít hố khơng khí Thậm chí chân khơng PA tự suy thối (self degradation) Oxít hố suy thối đưa đến việc giảm độ dẫn điện Một vật liệu khơng có tính bền mơi trường xung quanh (environmental stability) khó trở thành vật liệu hữu ích mang tính thực dụng Sau năm làm việc với MacDiarmid Heeger, Shirakawa trở lại Nhật Bản giảng dạy nghiên cứu Đại học Tsukuba Ông tiếp tục nghiên cứu PA hưu MacDiarmid Heeger đặt trọng tâm nghiên cứu vào polyaniline (PAn) Ngoài ra, polypyrrole (PPy) polythiophene (PT) hai loại polymer quan trọng khác khảo sát có hệ thống 30 năm qua Thật ra, PPy dẫn điện nhóm nghiên cứu Úc (CSIRO) phát vào năm 1963 PPy nhóm nầy trộn lẫn với iodine trình tổng hợp, cho hỗn hợp có độ dẫn điện S/cm Họ khơng nghĩ khái niệm doping mà iodine nguyên nhân dẫn điện Tiếc thay, họ viết báo cáo đăng Australian Journal of Chemistry đình cơng việc ngở chất tạp khơng quan trọng! PAn, PPy PT polymer có độ bền tốt PA nên dùng áp dụng thực tiễn Độ dẫn điện polymer nầy không cao PA, tùy điều kiện tổng hợp độ dẫn điện điều chỉnh khoảng 0,1 S/cm đến 1000 S/cm cấu trúc polymer dẫn điện quan trọng tổng hợp vài thập niên gần II CƠ CHẾ DẪN ĐIỆN CỦA POLYMER DẪN Cơ chế Roth Roth cộng cho q trình chuyển điện tích vĩ mơ mạng polyme dẫn tập hợp chế vận chuyển cục Đó vận chuyển dạng mang điện mạch sợi có liên kết liên hợp từ sợi sang sợi khác Nếu coi polyme tập hợp bó sợi cịn có vận chuyển dạng mang điện tử từ bó sợi sang bó sợi khác Các trình vận chuyển minh họa hình Khi điện tử chuyển từ điểm A đến điểm B chuỗi polyme,người ta nói điện tử dẫn chuỗi Trong trường hợp điện tử dịch chuyển từ điểm B sang điểm C B C thuộc hai chuỗi polyme khác ta nói điện tử di chuyển chuỗi Khi điện tử chuyển từ A, B D ta nói điện tử chuyển sợi Rolh giải thích chế dẫn điện sau: Điện tử chuyển động chuỗi liên kết linh động chạy dọc theo chuỗi Do điện tử có tính linh động di chuyển dọc theo chuỗi Điện tử chuyển động qua lại chuỗi sợi polyme tạo thành chuỗi xoắn lại với nhau, ngun tử chuỗi gần obital chúng lai hố với điện tử chuyển động chuỗi polyme sang chuỗi polyme khác thông qua obital lai hoá Trường hợp điện tử chuyển động chuỗi giải thích giống Cơ chế lan chuyền pha Kaoki Theo Kaoki pha polyme có chuỗi có khả dẫn điện chuỗi khơng có khả dẫn điện hay tạo vùng dẫn vùng không dẫn Khi chuỗi polyme trạng thái oxy hố, dư obital trống nhận cho điện tử Thơng thường phân bố ngẫu nhiên màng polyme Dưới tác dụng điện trường áp đặt chuỗi có xu hướng duỗi theo chiều định Khi áp đặt điện thể đủ lớn xảy tượng lan truyền pha có nghĩa pha khơng dẫn trở nên dẫn điện Trong giai đoạn đầu đoạn polyme trạng thái oxy hóa tiếp cận gần với bề mặt điện cực định vị lại trở thành vùng dẫn cục (a-b) Sau vùng dẫn đóng vai trị điện cực để oxy hóa tiếp vùng khơng dẫn phía Nhờ vùng lại trở thành vùng dẫn Và theo thời gian vùng dẫn lan truyền đến mặt ngoàicùng màng polyme Cơ chế đề cập đến phản ứng chuyển điện tích bề mặt phân chia pha vùng dẫn vùng khơng dẫn Các điểm bị oxy hóa bị khử (xem hình) màng polyme sinh từ trình tạo khuyết tật radical cách ngẫu nhiên, xếp lại tác dụng điện áp đặt Từ sơ đồ thấy điểm dẫn tập trung chủ yếu không gian gần bề mặt điện cực nền, trở nên loãng dẫn vùng xa điện cực Hơn điểm dẫn phía ngồi bị bao bọc vùng cách điện không tiếp xúc điện với Sự phát triển vùng dẫn phụ thuộc vào tiếp nối điểm dẫn tiếp xúc điện với điện cực Để tiếp nối điểm dẫn polyme cần có cấu trúc tương thích Do lan truyền vùng dẫn liên quan đến tính dẫn điện tử, định hướng ngẫu nhiên sợi dẫn, xuất phát ngẫu nhiên sợi dẫn từ điểm bề mặt điện cực Ban đầu sợi dẫn lan truyền theo hướng pháp tuyến bề mặt điện cực định hướng theo trường tĩnh điện cục đầu mút sợi dẫn Khi sợi dẫn màng phát triển thành bó sợi q trình vận chuyển điện tích bó sợi dẫn đảm nhiệm III PHƯƠNG PHÁP TẠO POLYMER DẪN ĐIỆN Dải lựợng điện tử Điện tính tất vật liệu định cấu trúc điện tử vật liệu Và cấu trúc điện tử giải thích theo quan điểm “ dải lượng điện tử” Khi hai nguyên tử kết hợp với nhau, điện tử hai nguyên tử trở thành điện tử phân tử điện tử phép mức lượng định Chất rắn tạo thành chồng chập tập hợp nguyên tử Người ta tính 1cm3 chất rắn 1022 nguyên tử tạo thành Trong trình , mức lượng điện tử hình thành điện tử chiếm mức lượng Các mức lượng chồng chập lên theo thứ tự trị số chúng, trở thành dải gọi “dải lượng điện tử” Dải lượng thấp gọi dải hóa trị (valence band) dải lượng cao gọi dải dẫn điện (conduction band) Sự hình thành dải lượng chất rắn khơng liên tục, có “khoảng trống” xuất hiện, khoảng trống gọi khe dải lượng Khe dải định sử dẫn điện hay không dẫn điện chất rắn Trị số khe dải tính electron volt (eV) Nếu điện tử chất rắn nhảy từ miền lượng thấp lên miền lượng cao, ta có vật cách điện Khái niệm q trình doping Quá trìng doping trình đưa thêm số tạp chất hay tạo số sai hỏng làm thay đổi đặc tính dẫn điện polyme tạo bán dẫn loại N P tuỳ thuộc vào loại phụ gia ta đưa vào Điều kiện dẫn điện polymer Đặc điểm polymer dẫn điện nối carbon liên hợp (conjugation bond), - C = C – C = C - ; nối tiếp nối đơn C – C nối đôi C = C PA, PAn, PPy PT có đặc điểm chung cấu trúc cao phân tử Đặc điểm thứ hai diện dopant Iodine thí dụ điển hình PA Hai đặc điểm làm polymers trở nên dẫn điện Trị số khe dải polymer dẫn điện tiêu biểu Nếu khơng có dopant, khe dải polymer tiêu biểu có nối liên hợp có giá trị từ 1,4 đến 3,6 Ev Nguyên nhân gây dòng điện polymer dẫn điện Phương pháp doping MacDiarmid, Heeger Shirakawa cho PA tiếp xúc với khí iodine làm tăng độ dẫn điện tỷ lần bước đột phá mang tính lịch sử tảng việc nghiên cứu áp dụng thực tế polymer dẫn điện Khi PA tiếp xúc với chất oxit hóa ( oxidizing agent) A, PA A kết hợp theo phản ứng hóa học đơn giản PA + A (PA)A – PA trung tính khơng dẫn điện (PA)+A - polymer dẫn điện Phản ứng thuận nghịch cho biết ta điều chỉnh độ dẫn điện vật liệu, biến vật cách điện thành dẫn điện ngược lại Phản ứng từ trái sang phải trình doping đo polymer cách điện kết hợp với dopant cho chất dẫn điện polymer/dopant, phản ứng từ phải sang trái trình dedoping pplymer/dopant bị tách rời trả lại polymer cách điện Ngoài PA, nhiều loại polymer dẫn điện khác có Pan, PPy, PT, đặc biệt PEDOT khảo sát Dopant nguyên tố nhỏ iodine (I), chlorine (Cl), hợp chất vô hữu miễn chất nầy nhận điện tử (electron acceptor) cho ion âm (anion) để kết hợp với mạch carbon cuả polymer Dopant ion dương (cation) Các loại dopant A, nhận điện tử cho anion A Ta khảo sát liên hệ trình doping biến đổi dải lượng polypyrrole (PPy) Trước q trình doping, PPy có khe dải 3,2 - 3,6 eV Trị số nầy cho ta biết chất cách điện tiêu biểu Khi PPy tiếp cận với A, PPy điện tử , e - , cho A Kết mạch phân tử PPy, ta có lỗ trống mang điện tích dương (+) điện tử điện tử đơn lẻ lại ký hiệu chấm (.); A nhận e - trở thành A- Cặp (+ ) gọi polaron vật lý học Cặp nầy thường cách đơn vị pyrrole Sự thành hình polaron làm thay đổi vị trí nối lại làm thay đổi cấu trúc vòng pyrrole đồng thời tạo hai bậc lượng khe dải Khi dopant sử dụng nồng độ cao, "dân số" A gia tăng A có khả nhận thêm điện tử từ PPy Polaron (+ ) gia tăng Khi hai polaron gần (+ ) (+ ), hai điện tử ( .) trở thành nối pi, cịn lại cặp điện tích dương (+ +) gọi bipolaron Ở nồng độ cao nữa, mạch PPy xuất nhiều bipolaron, bậc lượng hình thành diện bipolaron hòa vào thành hai dải lượng bipolaron Polaron bipolaron phần tử tải điện polymer dẫn điện.Tương tự điện tử tự kim loại, có điện áp polaron hay bipolaron di động Các bậc lượng hình thành, tồn bai bậc thang giúp điện tử di chuyển từ dải hóa trị đến dải dẫn điện bậc cao Cơ chế dẫn điện polymer dẫn giải thích cách định tính hình vẽ Khi dopant A nhận điện tử từ polymer, lỗ trống (+) xuất Khi dòng điện áp đặt vào polymer, điện tử nguyên tố C bên cạnh nhảy vào lỗ trống tiếp diễn Sự di chuyển điện tử di chuyển ngắn, nhờ di chuyển lỗ trống (+) liên tục di động dọc theo mạch polymer Lỗ trống phần polaron hay bipolaron Sự di động lỗ trống xác nhận polaron/bipolaron thực thể tải điện nguyên nhân dẫn điện giống điện tử kim loại Thực nghiệm cho thấy điện tử polymer nhảy sang chiếm lỗ trống polymer kế cận polymer kế cận khác…, lỗ trống (+) di động lan tràn khắp tất vật liệu theo hướng điện áp Như hai yếu tố cho dẫn điện polymer : nối liên hợp dopant IV Phương pháp tổng hợp polymer dẫn điện Phương cách tổng hợp phân làm hai loại: (1) phương pháp điện hóa (2) phương pháp hóa học Phương pháp (1) cho polymer dạng phim (2) dạng bột Những polymer dẫn điện thông dụng polypyrrole (PPy), polyaniline (PAn) polythiophene (PT) tổng hợp hai phương pháp Với phương pháp điện hóa, phim polymer thành hình bình điện giải đơn giản, chất điện giải monomer (thí dụ: pyrrole, aniline hay thiophene) dopant hịa tan nước hay dung mơi thích hợp Tại cực dương monomer bị oxít hóa kết hợp dopant đồng thời trùng hợp thành phim Trong phương pháp hóa học, monomer, dopant chất oxid hóa (thí dụ: FeCl3) hịa tan nước dung môi Phản ứng trùng hợp xảy cho polymer dạng bột Dopant có ảnh hưởng quan trọng đến tính chất bao gồm vật tính (physical properties), hóa tính, tính, quang tính, điện tính tính bền nhiệt polymer hình thành Vì vậy, chọn lựa dopant phải thích nghi cho ứng dụng khác V Độ dẫn điện polymer Độ dẫn loại polymer dẫn điện tăng nhiệt độ tăng ngược lại Tính chất rõ ràng trái ngược với kim loại, độ dẫn điện giảm nhiệt độ tăng ngược lại Mối liên hệ tương tự bán dẫn vô cơ, số nghiên cứu, áp dụng số ngun lý bán dẫn vơ cho polymer dẫn điện Ở thang vi mô, vật liệu polymer tạo thành từ mảng nhiều polymer tập tích lại Độ dẫn điện vật liệu phụ thuộc vào nồng độ polaron/bipolaron (phần tử tải điện) mà phụ thuộc vào di động điện tử mạch polymer, mạch polymer mảng nhiều polymer tạo nên (Hình ) Nói cách định lượng hơn, độ dẫn điện diễn tả công thức sau, σ = n µ e (1) n nồng độ hạt tải điện, µ độ di động, e điện lượng điện tử (1,602 x 10^-19 C) Sự di động điện tử mạch polymer (mũi tên A) , mạch polymer (mũi tên B) mảng nhiều polymer tạo nên (mũi tên C) Người ta tổng hợp loại polymer dẫn điện có mạch phân tử hướng chiều để làm tăng di dộng điện tử Để thực điều nầy, nhà hóa học tổng hợp polymer có nhiều tinh thể (crystallite), bề mặt mang trật tự sẵn có, từ trường hay kéo dài phim polymer VI Ứng dụng Việc biến polymer dẫn điện thành sản phẩm hữu dụng chuyện tất nhiên thay kim loại hay chất bán dẫn điển hình silicon Có 100 đề nghị cho áp dụng cụ thể nghiên cứu để chế biến thành sản phẩm thương Mười năm trước đây, hãng Bridgestone – Seiko cho loại pin nạp điện (rechargeable battery) cỡ đồng xu với điện cực PAn, dùng calculator hay máy ảnh Gần Mitsubishi tung thị trường siêu tụ điện (supercapacitor) thông dụng điện thoại di động PPy vật liệu siêu tụ điện nầy PPy có mật độ tụ điện cao Polymer dẫn điện dùng làm vật liệu cho cảm ứng (sensor) Polymer dẫn điện tiếp xúc với hóa chất chẳng hạn rượu, độ dẫn điện thay đổi cách có hệ thống Nhờ người ta phân biệt brandy thật brandy có pha vài % nước lã Một nhóm nghiên cứu Pháp phát minh cảm ứng dùng polymer dẫn điện, đo xác lượng đường máu Trong năm gần đây, nhà nghiên cứu giới bỏ nhiều công sức để tổng hợp chất polymer dẫn điện " ngửi " chất nổ TNT cho việc dò mìn (land mine) Tuy nhiên chưa "qua mặt" lỗ mũi cuả khuyển nhà mình! Polymer dẫn điện lại có hoạt tính điện hố (electro-acivity) Đặc tính nầy đưa đến áp dụng chống ăn mịn (anti – corrosion) kim loại Hóa chất chống ăn mòn hữu hiệu chromate Tuy nhiên chất mang nhiều độc tính gây ung thư Tổng ngân khoản dùng để chống ăn mòn lên gần 100 tỷ USD năm tồn giới Vì vậy, việc thay chromate với hoá chất khác việc làm thiết giới công nghệ Công ty Ormecon (Đức) tiên phong việc dùng polymer dẫn điện việc chống ăn mòn sắt nhôm Người viết tổng hợp polymer dẫn điện chống ăn mòn magnesium Magnesium chất dễ bị ăn mòn tất kim loại Polymer dẫn điện mà điển hình poly (paraphenylene vinylene) (PPV) làm phát quang (luminescence) với nhiều màu sắc khác giống tinh thể lỏng (liquid crystal) Hiện nay, hình tinh thể lỏng có độ dày 10 cm dùng cho máy vi tính tivi hàng ưa chuộng thị trường điện tử Seiko – Epson (Nhật) Samsung (Hàn Quốc) chế tạo hình mềm, cực mỏng dùng polymer dẫn điện với hy vọng hình nầy thay hình tinh thể lỏng tương lai gần Polymer dẫn điện hấp thụ vi ba (microwave absorption) Vi ba sóng điện từ có độ dài sóng đơn vị cm tần số giga-hertz (GHz) Thí dụ, lị vi ba (microwave oven) gia dụng có sóng điện từ tần số 2.45 GHz Vi ba dùng radar dân quân nhiều tần số khác Độ dẫn điện cuả polymer dẫn điện điều chỉnh để "hút" radar tần số khác Khái niệm nầy đưa đến cách thiết kế vật liệu "tàng hình" Độ dẫn điện điều chỉnh thật thấp biến polymer dẫn điện thành polymer cách điện Khi trạng thái cách điện radar bị phản hồi (reflection) Như vậy, có vật liệu hư hư thật thật Chiến lược gia Tôn Tử vào thời Xuân Thu Chiến Quốc (2500 năm trước) bảo "Việc binh việc giả dối", mà polymer dẫn điện dùng vào "việc giả dối" cách tài tình Trong thời bình, vật liệu nầy biến thành vật cách điện xử vật liệu "ngu si" phản hồi radar cuả đối phương "Thánh nhân giả khù khờ" Trong thời chiến, điều chỉnh nâng cao độ dẫn điện vật liệu trở nên "thông minh" hấp thụ radar Kết hình radar cuả đối phương ta "hiện hình" thời bình "tàng hình" thời chiến! Trên thí dụ cụ thể nêu lên đặc tính hữu dụng polymer dẫn điện Một khám phá tình cờ xảy Tokyo Institute of Technology 30 năm trước đưa đến nhiều áp dụng đời sống thường nhật phải nói quà trời cho kiện hi hữu lịch sử khoa học Sự phát polymer dẫn điện đóng góp đồng nhà hóa học (MacDiarmid, Shirakawa) nhà vật lý (Heeger) Các nhà nghiên cứu khoa học thường đùa "Các ơng hóa học chế vật liệu phẩm chất tốt dùng phương pháp tồi; ông vật lý chế vật liệu phẩm chất tồi dùng phương pháp tốt" Dù lời nói bơng đùa phản ảnh phần thật Tuy nhiên, việc nghiên cứu polymers dẫn điện 30 năm nay, fullerene C60 ống than nano hai thập niên gần cho thấy hợp tác hữu hiệu nhà hóa học vật lý Họ bổ sung cho đưa nghiên cứu khoa học theo chiều hướng liên ngành đa ngành, điều mà 100 năm trước người ta không nghĩ đến Đầu kỷ thứ 20 đánh dấu lý thuyết vĩ đại vật lý thuyết tương đối Einstein, định luật bất định Heisenberg, phương trình sóng Schrưdinger, tính nhị ngun cuả sóng hạt v.v… Những lý thuyết nầy giải thoát người khỏi lối suy luận cổ điển cuả học Newton nâng cao trình độ tư người việc khám phá bí ẩn nhỏ nguyên tử to vũ trụ Cuối kỷ 20 đánh dấu trưởng thành cuả Vật Liệu học (Materials Science) điển hình chất bán dẫn silicon thành công nghệ silicon, xuất vật liệu hữu polymer dẫn điện, fullerene C60 gần ống than nano Những năm đầu cuả kỷ 21 cho thấy hình thành cơng nghệ nano (nanotechnology) mà người ta tạo trang cụ (device) thứ nguyên nanometer (= 10-9 m) với kích thước nhỏ gần nguyên tử hay phân tử Những vật liệu hữu chắn vật liệu đóng góp vào thành cơng cuả cơng nghệ nano mang tính đột phá với tiềm sâu rộng nầy