ШИРАКАВА, ХИДЕКИ

ШИРАКАВА, ХИДЕКИ (Shirakawa, Hideki) (р. 1936). Нобелевская премия по химии 2000, (совместно с А.Хигером и А.Мак-Диармидом).

Родился 20 августа 1936 в Токио, третий ребенок врача Хатзутару и дочери буддистского священника Фуйуно, у которых было 5 детей. Семья много раз меняла местожительство, но в 1944, к концу войны, осела в маленьком городе Такаяма (называемом «маленьким Кито») на острове Хонсю. С 3-его класса начальной школы и до окончания колледжа Ширакава провел здесь.

Его высшее образование началось в Токийском технологическом институте в 1957, в котором он завершил работу над диссертацией в мае 1966. В институте Ширакава освоил химию полимеров, садоводство и электронику. Исследования полимеров начал еще в студенческое время, а к полиацетилену обратился сразу после защиты диссертации, в апреле 1966. Он намеревался изучать механизм полимеризации в присутствии катализатора Циглера – Натта.

В начале 70-х Ширакава изучал именно этот процесс. В результате синтеза полиацетилен накапливался в реакционной колбе в виде ничем ничем не примечательного черного порошка. Однажды стажер из его лаборатории случайно добавил катализатор в тысячекратном избытке по сравнению с его обычным количеством (в граммовых, вместо миллиграммовых, количествах). К удивлению экспериментаторов на поверхности жидкости образовалась красивая серебряная пленка. Сразу возник очевидный вопрос: «Если полученный пластик своим блеском похож на металл, не может ли он и проводить электрический ток?». Выяснилось, однако, что это не так.

Тем временем, в Пенсильванском универстете (США) А.Мак-Диармид и А.Хигер, были заняты решением той же проблемы – созданием неметаллических проводников электрического тока, однако на неорганической основе. В 1975 Хигер информировал Мак-Диармида о вышедшей недавно статье М.Лабеса, в которой тот описал высокопроводящий полимерный материал общей формулы (SN)_x. Выяснилось, что еще в 1950-х Мак-Диармид осуществил синтез соединения S₄N₄. По просьбе Хигера Мак-Диармид синтезировал соединения формулы (SN)_x, и они систематически исследовали их свойства.

Во время визита Мак-Диармида в Киотский университет, где работал Ширакава, они обменялись своими образцами полиацетилена (CH)_x и (SN)_x. Именно во время этого визита и произошла ошибка стажера Ширакавы, приведшая к получению серебристого полиацетилена. Ученые были заинтригованы и решили объединить усилия. Ширакава на год приехал в Пеннсильванский университет, где к ним присоединился Хигер. Уже в первых экспериментах учение смогли несколько увеличить электропроводность полиацетилена. Способ же увеличения электропроводности полимера в 10 000 000 раз оказался неожиданно прост – следовало всего лишь обработать пленку полимера парами брома или йода. Так был создан полимер, обладающий электропроводностью металлов.

Однако, хотя полиацетилен, приготовленный таким образом, и сопоставим по электропроводности со многими металлами, к сожалению, его нельзя использовать в практике, т.к. при контакте с воздухом он быстро теряет эту способность. В результате поисков лучших вариантов появились новые сопряженные полимеры, например, полипиррол, полианилин и политиофен.

Идея сочетать способность к легкой формовке и низкий удельный вес полимеров с электропроводностью металлов получила интенсивное развитие. Поскольку электропроводность можно изменить в широких пределах, от уровня полупроводников до электропроводящих металлов, стали очевидными возможные коммерческие аспекты использования: батареи, конденсаторы, антистатики, антикоррозийные материалы и др.

Перевод полимеров в полупроводниковое состояние – одна из быстро развивающихся областей. Это вызвано недавним открытием, что некоторые сопряженные полимеры проявляют электролюминесцентные свойства – они светятся, если через них пропускать электрический ток. Люминесцентные материалы могут иметь множество применений. Скоро можно будет увидеть их первое практическое использование в световых дисплеях мобильных телефонов и в информационных досках. Недолго ждать, когда станут реальностью экраны телевизоров из люминесцентных пластиков.

Процесс, вызывающий электролюминесценцию, может быть обращен – поглощение света будет создавать заряд и, следовательно, электрический ток. Таков принцип действия солнечных батарей. Преимущества пластиков велики, а изготовлять из них гибкие поверхности не сложно и недорого. Солнечные пластиковые элементы нужны в самых различных областях деятельности, и их ждет широчайшее применение уже в самом недалеком будущем.

После возвращения в Японию Ширакава работал над выяснением химических причин, вызвавших появление электропроводности полиацетилена. В результате его поисков, для чего он использовал широкий набор физических методов исследования (от спектроскопии до измерения эффекта Мессбауера), причина была обнаружена. Оказалось, что при обработке полимера иодом образуются карбокатионы, связанные с p-электронами молекулы полиацетилена.

В ноябре 1979 Ширакава перешел в Институт материаловедения университета Цукуба, где стал профессором. В марте 2000 ушел в отставку и отошел от активной научной деятельности.

В 2000 Ширакава был награжден Нобелевской премией «за открытие и разработку полимеров-проводников», вместе с А.Мак-Диармидом и А.Хигером.

Работы: Conducting polymers: Halogen doped polyacetylene // J.Chem. Phys. 1978. V. 69 (with C.K.Chiang, Y.W.Park, A.J.Heeger, A.G.Mac-Diarmid); Synthesis of highly conducting films of derivatives of polyacetylene, (CH)_x // J.Am. Chem. Soc. 1978. V. 100 (with C.K.Chiang, M.A.Druy, S.U. Gau et al.).

Кирилл Зеленин