高分子化学_科普之友

分子材料的纳米化可以依赖于高分子的纳米合成，这既包括分子层次上的化学方法，也包括分子以上层次的物理方法。利用外场包括温度场、溶剂场、电场、磁场、力场和微重力场等的作用，在一确定的空间或环境中像搬运积木块一样移动分子，采用自组装、自组合或自合成等方法，靠分子间的相互作用，构建具有特殊结构形态的分子聚集体。如果再在这种分子聚集体中引发化学成键，则能得到具有高度准确的多级结构的高分子。通过这种精确操作的高分子合成，可以准确实现高分子的分子设计。
　　
　　高分子材料的纳米化还可以通过成型加工的方式得以实现，即在成型加工过程中控制高分子熔体的流动，调节高分子的结构形态从而控制使用性质。高分子材料的纳米化研究不仅应包括纳米化制备方法，还不应忽略高分子材料的纳米结构的观察和纳米性质的测量。因为结构和性能决定材料的使用价值。而高分子材料的纳米化的结果，是使得表面层上和界面层上的结构和性能表现出特异性，这部分也是由于在表面和界面的尺寸限制下，高分子材料的相结构和形态发生突变所致。因此需要开展表面层上和界面层上的相结构、相行为及分子链动力学的研究，建立相应受限条件下的高分子材料的构效关系。采用的研究方法中，计算模拟和扫描探针技术等都是十分有用的。
　　
　　智能材料中的高分子化学
　　
　　如果说20世纪的人类社会文明的标志是合成材料，那么下个世纪将会是智能材料的时代。在这个智能材料的时代，高分子化学同样承担着不可替代的作用。智能材料是材料的作用和功能可随外界条件的变化而有意识的调节、修饰和修复。已经知道高分子具有软物质的最典型的特征，即易于对外场作出响应。软物质（softmatter）是指易于发生变形的那类物质。软物质不仅在一般的剪切作用下可发生畸变和流动，而且小的热涨落也会对其性质带来重要的影响。软物质包括高分子、生物大分子、液晶、胶体及乳胶和微乳胶这类两亲物质等。软物质在物质科学的研究中被越来越多的提及，产生了研究软物质的专门学科———软物理（softphysics）。软物质可以用来研究凝聚态物理学中的一些核心问题，如对称性（symmetry）、低能量激发（low－ener-gyexcitation）和拓扑缺陷（topologicaldefects）之间的联系。软物质研究的另一方面的意义是软物质的应用。前面提及的软物质所包括的那些物质，实际都是有着明显的使用价值。也许正是因为如此，最近又出现了材料科学变软的提法。软物质的研究虽然目前主要还是在凝聚态物理的学术圈中进行，但其研究领域则涉及数学、化学、化工、材料、生物及其交叉学科，被认为是下个世纪物质科学及其相关学科中的重点研究内容之一。因此在高分子化学的研究中，引进软物质的概念，利用外场的变化构建高分子材料的特殊结构，实现外场作用下高分子材料的作用和功能的实时调制，应是高分子智能材料研究的重要内容。
　　
　　广义上的智能材料也应包括生命材料。由于生物大分子和合成高分子都属于软物质，因此软物质科学的研究也有助于高分子生命材料的研究，虽然目前合成高分子也能模仿蛋白质分子的自组装，但却没有蛋白质分子那样的生命活性。这是因为合成高分子的分子链缺少确定的序列结构，不能形成特定的链折叠。如果在合成高分子膜的表面附着上蛋白质分子或有特定序列结构的合成高分子，研究这些表面分子折叠的方法、规律、结构和活性，形成具有生命活性功能，比如排斥和识别功能的软有序结构，再通过化学环境、温度和应力等外场来调节这些软有序结构，从而控制外界信号向合成膜内的传递，实现生物活性的形成和调控，尝试合成高分子生命材料。
　　
　　高分子化学对资源的依赖
　　
　　化学是制造和研究物质的科学。调节原子和分子在物质中的组合配置，控制物质的微观性质、宏观性质和表面性质，就可能使某种物质满足某种使用要求，因而这种物质就能作为材料来使用。因此材料的制备对资源的依赖性和材料的使用与环境的协调性，就成为化学研究中一个独特而又十分重要的方面。当代高分子合成材料依赖于石油这种化石资源。由于石油的生成是一个漫长的地质过程，同时石油又是当代人类社会的主要能源，石油资源正日益减少而又无法及时再生，因此寻找可以替代石油的其它资源，则成为21世纪的高分子化学研究中的一个迫切需要解决的问题。其解决的途径可以是天然高分子的利用，也应包括合成无机高分子的探索。
　　
　　21世纪利用源于植物的高分子，显然不同于上个世纪对天然高分子的简单使用。结合基因工程的方法，促使植物产生出更多的可直接使用的天然高分子，或可供化学合成用的高分子单体。采用生物催化剂或菌种，将天然的植物原料

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