浅谈化学新材料的发展前景

高分子材料 我对高分子材料的一点认识 摘要：高分子材料的结构决定其性能，对结构的控制和改性，可获得不同特性的高分子材料。高分子材料独特的结构和易改性、易加工特点，使其具有其他材料不可比拟、不可取代的优异性能，从而广泛用于科学技术、国防建设和国民经济各个领域，并已成为现代社会生活中衣食住行用各个方面不可缺少的材料。 引言：高分子材料：macromolecular material，以高分子化合物为基础的材料。高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料，高分子是生命存在的形式。所有的生命体都可以看作是高分子的集合。 或许我们对高分子材料会很陌生，但是它却渗透在我们生活的每一个角落。 随着时代的进步，物质的更新换代。原有的原始材料早已不能满足现今社会的需求，小到一个塑料袋，大到宇宙飞船的部件，其材料的要求早已不是原始材料所能达到的了。于是，在这样的需求中，诞生了化学材料科学这样一门科学。人们在化学和物理等科学的基础支持下，不断进取，探索、合成符合我们要求的特殊材料。 现在关注度比较高的可能是纳米材料。高分子材料诞生的比较早，技术也相对比较成熟，这就是我为什么选择它的原因。对它进行一些了解以后，只是在这里浅谈我的认识。 先说一下当今材料发展的现状。 20 世纪以来，物理、化学、力学、生物学等学科的研究和发展推动了对于物质结构、材料的物理化学和力学性能的深入认识和了解。同时，金属学、冶金学、工程陶瓷技术、高分子科学、半导体科学、复合材料科学以及纳米技术等学科的发展促进了各种新型材料的产生,并推进了对于材料的制备、生产工艺、结构、性能及其相互之间关系的研究，为材料的设计、制造、工艺优化和材料功能和性能的合理使用，提供了充分的科学依据。现代材料科学更注重于研究新型复合材料和纳米材料的制备和创新，对于设计具有不同性能要求的材料复合工艺和纳米态材料的凝聚过程，以及各类材料之间的相互渗透和交叉的性能以及综合性能的研究给予了更多的重视。现代材料科学的发展不仅与揭露材料本质及其演化规律的物理化学性质和力学性能有关，而且与使用材料的工程技术学科以及制造加工材料的工程学科有着相互交叉性的密切关系。在此基础上，“材料科学与工程”逐步形成学科，并发展成为一门独立的一级学科。作为一级学科的“材料科学与工程”下分三个二级学科：材料物理与化学、材料学、材料加工工程。 生活中的高分子材料很多，如蚕丝、棉、麻、毛、玻璃、橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基复合材料等。总之我们的生活是离不开高分子材料的。 我想着重说的是未来高分子材料的发展趋势： 1.通用高分子材料向高性能、多功能、低污染、低成本方向发展 通用高分子材料主要是指塑料、橡胶、纤维三大类合成高分子材料及涂料、黏合剂等精细高分子材料。高性能、多功能、低成本、低污染（环境友好）是通用合成高分子材料显著的发展趋势。在聚烯烃树脂研究方面，如通过新型聚合催化剂的研究开发、反应器内聚烯烃共聚合金技术的研究等来实现聚烯烃树脂的高性能、低成本化。高性能工程塑料的研究方向主要集中在研究开发高性能与加工性兼备的材料。通过分子设计和材料设计，深入、系统地研究芳杂环聚合物材料制备中的基本化学和物理问题，研究其多层次结构及控制技术，认识结构与性能之间的本质联系，寻求在加工性能和高性能两方面都适合的材料。合成橡胶方面，如通过研究合成方法、化学改性技术、共混改性技术、动态硫化技术与增容技术、互穿网络技术、链端改性技术等来实现橡胶的高性能化。在合成纤维方面，特种高性能纤维、功能性、差别化、感性化纤维的研究开发仍然是重要的方向。同时生物纤维、纳米纤维、新聚合物纤维德研究和开发也是纤维研究的重要领域。在涂料和黏合剂方面，环境友好及特殊条件下使用的高性能涂料和黏合剂是发展的两个主要方向。 2.功能高分子材料发展迅速，应用领域不断扩大，越来越多的功能高分子材料将从科学发明、发现走向实际应用 在有机/高分子光电信息功能材料领域，光、电、磁等功能高分子材料作为新一代信息技术的重要载体，在21世纪整个信息技术的发展中将占有极其重要的地位。非常值得关注并可能取得突破的重要方向是：有机/高分子显示材料特别是电致发光材料、超高密度高分子存储材料、高分子生物传感材料等。此外，还有新型功能高分子材料的设计、模拟与计算、合成与组装以及分子纳米结构的构筑。高分子的组装、自组装以及在分子电子器件上的应用研究等。 在生物医用材料领域，总的发展趋势是：从简单的植入发展到再生和重建有生命的组织和器官；从大面积的手术损伤发展到微创伤手术治疗；从暂时性的组织和器官修复发展到永久性的修复和替换；从药物缓释发展到控释、靶向释放。生物医用材料研究的重点是：基于生物学原理，赋予材料和植入体生物结构和生物功能的设计；可靠地试验材料生物安全性和预测材料长期寿命的科学基础；先进的工艺制造方法学。 在吸附分离材料领域，分离膜的发展重点是在研究聚合物分离膜制备、成膜机理及其与聚合物结构关系基础上实现膜结构与膜分离性能的预测、调控与优化；通过分离膜与生化技术的集成，实现合成高分子膜材料的强度与可加工性能以及天然生物膜的特殊选择性与生物活性的有机组合。对于吸附分离树脂，不直接利用生物配体，而是通过模拟亲和作用及超分子化学的多重作用（分子识别）来设计合成具有分子识别特征的高选择性吸附树脂材料，具有重要的理论意义和实用价值。新型印迹聚合物材料的设计与制备及选择性分离功能的研究也是重要的发展方向。 3.高分子材料科学与资源、环境的协调发展越来越受到重视 基于石油资源的合成高分子材料已得到了大规模的应用，在带给我们方便的同时也带来了环境污染的问题，而且50年后将面临石油资源逐渐枯竭的威胁。因此，基于可再生的动物、植物和微生物资源的天然高分子将有可能成为未来高分子材料的主要化工原料。其中最丰富的资源有纤维素、木质素、甲壳素、淀粉、各种动植物蛋白质以及多糖等。它们具有多种功能基团，可通过化学、物理方法改性成为新材料，也可通过化学、物理及生物技术降解成单体或齐聚物用作化工原料。为解决环境污染问题，一方面生物降解高分子材料的研究已成为研究热点，另一方面废弃高分子材料的回收利用也成为重要研究方向。生物降解高分子材料在20世纪末和21世纪初得到迅速的发展，特别是一些发达国家的政府和企业投入巨资开展生物可降解高分子材料的研究与开发，已取得可喜的进展。生物降解高分子材料要求具有好的成型加工性及使用性能，在完成其使用功能后容易降解，同时还应具有可接受的成本。而实现废弃高分子材料的回收利用，建设高分子材料绿色工程，是保护人类生态环境、实现资源充分利用、保证经济和社会可持续发展必须确实解决的全球性战略问题。 4.高分子材料加工领域的研究不断拓展并深化 高分子材料的最终使用性能在很大程度上依赖于经过加工成型后所形成的材料的形态。聚合物形态主要包括结晶、取向等，多相聚合物还包括相形态（如球、片、棒、纤维等）。聚合物制品形态主要是在加工过程中复杂的温度场与外力场作用下形成的。因此，研究高分子材料在加工过程中外场作用下形态形成、演化、调控及最终“定构”，发展高分子材料加工与成型的新方法，对高分子材料的基础理论研究和开发高性能化、复合化、多功能化、低成本化及清洁化高分子材料有重要意义。目前这一学科前沿研究领域的主攻方向是：研究在加工成型过程中材料结构的形成与演变规律，实现对材料形态的调控；探索新型加工原理和开发新加工方法。 另外，对于功能高分子材料和自组装超分子结构材料的加工正成为新兴的研究领域。例如通过新型的加工方法得到不同微纳尺寸的结构应用于光电器件等领域。 5.高分子材料科学与其他学科的交叉不断加强 高分子材料科学与生物科学、生物工程、化学、物理、信息科学、环境科学等的交叉既促进了高分子材料科学本身的发展，同时又使高分子材料扩大了其应用范围。例如，仿效生物体的结构或其特定功能的仿生高分子材料，是发展生物材料的重要途径。对有机/高分子材料电子过程的研究是使有机高分子材料科学与信息科学紧密结合，使有机塑料电子学成为一个重要研究方向。扫描探针显微镜和超高分辨率等现代技术的发展使有机/高分子纳米材料的研究得以深入。 存在的问题： 我觉得现在的高分子材料在面临一个瓶颈期，材料加工主要就是指塑料加工，还有一些纤维加工。总的来说向着可视化，反应化（在加工的同时实现化学反应）发展。问题谈不上，材料加工已经快走到顶峰了，很难再有创新了，基本就是市场竞争了。在美国做加工比较牛的高校就是Akron,但那些教授已经没什么新东西可作，塑料加工最牛的ge也把它的工程塑料部门卖掉了。对策不是我这样的无名小卒一两句话能说清的，高分子技术和高分子行业本身已经发展到顶峰并且略走下坡路了，而石油价格的飙升会加剧这个行业的竞争压力。 结论：高分子材料的发展和我们每天的生活息息相关，它已经达到了一个高度，但是如何发展或者是研究者们的一个新课题。作为一个学经济的学生认为，要讲高分子研究产业化或者要从人才的培养方面就应该进行一些改革吧，研究如何能更好的应用于实际？ 参考：《高分子学报》 高分子材料网；http://www.polymercn.net/ 张方俪 经济与管理学院 2009301760061