現(xiàn)代高分子材料發(fā)展前沿

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上高分子材料的發(fā)展前沿綜述近年世界高分子科學(xué)在諸多領(lǐng)域取得重要進(jìn)展,主要是控制聚合、超分子聚合物、聚合物納米微結(jié)構(gòu)、高通量篩選高分子合成技術(shù)、超支化高分子、光電活性高分子等方面。1高分子合成化學(xué)高分子合成化學(xué)研究從單體合成開(kāi)始，研究高分子合成化學(xué)中最基本問(wèn)題,探索新的催化劑體系、精確控制聚合方法、反應(yīng)機(jī)理以及反應(yīng)歷程對(duì)產(chǎn)物聚集態(tài)的影響規(guī)律等，高分子合成化學(xué)基礎(chǔ)研究具有雙重作用，一是運(yùn)用已有合成方法研究聚合物結(jié)構(gòu)調(diào)控；二是設(shè)計(jì)新的合成方法，獲得新穎聚合物。20世紀(jì)90年代以來(lái)在高分子合成化學(xué)領(lǐng)域中，前沿領(lǐng)域是可控聚合反應(yīng),包括立構(gòu)控制，相對(duì)分子質(zhì)量分布控制，構(gòu)筑控制、序列

2、分布控制等。其中，活性自由基聚合和迭代合成化學(xué)研究最為活躍?；钚宰杂苫酆先〉昧嗽S多重要的成果，但還存在一些問(wèn)題?；钚宰杂苫陌l(fā)展前景，特別是工業(yè)應(yīng)用前景以及未來(lái)研究工作趨勢(shì)是令人關(guān)心的問(wèn)題。對(duì)于活性自由基聚合反應(yīng)機(jī)理的深入研究、在較低的溫度下能快速進(jìn)行聚合的研究是目前受到關(guān)注的研究方向。迭代合成化學(xué)是唯一可用來(lái)制備多肽、核酸、聚多糖等生物高分子和具有精確序列、單分散非生物活性高分子齊聚物的方法。樹(shù)枝狀超支化高分子的合成就是此合成策略的成功應(yīng)用例證之一,是過(guò)去10年高分子合成中最具影響力的發(fā)展方向。樹(shù)枝狀超支化聚合物由于其獨(dú)特球形分子形狀,分子尺寸,支化圖形和表面功能性賦予它不同于線型聚合物的

3、化學(xué)和物理性質(zhì)。高分子合成化學(xué)發(fā)展需注意以下幾點(diǎn)：(1)與無(wú)機(jī)化學(xué)、配位化學(xué)、有機(jī)化學(xué)等的融合與滲透，吸取這些學(xué)科領(lǐng)域的研究成果開(kāi)發(fā)新的引發(fā)/催化體系，這是合成化學(xué)的核心，是高分子合成化學(xué)與聚合方法原始創(chuàng)新發(fā)展的關(guān)鍵。對(duì)于傳統(tǒng)的工業(yè)化單體，需要利用新型引發(fā)/催化體系和相應(yīng)聚合方法，研究開(kāi)發(fā)合成新的微觀結(jié)構(gòu)的聚合物新材料。(2)與有機(jī)合成化學(xué)和高分子化學(xué)緊密結(jié)合，將有機(jī)合成化學(xué)的先進(jìn)技術(shù)“嫁接”到高分子合成化學(xué)中，研發(fā)高分子合成的新方法，實(shí)現(xiàn)高分子合成的可設(shè)計(jì)化、定向化和控制化，這里包括通過(guò)非共價(jià)鍵的分子間作用力結(jié)合來(lái)“合成”超分子體系。(3)在大分子工程方面,不僅要達(dá)到控制聚合物的分子量與分子

4、量分布,而且要開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)合成多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的聚合物鏈(如超支化聚合物、星型多臂嵌段共聚物、樹(shù)枝狀聚合物、濃密刷型聚合物等)的新合成技術(shù)。國(guó)家自然科學(xué)基金鼓勵(lì)并支持從事高分子合成化學(xué)基礎(chǔ)研究的課題，將注意各分支學(xué)科的平衡協(xié)調(diào)發(fā)展，對(duì)暫時(shí)冷門(mén)的研究方向,將予以持續(xù)資助。目前,我國(guó)在負(fù)離子聚合、正離子聚合和偶聯(lián)聚合等方面的研究需要吸引中青年研究人員加入。同時(shí)在高分子合成化學(xué)領(lǐng)域近期應(yīng)關(guān)注以下幾個(gè)方向：(1)、新的聚合反應(yīng)和新的聚合方法特別是酶催化聚合和微生物聚合等；(2)、功能性高分子合成；(3)、高分子鏈結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和控制合成；新型超支化聚合物的合成；新型樹(shù)形大分子的合成；樹(shù)枝化聚合物的合成；聚合物分子

5、刷的合成；新型多肽的化學(xué)合成等；(4)、借助分子間弱相互作用及特殊識(shí)別作用組裝合成新型聚合物；(5)、聚合反應(yīng)機(jī)理方面的研究；(6)、通過(guò)量子化學(xué)計(jì)算和計(jì)算機(jī)模擬準(zhǔn)確預(yù)測(cè)聚合物結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系；指導(dǎo)分子設(shè)計(jì)和高分子合成。國(guó)際上重要的高分子合成進(jìn)展有：可控自由基聚合和活性配位聚合又有許多新進(jìn)展。Fujita等4報(bào)道了配位聚合方法乙烯的活性聚合。聚合溫度2550,分子量分布很窄(1.051.19),分子量可高達(dá)40萬(wàn)，催化活性很高(20000 min-1atm-1)。Marks5以有機(jī)鈦化合物催化苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯共聚,獲得雙全同無(wú)規(guī)共聚物，在此催化劑作用下，苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯的均聚反應(yīng)

6、生成間規(guī)均聚物。將組合化學(xué)研究方法發(fā)展運(yùn)用到高分子合成的催化體系高通量篩選方法研究只有三、四年的時(shí)間，但發(fā)展很快。許多學(xué)術(shù)研究小組、研究中心和工業(yè)界實(shí)驗(yàn)室都開(kāi)始進(jìn)行研究。幾乎每個(gè)月都有相關(guān)的學(xué)術(shù)會(huì)議?！癕acromol Rapid Commun”已分別于2003年第1期和2004年第1期出版了兩期專集,前者只有15篇論文，后者升至45篇，有望改變傳統(tǒng)研究方式和速度。我國(guó)高分子學(xué)術(shù)界和工業(yè)界尚未對(duì)此領(lǐng)域給予充分重視。高度支化的聚合物是具有前沿性并具有潛力的研究方向。2003年含超支化聚合物一詞的論文有302篇，2004年含樹(shù)枝狀聚合物一詞的論文有450篇，呈現(xiàn)出非?；钴S的景象。Percec6提出

7、了一種合成新概念TERMINI-TerminatorMultifunctinal Initiator，即被保護(hù)的多功能團(tuán)化合物，它能夠定量和不可逆的中斷活性聚合或鏈?zhǔn)接袡C(jī)反應(yīng)，去除保護(hù)基團(tuán)后，其活性官能團(tuán)能100%再引發(fā)活性聚合，再引發(fā)過(guò)程中，TERMINI重復(fù)單元新產(chǎn)生一個(gè)支化點(diǎn)。利用這種方法與活性自由基聚合相結(jié)合發(fā)展了一種全新的收斂法合成超支化聚合物的方法。Britz等7利用碳納米管作為受限反應(yīng)器，將環(huán)氧化富勒烯灌裝到單臂碳納米管中，然后引發(fā)環(huán)氧化富勒烯開(kāi)環(huán)聚合形成線形聚合物，獲得了用其他方法難以制備的聚合物,為在受限空間進(jìn)行可控高分子合成開(kāi)辟了新途徑。2高分子科學(xué)與生命科學(xué)的交叉研究國(guó)際

8、發(fā)展態(tài)勢(shì)表明：眾多高分子背景學(xué)者的研究方向開(kāi)始集中在與生命科學(xué)相關(guān)的高分子研究方面，對(duì)生物高分子、醫(yī)用高分子、生物大分子體系理論計(jì)算模擬、高分子科學(xué)中的生物技術(shù)和大分子化學(xué)生物學(xué)等相關(guān)研究前沿的科學(xué)問(wèn)題是近期需給予重點(diǎn)關(guān)注的方向，從美國(guó)化學(xué)會(huì)年會(huì)的論文就可反映這一點(diǎn)。高分子科學(xué)是研究分子量在數(shù)千至數(shù)百萬(wàn)甚至數(shù)千萬(wàn)大分子合成、結(jié)構(gòu)與性能的學(xué)科，而生命科學(xué)中的核心物質(zhì)DNA、多肽、蛋白質(zhì)，聚多糖等都是分子量很高的大分子，屬于高分子科學(xué)研究的對(duì)象，而由這些生物大分子構(gòu)成的細(xì)胞又構(gòu)成了生命。因此，高分子科學(xué)與生命科學(xué)存在著不可分割的聯(lián)系和許多有待進(jìn)行學(xué)科交叉研究的前沿問(wèn)題。主要有以下3個(gè)層面的交叉點(diǎn)：

9、(1)、在DNA、蛋白、多糖、高分子藥物及診斷試劑等研究方面存在著分子水平層面的交叉點(diǎn)；(2)、高分子科學(xué)在小尺寸藥物傳輸系統(tǒng)、單層、雙層和多層高分子膜和生物傳感的研究方面存在著細(xì)胞層面上的交叉；(3)、高分子科學(xué)在軟組織或骨組織工程在人體組織和生命層面上有著很好的交叉點(diǎn)。過(guò)去高分子科學(xué)向生命科學(xué)和現(xiàn)代醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的滲透給現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)帶來(lái)的巨大變化。就高分子科學(xué)與生命科學(xué)交叉的研究領(lǐng)域而言，以前的研究主要集中在用傳統(tǒng)高分子材料制備生物醫(yī)用材料，如組織工程的支架、人造器官、藥物傳輸載體等高分子。在藥物學(xué)領(lǐng)域，高分子藥物控釋技術(shù)幾乎從根本上改變了傳統(tǒng)的給藥概念和模式，成為藥物治療科學(xué)中的一個(gè)里程碑。在

10、醫(yī)用高分子方面，由于植入體內(nèi)高分子的應(yīng)用，對(duì)提高醫(yī)療水平，改善人類生活質(zhì)量、減輕疾病對(duì)人們健康的影響，均起了重要作用。近年來(lái)，國(guó)際上此領(lǐng)域的研究蓬勃發(fā)展，出現(xiàn)了許多新的研究熱點(diǎn)并孕育著新的突破。在用于藥物控制釋放高分子研究領(lǐng)域，高分子-藥物、高分子-蛋白質(zhì)結(jié)合體、高分子-基因聚絡(luò)物和高分子微膠束等涉及生物高分子藥物的研究方向已成為高分子科學(xué)研究者進(jìn)入現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的切入點(diǎn)。體現(xiàn)了生物大分子與合成高分子相互融合，傳統(tǒng)高分子科學(xué)與現(xiàn)代生命科學(xué)相互融合?？傊?，從高分子分子設(shè)計(jì)、高分子結(jié)構(gòu)，到高分子凝聚態(tài)、高分子組裝；從分子運(yùn)動(dòng)到生物屏障的跨越；從分子間相互作用到載藥系統(tǒng)與生命系統(tǒng)間的相互作用等方面

11、的研究，高分子科學(xué)都發(fā)揮出越來(lái)越重要的作用。高分子科學(xué)工作者應(yīng)抓住際遇，與生命科學(xué)與技術(shù)、納米科學(xué)與技術(shù)和生物納米技術(shù)相結(jié)合，為高分子學(xué)科的發(fā)展，為國(guó)家社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。高分子科學(xué)研究者除了繼續(xù)重視生物醫(yī)用高分子研究之外，還須通過(guò)運(yùn)用高分子科學(xué)研究特長(zhǎng)和知識(shí)，從分子水平研究生物大分子結(jié)構(gòu)、相互作用等，為研究生物大分子在生命體系中生命過(guò)程做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。通過(guò)研究高分子組裝和高級(jí)有序結(jié)構(gòu)構(gòu)筑、手性高分子、配位高分子以及受生物啟發(fā)或模擬生物體系高分子的研究，在高分子科學(xué)與生命科學(xué)之間架起跨接的橋梁。今后在高分子科學(xué)與生命科學(xué)交叉研究中應(yīng)重視下列領(lǐng)域的研究：(1)、組織工程研究中支架高分子的仿

12、生微觀結(jié)構(gòu)和高分子的生物降解性，特別是可誘導(dǎo)細(xì)胞與組織生長(zhǎng)、降解速度可控的高分子；(2)、利用生物學(xué)原理將蛋白質(zhì)、細(xì)胞生長(zhǎng)因子、酶及多肽等生物活性物質(zhì)固定在生物醫(yī)用高分子等醫(yī)用材料的表面，通過(guò)表面修飾構(gòu)建第三代的生物活性醫(yī)用植入或介入診療高分子等；研究具有優(yōu)異抗凝血性、生物相容性及抗菌性的高分子；(3)、用于基因治療的高分子藥物控釋體系，特別需重視非病毒高分子基因載體，大分子蛋白類藥物釋放載體以及靶向性和釋放速度可控性；(4)、運(yùn)用生物技術(shù)發(fā)展高分子合成方法也是國(guó)際上非常重視的研究方向；開(kāi)展酶催化聚合、微生物法合成聚羥基烷酸酯等生物醫(yī)學(xué)高分子；(5)、大分子化學(xué)生物學(xué)：運(yùn)用高分子科學(xué)的原理與方

13、法以研究和揭示與生物大分子相關(guān)的生命運(yùn)動(dòng)的化學(xué)本質(zhì),研究生物大分子的結(jié)構(gòu)與其生物活性的關(guān)系；研究生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)、多(寡)糖-蛋白質(zhì)等相互作用、研究分子識(shí)別；(6)、非生物活性與生物功能大分子的自組裝過(guò)程與超分子結(jié)構(gòu)的深入研究對(duì)加深蛋白質(zhì)等重要生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系的理解，以天然蛋白如膠原蛋白、彈性蛋白、蠶絲蛋白、蜘蛛蛋白等為例，揭示生物大分子自組裝原理、結(jié)構(gòu)及其生物學(xué)效應(yīng)；推動(dòng)大分子分子(簇)器件與高性能仿生高分子材料的發(fā)展；(7)、合成可實(shí)現(xiàn)溶液中精巧高級(jí)結(jié)構(gòu)的聚合物的研究：非天然齊聚物或高聚物的分子內(nèi)弱相互作用控制其二級(jí)結(jié)構(gòu)(折疊與螺旋等精致結(jié)構(gòu))，模擬或復(fù)制生物大分子結(jié)構(gòu)

14、與功能，理解折疊與螺旋構(gòu)象、結(jié)構(gòu)與性能。通過(guò)合成出具有與生物高分子相同的折疊機(jī)理以天然高分子所顯示的精巧水平和程度形成三維結(jié)構(gòu)、功能和性能，從合成高分子或生物高分子衍生物，探討通過(guò)控制高級(jí)結(jié)構(gòu)獲得與生物分子類似功能的可能性；(8)、運(yùn)用合成高分子結(jié)構(gòu)研究的基本理論方法開(kāi)展生物大分子及其人工合成類生物大分子結(jié)構(gòu)的理論計(jì)算模擬研究；(9)、高分子生物學(xué)效應(yīng)和生物大分子相互作用的表征新方法及其應(yīng)用，用于生物傳感與檢測(cè)的高分子等。3光電磁活性功能高分子光致高分子發(fā)光材料是一種功能性的可發(fā)光的高分子材料,它是將熒光物質(zhì)加入到高分子化合物之中而合成的材料。其發(fā)光機(jī)理是利用了高分子受光的照射之后可以吸收光的

15、能量,從而導(dǎo)致高分子店子殼層內(nèi)的電子發(fā)生躍遷,形成的空穴促使高分子的移動(dòng),電子移動(dòng)到相對(duì)較低的能級(jí)形成輻射。高分子由于受光照而吸收的能量以輻射的形式耗散掉,高分子材料發(fā)光的現(xiàn)象就是這樣產(chǎn)生的。由于可以被高分子吸收能量的照射光包括可見(jiàn)光、紫外線以及各種射線等,使得的發(fā)光的有機(jī)高分子材料的發(fā)展前景非常廣闊。除了受光照可以使有機(jī)高分子材料發(fā)光以外,電流也可以是有機(jī)高分子材料發(fā)光,這種材料就是被稱為電致發(fā)光高分子材料的物質(zhì)。近年來(lái)，在電致發(fā)光高分子方面取得了一系列進(jìn)展。這一領(lǐng)域的研究布點(diǎn)不宜多，主要是對(duì)器件制備條件要求較高，低水平重復(fù)很難做出有價(jià)值的工作。高分子電子材料和器件的發(fā)展強(qiáng)烈依賴于具有新穎結(jié)

16、構(gòu)的聚合物的合成，典型的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)如聚苯撐、聚苯撐乙烯等經(jīng)典結(jié)構(gòu)并不能滿足所有要求，設(shè)計(jì)與合成新的二維、三維共軛高分子的可實(shí)現(xiàn)對(duì)電、光和磁性的調(diào)控，高碳組分的聚合物因其類石墨性質(zhì)及用途而備受重視。有特殊光子性能的軟物質(zhì)的研究是目前非常重要的領(lǐng)域，通過(guò)將聚合物制備成微結(jié)構(gòu)材料可使折光指數(shù)、密度、彈性模量等參數(shù)呈現(xiàn)周期性變化，可調(diào)制光子的流動(dòng)和光子通過(guò)物質(zhì)的過(guò)程。研究自然能源(如太陽(yáng)能)利用等相關(guān)材料低成本化、高效率轉(zhuǎn)換新途徑；作為利用可再生資源轉(zhuǎn)化成電能的新能源光伏達(dá)電池是很有吸引力的新技術(shù)。目前，多采用無(wú)機(jī)硅材料制備光伏達(dá)電池，但其材料昂貴、加工復(fù)雜使其成本實(shí)在是太高尚不能替代傳統(tǒng)的不可再生電源

17、。對(duì)有機(jī)高分子體系光伏達(dá)電池的研究是出于材料成本低，加工容易和更好的理解聚合物光電子學(xué)等目的。近年來(lái)國(guó)際上有400多篇這方面的論文。從材料體系來(lái)看，一類是復(fù)合體系：以共軛高分子作為空穴供給體，以無(wú)機(jī)化合物如二氧化鈦、碳籠烯和碳納米管等作為電子供給體，第二類是分別用n型共軛高分子和p型共軛高分子電子、空穴供給體。對(duì)共軛高分子的研究，聚集態(tài)結(jié)構(gòu)有序度的提高能使載流子遷移率大大提高，另外，探索實(shí)現(xiàn)高效熱電轉(zhuǎn)換(熱電致冷和發(fā)電)的有機(jī)高分子新材料及器件；研究新型有機(jī)高分子儲(chǔ)能材料也是值得重視的方向。作為新一代清潔能源，燃料電池的研究與發(fā)展正普遍受到重視。其中質(zhì)子交換膜是至觀重要的材料。目前，最好的燃料

18、電池膜材料是全氟取代Nafion膜，不過(guò)，其缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴、較高溫度時(shí)不能保持水份，使得在80以上質(zhì)子傳導(dǎo)率受到限制。目前，有許多小組在研究其它高分子質(zhì)子交換膜，主要路線是耐高溫性能好的磺化聚合物。最近，以聚合物作為激光和光學(xué)放大器介質(zhì)已受到重視，聚合物光泵浦激光已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，但其電泵浦激光還遠(yuǎn)未實(shí)現(xiàn)。最具前景的聚合物是聚芴，其固體熒光量子產(chǎn)率很高。目前，幾乎所有的聚合物激光，泵浦激光的波長(zhǎng)小于受激輻射光的波長(zhǎng)，即屬下轉(zhuǎn)換。上轉(zhuǎn)換聚合物激光正在研究之中。受低能量激光輻照時(shí)，折光指數(shù)發(fā)生很大變化的聚合物稱為光折變聚合物它即具有電光效應(yīng)又具有光導(dǎo)性，可用于光信號(hào)加工和信息存儲(chǔ)。當(dāng)激發(fā)光為兩束相干光時(shí)，

19、周期性光分布產(chǎn)生折光指數(shù)的周期性調(diào)制，折光指數(shù)變化在聚合物膜中產(chǎn)生全息圖，在周期性折光指數(shù)調(diào)制中，加上第三束衍射激光，此全息圖可被重構(gòu)。與其它改變折光指數(shù)的方法不同的是，光折變過(guò)程是完全可逆的，即由激光形成的全息記錄圖可用均一光束擦除。光折變機(jī)理是通過(guò)吸收光，形成內(nèi)部電場(chǎng)，產(chǎn)生載流子，載流子的長(zhǎng)距離傳輸和捕獲，所產(chǎn)生的電場(chǎng)通過(guò)取向或非線性光學(xué)效應(yīng)造成折光指數(shù)變化。具有生物活性功能基團(tuán)導(dǎo)電高分子的研究也已廣泛受到重視，用樹(shù)枝狀高分子研究模擬光合作用的光捕獲體系與過(guò)程也是國(guó)際上很受重視的研究方向。4超分子組裝與高級(jí)有序結(jié)構(gòu)構(gòu)筑超分子自組裝的研究首先從生物體系的研究受到啟發(fā)：生命體系中大分子的高級(jí)有

20、序結(jié)構(gòu)對(duì)其生物活性與功能起著非常重要的作用，由許多弱相互作用點(diǎn)共同作用使得很復(fù)雜的生物高分子形成嚴(yán)格一致的分子形狀和尺寸，正是這弱相互作用對(duì)大分子三維構(gòu)筑的精確控制，才使得生命過(guò)程成為可能并得以實(shí)現(xiàn),而這個(gè)過(guò)程就是超分子自組裝過(guò)程。前人的研究主要是通過(guò)具有規(guī)整結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑單元，通過(guò)超分子自組裝獲得納米或微米尺度的有序聚集體，而有序體尺度越大，越難以實(shí)現(xiàn)高級(jí)有序結(jié)構(gòu)。在分子科學(xué)的研究中，近年來(lái)世界上更注重分子以上層次的研究，分子以上層次的化學(xué)是以通過(guò)分子間相互作用形成的有序分子聚集體高級(jí)結(jié)構(gòu)為對(duì)象，研究其形成、結(jié)構(gòu)和性能的科學(xué)。注重對(duì)高級(jí)有序結(jié)構(gòu)的研究，不斷嘗試以各類分子作為構(gòu)筑單元，組裝具有高級(jí)

21、有序結(jié)構(gòu)的分子聚集體，認(rèn)識(shí)分子聚集體結(jié)構(gòu)調(diào)控、構(gòu)筑的規(guī)律、結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，進(jìn)而在化學(xué)與生命科學(xué)、材料科學(xué)之間建立橋梁。超分子聚合物是分子以可逆的非共價(jià)鍵作用形成的鏈?zhǔn)酱蠓肿?。與這種聚合物與由共價(jià)鍵形成的聚合物性能不同的原因來(lái)自于非共價(jià)鍵的可逆性。例如，超分子聚合物的分子量對(duì)濃度、溶劑極性和溫度的依賴性導(dǎo)致了其流變性能的不同。處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)，其性質(zhì)可由外場(chǎng)調(diào)控。超分子聚合物體系也為理論高分子學(xué)者提供了很好的新研究體系，超分子聚合物其熱力學(xué)本質(zhì)使得理論研究不必考慮傳統(tǒng)高分子必然涉及的動(dòng)力學(xué)。而以非共價(jià)鍵設(shè)計(jì)新高分子的課題已受到普遍重視，并成為高分子科學(xué)的重要發(fā)展方向，美國(guó)化學(xué)會(huì)高分子分會(huì)中專

22、門(mén)設(shè)立此方向的分會(huì)場(chǎng)就充分說(shuō)明了這一點(diǎn)。目前主要的超分子聚合物大致可分為三類，一類是氫鍵型，此體系目前除了學(xué)術(shù)興趣外，已開(kāi)始具有技術(shù)應(yīng)用相關(guān)性；可用于遙爪齊聚物或現(xiàn)有聚合物的改性；可選擇相互作用特殊的幾種單體共聚獲得共聚物，進(jìn)而獲得高分子及其超分子聚合物的雜化體，從而調(diào)控高分子性能。用這種思路有望獲得新的熱塑性彈性體、超級(jí)黏合劑等新型高分子。第二類是盤(pán)狀分子，其溶液性質(zhì)和二維可控超分子構(gòu)筑都是很奇異的，可作為自然體系的模型進(jìn)行研究。這種超分子凝膠具有強(qiáng)度低等力學(xué)性能方面的弱點(diǎn)并具有相轉(zhuǎn)變，使其不能向傳統(tǒng)高分子那樣作為結(jié)構(gòu)材料，但其柱相內(nèi)很強(qiáng)的-相互作用帶來(lái)其很高的電荷遷移率，配位聚合物等也是超

23、分子聚合物的重要途徑。在超分子組裝領(lǐng)域，雖然已通過(guò)小分子、大分子和超分子聚集態(tài)調(diào)控獲得了許多復(fù)雜功能材料，但與生物體系預(yù)先確定的精巧結(jié)構(gòu)和精密復(fù)雜的宏觀構(gòu)筑仍相差很遠(yuǎn)，過(guò)去十多年中，化學(xué)家已邁出了可喜的一步，已在具有與生物體系或多或少相類似的設(shè)定二級(jí)結(jié)構(gòu)聚合物方面取得了進(jìn)展。合成高分子按預(yù)定結(jié)構(gòu)進(jìn)行自組織化，聚合物螺旋結(jié)構(gòu)的構(gòu)象動(dòng)力學(xué)及其對(duì)聚合物物理性能的影響、聚合物鏈螺旋誘導(dǎo)問(wèn)題、大分子二級(jí)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)影響、在聚合物分層組織中利用多重相互作用獲得精密涉及的超分子自組裝。認(rèn)識(shí)大分子的組織對(duì)獲得具有復(fù)雜精密結(jié)構(gòu)的材料無(wú)疑是至觀重要的，具有持久和精巧螺旋結(jié)構(gòu)的高分子可產(chǎn)生精致的手性超級(jí)結(jié)構(gòu)，從螺旋高

24、分子研究中可獲得對(duì)基本原理的更好認(rèn)識(shí)，進(jìn)而從已知二級(jí)結(jié)構(gòu)的合成構(gòu)筑單元得到三級(jí)結(jié)構(gòu)功能高分子材料。從3,5-二碘苯丙烯酸(CH3OCH2CH2OCH2CH2OCH2CH2O)酯和三甲硅基丙炔合成了雙親poly(m-phenyleneethynylene)s，這種聚合物在溶液中形成螺旋構(gòu)象，螺環(huán)結(jié)構(gòu)相鄰的環(huán)之間有-相互作用使得苯乙烯基間距離在0·34nm,光照時(shí)發(fā)生2+2環(huán)化反應(yīng),形成穩(wěn)定的納米管,管內(nèi)徑為0.8nm 8。這項(xiàng)研究建立了一種高分子納米管的調(diào)控制備新原理和方法。美國(guó)Percec以合成的樹(shù)枝化聯(lián)二多肽組裝形成了類似生物體離子通道的螺旋超分子組裝體9 ，有望為人工合成離子通道

25、、抗菌劑、功能膜和傳感等應(yīng)用，是幾十年來(lái)該領(lǐng)域的重要進(jìn)展。5高分子物理與高分子物理化學(xué) 高分子鏈結(jié)構(gòu)研究，聚合物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)研究以及這種結(jié)構(gòu)和高分子聚合物做為材料使用時(shí)所體現(xiàn)出來(lái)的性能、功能間的關(guān)系研究始終是高分子物理的主要研究線索。在這種研究線索指引下，有關(guān)高分子鏈結(jié)構(gòu)(鏈構(gòu)型、構(gòu)象、支化度、序列結(jié)構(gòu)、交聯(lián)結(jié)構(gòu)等)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)(濃溶液、液晶態(tài)、晶態(tài)、非晶態(tài)、多相體系、熔體等)的新觀點(diǎn)、新現(xiàn)象、新的研究方法，對(duì)聚集態(tài)本質(zhì)及其變化過(guò)程的理論歸納等課題成為了高分子物理研究的前沿領(lǐng)域。和“靜態(tài)”的結(jié)構(gòu)研究相比，高分子的“動(dòng)態(tài)”結(jié)構(gòu)研究，諸如分子鏈運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力學(xué)行為、聚集態(tài)的亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)現(xiàn)象及其

26、變化規(guī)律、聚合物流體的非線性粘彈性行為等，更是近年來(lái)展現(xiàn)的一些前沿領(lǐng)域。此外，聚合物的表面、界面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)研究、材料力學(xué)性質(zhì)(韌性、破壞等)的分子運(yùn)動(dòng)依據(jù)、電子功能聚合物的分子原理、生物高分子(例多肽、多糖)的鏈結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，生物高分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu)和生命現(xiàn)象的關(guān)系，以及難溶高分子分子量的表征研究等，也成為當(dāng)今高分子物理研究的前沿領(lǐng)域。關(guān)于高分子科學(xué)的理論研究領(lǐng)域，采用新觀點(diǎn)、新模型、新概念對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行理論歸納，在新概念、新理論指導(dǎo)下采用數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)方法解決高分子科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的實(shí)際問(wèn)題(例，功能高分子的分子設(shè)計(jì)、高性能材料的分子設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的模擬和理論解釋等)，是高分子科學(xué)理論研究領(lǐng)域的前沿

27、課題。高分子物理仍處于發(fā)展活躍期，但高分子物理的理論體系還欠系統(tǒng)，高分子物理正面臨著新的飛躍，研究方法已發(fā)展到理論、計(jì)算模擬和實(shí)驗(yàn)并重。高分子科學(xué)的重要任務(wù)之一是從聚合物凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)出發(fā)，闡明和預(yù)報(bào)體系的平衡與非平衡態(tài)的物理性質(zhì)，最后達(dá)到能夠定量描述聚合物復(fù)雜結(jié)構(gòu)與性能。這是高分子物理的核心命題。蛋白質(zhì)構(gòu)象和生命體系中高分子參與過(guò)程的計(jì)算模擬將是高分子理論物理發(fā)展的重要方向，具有高分子背景的理論工作者在此領(lǐng)域?qū)⒋笥杏梦渲?。目前，高分子理論?jì)算模擬的論文出現(xiàn)在每一期的重要國(guó)際期刊上，表明此領(lǐng)域的研究十分活躍。2004年在合肥舉行的高分子理論計(jì)算模擬的講習(xí)班,為推動(dòng)國(guó)內(nèi)這方面的研究具有積極意義。多

28、種高分子復(fù)合形成聚合物合金體系仍是目前進(jìn)行高分子性能改性的重要途徑。過(guò)去主要是通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)獲得綜合性能好的復(fù)合體系，而且，從一個(gè)體系獲得的經(jīng)驗(yàn)不一定能用在其它體系中。需要研究的問(wèn)題包括：每個(gè)聚合物合金體系復(fù)雜的本構(gòu)行為：微結(jié)構(gòu)中具有代表性部分的復(fù)雜幾何學(xué)：微觀形變行為與宏觀形變行為之間關(guān)系中未知的部分。目前主要采用有限元分析方法進(jìn)行研究，通過(guò)建立運(yùn)用合適的玻璃態(tài)聚合物本征行為的本構(gòu)方程，已能夠?qū)嗪头蔷嗑酆衔矬w系的力學(xué)響應(yīng)如屈服、應(yīng)變軟化與應(yīng)變硬化等進(jìn)行理論分析，并能預(yù)測(cè)脆韌轉(zhuǎn)變等。這種理論分析已可以給出為獲得韌性聚合物對(duì)非均相聚合物體系微結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化的可能方向。到目前為止，物質(zhì)的玻璃態(tài)和

29、玻璃化轉(zhuǎn)變?nèi)允侵匾形唇鉀Q的基本物理問(wèn)題。玻璃化轉(zhuǎn)變是無(wú)定形聚合物的最重要的性質(zhì)之一，能統(tǒng)一描述所有現(xiàn)象的理論模型尚需進(jìn)一步發(fā)展。對(duì)于聚合物結(jié)晶過(guò)程的研究也還有許多懸而未決的研究課題。流變學(xué)是研究物體流動(dòng)和變形的科學(xué)，高分子流變學(xué)是其成型加工成制備的理論基礎(chǔ)，是高分子理論與應(yīng)用之間的橋梁。我國(guó)在此方面的研究力量顯得薄弱。在高分子表征方面，無(wú)論是認(rèn)識(shí)上還是技術(shù)手段上，更普遍的停留在傳統(tǒng)方法，而對(duì)新方法、新儀器的關(guān)注尚不夠，普遍遇到傳統(tǒng)方法的局限性和需要解決的新問(wèn)題的挑戰(zhàn)。這對(duì)研究水平的提高極為不利。 在高分子化學(xué)領(lǐng)域，新的有用的高分子化合物的分子設(shè)計(jì)及合成，新的聚合反應(yīng)及聚合方法，始

30、終是高分子化學(xué)研究的前沿領(lǐng)域。在這個(gè)發(fā)展線索的帶動(dòng)下，可控制反應(yīng)物的空間立構(gòu)及其分子量、分子量分布的可控聚合、活性聚合、生物酶催化聚合，微生物合成，新功能化合物的分子設(shè)計(jì)及合成，高性能(耐高溫、高強(qiáng)度、高模量)化合物的分子設(shè)計(jì)及合成，納米粒子的合成方法，各種有機(jī)一_無(wú)機(jī)分子內(nèi)雜化材料的合成，聚合物加工成型過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)(反應(yīng)加工)，聚合物材料的化學(xué)改性方法(表面改性、分子改性)以及基于分子識(shí)別，著眼于各種新功能材料探索而出現(xiàn)的分子有序組裝體系的設(shè)計(jì)及組裝合成方法而形成的超分子體系組裝化學(xué)等，成為了當(dāng)今高分子化學(xué)的前沿領(lǐng)域。6高分子加工新原理新方法高分子材料反應(yīng)加工是將傳統(tǒng)高分子材料的合成和加

31、工成型兩個(gè)截然分離的過(guò)程融為一體的新途徑，傳統(tǒng)加工設(shè)備只是用于高分子粒料加工成制品，而反應(yīng)加工賦予了加工設(shè)備合成反應(yīng)器的功能，反應(yīng)加工過(guò)程中涉及的化學(xué)反應(yīng)有自由基引發(fā)聚合、負(fù)(或正)離子引發(fā)聚合、縮聚、加聚等多種反應(yīng)類型，與傳統(tǒng)反應(yīng)需數(shù)小時(shí)或十幾小時(shí)相比，其反應(yīng)時(shí)間往往只有幾分鐘或十幾分鐘。因此，在反應(yīng)機(jī)理和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方面有其自身的特點(diǎn)和規(guī)律,弄清該科學(xué)問(wèn)題是保證反應(yīng)加工過(guò)程正常進(jìn)行的關(guān)鍵。Mayes等發(fā)展了一種新的聚合物高壓成型技術(shù)，在室溫下進(jìn)行塑料加工成型，有望成為節(jié)能的塑料加工方法，并有望促進(jìn)塑料回收技術(shù)的發(fā)展。對(duì)于聚合物形態(tài)和聚合物性能的控制，其實(shí)很大程度上是聚合物動(dòng)力學(xué)歷史的控制，傳

32、統(tǒng)的加工過(guò)程是一種聚合物動(dòng)力學(xué)歷史。近年來(lái)，已擴(kuò)展到外場(chǎng)的影響，如表面取向、電、磁場(chǎng)、溶劑熏蒸、新的流動(dòng)幾何等。如超臨界流體溶漲：以超臨界流體溶漲固體聚合物，在聚合物表面引入新單體、納米顆?；蚱渌砑觿?；能夠改變表面浸潤(rùn)、光學(xué)或傳輸性能；微結(jié)構(gòu)調(diào)控的薄膜：在有機(jī)電致發(fā)光器件、有機(jī)晶體管、有機(jī)激光器件和高分子功能膜等新技術(shù)發(fā)展中，具有新型光電活性、傳輸性能的聚合物薄膜起著重要作用，具有可控納米微結(jié)構(gòu)的薄膜制備技術(shù)的研究十分重要；超分子體系的加工：超分子聚合物的出現(xiàn)為聚合物加工提出了挑戰(zhàn)，由于由小分子以非共價(jià)鍵結(jié)合的自組裝體系的形變敏感性，超分子聚合物表現(xiàn)出不同尋常的流變性能。流動(dòng)過(guò)程可能會(huì)增強(qiáng)或

33、破壞靜止?fàn)顟B(tài)的超分子結(jié)構(gòu)，也可能誘導(dǎo)產(chǎn)生新的結(jié)構(gòu)；加工過(guò)程就成了超分子聚合物分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一步。7 其他領(lǐng)域的發(fā)展動(dòng)態(tài)功能高分子及新技術(shù)研究：功能高分子是高分子化學(xué)的一個(gè)重要分支，其主要研究思路是，根據(jù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)及其他學(xué)科科學(xué)發(fā)展的需求，融合高分子物理以及物理學(xué)、生命科學(xué)、電子學(xué)等有關(guān)學(xué)科的知識(shí)，通過(guò)分子設(shè)計(jì)，分子結(jié)構(gòu)對(duì)功能的影響規(guī)律研究，合成并制備或組裝各種種類繁多的功能奇特的材料或器件。功能高分子的研究成果，往往孕育著對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)有重要作用的高、新技術(shù)雛型，因此是近些年來(lái)高分子科學(xué)最活躍的研究領(lǐng)域。功能高分子及有關(guān)新技術(shù)研究的前沿領(lǐng)域有，電子功能聚合物及信息技術(shù)研究(光、電、磁功能高分子，高分

34、子液晶顯示技術(shù)、電致發(fā)光技術(shù)、塑料高密度電池、分子器件、非線性光學(xué)材料、高密度記錄材料等)，醫(yī)藥功能高分子及衛(wèi)生保健技術(shù)研究(高分子藥物、控制藥物釋放材料、醫(yī)用材料、醫(yī)療診斷材料、人體組織修復(fù)材料等)，信息高分子的合成及應(yīng)用技術(shù)(蛋白質(zhì)、多糖及生物彈性體技術(shù)等)，各種敏感檢測(cè)材料，微小機(jī)械材料等。除去功能高分子研究之外，通用高分子的改性技術(shù)，天然高分子的利用及改性技術(shù)、聚合物生物降解材料及聚合物資源的再利用技術(shù)等，也是高分子科學(xué)研究中面臨的前沿課題。 耐熱性材料的研究：自從上個(gè)世紀(jì)五六十年代以來(lái),對(duì)耐熱性材料的研究就比較廣泛的展開(kāi)了。經(jīng)過(guò)了半個(gè)多世紀(jì)的歷程，數(shù)不勝數(shù)的耐熱性材料的研究

35、成果相繼問(wèn)世，為我們的日常生活帶來(lái)了很多便利，并為社會(huì)化生產(chǎn)和技術(shù)含量高的科學(xué)研究拓寬了眼界，開(kāi)闊了思路。耐熱性能良好的有機(jī)高分子材料尤其是在航空航天事業(yè)的發(fā)展中，起到了不可估量的作用。以耐熱材料在火箭制造業(yè)中的應(yīng)用為例，眾所周知，火箭點(diǎn)火后，會(huì)有超高溫的火焰從噴嘴噴出，這種超高的溫度是一般的耐熱材料所承受不起的，火箭的噴嘴表面，一般要加一層主要成分是聚酰亞胺的涂層，這層涂層耐熱性能的良好與否，直接關(guān)系著火箭噴嘴是否會(huì)由于受高溫高熱而變形。運(yùn)用化學(xué)化工領(lǐng)域的新的科研成果，用碳纖維增強(qiáng)其作用能力，改變聚酰亞胺的結(jié)構(gòu)，增加其溶解性使其可溶于溶劑，使材料的可加工性能得到改善，耐熱性能得到大幅度的提高

36、。運(yùn)用生物工程技術(shù)合成的有機(jī)高分子材料：隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的飛速發(fā)展，微生物技術(shù)的應(yīng)用范圍異常廣泛，也取得了很多舉世矚目的成就?，F(xiàn)如今，利用微生物來(lái)合成的有機(jī)高分子材料，是材料研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。這種利用微生物合成的有機(jī)高分子材料，是指的那些那些經(jīng)由生物的各種發(fā)酵合成過(guò)程而制得的有機(jī)高分子材料。例如生物多糖、聚氨基酸等均屬于此類材料,這種材料具有非常多的優(yōu)良性質(zhì),例如可降解、光學(xué)性能、易相容、易成型等。這類有機(jī)高分子材料在醫(yī)療以及電子等行業(yè)有著較廣泛的應(yīng)用。運(yùn)用外微生物的發(fā)酵法可以制得纖維素以及高聚合乳酸；運(yùn)用微生物技術(shù)可以合成具有光學(xué)性能的材料；運(yùn)用微生物技術(shù),還可以改變材料的性質(zhì)，去掉一

37、些不利于應(yīng)用以及會(huì)產(chǎn)生不良影響的性質(zhì)，增加了一些體現(xiàn)更有力的性質(zhì)的因素。這林林總總的運(yùn)用生物工程合成的有機(jī)高分子材料改變了生物制劑或制品價(jià)格高的局面，使生物制劑的價(jià)格更趨大眾化。產(chǎn)品的性能更加優(yōu)良，用途更加廣泛。隨著科技的不斷進(jìn)步，我們的生物工程技術(shù)會(huì)更加完善，微生物合成材料工業(yè)會(huì)朝著產(chǎn)業(yè)化的方向發(fā)展。有吸濕功效的有機(jī)高分子材料：是新型的功能性的高分子材料，它最初是模擬吸水性很高的樹(shù)脂，因此，其具有很強(qiáng)的吸水性能和很強(qiáng)的保濕性能。這是一種運(yùn)用物理方法和化學(xué)方法改變自然性質(zhì)的。其吸濕的作用機(jī)理是高分子中的親水集團(tuán)能夠吸收大量的水分，而吸濕的動(dòng)力，來(lái)自于水的擴(kuò)散作用。有機(jī)高分子吸濕材料的吸水能力比

38、一般的無(wú)忌高分子材料的吸水能力高出很多倍，并且吸濕速度快，無(wú)污染，無(wú)腐蝕現(xiàn)象，產(chǎn)品的形式多樣化，適用于對(duì)吸濕能力要求不同的各種場(chǎng)合，屬于可以再生的資源。雖然對(duì)合成的具有吸濕功能的有機(jī)高分子材料的研究還比較少，國(guó)內(nèi)外也沒(méi)有過(guò)多的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，因此，通過(guò)改變性質(zhì)以及共同混合的方法來(lái)提高較低的濕度下，有機(jī)高分子材料的吸濕性能將繼續(xù)成為研究的重點(diǎn)內(nèi)容。有吸濕功效的有機(jī)高分子材料，其吸附力，主要指的是化學(xué)吸附，這就導(dǎo)致了吸附和解吸的速度都比較慢，盡可能快速的吸濕速度是要提高此種有機(jī)高分子材料自身性能的重要方面。降解高分子材料：降解高分子也存在著一些問(wèn)題，如價(jià)格高，,要高于通用塑料510倍；降解速度控制等

39、問(wèn)題有待解決，因而研究前景廣闊。今后生物降解高分子材料更加會(huì)以化學(xué)合成為主要研究方向，并集中向以下幾個(gè)方面延伸：用新的方法合成新穎結(jié)構(gòu)的降解高分子，如酶催化合成高分子；對(duì)現(xiàn)有的降解高分子進(jìn)行改性，獲取更好性能的高分子材料；提高材料生物降解性和降低材料的成本，并拓寬應(yīng)用；降解速度的控制研究。水聲吸聲高分子材料：在水聲工程中，高分子粘彈性材料經(jīng)常用作水聲吸聲材料。當(dāng)聲波作用于高分子介質(zhì)時(shí)，會(huì)將能量傳給大分子鏈段，引起大分子鏈段的熱運(yùn)動(dòng)，從而將入射的水聲聲能吸收衰減。高分子材料的聲學(xué)特性與許多因素有關(guān)，如溫度、水聲頻率、基體高分子材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)、化學(xué)交聯(lián)體系以及填料等。此外，在作為水聲材料使用時(shí)，還

40、必須考慮材料的工程特性，包括材料的透水性、耐候性、與金屬的粘接強(qiáng)度、與水的聲匹配性等因素。通常，內(nèi)耗大、阻尼性能好的高分子材料適宜作水聲吸收材料，如丁基橡膠、聚氨酯橡膠等。高分子分離膜：用高分子材料制成的具有選擇性透過(guò)功能的半透性薄膜。采用這樣的半透性薄膜,以壓力差、溫度梯度、濃度梯度或電位差為動(dòng)力,使氣體混合物、液體混合物或有機(jī)物、無(wú)機(jī)物的溶液等分離技術(shù)相比,具有省能、高效和潔凈等特點(diǎn),因而被認(rèn)為是支撐新技術(shù)革命的重大技術(shù)。膜分離過(guò)程主要有反滲透、超濾、微濾、電滲析、壓滲析、氣體分離、滲透汽化和液膜分離等。用來(lái)制備分離、滲透汽化和液膜分離等。用來(lái)制備分離膜的高分子材料有許多種類?，F(xiàn)在用的較多的是聚楓、聚烯烴、纖維素脂類和有機(jī)硅等。膜的形式也有多種,一般用的是平膜和空中纖維。推廣應(yīng)用高分子分離膜能獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。例如,利用離子交換膜電解食鹽可減少污染、節(jié)約能源:利用反滲透進(jìn)行海水淡化和脫鹽、要比其它方法消耗的能量都小;利用氣體分離膜從空氣中富集氧可大大提高氧氣回收率等。高分子磁性材料：是人類在不斷開(kāi)拓磁與高分子聚合物(合成樹(shù)脂、橡膠)的新應(yīng)用領(lǐng)域的同時(shí)，而賦予磁與高分子的傳統(tǒng)應(yīng)用以新的涵義和內(nèi)容的材料之一。早期磁性材料源于天然磁石，以后才