高分子科学学科前沿.doc

高分子科学的学科前沿及学科发展 一、学科背景 高分子科学自本世纪20世纪30年代，做为一门独立的学科初步形成以来，已经走过了近80年的发展历程。高分子科学目前已经发展成为一门独立的学科。它既是一门基础科学又是一门应用科学。它是建立在有机化学、物理化学、生物化学、物理学和力学等学科基础上,逐渐发展形成的一门新兴学科。由于高分子材料品种多、产量大、应用广、经济效益高,因而迅速渗透到许多科学技术领域,在国民经济中占有重要地位。80年来，高分子科学的研究内容无论在深度上、广度上均获得了飞速的发展。在学科领域上，由当初的仅仅是高分子化学研究，逐步发展成包括高分子化学、高分子物理、高分子工程甚至高分子生物学等分支学科的完整的学科体系；在学术内含上，由当时的仅是大分子化合物的合成研究，而扩展出大分子链及其聚集态结构研究、聚合物的成型及其结构控制研究、以及国民经济各个领域所需的繁杂众多、要求特殊的新材料研究等丰硕的研究内容；在社会影响上，由当初的仅是对新奇化合物的学术兴趣，发展到当今成为高分子产业的理论基础、推动着高分子新产业形成及发展、其直接和间接的研究成果渗透到了国民经济及人类日常生活的各个角落，构成了人类社会文明的重要组成部分。 回顾及分析高分子科学的发展历史，我们可以看出，有两个重要因素推动了高分子科学的发展。其一是人类社会及国民经济对高分子新材料的不断需求。例如，由于人类社会对衣着服饰不断提出的更高要求，促进了聚酰胺、聚酯等新化合物的合成研究及合成纤维工业的产生，由于合成纤维产品质量的差异、市场竞争的需求以及新产品的换代追求，反过来又促进了聚合方法、高分子链结构及聚集态结构、聚合物纺丝工艺及成型理论等方面的深入工作。如此过程，推动了合纤工业发展，也导致了现在的超细纤维、纳米纤维、高强度高模量特种纤维、超高分子量聚合物成纤工艺等纤维领域前沿课题的形成；其二是相关学科领域知识的交叉、渗透、融合。众所周知，高分子化学始出于有机化学，由于对大分子化合物特殊性质的兴趣，运用有机化学的知识探讨了一系列高分子化合物的合成及合成方法，从而形成了高分子化学，物理学知识和高分子化学知识的融合，促进了高分子化合物的溶液性质、链结构、聚集态结构研究的深入，从而形成了高分子物理。由于高分子材料制品研究的需求，高分子物理同高分子化学和化工、机械等领域知识的融合，又逐渐形成了高分子工程，进而高分子知识又和生物学、电子学、医学等领域知识融合，又正在逐渐形成高分子生物学、电子功能聚合物等新的研究领域。综上所述，我们可以得出结论，正是由于高分子科学所具备的新材料背景，因此社会发展、工业发展、市场竞争等方面的需求向高分子科学的发展注入了强大的推动力，这是高分子科学发展的外部动力。另一方面，遵循科学本身的发展规律，不断借鉴、吸收其他学科方面的新知识、新成就，用来丰富自己、壮大自己，这是高分子科学发展的内在动力。在两种动力的推动下，高分子科学的发展是以不断出现新的前沿领域来体现的。由于前沿领域研究工作的不断深入、新研究成果的不断形成、研究内容的不断扩展，而体现出高分子科学整体上的不断深入和飞跃。因此，在学术上注意把握高分子科学的学科前沿，深入开展研究工作并不断开拓新的学科前沿课题，是我们高分子界学者推动高分子科学发展的历史重任。2、 学科前沿领域 当前国内外高分子科学发展的前沿领域可以归纳如下： l、高分子化学：在高分子化学领域，新的有用的高分子化合物的分子设计及合成，新的聚合反应及聚合方法，始终是高分子化学研究的前沿领域。在这个发展线索的带动下，可控制反应物的空间立构及其分子量、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设计及合成，高性能(耐高温、高强度、高模量)化合物的分子设计及合成，纳米粒子的合成方法，各种有机一_无机分子内杂化材料的合成，聚合物加工成型过程中的化学反应(反应加工)，聚合物材料的化学改性方法(表面改性、分子改性)以及基于分子识别，着眼于各种新功能材料探索而出现的分子有序组装体系的设计及组装合成方法而形成的超分子体系组装化学等，成为了当今高分子化学的前沿领域。 2、高分子物理：高分子链结构研究，聚合物的聚集态结构研究以及这种结构和高分子聚合物做为材料使用时所体现出来的性能、功能间的关系研究始终是高分子物理的主要研究线索。在这种研究线索指引下，有关高分子链结构(链构型、构象、支化度、序列结构、交联结构等)、聚集态结构(浓溶液、液晶态、晶态、非晶态、多相体系、熔体等)的新观点、新现象、新的研究方法，对聚集态本质及其变化过程的理论归纳等课题成为了高分子物理研究的前沿领域。和“静态”的结构研究相比，高分子的“动态”结构研究，诸如分子链运动及动力学行为、聚集态的亚稳态结构现象及其变化规律、聚合物流体的非线性粘弹性行为等，更是近年来展现的一些前沿领域。此外，聚合物的表面、界面结构和性质研究、材料力学性质(韧性、破坏等)的分子运动依据、电子功能聚合物的分子原理、生物高分子(例多肽、多糖)的链结构、聚集态结构，生物高分子聚集态结构和生命现象的关系，以及难溶高分子分子量的表征研究等，也成为当今高分子物理研究的前沿领域。关于高分子科学的理论研究领域，采用新观点、新模型、新概念对实验现象进行理论归纳，在新概念、新理论指导下采用数学、计算机方法解决高分子科学实验中的实际问题(例，功能高分子的分子设计、高性能材料的分子设计、实验现象的模拟和理论解释等)，是高分子科学理论研究领域的前沿课题。 3、功能高分子及新技术研究：功能高分子是高分子化学的一个重要分支，其主要研究思路是，根据国民经济及其他学科科学发展的需求，融合高分子物理以及物理学、生命科学、电子学等有关学科的知识，通过分子设计，分子结构对功能的影响规律研究，合成并制备或组装各种种类繁多的功能奇特的材料或器件。功能高分子的研究成果，往往孕育着对国民经济有重要作用的高、新技术雏型，因此是近些年来高分子科学最活跃的研究领域。功能高分子及有关新技术研究的前沿领域有，电子功能聚合物及信息技术研究(光、电、磁功能高分子，高分子液晶显示技术、电致发光技术、塑料高密度电池、分子器件、非线性光学材料、高密度记录材料等)，医药功能高分子及卫生保健技术研究(高分子药物、控制药物释放材料、医用材料、医疗诊断材料、人体组织修复材料等)，信息高分子的合成及应用技术(蛋白质、多糖及生物弹性体技术等)，各种敏感检测材料，微小机械材料等。除去功能高分子研究之外，通用高分子的改性技术，天然高分子的利用及改性技术、聚合物生物降解材料及聚合物资源的再利用技术等，也是高分子科学研究中面临的前沿课题。 4、高分子工程(聚合反应工程和聚合物成型)：高分子工程研究高分子化合物的工业规模合成技术及聚合物成型过程中的科学一一工程问题。这个领域的前沿研究领域有，用于制备新塑料、纤维、弹性体、粘合剂等高分子化合物的前期工业合成技术研究(超高分子量化合物，嵌段、接枝共聚物，新合成方法等)，聚合物新成型方法、新成型技术(振动剪切塑化成型、气辅成型、反应加工成型、特种纤维的纺制、新成纤技术等)，成型工艺过程和聚合物结构控制的关系等。高分子工程是高分子科学三个主要分支中，形成最晚的一个学科分支，而这个分支学科研究水平的高低，直接影响着高分子工业的发展。目前，这个分支学科在我国高分子科学研究中，是相对薄弱的环节，是今后需要予以加强的。参考文献1,施良和，胡汉杰等，高分子科学的今天和明天，北京，化工出版社，19942,National Research Council (USA). Polymer Science and Engineering