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125年3月18 日12時26分18秒

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改變世界的五種材料包裝業(yè)占兩席

　1939-40年的紐約世博會，人們第一次見識了世界上第一種全部由人工合成的纖維——尼龍。尼龍是由杜邦公司的科研機(jī)構(gòu)于1935年研制成功，在世博會上作為新的針織類產(chǎn)品面市�！叭坑芍T如煤炭、水和空氣這類常用原材料制成”的細(xì)絲，卻有如鋼鐵般的力量。時至今日，尼龍仍然被廣泛應(yīng)用于纖維織物、家居裝飾用品、體育用品、樂器的弦和汽車零部件中。
　　這里我們將介紹塑造全新未來的五類聚合物：
　　1. 生物塑料(Bioplastics)
　　眾所周知，不能被降解的塑料是一種常見的環(huán)境污染來源。更糟糕的是，這些我們稱之為單體的塑料的構(gòu)件，來自不能再生的遠(yuǎn)古的原油。
　　感謝在生產(chǎn)過程中使用的酶和催化劑，它們使得這種情況開始發(fā)生改變。未來極有可能將諸如沼氣等可再生能源轉(zhuǎn)化為制造塑料和合成橡膠的主要構(gòu)件。
　　由于保存了化石原料，這些材料將變得可持續(xù)，但這只是解決了部分問題。除非它們也能夠被生物降解，否則，對于環(huán)境來說它們?nèi)匀皇且粋€問題。
　　2. 塑料復(fù)合材料/納米復(fù)合材料(Plastic Composites/Nanocomposites)
　　塑料復(fù)合材料是由不同纖維構(gòu)成的更加堅固或有彈性的塑料。舉個例子，你在聚合物中鑲嵌一些碳纖維來增加強(qiáng)度，可以制造出一種用于現(xiàn)代節(jié)能型交通工具的輕質(zhì)材料。
　　這類纖維增強(qiáng)塑料(fibre-reinforced plastics)的使用正在快速發(fā)展，特別是在航空航天工業(yè)(波音787和空客A360都有50%的復(fù)合材料)。如果不是由于成本過高，這些材料將被用于所有的運輸工具。
　　最新出現(xiàn)的納米復(fù)合材料，用微粒子代替了其他包括了石墨烯在內(nèi)的物質(zhì)來加強(qiáng)塑料。這種新材料用途潛力無窮，從風(fēng)力渦輪葉片上輕量傳感器到電量更足的電池，再到植入人體的用于加速骨折恢復(fù)的支架。
　　如果我們成功地將納米復(fù)合材料在嚴(yán)密控制的工作條件下加工生產(chǎn)，將是令人心潮澎湃的一件事情。如果我們觀察自然材料例如木材的結(jié)構(gòu)，你會發(fā)現(xiàn)它們驚人得復(fù)雜。相比之下，我們現(xiàn)有的復(fù)合材料和納米材料是那么得不成熟。
　　3.有自愈能力的聚合物(Self-Healing Polymers)
　　基于對承受機(jī)械壓力以及環(huán)境適應(yīng)能力的考量。無論我們?nèi)绾稳绾巫屑?xì)地為工程應(yīng)用挑選材料，在撞擊或疲勞等因素所造成的老化、退化和機(jī)械完整性損失的影響下，這些材料都會不可避免地失敗。而我們不僅要付出昂貴的花費，有時還會帶來一場災(zāi)難，就像2010年在墨西哥灣“深水地平線”鉆井平臺爆炸事件那樣。
　　源于生物系統(tǒng)的靈感，科學(xué)家正在研發(fā)具有自愈能力的新材料。這可以用修復(fù)以往被人們認(rèn)為不可逆轉(zhuǎn)的損傷。盡管聚合材料不是唯一擁有自愈能力的材料，但是它在這方面尤為擅長。距離世紀(jì)之初這一能力第一次被發(fā)現(xiàn)，短短幾年內(nèi)，他們已經(jīng)提出了多項創(chuàng)造性的治療系統(tǒng)
　　由于有自我修復(fù)能力的聚合物所需要的設(shè)計比以往的聚合物要復(fù)雜的多，要想將這些概念推廣大量應(yīng)用，仍舊是個巨大的挑戰(zhàn)。但這似乎是生產(chǎn)既耐用又能容錯的材料的最終路線，可用于包括鍍膜、電子產(chǎn)品和運輸之類的產(chǎn)品。
　　4. 塑料電子(Plastic Electronics)
　　大多數(shù)聚合物是不導(dǎo)電的絕緣體。艾倫•麥克戴米德(Alan MacDiarmid)、艾倫•黑格(Alan Heeger)和白川英樹(Hideki Shirakawa)發(fā)現(xiàn)了一個名為聚乙炔的聚合物，通過摻雜過程將雜質(zhì)引入其中后可導(dǎo)電。在2000年諾貝爾獎的頒獎禮后，聚合物研究的這個領(lǐng)域又一次高潮涌起。
　　這一過程不僅能使其他類似聚合物導(dǎo)電，其中一些甚至還可以轉(zhuǎn)化為發(fā)光二極管(LED)，提升了可彎曲電腦屏幕的前景。
　　聚合物仍然面臨來自同行各業(yè)的巨大挑戰(zhàn)和激烈競爭，例如硅和有機(jī)發(fā)光二極管。不過，要尋找便宜的可彎曲電子設(shè)備替換件，聚合物是很好的選擇，因為它們很容易在溶液中進(jìn)行處理，并且可以用來3D打印。
　　在半導(dǎo)體中，聚合物可以作為其他物質(zhì)的載體，例如導(dǎo)電油墨。這種將聚合物作為導(dǎo)電部分仍然需要大量研究。
　　5. 智能聚合物和反應(yīng)性聚合物(Smart And Reactive Polymers)
　　凝膠和合成橡膠可輕松地對外部的刺激做出形狀上的調(diào)整，這也意味著他們能夠?qū)Νh(huán)境的改變做出響應(yīng)。外部的刺激通常會是溫度或酸堿性的改變，也可能是光、超聲波或者化學(xué)藥劑。在設(shè)計智能傳感器的材料、藥物運輸設(shè)備和眾多其他應(yīng)用程序上，這也被證明是非常有用的。
　　如果刻意設(shè)計，可以極大地擴(kuò)展聚合物對各種刺激的本能反應(yīng)。例如，機(jī)械響應(yīng)聚合物(mechanophors)，通過分子單位收到機(jī)械力可以改變聚合物的性質(zhì)。這些是具有廣闊潛力的工業(yè)應(yīng)用，特別是將自愈技術(shù)加入以后。
　　其他智能聚合物的應(yīng)用還有許多，包括可以窗戶臟后自動擦窗戶的鍍膜，以及當(dāng)傷口愈合時自動消失的醫(yī)療針。

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