赫爾姆?施陶丁格是一位和平主義者，但這一戰(zhàn)他務(wù)必獲勝。1920年，這名法國化學家明確提出聚合物(包含硫化橡膠和甲基纖維素以內(nèi)的普遍化學物質(zhì))由相近的小分子長鏈組成，這種小分子由堅固的離子鍵相互連接。但絕大部分同行業(yè)卻覺得這類見解沒有一切合理化，并覺得聚合物僅是小分子的疏松結(jié)合。施陶丁格回絕妥協(xié)，進而引起了長達十年的異議。

最后，試驗室數(shù)據(jù)信息證實他是對的，這使他得到了1953年諾貝爾化學獎。如今，生成聚合物早已無所不在：上年，全世界生產(chǎn)制造的人力聚合物約為三億噸。現(xiàn)如今，從服飾、色漿和包裝到給藥、三維打印及其自身痊愈原材料，施陶丁格假定的分子鏈早已進入了當代日常生活的各個方面。根據(jù)聚合物的高分子材料乃至組成了美國波音公司全新民航客機 “夢幻2民航客機”787的一半原材料。

那麼，聚合物下一步將邁向何處?近日，英國我國科學研究慈善基金會機構(gòu)了十年一次的盛典，想方設(shè)法觀查已經(jīng)出現(xiàn)什么新的領(lǐng)域，它或可對該難題做出一些回應(yīng)。

“整體的發(fā)展趨勢是聚合物的運用可能再次擴大到傳統(tǒng)式上他們?nèi)晕闯浞职l(fā)揮的行業(yè)。”明尼波利斯明尼蘇達高校分子化學家、《大分子》刊物編寫Tim Lodge說。這類擴大一直以來遭受各行業(yè)聚合物科學發(fā)展觀的驅(qū)動器。“如今，基本上每一個化學系都是有聚合物研究的職工。”他說道，聚合物最前沿行業(yè)的研究日益展現(xiàn)交叉學科特性。

研究工作人員把握的制做聚合物鏈化學結(jié)構(gòu)的技術(shù)性愈來愈多，可是她們常常不可以預(yù)測分析生產(chǎn)制造的聚合物是不是有著膜或者給藥系統(tǒng)軟件所必須的專業(yè)特點。擺脫這種挑戰(zhàn)將必須對聚合物化學結(jié)構(gòu)怎樣危害從納米技術(shù)到米等每個方面的物理學特點有更深層次的掌握。

始終的聚合物

聚合物存有于每個地區(qū)，這也恰好是存在的問題。“大家日常日常生活應(yīng)用的大部分聚合物來自于原油物質(zhì)，他們很經(jīng)久耐用，但其廢料也會長久存有。”明尼蘇達高校可持續(xù)性聚合物管理中心(CSP)負責人Marc Hillmyer說。據(jù)了解，86%的塑料包裝制品都會一次應(yīng)用后被丟掉，使水路和垃圾處理場堆積了很多塑料垃圾，釋放出來的空氣污染物嚴重危害野生動植物存活。

這恰好是以往十年可再生能源和便于降解的聚合物研究風潮暴發(fā)的緣故。現(xiàn)階段，銷售市場上早已能夠見到根據(jù)純天然木薯淀粉的聚合物，除此之外還包含由丙交酯或乳酸菌生產(chǎn)加工的生成聚交酯(PLA)，后面一種由此可見于茶葉袋和診療植入體。

可是，可持續(xù)性聚合物占據(jù)的總體塑料制品廠家市場份額不上10%，Hillmyer說。在其中的一個阻礙是他們的成本費過高;另一個難題是純天然木薯淀粉的單分子體搭建控制模塊比原油動物化石氫碳化學物質(zhì)帶有大量的氧分子。這會危害聚合物的特點，以使原材料發(fā)硬，難以立即更換質(zhì)優(yōu)價廉、靈便的塑膠，如聚乙烯和高壓聚乙烯。

在其中的一個挑選是根據(jù)將其與傳統(tǒng)式聚合物混和，加強PLA等自然環(huán)境可持續(xù)聚合物。但這類方法擁有 顯著的缺陷，例如讓一些塑膠的清晰度減少。CSP研究工作人員根據(jù)在這其中添加5%的一種廉價原油聚合物(帶有一些可溶于水的成分)擺脫了這一難題。這種加上的化學物質(zhì)產(chǎn)生了球型的構(gòu)造，可使PLA的耐用度明顯提升，另外不減少其清晰度。

Hillmyer的精英團隊還制做了一種一部分上可回收利用的聚氨酯材料塑料泡沫，該塑膠可用以導(dǎo)體和絕緣體、坐墊及其密封圈等很多商品。這類聚氨酯材料塑料的成分包含一種稱為聚脂的降低成本聚合物(PMVL)，該聚合物以歷經(jīng)編寫的病菌單分子為基本。

將這類塑料泡沫加溫到200℃，就能使聚氨酯材料溶解，提純出的單個分子可再次利用。殊不知，這種可持續(xù)的聚合物可否商業(yè)化的仍要翹首以待。“許多情況下，較大 的挑戰(zhàn)便是大規(guī)模生產(chǎn)，這必須有經(jīng)濟發(fā)展上的優(yōu)點。”Hillmyer說。

權(quán)益在膜中

在這個化合物組成的全球中，聚合物可以修復(fù)一定紀律。聚合物膜早已可以作為分子“骰子”分離出來汽體、海面除鹽及其讓然料體細胞內(nèi)的分子維持防護。他們在未來將會出現(xiàn)更高危害，Lodge說。“有很多難題都可以根據(jù)更強的膜獲得處理。”

利用膜分離技術(shù)化合物比蒸餾法消耗的動能低得多。它一樣能夠比利用清洗器(根據(jù)化學變化纏住空氣污染物的機器設(shè)備)節(jié)約大量室內(nèi)空間。利用聚合物做成的膜不但能夠完成規(guī)模性便宜生產(chǎn)制造，并且能遮蓋大范疇地區(qū)，而且不具備讓不正確分子根據(jù)的結(jié)構(gòu)型缺點。

可分離出來汽體的膜早已運用于工業(yè)生產(chǎn)，可分離出來燃氣中的氫和二氧化碳。歷經(jīng)改進后的膜能夠解決更為繁雜的每日任務(wù)，例如辨別相近的氮氧化合物丙烷氣和pe。有機化學上更為強勁的膜可以在高些的溫度下實際操作，進而除去排煙道氣中的二氧化碳。

得克薩斯大學奧斯汀校區(qū)膜化學家Benny Freeman期待改進燃氣壓裂新項目的廢水治理方式，這種新項目中的水根據(jù)工作壓力被灌進巖層內(nèi)使其開裂，進而釋放出來燃氣。歷經(jīng)應(yīng)用后的水就會越來越好臟，規(guī)范的過慮膜很塊便會被堵塞，因而水務(wù)必處在巨大工作壓力下才可以根據(jù)，而常用的膜也務(wù)必用化合物清除，這會使其使用壽命減少。

可是Freeman發(fā)覺了一個能夠逃避這一難題的方式：效仿讓蚌粘附在巖層上的防水密封膠，在膜上加一層薄如蟬翼的仿生技術(shù)聚多巴胺膜表面。該精英團隊早已將這種膜用以美軍的一些結(jié)構(gòu)模塊，進而在亂倒船倉底端的含油量廢水前先對其開展清潔。

聚合物最前沿

普遍應(yīng)用的聚合物如聚乙烯和高壓聚乙烯在一個層面可以說簡單無比：他們會反復(fù)一樣的單個構(gòu)造。這類單調(diào)性與DNA的“四音道交響音樂”對比看起來特別是在枯燥，后面一種由4個單個編號基因;它與蛋白的繁雜作品對比則更加簡單，一個蛋白是由23種碳水化合物產(chǎn)生的繁雜的三維構(gòu)造。

聚合物最具趣味性的一個最前沿是將生成聚合物以一樣的精確度裁剪，那樣化學家就能調(diào)節(jié)其商品的電子器件和物理學特點。“以往5年，它早已越來越十分時尚潮流。”荷蘭格勒諾布爾高校大分子化學家Jean-Francois Lutz說。由編碼序列操縱的聚合物可以以預(yù)訂的次序包括單個，產(chǎn)生特殊長短的化學纖維。

與傳統(tǒng)式半導(dǎo)體技術(shù)對比，操縱編碼序列的聚合物還能夠根據(jù)更為緊湊型、質(zhì)優(yōu)價廉的方法存儲數(shù)據(jù)信息，每一個單個分子意味著1比特信息內(nèi)容。8月初，Lutz展現(xiàn)了一系列不一樣的聚合物化學纖維可以編號32比特的信息內(nèi)容。

聚合物信息內(nèi)容存儲已經(jīng)蓄氣發(fā)展趨勢。2020年4月，英國支助科技界高危研究的組織――資源優(yōu)秀研究計劃署(IARPA)集結(jié)生物科技、半導(dǎo)體材料及其互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的權(quán)威專家報名參加該主題風格討論會。“這一行業(yè)生意盎然，研究工作人員團隊日益發(fā)展壯大。”協(xié)助機構(gòu)該討論會的IARPA技術(shù)工程師David Markowitz說。

但這一方式仍遭遇極大技術(shù)性挑戰(zhàn)，當今的生成技術(shù)性依然過度遲緩與價格昂貴。處理數(shù)據(jù)信息存儲及其聚合物最前沿行業(yè)很多別的難題的關(guān)鍵所在，研究更強的方式預(yù)測分析聚合物的特點及其調(diào)節(jié)有關(guān)生產(chǎn)制造。這將必須多方面協(xié)力。“大家必須與科學家、原材料學者及其基礎(chǔ)理論化學家協(xié)作。”Lutz說，“大家必須開辟一個新的行業(yè)。”

來源于：Nik Spencer/Nature