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改變世界的五種材料包裝業占兩席

2015-03-17 09:43 來源:環球科學-科學美國人 責編:江佳

摘要:
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。時至今日,尼龍仍然被廣泛應用于纖維織物、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:
  3.有自愈能力的聚合物(Self-Healing Polymers)
  
  基于對承受機械壓力以及環境適應能力的考量。無論我們如何如何仔細地為工程應用挑選材料,在撞擊或疲勞等因素所造成的老化、退化和機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。
  
  源于生物系統的靈感,科學家正在研發具有自愈能力的新材料。這可以用修復以往被人們認為不可逆轉的損傷。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。距離世紀之初這一能力第一次被發現,短短幾年內,他們已經提出了多項創造性的治療系統
  
  由于有自我修復能力的聚合物所需要的設計比以往的聚合物要復雜的多,要想將這些概念推廣大量應用,仍舊是個巨大的挑戰。但這似乎是生產既耐用又能容錯的材料的最終路線,可用于包括鍍膜、電子產品和運輸之類的產品。
  
 4.塑料電子(Plastic Electronics)
  
  大多數聚合物是不導電的絕緣體。艾倫•麥克戴米德(Alan Mac Diarmid)、艾倫•黑格(Alan Heeger)和白川英樹(Hideki Shirakawa)發現了一個名為聚乙炔的聚合物,通過摻雜過程將雜質引入其中后可導電。在2000年諾貝爾獎的頒獎禮后,聚合物研究的這個領域又一次高潮涌起。
  
  這一過程不僅能使其他類似聚合物導電,其中一些甚至還可以轉化為發光二極管(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的巨大挑戰和激烈競爭,例如硅和有機發光二極管。不過,要尋找便宜的可彎曲電子設備替換件,聚合物是很好的選擇,因為它們很容易在溶液中進行處理,并且可以用來3D打印。
  
  在半導體中,聚合物可以作為其他物質的載體,例如導電油墨。這種將聚合物作為導電部分仍然需要大量研究。
  
  5.智能聚合物和反應性聚合物(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整,這也意味著他們能夠對環境的改變做出響應。外部的刺激通常會是溫度或酸堿性的改變,也可能是光、超聲波或者化學藥劑。在設計智能傳感器的材料、藥物運輸設備和眾多其他應用程序上,這也被證明是非常有用的。
  
  如果刻意設計,可以極大地擴展聚合物對各種刺激的本能反應。例如,機械響應聚合物(mechanophors),通過分子單位收到機械力可以改變聚合物的性質。這些是具有廣闊潛力的工業應用,特別是將自愈技術加入以后。
  
  其他智能聚合物的應用還有許多,包括可以窗戶臟后自動擦窗戶的鍍膜,以及當傷口愈合時自動消失的醫療針。
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