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塑料反动 呼之欲出――化学家探究下一代聚合物新极限

赫尔姆・施陶丁格是一位和平主义者，但这一战他务必获胜。1920年，这名法国化学家明确提出聚合物(包含硫化橡胶和甲基纤维素以内的普遍化学物质)由相近的小分子长链组成，这种小分子由坚固的离子键相互连接。但绝大部分同行业却觉得这类见解沒有一切合理化，并觉得聚合物仅是小分子的疏松结合。施陶丁格回绝妥协，进而引起了长达十年的异议。

最后，试验室数据信息证实他是对的，这使他得到了1953年诺贝尔化学奖。如今，生成聚合物早已无所不在：上年，全世界生产制造的人力聚合物约为三亿吨。现如今，从服饰、色浆和包裝到给药、三维打印及其自身痊愈原材料，施陶丁格假定的分子链早已进入了当代日常生活的各个方面。根据聚合物的高分子材料乃至组成了美国波音公司全新民航客机 “梦幻2民航客机”787的一半原材料。

那麼，聚合物下一步将迈向何处?近日，英国我国科学研究慈善基金会机构了十年一次的盛典，想方设法观查已经出現什么新的领域，它或可对该难题做出一些回应。

“整体的发展趋势是聚合物的运用可能再次扩大到传统式上他们仍未充分发挥的行业。”明尼波利斯明尼苏达高校分子化学家、《大分子》刊物编写Tim Lodge说。这类扩大一直以来遭受各行业聚合物科学发展观的驱动器。“如今，基本上每一个化学系都是有聚合物研究的职工。”他说道，聚合物最前沿行业的研究日益展现交叉学科特性。

研究工作人员把握的制做聚合物链化学结构的技术性愈来愈多，可是她们常常不可以预测分析生产制造的聚合物是不是有着膜或者给药系统软件所必须的专业特点。摆脱这种挑戰将必须对聚合物化学结构怎样危害从纳米技术到米等每个方面的物理学特点有更深层次的掌握。

始终的聚合物

聚合物存有于每个地区，这也恰好是存在的问题。“大家日常日常生活应用的大部分聚合物来自于原油物质，他们很经久耐用，但其废料也会长久存有。”明尼苏达高校可持续性聚合物管理中心(CSP)负责人Marc Hillmyer说。据了解，86%的塑料包装制品都会一次应用后被丢掉，使水路和垃圾处理场堆积了很多塑料垃圾，释放出来的空气污染物严重危害野生动植物存活。

这恰好是以往十年可再生能源和便于降解的聚合物研究风潮暴发的缘故。现阶段，销售市场上早已能够见到根据纯天然木薯淀粉的聚合物，除此之外还包含由丙交酯或乳酸菌生产加工的生成聚交酯(PLA)，后面一种由此可见于茶叶袋和诊疗植入体。

可是，可持续性聚合物占据的总体塑料制品厂家市场份额不上10%，Hillmyer说。在其中的一个阻碍是他们的成本费过高;另一个难题是纯天然木薯淀粉的单分子体搭建控制模块比原油动物化石氢碳化学物质带有大量的氧分子。这会危害聚合物的特点，以使原材料发硬，难以立即更换质优价廉、灵便的塑胶，如聚乙烯和高压聚乙烯。

在其中的一个挑选是根据将其与传统式聚合物混和，加强PLA等自然环境可持续聚合物。但这类方法拥有 显著的缺陷，例如让一些塑胶的清晰度减少。CSP研究工作人员根据在这其中添加5%的一种廉价原油聚合物(带有一些可溶于水的成分)摆脱了这一难题。这种加上的化学物质产生了球型的构造，可使PLA的耐用度明显提升，另外不减少其清晰度。

Hillmyer的精英团队还制做了一种一部分上可回收利用的聚氨酯材料塑料泡沫，该塑胶可用以导体和绝缘体、坐垫及其密封圈等很多商品。这类聚氨酯材料塑料的成分包含一种称为聚脂的降低成本聚合物(PMVL)，该聚合物以历经编写的病菌单分子为基本。

将这类塑料泡沫加温到200℃，就能使聚氨酯材料溶解，提纯出的单个分子可再次利用。殊不知，这种可持续的聚合物可否商业化的仍要翘首以待。“许多情况下，较大 的挑戰便是大规模生产，这必须有经济发展上的优点。”Hillmyer说。

权益在膜中

在这个化合物组成的全球中，聚合物可以修复一定纪律。聚合物膜早已可以作为分子“骰子”分离出来汽体、海面除盐及其让然料体细胞内的分子维持防护。他们在未来将会出现更高危害，Lodge说。“有很多难题都可以根据更强的膜获得处理。”

利用膜分离技术化合物比蒸馏法消耗的动能低得多。它一样能够比利用清洗器(根据化学变化缠住空气污染物的机器设备)节约大量室内空间。利用聚合物做成的膜不但能够完成规模性便宜生产制造，并且能遮盖大范畴地区，而且不具备让不正确分子根据的结构型缺点。

可分离出来汽体的膜早已运用于工业生产，可分离出来燃气中的氢和二氧化碳。历经改进后的膜能够解决更为繁杂的每日任务，例如辨别相近的氮氧化合物丙烷气和pe。有机化学上更为强劲的膜可以在高些的溫度下实际操作，进而除去排烟道气中的二氧化碳。

得克萨斯大学奥斯汀校区膜化学家Benny Freeman期待改进燃气压裂新项目的废水治理方式，这种新项目中的水根据工作压力被灌进岩层内使其开裂，进而释放出来燃气。历经应用后的水就会越来越好脏，规范的过虑膜很块便会被堵塞，因而水务必处在巨大工作压力下才可以根据，而常用的膜也务必用化合物清除，这会使其使用寿命减少。

可是Freeman发觉了一个能够逃避这一难题的方式：效仿让蚌粘附在岩层上的防水密封胶，在膜上加一层薄如蝉翼的仿生技术聚多巴胺膜表面。该精英团队早已将这种膜用以美军的一些结构模块，进而在乱倒船仓底端的含油量废水前先对其开展清洁。

聚合物最前沿

普遍应用的聚合物如聚乙烯和高压聚乙烯在一个层面可以说简单无比：他们会反复一样的单个构造。这类单调性与DNA的“四音道交响音乐”对比看起来特别是在枯燥，后面一种由4个单个编号基因;它与蛋白的繁杂作品对比则更加简单，一个蛋白是由23种碳水化合物产生的繁杂的三维构造。

聚合物最具趣味性的一个最前沿是将生成聚合物以一样的精确度裁剪，那样化学家就能调节其商品的电子器件和物理学特点。“以往5年，它早已越来越十分时尚潮流。”荷兰格勒诺布尔高校大分子化学家Jean-Francois Lutz说。由编码序列操纵的聚合物可以以预订的次序包括单个，产生特殊长短的化学纤维。

与传统式半导体技术对比，操纵编码序列的聚合物还能够根据更为紧凑型、质优价廉的方法存储数据信息，每一个单个分子意味着1比特信息内容。8月初，Lutz展现了一系列不一样的聚合物化学纤维可以编号32比特的信息内容。

聚合物信息内容存储已经蓄气发展趋势。2020年4月，英国支助科技界高危研究的组织――资源优秀研究计划署(IARPA)集结生物科技、半导体材料及其互联网行业的权威专家报名参加该主题风格讨论会。“这一行业生意盎然，研究工作人员团队日益发展壮大。”协助机构该讨论会的IARPA技术工程师David Markowitz说。

但这一方式仍遭遇极大技术性挑戰，当今的生成技术性依然过度迟缓与价格昂贵。处理数据信息存储及其聚合物最前沿行业很多别的难题的关键所在，研究更强的方式预测分析聚合物的特点及其调节有关生产制造。这将必须多方面协力。“大家必须与科学家、原材料学者及其基础理论化学家协作。”Lutz说，“大家必须开辟一个新的行业。”

来源于：Nik Spencer/Nature

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