高分子物理 - 桥梁与挑战
魏高原
尽管高分子科学与工程学这个大家族里高分子物理属最年轻，但若将德国物理化学家柯恩（W. Kuhn）于二十世纪三十年代初推导出的长链分子无规裂解产物的分子量分布公式，看作高分子物理学的萌芽，那么就可以说高分子化学与高分子物理这两门分支学科几乎是同时开始成长的。而作为高分子工程学诞生标志的第一种人造纤维 - 尼龙的发明，则又延后了七、八年。从此，随着大量高分子化合物的成功合成，高分子工业特别是高分子化工获得了迅猛发展。伴随高分子工业发展的是高分子科学与工程学特别是高分子物理的迅速成长。时至今日，高分子化学、高分子物理、高分子工程学这三门分支学科已趋近成熟，并正在我国国民经济和国防建设上发挥着越来越大的作用。
众所周知，推动高分子科学与工程学发展的动力更多的是来自高分子工业，并存在相互作用。这从以下事例可清晰地看到：尼龙的诞生宣告"大分子"这一科学概念的确立， 同时高分子科学与工程学特别是液晶高分子的发展又导致力学性能更佳的工程塑料 - 凯弗隆（Kevlar） 的问世。在上述事例中，尼龙与凯弗隆分别是聚酰胺与聚芳酰胺这两种高分子量有机化合物的物化，也即前者为一种材料，而后者则是一个分子。高分子化合物的合成离不开高分子化学的知识，而高分子材料的制备则离不开高分子材料与工程学知识。那么，是什么使得这些聚（芳）酰胺分子通过一定方式堆集起来变成了人们日常生活中使用的尼龙绳和防弹衣？这恰恰就是高分子物理要回答的问题。由此可见，高分子物理是连接高分子化学与高分子工程学的一座桥梁。
高分子物理除了起到上述"桥梁"作用之外，还有一个"挑战"的功能 - 向高分子化学和高分子工程学提出新的更高要求。这方面的例子不少，例如，受到2000年诺贝尔化学奖嘉奖的导电高分子的研发， 但以下将以一类新型结构和功能材料 - 拉胀性高分子材料为例加以说明。拉胀材料也即负泊松比材料，具有受拉时其垂直方向有膨胀（拉胀性）和（或）受挤压时收缩（挤缩性）的力学特性。拉胀聚合物是近十余年才出现的新型高分子材料。它的诞生本身就是高分子物理学原理的直接应用，即通过改变聚氨酯泡沫塑料的微结构使之满足负泊松比产生的条件来获得拉胀性。而这显然是对高分子材料与工程学的一大挑战。目前对这一挑战的应对，已经导致了新型成型加工方法的产生，进而使得许多通用高分子如聚乙烯、聚丙烯等可通过该法制成拉胀聚烯烃。如果进一步想要在获得拉胀性的同时具有高模量，还可考虑利用具有拉胀结构的长链分子来制备高强度高模量拉胀塑料和纤维。而这显然又是对高分子化学的巨大挑战。这方面的研究工作目前已在全世界范围内展开，在我国主要有北京大学和郑州大学从事这项研究，其中作者所在的北京大学拉胀材料研究室是国内最早从事拉胀聚合物分子设计与人工合成的研究单位，目前在拉胀分子设计方面已取得突破性进展，在拉胀聚合物合成方面也已有了充分的积累，并且还通过计算机模拟发现一类甲壳型液晶高分子有可能表现出拉胀性。但是，就目前国际上在拉胀高分子的人工合成与材料制备方面来说，仍有许多难题需要解决，特别是聚合物亚稳态结构在导致材料拉胀性方面的作用机制，还有待深入研究。
综上所述，高分子物理是研究聚合物结构与性能及其关系的一门基楚学科。这一学科特点决定了它不仅是高分子化学与高分子工程学之间的桥梁，同时也常常形成对二者的种种挑战。而这种挑战无疑推动着高分子科学与工程学这一学科整体不断向前发展，进而确保高分子工业的长盛不衰。最后，鉴于我国高分子化工产品的性能急待提高，以便有足够的含金量参与加入WTO之后的国际化工市场的激烈竞争，大力发展我国的高分子物理便显得十分迫切。相信在全国高分子同仁的通力合作下，一定能赢来高分子物理教学与科研的蓬勃发展。
点击购买相关图书： 物理 高分子 尼龙 工程学 桥梁