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2005年塑料新材料、新技術(shù)發(fā)展概況
王德禧
（中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所，北京，100080）
摘要：進(jìn)入21世紀(jì)，伴隨著納米科技的發(fā)展，塑料產(chǎn)業(yè)迎來(lái)了又一個(gè)春天，納米材料獨(dú)特的表面界面效應(yīng); 小尺寸效應(yīng)及量子尺寸效應(yīng)和聚合物密度小, 耐腐蝕、易加工等優(yōu)良特性有機(jī)的結(jié)合，形成了一類新型功能高分子材料。據(jù)美國(guó) BRG Townsend 咨詢公司的調(diào)研報(bào)告介紹：2001年全球塑料添加劑消費(fèi)總量約798.4萬(wàn)噸，總產(chǎn)值達(dá)146億美元，其中功能型助劑約占80％，足以說(shuō)明功能高分子材料在塑料產(chǎn)業(yè)中的重要地位。新材料、新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)既是推動(dòng)塑料產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的動(dòng)力，又象一塊磁石在吸引著企業(yè)家的眼球，是他們尋求新的投資方向的風(fēng)向標(biāo)。下面例舉的是2005年國(guó)外雜志陸續(xù)發(fā)表的塑料新材料、新技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例，分為納米技術(shù)與功能高分子材料及塑料新材料、新技術(shù)兩個(gè)欄目介紹給大家，以供參考。
一、納米技術(shù)與功能高分子材料
1. 2005年關(guān)鍵納米技術(shù)及問(wèn)題
《技術(shù)評(píng)論》摘取了5項(xiàng)在2005年中的納米技術(shù)與材料科學(xué)方面最重要的先進(jìn)技術(shù)，以及存在的主要問(wèn)題——其將決定整個(gè)領(lǐng)域的未來(lái)。
從太陽(yáng)中吸取能量
油價(jià)的提升和全球變暖的恐懼重新點(diǎn)燃了可替代能源的尋找工作。雖然《技術(shù)評(píng)論》不斷在報(bào)道使用核能作為清潔能源的接受度正在增加，但同時(shí)也關(guān)注到一些領(lǐng)先的納米技術(shù)將為更實(shí)用的太陽(yáng)能利用鋪平道路。Konarka of Lowell推出“roll-to-roll”solar cell technology，就是以含納米粒子的薄膜制造。且其制造的電池與傳統(tǒng)電池效能也不同，它們是用更便宜的工藝制作的。低價(jià)且電池的靈活性，使太陽(yáng)能可在更多場(chǎng)合使用，包括建筑窗戶和帳篷、手提包的纖維等。另外，還有利用納米線獲取太陽(yáng)能的報(bào)道，這將比廉價(jià)電池的效率更高。
鋰經(jīng)濟(jì)
輕質(zhì)鋰電池不適宜聚集在一起用于高能場(chǎng)合，例如無(wú)電線鉆井和混合汽車�，F(xiàn)在，由于計(jì)算機(jī)模型可確定有希望的新型電池材料，所以今年我們看到了鋰離子電池堆用于無(wú)電工具，在2006年，其將帶來(lái)更多應(yīng)用，并朝著更輕、更強(qiáng)有力的混合汽車前進(jìn)。此外，鋰電池由于不存在氫的供給問(wèn)題，在未來(lái)的汽車工業(yè)中將與燃料電池有著激烈競(jìng)爭(zhēng)。
自組裝設(shè)備
納米技術(shù)的夢(mèng)想是“一罐”合成：組合原始材料，混合，加熱，以及納米部件的工作設(shè)備。由于今天的半導(dǎo)體工業(yè)中的高溫反應(yīng)，這樣的合成不需要更多的能源。還能減少有害溶劑使用，和有廢材料的產(chǎn)生。同時(shí)，還比較廉價(jià)。MIT的Angela Belcher直接進(jìn)化病毒并發(fā)酵，使自組裝成為可能。另外，也有希望使用硅藻屬作為納米設(shè)備的模板的報(bào)道。在2005年12月/2006年1月的技術(shù)評(píng)論雜志上，還有使用納米機(jī)械組裝單分子存儲(chǔ)設(shè)備的報(bào)道。
納米醫(yī)藥
今年在靈敏納米傳感器方面具有突破，納米傳感器能夠使疾病還能被治療的初期就被檢測(cè)出來(lái)。哈佛化學(xué)教授Charles Lieber和Xiaowei Zhuang描述了納米線能用于檢測(cè)單濾過(guò)性病毒粒子。這種檢測(cè)器可幾乎在一次檢測(cè)中立刻篩選出100種不同病毒。
納米傳感器還能發(fā)現(xiàn)早期癌癥，比現(xiàn)有的測(cè)試更精確。高靈敏度意味著只需要一小滴血樣本，只相當(dāng)于糖尿病人戳指檢測(cè)葡萄糖水平的量。無(wú)論是快速確定其治療的需要還是放松病人的精神，這種測(cè)試對(duì)于具有家族病史的人來(lái)說(shuō)，可以認(rèn)為是無(wú)價(jià)的新方法。而且這種測(cè)試本身非常便宜，并可以在藥店柜臺(tái)買到，方便使用。
納米級(jí)粒子可作為癌癥檢測(cè)、成像、靶向和個(gè)性化處理的核心傳輸設(shè)備。其還具有潛在的轉(zhuǎn)換癌治療，殺死癌細(xì)胞，同時(shí)消除常規(guī)化學(xué)療法和放射療法的副作用。Michigan大學(xué)的James Baker教授已發(fā)展了一種傳輸系統(tǒng)，將于明年進(jìn)行人體試驗(yàn)。
通用存儲(chǔ)器
當(dāng)自組裝能轉(zhuǎn)變計(jì)算機(jī)生產(chǎn)時(shí)，早期應(yīng)用將是新的納米粒子和現(xiàn)存制造工藝相結(jié)合的混合方法。這條工藝路徑是由Nantero——一家制造所謂通用存儲(chǔ)器的公司——所進(jìn)行的。這種型號(hào)的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器不需要連續(xù)能源，也能存儲(chǔ)信息，類似于數(shù)碼相機(jī)的閃卡，同時(shí)存儲(chǔ)快速，就像PC里的存儲(chǔ)器。Nantero技術(shù)將納米管結(jié)合進(jìn)傳統(tǒng)半導(dǎo)體制造工藝中。實(shí)際產(chǎn)品將于2006年問(wèn)世。
納米和環(huán)境
納米技術(shù)跨越了技術(shù)障礙，但最終它的成功與否還取決于是否能被消費(fèi)者接受。這就是說(shuō)要使公眾確信納米材料是安全的。使納米科技如此吸引人的地方在于：在納米級(jí)上出現(xiàn)的新性質(zhì)和巧妙改進(jìn)這種性質(zhì)的能力，而帶來(lái)的結(jié)果是如果消除這種新物質(zhì)對(duì)環(huán)境、包括人體帶來(lái)的影響。今年，納米材料對(duì)環(huán)境和健康的作用已有了更大程度的研究。許多納米科技支持者認(rèn)為，來(lái)年將是展示研究者和工業(yè)認(rèn)真考慮安全問(wèn)題機(jī)會(huì)的臨界期，也將是發(fā)現(xiàn)和處理現(xiàn)存問(wèn)題的時(shí)間。然而，無(wú)論2006年是否繼續(xù)增加相關(guān)機(jī)構(gòu)、公司和資金，這種忽視仍將是一個(gè)公開(kāi)的問(wèn)題。
網(wǎng)上信息 2006.01.26
2. 我國(guó)發(fā)布納米材料國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)
2月28日，國(guó)家質(zhì)檢總局和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委聯(lián)合發(fā)布了7項(xiàng)納米材料國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，這是世界上首次以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)形式發(fā)布的納米材料標(biāo)準(zhǔn)。7項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)將于2005年4月1日起實(shí)施。
7項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)分別是：《納米材料術(shù)語(yǔ)》（GB/T19619-2004）、《納米粉末粒度分布的測(cè)定X射線小角散射法》（GB/T13221-2004）、《氣體吸附BET法測(cè)定固態(tài)物質(zhì)比表面積》（GB/T19587-2004）、《納米鎳粉》（GB/T19588-2004）、《納米氧化鋅》（GB/T19589-2004）、《超微細(xì)碳酸鈣》（GB/T19590-2004）和《納米二氧化鈦》（GB/T19591-2004）。
網(wǎng)上信息 2005.03.20
3. 院士評(píng)出2004年中國(guó)十大科技進(jìn)展新聞之六——納米“超級(jí)開(kāi)關(guān)”材料研制成功
中科院化學(xué)研究所江雷研究員領(lǐng)導(dǎo)的研究小組成功地通過(guò)調(diào)節(jié)“光”和“溫度”實(shí)現(xiàn)了納米結(jié)構(gòu)表面材料超疏水與超親水之間的可逆轉(zhuǎn)變，制備出超疏水／超親水“開(kāi)關(guān)”材料，在功能納米界面材料研究領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展。其論文分別在《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》、德國(guó)《應(yīng)用化學(xué)》發(fā)表后，得到英國(guó)《自然》和美國(guó)《科學(xué)》雜志的高度評(píng)價(jià)。這兩項(xiàng)研究成果將可能應(yīng)用于基因傳輸、無(wú)損失液體輸送、微流體、生物芯片、藥物緩釋等領(lǐng)域，具有極為廣闊的應(yīng)用前景。
疏水性和親水性是固體材料表面所具有的兩種重要的特性。通常人們穿著的服裝是親水的，很容易被水濕透（不疏水）；而塑料布等就是疏水的，不能被水透過(guò)（不親水）。如果現(xiàn)在用溫度調(diào)控的超疏水／超親水“開(kāi)關(guān)”材料制作服裝，那么，夏天溫度高時(shí)衣服是親水的，親水吸汗就不會(huì)感到太熱；冬天溫度低時(shí)衣服就變成疏水的，防寒又保暖。
《科學(xué)時(shí)報(bào)》2005-01-14
4. 日本開(kāi)發(fā)出新型納米開(kāi)關(guān)
日本物質(zhì)材料研究機(jī)構(gòu)的研究人員新開(kāi)發(fā)出一種納米開(kāi)關(guān)，利用原子受電壓控制后產(chǎn)生的排列形狀變化達(dá)到開(kāi)關(guān)電流的目的。這一成果發(fā)表在新一期的《自然》雜志上。
研究人員在實(shí)驗(yàn)中首先將硫化銀電極和白金電極之間的間隔定為１納米左右。之后，在加上電壓的狀態(tài)下，硫化銀電極的10個(gè)銀原子排列產(chǎn)生變化，構(gòu)成一個(gè)“微小的突起”得以伸長(zhǎng)并連接上白金電極；撤掉電壓后銀原子的“突起”狀排列消失，保持與白金電極斷開(kāi)的狀態(tài)。
據(jù)悉，這種納米開(kāi)關(guān)消耗的電力只有半導(dǎo)體元件的百萬(wàn)分之一。此外，通過(guò)改變傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)還有望開(kāi)發(fā)出更加輕小的新型便攜裝置，把計(jì)算機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、電視機(jī)等各種功能集中在一起。專家認(rèn)為，結(jié)合現(xiàn)在的半導(dǎo)體技術(shù)，這一成果可用于制造新型存儲(chǔ)器等許多域，產(chǎn)品有望在10年內(nèi)面市。
《科學(xué)時(shí)報(bào)》2005-01-10
5. 自組裝型分子光開(kāi)關(guān)
Tobin Marks和同事在2005年1月出版的《自然一材料學(xué)》上報(bào)告說(shuō)，他們研制的一種有機(jī)分子薄膜開(kāi)關(guān)可提供一種簡(jiǎn)單、廉價(jià)的方法，讓信息在光纖網(wǎng)絡(luò)中傳播，而所需時(shí)間只是以前時(shí)間的一小部分。
研究人員說(shuō)，這種利用電子和光學(xué)性能自組裝的薄膜能夠通過(guò)開(kāi)關(guān)控制光信號(hào)在不同的通道中的傳播，消除了通常情況下首先要將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的瓶頸障礙，因此大大降低了信號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)間。到目前為止，絕大多數(shù)“電-光材料”的研究都集中在像鈮酸鋰這樣的無(wú)機(jī)晶體上，主要原因是這類材料的折射率會(huì)在外加電場(chǎng)的作用下發(fā)生變化，但這類材料價(jià)格昂貴而且很難與相關(guān)技術(shù)集成。相反，由Marks等人開(kāi)發(fā)的有機(jī)材料能夠在低溫下在任何底墊上生長(zhǎng)，且成本低廉，從而讓它們很容易與光波導(dǎo)和其它設(shè)備結(jié)構(gòu)集成。
《自然·材料學(xué)》2005.01