高分子材料科学与工程漫谈

程健 杨姣 张聪 魏鑫健 王忠杭

摘要：我国高分子材料科学的发展赶上了世界历史发展步伐。当然也历经曲折。我国高分子工业规模从70多年前的百吨到40多年前的百万吨，到现在的1.5亿吨，有了飞速发展。近些年，高分子材料在我国高铁技术、大飞机、国防建设以及汽车制造、建筑材料等许多方面得到广泛应用，高分子材料科学与技术为国家做出了许多重要贡献。

关键词：高分子材料;历史回顾;发展前景

1我国的现状

从近期国际国内形势变化分析，我国高分子材料科学与工程仍存在不少问题。在公认的“卡脖子”技术中，其中不少都有高分子材料的影子。许多重要的高分子材料长期依托进口，即使是聚乙烯，对外依存度仍然在50%左右;高端聚烯烃、高性能纤维、高性能膜材料、高端电子化学品等，都与世界先进水平存在很大差距。低端过剩高端缺乏的结构性矛盾很突出;合成树脂、合成橡胶与合成纤维等贸易逆差达几百亿美元。

许多重要的高分子材料研究，在科学与技术评价量化、指标化开始盛行之时，受到冲击、不少研究方向中断、停滞等，加上化工技术壁垒，导致了目前许多重要高分子品种自给率低或者完全依赖进口的后果。某些重要研究领域发表论文、申请经费的“效率”相对较低，导致该领域人才逐步“转行”。这是导致目前仍然存在许多“卡脖子”技术短板的一个重要原因，而且可能会进一步影响未来高分子材料科学与工程的健康发展，值得我们注意。

高分子材料科学与工程研究与开发需要全链条贯通研究。其主线当然是结构与性能的关系，从应用性能导向出发的研发，需要设计聚合物结构，此时就要考虑结构及多层次结构、聚合物可加工性等等因素。经过化学过程实现单体到聚合物，聚合物经加工形成部件、零件或器件，满足应用需求的综合性能。未来高分子材料科学研究可能会更多与生命科学交叉。支撑生命体系的高分子材料将得到发展。通过生物技术合成高分子材料的研究、基于生物质的高分子材料研发会继续得到重视，有望取得突破。

2国际重要进展与动态

在我国高分子队伍中，从事生物医用相关聚合物研究和光电转换功能聚合物的人数众多，在整个高分子研究队伍中所占比例较高。我国在有机聚合物光电功能材料领域研究在国际上具有重要影响。有的研究结果处于国际最好水平之一。在有机聚合物发光材料、有机聚合物光伏材料等方面的研究取得非常重要的进展。今后在热电转换有机聚合物材料领域值得关注。生物医用高分子材料研究全方位推进，一些成果走向实用。

我国功能高分子材料的研究基本与国际同步，取得了具有国际影响的进展，在国际学术界拥有重要地位。

高分子化合物需要单独建立一套表征技术，以研究聚合物结构，进而研究结构与性能的关系。高分子结构表征技术在高分子发展历史上所起的重要作用是非常大的。

3我国高分子材料科学与工程发展的重要问题

对于发展高分子材料科学来说，高分子化学与物理基础知识非常重要。高分子研究中，高分子理論的研究具有极其重要的意义，目前仍存在许多基本与经典的问题有待进一步研究。利用计算模拟方法研究高分子，已经是常规基本研究手段。高分子材料科学与工程的研究将更加注重发展材料数据库建设、数据挖掘与分析、机器学习、材料基因组学和人工智能等。

高分子化学研究需要更加紧密地与高分子化工结合，这样才可能为发展高分子材料做点事情。已有的高分子化工工程中依然存在技术提升的空间，运用高分子化学的新成果有望在节能、高效、绿色工艺过程、产品性能更加优异等方面获得推进。试想如果某个聚合过程的温度、压力变得稍微温和一些，主要产品收率提高一点，所用化学品（溶剂、分散介质）更为绿色，就能为聚合工业过程节省不少成本。

高分子加工在高分子材料发展中起了非常重要的作用。材料科学与工程所做的事情是“有料成材，有材成器”，是通过各种加工方法将高分子原料变成实际应用的零部件、器皿或器材等产品实现的。高分子材料的加工远比无机材料简便、节能，而高分子材料的加工本身需要许多独特的加工方法和设备。一代材料出一代技术却绕不过加工方法。高分子加工成型方法和加工设备的研发依然大有可为。在高分子加工技术中运用计算模拟、计算机辅助控制等日显重要。

高分子材料在实际应用中很大一部分是复合材料。高性能复合材料研究仍将是重要方向。

在处理高分子基础研究与高分子工程应用方面，特别需要避免“实用主义”，常常是不做技术储备和积累方面的长期系统研究。在遇到实际应用需求卡壳时，才开始重视，造成一哄而上，甚至低水平重复。一阵风过了，又进入无人关注的境地。

需要注重培养更多的对高分子科学具有浓厚好奇心、像斯陶丁格那样追求真理的学者。当时的斯陶丁格基于自己的研究提出并坚持高分子概念时是孤立的，众人皆反对。类似的是，被长期普遍使用的有机聚合物都是电绝缘体，发现并提出聚合物半导体、导体，是颠覆性的创新。

仿生研究在高分子研究中将是长期的。自然界中由生命体系合成出多种天然大分子，经多层次结构构筑形成生命体，无论是参与生命过程功能大分子还是支撑生命体系的大分子结构材料，都是那样的精巧，蕴藏着许许多多目前仍然未知、结构与功能关系的自然规律。系统性深入研究这些体系，以现代科学加以准确描述，进而形成合成高分子材料的指导原理，这方面的研究虽已取得一定进展，但今后仍将是长期而重要的任务。

4结语

基于此，我国高分子材料工业从无到有、从小到大，高分子工业规模已成为全球最大，发表论文和专利数量持续快速增长。有些领域我国已经具有自己的知识产权，有些研究已在国际上具有重要影响力。同时，一些高端高分子材料品种进口依存度仍然偏高，一些重要高分子产品有待实现国产化。需要更多研究团队从高分子合成基础、高分子物理到高分子加工成型、高分子聚合反应工程和高分子化工工艺、应用开展贯通的研究，更多关注经济社会建设需求和高分子工业现状，补齐高分子材料的短板，使我国成为高分子材料科学与工程的强国。

参考文献

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