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2005年塑料新材料、新技術(shù)發(fā)展概況
王德禧
（中國科學(xué)院化學(xué)研究所，北京，100080）
摘要：進入21世紀，伴隨著納米科技的發(fā)展，塑料產(chǎn)業(yè)迎來了又一個春天，納米材料獨特的表面界面效應(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)良特性有機的結(jié)合，形成了一類新型功能高分子材料。據(jù)美國 BRG Townsend 咨詢公司的調(diào)研報告介紹：2001年全球塑料添加劑消費總量約798.4萬噸，總產(chǎn)值達146億美元，其中功能型助劑約占80％，足以說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)既是推動塑料產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的動力，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年國外雜志陸續(xù)發(fā)表的塑料新材料、新技術(shù)的應(yīng)用實例，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)及問題
《技術(shù)評論》摘取了5項在2005年中的納米技術(shù)與材料科學(xué)方面最重要的先進技術(shù)，以及存在的主要問題——其將決定整個領(lǐng)域的未來。
從太陽中吸取能量
油價的提升和全球變暖的恐懼重新點燃了可替代能源的尋找工作。雖然《技術(shù)評論》不斷在報道使用核能作為清潔能源的接受度正在增加，但同時也關(guān)注到一些領(lǐng)先的納米技術(shù)將為更實用的太陽能利用鋪平道路。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。低價且電池的靈活性，使太陽能可在更多場合使用，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能的報道，這將比廉價電池的效率更高。
鋰經(jīng)濟
輕質(zhì)鋰電池不適宜聚集在一起用于高能場合，例如無電線鉆井和混合汽車�，F(xiàn)在，由于計算機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電工具，在2006年，其將帶來更多應(yīng)用，并朝著更輕、更強有力的混合汽車前進。此外，鋰電池由于不存在氫的供給問題，在未來的汽車工業(yè)中將與燃料電池有著激烈競爭。
自組裝設(shè)備
納米技術(shù)的夢想是“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，還比較廉價。MIT的Angela Belcher直接進化病毒并發(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)備的模板的報道。在2005年12月/2006年1月的技術(shù)評論雜志上，還有使用納米機械組裝單分子存儲設(shè)備的報道。
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出來。哈佛化學(xué)教授Charles Lieber和Xiaowei Zhuang描述了納米線能用于檢測單濾過性病毒粒子。這種檢測器可幾乎在一次檢測中立刻篩選出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葡萄糖水平的量。無論是快速確定其治療的需要還是放松病人的精神，這種測試對于具有家族病史的人來說，可以認為是無價的新方法。而且這種測試本身非常便宜，并可以在藥店柜臺買到，方便使用。
納米級粒子可作為癌癥檢測、成像、靶向和個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，殺死癌細胞，同時消除常規(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)，將于明年進行人體試驗。
通用存儲器
當(dāng)自組裝能轉(zhuǎn)變計算機生產(chǎn)時，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器的公司——所進行的。這種型號的計算機存儲器不需要連續(xù)能源，也能存儲信息，類似于數(shù)碼相機的閃卡，同時存儲快速，就像PC里的存儲器。Nantero技術(shù)將納米管結(jié)合進傳統(tǒng)半導(dǎo)體制造工藝中。實際產(chǎn)品將于2006年問世。
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者接受。這就是說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：在納米級上出現(xiàn)的新性質(zhì)和巧妙改進這種性質(zhì)的能力，而帶來的結(jié)果是如果消除這種新物質(zhì)對環(huán)境、包括人體帶來的影響。今年，納米材料對環(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為，來年將是展示研究者和工業(yè)認真考慮安全問題機會的臨界期，也將是發(fā)現(xiàn)和處理現(xiàn)存問題的時間。然而，無論2006年是否繼續(xù)增加相關(guān)機構(gòu)、公司和資金，這種忽視仍將是一個公開的問題。
網(wǎng)上信息 2006.01.26
2. 我國發(fā)布納米材料國家標(biāo)準
2月28日，國家質(zhì)檢總局和國家標(biāo)準委聯(lián)合發(fā)布了7項納米材料國家標(biāo)準，這是世界上首次以國家標(biāo)準形式發(fā)布的納米材料標(biāo)準。7項標(biāo)準將于2005年4月1日起實施。
7項標(biāo)準分別是：《納米材料術(shù)語》（GB/T19619-2004）、《納米粉末粒度分布的測定X射線小角散射法》（GB/T13221-2004）、《氣體吸附BET法測定固態(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. 院士評出2004年中國十大科技進展新聞之六——納米“超級開關(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調(diào)節(jié)“光”和“溫度”實現(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“開關(guān)”材料，在功能納米界面材料研究領(lǐng)域取得了重要進展。其論文分別在《美國化學(xué)會志》、德國《應(yīng)用化學(xué)》發(fā)表后，得到英國《自然》和美國《科學(xué)》雜志的高度評價。這兩項研究成果將可能應(yīng)用于基因傳輸、無損失液體輸送、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（不親水）。如果現(xiàn)在用溫度調(diào)控的超疏水／超親水“開關(guān)”材料制作服裝，那么，夏天溫度高時衣服是親水的，親水吸汗就不會感到太熱；冬天溫度低時衣服就變成疏水的，防寒又保暖。
《科學(xué)時報》2005-01-14
4. 日本開發(fā)出新型納米開關(guān)
日本物質(zhì)材料研究機構(gòu)的研究人員新開發(fā)出一種納米開關(guān)，利用原子受電壓控制后產(chǎn)生的排列形狀變化達到開關(guān)電流的目的。這一成果發(fā)表在新一期的《自然》雜志上。
研究人員在實驗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個銀原子排列產(chǎn)生變化，構(gòu)成一個“微小的突起”得以伸長并連接上白金電極；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的狀態(tài)。
據(jù)悉，這種納米開關(guān)消耗的電力只有半導(dǎo)體元件的百萬分之一。此外，通過改變傳統(tǒng)開關(guān)的結(jié)構(gòu)還有望開發(fā)出更加輕小的新型便攜裝置，把計算機、數(shù)碼相機、電視機等各種功能集中在一起。專家認為，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器等許多域，產(chǎn)品有望在10年內(nèi)面市。
《科學(xué)時報》2005-01-10
5. 自組裝型分子光開關(guān)
Tobin Marks和同事在2005年1月出版的《自然一材料學(xué)》上報告說，他們研制的一種有機分子薄膜開關(guān)可提供一種簡單、廉價的方法，讓信息在光纖網(wǎng)絡(luò)中傳播，而所需時間只是以前時間的一小部分。
研究人員說，這種利用電子和光學(xué)性能自組裝的薄膜能夠通過開關(guān)控制光信號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轉(zhuǎn)換為電信號的瓶頸障礙，因此大大降低了信號傳輸?shù)臅r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機晶體上，主要原因是這類材料的折射率會在外加電場的作用下發(fā)生變化，但這類材料價格昂貴而且很難與相關(guān)技術(shù)集成。相反，由Marks等人開發(fā)的有機材料能夠在低溫下在任何底墊上生長，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