時間：2023-06-01 15:26:28
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1．何為高分子化學
顧名思義，高分子就是相對分子質量很高的分子，它是高分子化合物的簡稱。高分子化合物，又稱聚合物或高聚物，是結構上由重復單元（低分子化合物—單體）連接而成的高相對分子質量化合物。高分子的相對分子質量非常的大，小到幾千，大到幾百萬、上千萬的都有。我們有時將相對分子質量較低的高分子化合物叫低聚物。高分子化學作為化學的一個分支，同樣也是從事制造和研究分子的科學，但其制造和研究的對象都是大分子，即由若干個原子按一定規律重復地連接成具有成千上萬甚至上百萬質量的、最大伸直長度可達毫米量級的長鏈分子，稱為高分子、大分子或聚合物。
2．高相對分子質量與高強度
相對分子質量和物質的性質是密切相關的，是決定物質性質的一個重要因素。只有相對分子質量高的化合物才有一定的機械力學性能，才能作為材料使用。例如乙烷、辛烷、廿烷、聚乙烯、超高分子量聚乙烯，都是直鏈的烷烴化合物，但是分子量變化很大，其機械力學性能因而也有極大的區別。
3．高分子科學的主要內容
既然高分子化學是制造和研究大分子的科學，對大分子的反應和方法的研究，顯然是高分子化學最基本的研究內容。高分子科學不僅是研究化學問題，也是一門系統的科學。高分子科學的主要內容有：如何將低分子化合物連
接成高分子化合物，即聚合反應的研究。高分子化合物的結構與性質關系。不同性質的高分子，其結構必然是不同的。為了得到不同性質的高分子，就要去合成具有特殊結構的高分子。
二、高分子材料化學的應用
材料是人類社會文明發展階段的標志，是人類賴以生存和發展的物質基礎。它是指經過某種加工，具有一定結構、組分和性能，并可應用于一定用途的物質。上世紀半導體硅、高集成芯片、高分子材料的出現和廣泛應用，把人類由工業社會推向信息和知識經濟社會。可以說某一種新材料的問世及其應用，往往會引起人類社會的重大變革，材料是人類文明的重要標志。如果說現在人人離不開高分子材料，家家離不開高分子材料，處處離不開高分子材料，是一點也不過分的。高分子化合物的最主要的應用是以高分子材料的形式出現的，高分子材料包括了塑料、纖維、橡膠三大傳統合成材料，另外許多精細化工材料也都是高分子材料。
第一，塑料：一類是通用塑料，如容器、管道、家具、薄膜、鞋底與泡沫塑料等等；另一類叫工程塑料，其強度大，如汽車零部件、保險杠、洗衣機內的滾筒、電器的外殼等。
第二，纖維：人們開發出聚酯、尼龍、腈綸、維尼綸等高分子化合物，通過不同的加工，生產出了各種纖維制品，極大地滿足著人類的需要。
第三，橡膠：天然橡膠的種類和品質都受到很大的限制，于是科學家們不斷開發出了各種人造橡膠，如丁苯橡膠、丁腈橡膠、乙丙橡膠、氟橡膠、硅橡膠等。
第四，精細化工：比如使得我們的世界變得豐富多彩的各種涂料產品，如家具漆、內外墻乳膠漆、汽車漆、飛機漆等。女孩子用的指甲油，使牙齒變白的增白劑也都是涂料。還有萬能膠、建筑用膠、醫用膠、結構膠等黏合劑，以及各種吸水樹脂等都是高分子產品。
三、高分子化學與高科技的結合
當今社會，人們將能源、信息和材料并列為新科技革命的三大支柱，而材料又是能源和信息發展的物質基礎。自從合成有機高分子材料的那一天起，人們始終在不斷地研究、開發性能更優異、應用更廣泛的新型材料，來滿足計算機、光導纖維、激光、生物工程、海洋工程、空間工程和機械工業等尖端技術發展的需要。高分子材料向高性能化、功能化和生物化方向發展，出現了許多產量低、價格高、性能優異的新型高分子材料。
隨著生產和科學技術的發展，許多具有特殊功能的高分子材料也不斷涌現出來，如分離材料、光電材料、磁性材料、生物醫用材料、光敏材料、非線性光學材料等等。功能高分子材料是高分子材料中最活躍的領域，下面簡單介紹特種高分子材料：功能高分子是指當有外部刺激時，能通過化學或物理的方法做出相應反應的高分子材料；高性能高分子則是對外力有特別強的抵抗能力的高分子材料。它們都屬于特種高分子材料的范疇；特種高分子材料是指帶有特殊物理、力學、化學性質和功能的高分子材料，其性能和特征都大大超出了原有通用高分子材料（化學纖維、塑料、橡膠、油漆涂料、粘合劑）的范疇。
第一，力學功能材料：強化功能材料，如超高強材料、高結晶材料等；)彈材料，如熱塑性彈性體等。
第二，化學功能材料：分離功能材料，如分離膜、離子交換樹脂、高分子絡合物等；反應功能材料，如高分子催化劑、高分子試劑；生物功能材料，如固定化酶、生物反應器等。
第三，生物化學功能材料：人工臟器用材料，如人工腎、人工心肺等；高分子藥物，如藥物活性高分子、緩釋性高分子藥物、高分子農藥等；生物分解材料，如可降解性高分子材料等。
可以預計，在今后很長的歷史時期中，特種與功能高分子材料研究將代表了高分子材料發展的主要方向。
四、高分子化學的可持續發展
研究高分子合成材料的環境同化，增加循環使用和再生使用，減少對環境的污染乃至用高分子合成材料治理環境污染，也是21世紀中高分子材料能否得到長足發展的關鍵問題之一。比如利用植物或微生物進行有實用價值的高分子的合成，在環境友好的水或二氧化碳等化學介質中進行化學合成，探索用前面提到的化學或物理合成的方法合成新概念上的可生物降解高分子，以及用合成高分子來處理污水和毒物，研究合成高分子與生態的相互作用，達到高分子材料與生態環境的和諧等。顯然這些都是屬于21世紀應當開展的綠色化學過程和材料的研究范疇。
參考文獻：
[1]馮新德.展望21世紀的高分子化學與工業[J].科學中國人,1997,(11)
[2]王守德,劉福田,程新.智能材料及其應用進展[J].濟南大學學報(自然科學版,2002,(01).
導電高分子的發現充滿了戲劇性。1967年，白川英樹的研究生做實驗時錯用了一千倍的催化劑，加上攪拌器湊巧停止，在溶液表面生成了銀色的薄膜狀物。白川英樹以此為切入點，進行了深入細致的研究，終于發現制備膜狀聚乙炔的有效方法。1975年，美國的Macdiarmid教授偶然見到白川英樹的金屬光澤的膜狀聚乙炔后，立即邀請他去美國與Heeger合作研究。后來，三人一起獲得了2000年諾貝爾化學獎，也被傳為佳話。與硝酸纖維素、炭黑增強橡膠等發現一樣，聚乙炔膜的發現也是“偶然的”。這個故事也教育我們合作的重要性“。這是我的idea，說出去會不會被別人學去了？”具有知識保護意識固然重要，合作交流能夠更快、更有效地促進研究的發展，科研中需要有團隊精神。
二、Crothers與尼龍66
深受女士喜愛的尼龍襪無疑是引出縮聚反應的最佳例子。尼龍襪在全美首次發售時，每人限購一雙，500萬雙當天告罄，沒有買到尼龍襪的人在裸腿上畫紋路冒充絲襪。那么引起如此轟動的商品是如何制造出來的？這個問題吊起了學生的胃口，他們對相應的知識特別用心。1928年，杜邦公司成立了基礎化學研究所，Crothers受聘擔任該所的負責人，并決心利用二元醇和二元酸的縮聚來支持當時剛剛提出的高分子學說。在實驗中，同事偶然發現熔融的聚酯可以抽絲，Crothers意識到這是紡絲原料的特性，并展開了大量的研究。克服各種困難后，最終得到了尼龍66纖維。尼龍66的出現不僅有力的支持了高分子學說，也深入改變了人們的生活。尼龍的發現離不開Crothers。同樣讓人稱道的還有杜邦公司，能夠在經濟大蕭條時期拿出一筆巨款支持沒有明確應用目的的基礎研究，需要敏銳的眼光和巨大的勇氣。注重基礎研究，在今天也有著重要的借鑒意義。
三、塑料之父———Baekeland
作為第一種人造聚合物———酚醛樹脂的發明者，Baekeland是一個傳奇人物。他21歲就獲得了博士學位，專利意識非常強。發明Velox相紙后，故意在專利中省略一兩步。結果柯達公司不得不兩次出資購買。在發明酚醛樹脂后，Baekeland及時申請了專利（僅比同行早一天），也得到了塑料之父之稱。Baekeland的幸運和知識產權保護意識讓人感嘆不已。酚醛樹脂的發明也是一個成功的科研案例。Baekeland敏銳地意識到絕緣材料在剛剛興起的電力工業中的巨大市場，將研究目標確定為尋找天然絕緣材料的替代品。他沒有立即進行實驗，先是充分進行了文獻調研。發現早在1872年德國化學家Vaeyer曾把苯酚和甲醛混合產生一種樹脂狀物質，指出在實驗中應防止它的產生。Baekeland反其道而行之，加熱加壓來加快反應，得到琥珀樣的樣品，并最終掌握了酚醛樹脂的制備方法。他于1907年申請了專利，這年也被視為塑料元年。這個故事充分說明了科學研究的選題和文獻調研的重要性，在閱讀文獻時要注意批判性閱讀，不迷信已有的解釋。
四、配位聚合和Ziegler-Natta
1953年Ziegler在用乙基鋁使乙烯加成的一次偶然失敗中發現，鎳會抑制反應進行，其他過渡金屬也有類似作用。他給博士生Breil的論文題目是“系統地實驗整個周期表的元素”來對這一作用進行研究！有趣的是，最終研究得到了一種能使乙烯迅速聚合成為高分子量聚乙烯的催化劑。事實恰好與預料的相反，這充分說明，和預期不同的結果不見得是壞結果！Natta的成功無疑是跟蹤世界研究前沿的結果。他在Ziegler催化劑研究之初就派人過去接受指導。在用改進后的催化劑進行了丙烯聚合后，Natta發現它含有高結晶部分，敏銳地“把新的結晶聚合物的結構歸之于主鏈或至少相當長部分的主鏈上的不對稱碳原子都采取了相同的構型”。Natta文章因未披露催化劑的本質這一關鍵問題，初審被拒稿。而作為編輯的Flory則意識到了文章不尋常的意義，更改了裁決才使得文章得以發表。與Ziegler-Natta的成功相對的是，1943年Fischer希望能找到使乙烯聚合成油的方法，發現“當三氯化鋁與四氯化鈦并用作催化劑時，液態產物減少而有利于生成固態物”，因此似乎是失望多于希望。另外，Ziegler的學生Wesslan制備聚丙烯后，發現物質的熔點高于聚乙烯，他肯定自己錯了，他不相信支化會提高石蠟烴的熔點。他沒有認識到熔點升高的意義。這兩個故事也從反面再次印證了如何看待實驗中的意外。高分子史上還有更多的歷史故事，如“的確良”（滌綸），田中耕一發現質譜離子化新方法，聚四氟乙烯和高壓聚乙烯的發現等。在高分子化學教學中適當穿插相應的歷史故事，不僅可以增加課堂的趣味性，還有助于學生了解科學家思考問題的方式，學習他們成功的經驗和失敗的教訓，培養學生思考研究的能力。
五、結語
――引自郭海清《化學詠?化學總論》前半段
博雅塔下，未名湖畔，有這么一首有關于化學的詩在燕園深處回蕩。詩的作者是北大化學與分子工程學院副教授郭海清。
仰望北大百余年歷史星空，名師薈萃，星光燦爛，包羅萬象。而作為我國化學研究的重地，100多年來，北大化學學科在教學與科研上取得了輝煌成就，先后吸納和涌現出許多在學界領銜的著名學者。
與這些著名的學者相比，郭海清更愿意將自己稱為科海中的一“粟”，普通化學科技工作者中的一員。雖然渺小，但一直努力以科研先輩為榜樣，在專業科教領域發揮著自己的一份光，一份熱。“站在巨人的肩膀上”，他一直踐行北大“勤奮、嚴謹、求實、創新”的學風，快樂埋首于奇妙的化學分子研究世界之中，立志創新，力戒浮躁，一步一步走出了特色，展現了一名身在燕園的普通化學教研工作者應有的風采。
扎實創新演繹化學之美
人類識吾路漫漫，前仆后繼恒向前。金石三黃仙丹煉，未成神仙壽命完。原子分子本質現，嶄新世界換人間。能源材料環生命，我為基礎競爭妍。
――引自郭海清《化學詠?化學總論》后半段
一首詩，一生情。對于自己將從事一生的化學事業，郭海清總是投以極大的熱情。在他看來，這一學科正如詩中所詮釋的，雖“歷盡滄桑”，但其地位和作用終會顯現：“自從人類認識了化學的本質即原子分子論建立以來，人類避害興利，合成得到了原來世界上沒有的很多新物質，改變了世界的面貌，真像是‘換了人間’”。
那么，化學的奇妙作用在哪里？從古時候的煉丹爐，到四大發明之一的火藥；從蒸餾水的應用到香水的制作……在中華民族五千年的歷史里，化學就像是一劑“催化劑”，催化著人類社會文明的不斷進步。當歷史的車輪駛向現代文明社會，如今的化學學科已經建立起日益精細而齊備的研究體系。
在郭海清的高分子及復合材料化學研究世界里，即包含有用來作生物醫學熒光標記，用于腫瘤等疾病和食品農藥殘留等檢測、開發平板顯示技術、制作太陽能電池等應用的發光半導體納米材料研究；也可以包含有用作表面修飾劑和香料原料等應用的新型巰基酸有機分子研究……隨著研究日益深入，新型顯示和照明技術――有機電致發光器件（OLED）用發光材料、新型高分子材料及其合成技術等研究逐漸成為相關領域的研究熱點，而郭海清置身于學科發展的“風口浪尖”，帶領著他的團隊實實在在地“翱翔”、探索其中，收獲了陶醉科研帶來的成就感，多年致力創新，換來了碩果滿園。
在水溶性發光量子點的研究中，他和他的團隊水相直接合成的CdTe等水溶性量子點，其發光量子效率達80%以上，在同類方法產品中處于世界領先水平。目前相關產品正在進行市場化推廣中，具有良好的市場前景。單從各種現有試劑盒來說，如果能用量子點代替現有的有機染料技術，市值在億元以上。值得一提的是，在合成CdTe等水溶性量子點的關鍵試劑研究中，郭海清及其團隊的新型巰基酸有機分子研究技術也走在了世界前列；
在OLED用發光材料研究中，郭海清及其團隊設計合成的二嗪類（6元芳環中含有兩個N原子）配體Ir（III）配合物，突破了現有國內外此類材料的專利限制，其發光性質優異，可望用于OLED市場；
在高分子合成方面，他們探索了新的高分子合成方法，提出了用超分子組裝體為結構單元的“高分子板塊構筑法”，合成了“分子型”可溶無機/有機復合發光材料；另一方面，發展了“自由基/正離子轉化聚合”方法，用該方法合成了一系列新型嵌段、接枝和星型共聚物……
就這樣，靠著扎實從研，創新以求突破的精神，郭海清及其團隊攻克了一座又一座“高山”，為推動我國高分子及復合材料化學研究走在國際前沿貢獻了一己之力。其中，他們歷盡10余年潛心研究發展的高分子可控合成方法-自由基/正離子轉化法在科學和應用方面均具有重要意義。上述結果發表在國內外核心期刊上的論文有48篇，取得中國發明專利（授權）3項。
科學探索永無止境。雖然在創新方面有所收獲，但郭海清和他的研究同伴們心里很清楚，這是一條漫長的科研道路，中國要想在這條道路上不至落于人后，就必須時刻保持追趕的姿態。以半導體芯片集成電路用光刻膠研究為例，目前我國在光刻膠生產方面較國際上落后很多，北京大學北京分子科學國家實驗室（籌）高分子及復合材料化學研究團隊近來發展了一種高分子合成的新方法-CTCR聚合，采用CTCR聚合合成了新型的248nm光刻膠中的成膜樹脂。這一自主創新的突破為打開我國光刻膠市場奠定了堅實基礎。在此基礎上，郭海清及其團隊意圖尋求更大的突破，他有一個并不遙遠的“夢”：欲尋高分子樹脂合成企業或光刻膠生產企業，進一步研發、中試、直至生產。
“能源材料環生命，我為基礎競爭妍。”正如郭海清詩中所說，化學作為一門中心學科在醫學、生命科學、材料、能源與環境等諸多領域綻放了絢麗的風采。為將化學之魅力發揮得更加淋漓盡致，郭海清和他的科研同伴還將會繼續追索。
薪火相承期盼桃李芬芳
桃隨綠葉風中舞，李伴青枝雨里吟。芬自心間襲肺腑，芳飄萬里醉鬼神。
――郭海清《化學詠?總結――愿》
一首“桃李芬芳”的藏頭詩，將郭海清對于“園丁育人”這份職業的深厚感情展露無疑。他用這首詩鼓勵學生要能歷盡風雨，做到真誠豁達，期待他們有朝一日能成為對社會有用之材。
薪火相承是北大歷來重視的傳統，而郭海清正是這一傳承的受益者。三十多年前，他突破千軍萬馬，成為北大燕園化學系莘莘學子中的一員，沐浴在濃厚的學術氛圍中，聆聽恩師教誨，吸取深厚積韻精華；三十多年后，昔日學子搖身一變成為反哺學校的“園丁”，力求以恩師為榜樣，同樣以嚴謹從研，平和做人的態度“撒播陽光”“孕育桃李”。
“讀萬卷書行萬里路”，郭海清的經歷證明了這一點。從最初置身北大綠蔭先后獲得學士和碩士學位；到在河北化工學院（現合并為：河北科技大學）從事長達7年的基礎教研工作；再到跨出國門，遠赴日本大阪大學理學研究科攻讀博士，并擔任理學部教員。在外輾轉數年，郭海清為自己累積了豐富的人生經驗和堅實的專業理論及實踐基礎。正因如此，他更明白“寓教于樂”的道理，自從1997年回到北大從教以來，他一直努力踐行這一任教方式，逐漸形成了自己作為一名教師固有的特色。
