高分子科學(xué)的學(xué)科前沿及學(xué)科發(fā)展
（刊于“海外高分子科學(xué)新進(jìn)展”一書第一章，1997年10月化工出版社出版）
胡漢杰 (國家自然科學(xué)基金委員會(huì)化學(xué)部，北京，100083)
何天白 (中國科學(xué)院長舂應(yīng)用化學(xué)所，長春，130022)
一、學(xué)科背景
高分子科學(xué)自本世紀(jì)20一一30年代，做為一門獨(dú)立的學(xué)科初步形成以來，已經(jīng)走過了近70年的發(fā)展歷程。70年來，高分子科學(xué)的研究內(nèi)容無論在深度上、廣度上均獲得了飛速的發(fā)展。在學(xué)科領(lǐng)域上，由當(dāng)初的僅僅是高分子化學(xué)研究，逐步發(fā)展成包括高分子化學(xué)、高分子物理、高分子工程甚至高分子生物學(xué)等分支學(xué)科的完整的學(xué)科體系；在學(xué)術(shù)內(nèi)含上，由當(dāng)時(shí)的僅是大分子化合物的合成研究，而擴(kuò)展出大分子鏈及其聚集態(tài)結(jié)構(gòu)研究、聚合物的成型及其結(jié)構(gòu)控制研究、以及國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域所需的繁雜眾多、要求特殊的新材料研究等豐碩的研究內(nèi)容；在社會(huì)影響上，由當(dāng)初的僅是對(duì)新奇化合物的學(xué)術(shù)興趣，發(fā)展到當(dāng)今成為高分子產(chǎn)業(yè)的理論基礎(chǔ)、推動(dòng)著高分子新產(chǎn)業(yè)形成及發(fā)展、其直接和間接的研究成果滲透到了國民經(jīng)濟(jì)及人類日常生活的各個(gè)角落，構(gòu)成了人類社會(huì)文明的重要組成部分。
回顧及分析高分子科學(xué)的發(fā)展歷史，我們可以看出，有兩個(gè)重要因素推動(dòng)了高分子科學(xué)的發(fā)展。其一是人類社會(huì)及國民經(jīng)濟(jì)對(duì)高分子新材料的不斷需求。例如，由于人類社會(huì)對(duì)衣著服飾不斷提出的更高要求，促進(jìn)了聚酰胺、聚酯等新化合物的合成研究及合成纖維工業(yè)的產(chǎn)生，由于合成纖維產(chǎn)品質(zhì)量的差異、市場競爭的需求以及新產(chǎn)品的換代追求，反過來又促進(jìn)了聚合方法、高分子鏈結(jié)構(gòu)及聚集態(tài)結(jié)構(gòu)、聚合物紡絲工藝及成型理論等方面的深入工作。如此過程，推動(dòng)了合纖工業(yè)發(fā)展，也導(dǎo)致了現(xiàn)在的超細(xì)纖維、納米纖維、高強(qiáng)度高模量特種纖維、超高分子量聚合物成纖工藝等纖維領(lǐng)域前沿課題的形成；其二是相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)的交叉、滲透、融合。眾所周知，高分子化學(xué)始出于有機(jī)化學(xué)，由于對(duì)大分子化合物特殊性質(zhì)的興趣，運(yùn)用有機(jī)化學(xué)的知識(shí)探討了一系列高分子化合物的合成及合成方法，從而形成了高分子化學(xué)，物理學(xué)知識(shí)和高分子化學(xué)知識(shí)的融合，促進(jìn)了高分子化合物的溶液性質(zhì)、鏈結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)研究的深入，從而形成了高分子物理。由于高分子材料制品研究的需求，高分子物理同高分子化學(xué)和化工、機(jī)械等領(lǐng)域知識(shí)的融合，又逐漸形成了高分子工程，進(jìn)而高分子知識(shí)又和生物學(xué)、電子學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域知識(shí)融合，又正在逐漸形成高分子生物學(xué)、電子功能聚合物等新的研究領(lǐng)域。綜上所述，我們可以得出結(jié)論，正是由于高分子科學(xué)所具備的新材料背景，因此社會(huì)發(fā)展、工業(yè)發(fā)展、市場競爭等方面的需求向高分子科學(xué)的發(fā)展注入了強(qiáng)大的推動(dòng)力，這是高分子科學(xué)發(fā)展的外部動(dòng)力。另一方面，遵循科學(xué)本身的發(fā)展規(guī)律，不斷借鑒、吸收其他學(xué)科方面的新知識(shí)、新成就，用來豐富自己、壯大自己，這是高分子科學(xué)發(fā)展的內(nèi)在動(dòng)力。在兩種動(dòng)力的推動(dòng)下，高分子科學(xué)的發(fā)展是以不斷出現(xiàn)新的前沿領(lǐng)域來體現(xiàn)的。由于前沿領(lǐng)域研究工作的不斷深入、新研究成果的不斷形成、研究內(nèi)容的不斷擴(kuò)展，而體現(xiàn)出高分子科學(xué)整體上的不斷深入和飛躍。因此，在學(xué)術(shù)上注意把握高分子科學(xué)的學(xué)科前沿，深入開展研究工作并不斷開拓新的學(xué)科前沿課題，是我們高分子界學(xué)者推動(dòng)高分子科學(xué)發(fā)展的歷史重任。
二、學(xué)科前沿領(lǐng)域
為了掌握當(dāng)今高分子科學(xué)發(fā)展的學(xué)科前沿，作者對(duì)國內(nèi)外高分子科學(xué)研究的課題情況做了調(diào)查分析，并邀請(qǐng)了一些活躍于海外的高分子界知名學(xué)者就某些前沿領(lǐng)域的研究情況寫了專論(見本書第2至第14章)，對(duì)當(dāng)前國內(nèi)外高分子科學(xué)發(fā)展的前沿領(lǐng)域可以歸納如下：
l、高分子化學(xué)。 在高分子化學(xué)領(lǐng)域，新的有用的高分子化合物的分子設(shè)計(jì)及合成，新的聚合反應(yīng)及聚合方法，始終是高分子化學(xué)研究的前沿領(lǐng)域。在這個(gè)發(fā)展線索的帶動(dòng)下，可控制反應(yīng)物的空間立構(gòu)及其分子量、分子量分布的可控聚合、活性聚合、生物酶催化聚合，微生物合成，新功能化合物的分子設(shè)計(jì)及合成，高性能(耐高溫、高強(qiáng)度、高模量)化合物的分子設(shè)計(jì)及合成，納米粒子的合成方法，各種有機(jī)一_無機(jī)分子內(nèi)雜化材料的合成，聚合物加工成型過程中的化學(xué)反應(yīng)(反應(yīng)加工)，聚合物材料的化學(xué)改性方法(表面改性、分子改性)以及基于分子識(shí)別，著眼于各種新功能材料探索而出現(xiàn)的分子有序組裝體系的設(shè)計(jì)及組裝合成方法而形成的超分子體系組裝化學(xué)等，成為了當(dāng)今高分子化學(xué)的前沿領(lǐng)域。(本書編入了有關(guān)活性聚合、高性能化合物合成、納米粒子合成等三篇專論，請(qǐng)參閱本書第2、3、4章)。
2、高分子物理。 高分子鏈結(jié)構(gòu)研究，聚合物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)研究以及這種結(jié)構(gòu)和高分子聚合物做為材料使用時(shí)所體現(xiàn)出來的性能、功能間的關(guān)系研究始終是高分子物理的主要研究線索。在這種研究線索指引下，有關(guān)高分子鏈結(jié)構(gòu)(鏈構(gòu)型、構(gòu)象、支化度、序列結(jié)構(gòu)、交聯(lián)結(jié)構(gòu)等)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)(濃溶液、液晶態(tài)、晶態(tài)、非晶態(tài)、多相體系、熔體等)的新觀點(diǎn)、新現(xiàn)象、新的研究方法，對(duì)聚集態(tài)本質(zhì)及其變化過程的理論歸納等課題成為了高分子物理研究的前沿領(lǐng)域。和“靜態(tài)”的結(jié)構(gòu)研究相比，高分子的“動(dòng)態(tài)”結(jié)構(gòu)研究，諸如分子鏈運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力學(xué)行為、聚集態(tài)的亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)現(xiàn)象及其變化規(guī)律、聚合物流體的非線性粘彈性行為等，更是近年來展現(xiàn)的一些前沿領(lǐng)域。此外，聚合物的表面、界面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)研究、材料力學(xué)性質(zhì)(韌性、破壞等)的分子運(yùn)動(dòng)依據(jù)、電子功能聚合物的分子原理、生物高分子(例多肽、多糖)的鏈結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，生物高分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu)和生命現(xiàn)象的關(guān)系，以及難溶高分子分子量的表征研究等，也成為當(dāng)今高分子物理研究的前沿領(lǐng)域。關(guān)于高分子科學(xué)的理論研究領(lǐng)域，采用新觀點(diǎn)、新模型、新概念對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行理論歸納，在新概念、新理論指導(dǎo)下采用數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)方法解決高分子科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的實(shí)際問題(例，功能高分子的分子設(shè)計(jì)、高性能材料的分子設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的模擬和理論解釋等)，是高分子科學(xué)理論研究領(lǐng)域的前沿課題。(本書編入了有關(guān)高分子亞穩(wěn)態(tài)行為、高分子序列結(jié)構(gòu)研究、光散射技術(shù)、原子力顯微鏡技術(shù)等四篇專論，請(qǐng)參閱第5、6、7、8章)。
3、功能高分子及新技術(shù)研究。 功能高分子是高分子化學(xué)的一個(gè)重要分支，其主要研究思路是，根據(jù)國民經(jīng)濟(jì)及其他學(xué)科科學(xué)發(fā)展的需求，融合高分子物理以及物理學(xué)、生命科學(xué)、電子學(xué)等有關(guān)學(xué)科的知識(shí)，通過分子設(shè)計(jì)，分子結(jié)構(gòu)對(duì)功能的影響規(guī)律研究，合成并制備或組裝各種種類繁多的功能奇特的材料或器件。功能高分子的研究成果，往往孕育著對(duì)國民經(jīng)濟(jì)有重要作用的高、新技術(shù)雛型，因此是近些年來高分子科學(xué)最活躍的研究領(lǐng)域。功能高分子及有關(guān)新技術(shù)研究的前沿領(lǐng)域有，電子功能聚合物及信息技術(shù)研究(光、電、磁功能高分子，高分子液晶顯示技術(shù)、電致發(fā)光技術(shù)、塑料高密度電池、分子器件、非線性光學(xué)材料、高密度記錄材料等)，醫(yī)藥功能高分子及衛(wèi)生保健技術(shù)研究(高分子藥物、控制藥物釋放材料、醫(yī)用材料、醫(yī)療診斷材料、人體組織修復(fù)材料等)，信息高分子的合成及應(yīng)用技術(shù)(蛋白質(zhì)、多糖及生物彈性體技術(shù)等)，各種敏感檢測材料，微小機(jī)械材料等。除去功能高分子研究之外，通用高分子的改性技術(shù)，天然高分子的利用及改性技術(shù)、聚合物生物降解材料及聚合物資源的再利用技術(shù)等，也是高分子科學(xué)研究中面臨的前沿課題。 (本書編入了有關(guān)電子聚合物及電致發(fā)光、C60聚合物、智能凝膠、環(huán)境治理中的生物技術(shù)、分子識(shí)別聚合物等五篇專論，請(qǐng)參閱本書第9、lO、11、12、13章)。
4、高分子工程(聚合反應(yīng)工程和聚合物成型)。 高分子工程研究高分子化合物的工業(yè)規(guī)模合成技術(shù)及聚合物成型過程中的科學(xué)一一工程問題。這個(gè)領(lǐng)域的前沿研究領(lǐng)域有，用于制備新塑料、纖維、彈性體、粘合劑等高分子化合物的前期工業(yè)合成技術(shù)研究(超高分子量化合物，嵌段、接枝共聚物，新合成方法等)，聚合物新成型方法、新成型技術(shù)(振動(dòng)剪切塑化成型、氣輔成型、反應(yīng)加工成型、特種纖維的紡制、新成纖技術(shù)等)，成型工藝過程和聚合物結(jié)構(gòu)控制的關(guān)系等。高分子工程是高分子科學(xué)三個(gè)主要分支中，形成最晚的一個(gè)學(xué)科分支，而這個(gè)分支學(xué)科研究水平的高低，直接影響著高分子工業(yè)的發(fā)展。目前，這個(gè)分支學(xué)科在我國高分子科學(xué)研究中，是相對(duì)薄弱的環(huán)節(jié)，是今后需要予以加強(qiáng)的。(本書編入了關(guān)于聚合物熔體研究的專論，請(qǐng)參閱第14章)。
三、開拓未來
高分子科學(xué)經(jīng)過近70年的發(fā)展，雖然已形成了完整的學(xué)科體系，然而高分子科學(xué)和其他學(xué)科相比，畢竟還很年青，還有許多科學(xué)問題等待人們?nèi)ダ斫猓策€有許多未知的學(xué)科領(lǐng)域等待開拓。因此，繼承前人研究成果，吸取其他學(xué)科的最新成就，奮發(fā)努力，進(jìn)一步開拓高分子科學(xué)的美好未來，是歷史賦予我們當(dāng)代高分子界科研人員的重任。
高分子科學(xué)的發(fā)展，依靠學(xué)科前沿領(lǐng)域研究工作的不斷深入和學(xué)科前沿領(lǐng)域的不斷更新。回顧高分子科學(xué)的發(fā)展歷程，我們可以發(fā)現(xiàn)，高分子科學(xué)前沿領(lǐng)域的產(chǎn)生一部分來自于工農(nóng)業(yè)發(fā)展、國防需求、市場競爭等國民經(jīng)濟(jì)因素對(duì)高分子新材料的需求，另_一部分來自于科學(xué)發(fā)展過程中學(xué)科之間自然而然的學(xué)科交叉、滲透而導(dǎo)致的學(xué)術(shù)飛躍。因此，對(duì)我國高分子科學(xué)未來的發(fā)展，我們提倡利用高分子科學(xué)和國民經(jīng)濟(jì)緊密聯(lián)系的學(xué)科特點(diǎn)，遵循高分子學(xué)科成長的規(guī)律，一方面有意識(shí)地吸收其他學(xué)科的新知識(shí)、新成就為“我”所用，不斷發(fā)展高分子科學(xué)的新生長點(diǎn)，另一方面注意聯(lián)系國民經(jīng)濟(jì)的實(shí)際需求，不斷開拓高分子科學(xué)新的前沿領(lǐng)域，促進(jìn)高分子科學(xué)的學(xué)科發(fā)展。
當(dāng)前高分子科學(xué)研究工作的特點(diǎn)是，課題的綜合性和實(shí)踐性。高分子科學(xué)中出現(xiàn)的一些前沿課題，涉及到的知識(shí)往往是綜合性的，常常是既有高分子化學(xué)問題也有高分子物理、高分子工程，甚至還涉及物理、生命等其他學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)。因此，無論是從對(duì)單一課題中學(xué)術(shù)問題的更好了解的角度，還是從繼續(xù)深入發(fā)展高分子科學(xué)的需要考慮，當(dāng)前的高分子科學(xué)發(fā)展都需要進(jìn)一步加強(qiáng)高分子不同分支學(xué)科的知識(shí)和學(xué)者間的融合。由于高分子科學(xué)和高分子工業(yè)有著內(nèi)在的淵源，生產(chǎn)實(shí)踐中的難題，市場競爭的關(guān)鍵技術(shù)，往往隱藏著重要的學(xué)術(shù)問題，因此密切學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的聯(lián)系，從生產(chǎn)實(shí)踐中提煉、升華學(xué)術(shù)問題是高分子科學(xué)研究工作的另一特點(diǎn)。這是我國高分子界廣大科研工作者應(yīng)該注意的。
同樣，高分子科學(xué)的發(fā)展離不開后繼人才的培養(yǎng)。由于高分子科學(xué)研究工作的上述特點(diǎn)，客觀上對(duì)從事高分子科研工作人才的培養(yǎng)方面，提出了更高的要求。希望年青一代的高分子專業(yè)人才，能掌握包括高分子化學(xué)、高分子物理、高分子工程三個(gè)分支領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識(shí)，并盡可能了解一些計(jì)算機(jī)、生命科學(xué)、電子學(xué)、
物理學(xué)等領(lǐng)域的知識(shí)，這對(duì)將來從事高分子科學(xué)研究工作、開拓高分子科學(xué)發(fā)展的新領(lǐng)域是十分重要的。
綜上所述，對(duì)今后高分子科學(xué)的發(fā)展，我們提倡“產(chǎn)——研——教”相結(jié)合的發(fā)展模式。
參考文獻(xiàn)
1,施良和，胡漢杰等，《高分子科學(xué)的今天和明天》，北京，化工出版社，1994
2,National Research Council (USA). Polymer Science and Engineering, The Shifiting Research Frontiers; Washington D.C. .National Academy Press,1994
3,中國化學(xué)會(huì)“中國化學(xué)五十年”編輯委員會(huì)，《中國化學(xué)五十年》第五章，北京，科學(xué)出版社，1985
4,錢保功，王洛禮，王霞瑜等，《高分子科學(xué)技術(shù)發(fā)展簡史》，北京，科學(xué)出版社，1994