奇异的高分子
我们经常听到高分子、大分子、聚合物、高聚合物这样的称谓，觉得神秘得不得了。其实，只要你有了一些基本的化学知识，掌握它们也就不在话下了。
高分子是有机化合物。有机化合物的特点是含有碳原子。碳原子与碳原子之间，碳原子与氢、氧、氮之间能形成稳定的共价键。由于碳原子是4价，所以可以形成为数众多的、结构不同的有机化合物，已知的有机化合物的总数已经接近千万。在这庞大的有机化合物队伍中，不乏具有各种特殊结构因而具有特殊功能的化合物。高分子新材料就是在这个基础上发展起来的。
第二，高分子之所以称为高分子，就是因为其分子量高，至少在1万以上，高的可达几百万以至上千万。分子量高所带来的性质上的变化，主要是使高分子化合物具有一定的机械强度。人们还可以根据高分子的结构特征，．利用各种手段，改变这些结构，以制造出所需性能的产品；还可以引入具有功能性的基团，制出有功能的材料。
第三，高分子材料有三大家族，塑料、合成纤维和合成橡胶。在全世界塑料的通用品种中，聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯四大品种的总产量在亿吨左右。其他如透光性好的有机玻璃，称为“塑料王”的耐腐蚀塑料聚四氟乙烯，作为工程塑料的聚砜、聚碳酸脂、聚甲醛、聚酰亚胺和常用作泡沫塑料的聚胺脂等，都是人们所熟知的。在合成纤维中涤沦、腈纶、尼龙、早已进入千家万户。在合成橡胶中，丁苯橡胶和顺丁橡胶已经部分代替天然橡胶，其消费量正在逐年增长。
高分子科学家已经开始探索如何去合成或模拟天然的高分子——也就是具有生物活性的高分子，因为天然的动、植物本身就是由高分子所组成的。一旦能够合成生物高分子，就可以合成部分生物组织或器官，人类在解救人的生命的旅程中又可大大地向前迈一步了。
合成纤维的“六姐妹”
合成纤维的品种有十几种，但最常用的是六大纶：聚酯胺纤维，商品名尼龙，其特点是强度高、耐磨性强、密度小、不蛀，可用于做衣服、降落伞、渔网等；聚酯纤维，商品名涤纶，其特点是弹性好、耐皱性好，可与其他纤维混纺，用于做纺织品、帆布、电器绝缘材料等；聚丙烯醇纤维，商品名腈纶，其特点是手感柔软、保暖性好、织物不易起毛结球、耐晒，但强度低、易燃，可用于人造毛皮、毛织物的制造，特别是造用于制作窗帘、幕布。、帐篷等室外用品；聚丙烯纤维，商品名丙纶，是由丙烯聚合，经熔融纺丝而成，其特点是耐酸碱、强度较高、密度小，是现有合成纤维中最轻的一种，但耐光性差，可用于做工业上的绳索、网具，也可与棉、毛、粘胶纤维混纺作衣料用；聚乙烯醇纤维，商品名维纶，是合成纤维中吸湿性最大的一种材料，强度较高、耐酸碱，但耐热水性不好，弹性、染色性较差，可与棉混纺，织成维棉布；聚氯乙烯纤维，商品名氯纶，比其他纤维具有较强的耐酸碱性，但耐热性差，在70℃时就开始收缩，沸水收缩率较高，可作纯纺和混纺的织物，工业上用作耐酸碱滤布及制渔网、帆篷、绝缘布等。
总之，高分子合成材料具有质量小、绝缘性能好等特点，所以发展很快，但都有先天不足，即它们都在不同程度上对氧、热和光有敏感性。然而，随着高新技术的迅速发展，高分子合成材料的大军必将日益壮大，在新经济的大潮中，充当着举足轻重的角色。
神奇的自组塑料
美国化学工程师们在《科学》杂志上发表报告说，他们已经设法诱使塑料分子自己组装成为漂亮而实用的结构。纽约罗切斯特大学的萨姆森·耶纳科及同事说，他们所“培育”的塑料能“生长”成为玻璃制品表层那种结晶体结构，而且有朝一日可能会导致研制出速度更快的通信手段。
这些塑料的结构看上去与玻璃碟子上覆盖的乳白色釉层大同小异。但是，它们成为设法使化学材料表现得更像生物活体的一个先例。科学家认为，这样的材料将会导致效率更高的机器的问世。
研究人员培育出的这些装置面积约为1平方厘米，厚度比人的头发还薄些。在显微镜下观察，这些被称为光子晶体的结构类似于堆成蜂巢状造型的空心球形。
这种制品能反射出明亮的颜色，因为空气和二氧化硅结合的方式对经过二氧化硅分子的光线产生影响。同样，这些利用一种聚苯乙烯相关化学物质制造出的结构能够以精确的、可预知的方式对通过的光线产生影响。
耶纳科说：“这是自我组成现象随后自然会出现的一个步骤。我们用溶化在溶液中的聚合体分子开始试验。它们通过自我组织，形成空心的球体，无数个这样的球体以精确有序的方式结合在一起，组成体积更大的周期性结构。”
罗切斯特大学的这个研究小组说，这种塑料可能有助于研制出性能更好的发光二极管、在不同光线环境中能够改变颜色的特殊油漆、或者超高效能激光器。
目前计算机所依赖的是半导体，即能够控制数以百万计电子信号的晶体。如果能利用光使这一切得以发生，那么系统的速度和效率将会大大提高。耶纳科说：“我们现在利用电子能够实现的事情导致了微电子技术的革命。我们希望利用光子做同样的事情。要想做到这一点，就需要有类似这些光子晶体的新材料，它们能捕捉住光线，并控制其传播方式。”
可制高强材料的废塑料木头
英国《新科学家》杂志报道，一种可以将木头和塑料结合在一起的化学物质有可能将回收的废弃物变成新一代的高强度材料。
美国新墨西哥州的研究人员开发出一种分子，它可以将塑料和木头纤维结合在一起，从而将废弃物制成一种既结实又有柔韧性的合成物质。人们早就在利用再生的塑料来制作公园里用的长椅等物品了，不过随着使用次数的增加，长椅最终会变形。但是，因为塑料是像油脂一样的物质，而木头是亲水的，所以通过将塑料与天然纤维结合在一起的方法来提高其强度和效用是很困难的。
新墨西哥州采掘技术研究所的约翰·迈斯特和他的同事创造出了一种被称为接枝共聚物的分子，它可以将塑料和木头结合在一起。
迈斯特演示了这一过程：他将切碎的酸乳酪塑料包装罐与包裹着连结分子的木屑混合在一起，然后将混合物放入一部机器，使之加热，并像意大利面条机样将混合物挤出来，最后得到一种沉重的、棕褐色杆状材料。这种材料比普通的再生塑料结实得多。通过改变木头与塑料的比例和合成过程中的温度，迈斯特还能进一步提高最终产品的强度。
塑料房屋好处多
随着石油价格下跌、木材价格上涨和技术发展，塑料房屋开始出现。这不再只是未来主题乐园的魅力，也不是过时的实用型住房试验，用合成材料建造的房屋正在打入中上阶层的住房市场。
经营塑料房屋开发业务的德·泽恩说，他决定建造这种房屋是因为没有人相信塑料房屋会豪华舒适。他说：“这种房屋有点儿特别，但能永久使用。”
塑料房屋对房地产开发商们的诱惑在于价格便宜、耐腐蚀、防虫咬兽啃，孩子们也无法在上面乱写乱画。建筑设计者之所以青睐它，是因为它可以作为高技术凉爽材料的试验场地，并有可能解决全球住房紧缺的问题。尽管塑料房屋的观念在具有环保意识的社区遭到冷遇，但是一些建筑设计人员说，这类新技术可能引起下一次住房革命，或者至少是出现由塑料房屋构成的住宅小区。
美国建筑复合材料公司将把数十年来国内研制的几种高级合成材料房屋投入使用，这几种房屋采用的合成材料与阿波罗号宇宙飞船再入舱屏蔽壳使用的玻璃纤维相同。
设在佛罗里达州的雄鹰塑料设备公司下设的雄鹰房屋公司与巴西政府签定了一项合同，制造3000套供中层家庭使用的住宅。其中的一些住宅面积达2500平方英尺。
纽约现代艺术博物馆建筑与设计方面的主要负责人特伦斯·赖利说：“20世纪60年代生产的第一代塑料早已被淘汰，如今生产的新一代产品更加美观精细。”
纽约商业开发人罗宾·雷布尔德直到前不久才实现自己的梦想：建造一座充满未来色彩的房屋。这座房屋实际上只是在雷布尔德原来那幢有200年历史、位于康涅狄格州乡村的坡盖盐盒式小楼的基础上扩建了1600平方英尺，其中包括两间卧室、一个多层起居室和两间浴室。设计者是建筑师威廉·麦克唐纳和苏兰·科拉坦。这座房屋的外面罩有一层聚笨乙烯泡沫塑料；其中一间浴室由整块玻璃纤维制成，里面带有内塑成型的浴缸。
钢铁家族出现新成员
人们习惯于把工业化以来的时代称为“钢铁时代”，可见钢铁在我们的社会中扮演了多么重要的角色，钢铁工业可以说是国民经济的命脉。随着高新技术的发展，各种新型材料相继粉墨登场，钢铁作为材料老大的地位已变得岌岌可危，但是，不甘寂寞的钢铁家族近年内也诞生了许多新成员。
“美国宇航专用钢”——低合金超高强度钢
凡屈服强度超过1400MPa，抗拉强度超过1500MPa，并具有较高的比强度（强度／密度）和一定韧性的钢均称为超高强度钢。它是航空航天、原子能及深海潜水器的强力结构材料，广泛用于飞机起落架、火箭外壳、火箭发动机壳体、喷管、助推器、高压容器以及常规武器的某些重要承力零件等。
抗振能手——高阻尼结构钢
许多运动部件都因振动而引发噪声，成为公害。例如伐木油锯的振动，引起伐木工的“白手病”；舰艇螺旋桨由于振动，而难以做到“隐身”；汽轮机叶片振动造成疲劳断裂等。
深冷中服役——超低温奥氏体钢
由于宇航、原子能、冶金、石油、化工以及食品工业的飞速发展，深冷工程自20世纪80年代以来迅猛发展。超导电机、核聚变装置、加速器和磁流体发电设备的制造，液氧、液氢、液氦的储运，都需要选用奥氏体超低温钢。
彩色钢铁——钢铁本色是银白色
近年来，科学家们在给钢铁着色方面取得了令人注目的进展。
用碱性液电解阳极氧化或酸性液浸渍不锈钢，在不锈钢表面形成一层透明的致密薄膜，在光的照射下可呈现不同色彩。它一方面提高了抗蚀、抗擦伤、抗指印等性能，另一方面使其变得更美观，为钢铁的冷面形象平添温情和活力。
先进工具——塑料模具钢
近年来少切削无切削工艺迅速发展，塑料制品成为工业生产中的重要部分。压力成型所需模具技术水平，直接关系到机械制造的效率与产品的质量和成本，也影响到新产品的开发。近年来新发展起来的塑料模具钢，具有很高的尺寸精度和光洁度，易于加工成复杂形状，同时又有较高的使用硬度和耐磨寿命，加工性和使用性两全其美。
有“记忆”的金属
1963年，美国海军兵器研究所制造出一种高强度的耐腐蚀合金，成分是含镍55％，含钛45％。在试验这种合金丝时，他们曾将这种合金绕成一个螺旋形线圈，并加热到150℃，冷却后又把线圈完全拉直。后来，他们偶然把拉直的合金丝再一次加热，结果出现了一个奇迹：在温度升高到95℃时，拉直的镍钛合金丝竟自动卷曲成原来的螺旋线圈形状。当时研究人员几乎不相信自己的眼睛，于是又反复试验，把合金丝加热并变成各种复杂的形状，然后冷却并拉直，又在一定的温度下使拉直的合金恢复到原来的形状。在这种反复的实验中，合金丝每次都表现了非凡的“记忆能力”。
镍钛合金为什么能“记忆”自己在一定温度下的形状呢！这一特殊现象引起材料科学家们的极大兴趣。经过大量研究才知道，镍钛合金在一定温度下能记忆起原来的形状，这与它的内部组织在一定温度发生的相变有关。这种相变叫弹性马氏体相变。那么什么叫相变呢？例如水，它在0℃时就结成冰，在100℃时就变成蒸汽，这也叫相变。只要温度一到0℃或100℃，水就分别“记忆”起它在这两个温度下的状态，分别变成冰或蒸汽。这只是一个类比，形状记忆合金的相变实际上要复杂得多。
美国海军兵器研究所在20世纪60年代研究成功镍钛合金后，把它用于接头连接，广泛应用于航空、航天、核工业及海底输油管道等方面。它接触紧密、防渗漏、装配时间短，性能远胜于焊接。而且，镍钛形状记忆合金可制成人造卫星天线而卷入卫星体内，当卫星进入轨道后，借助太阳热或其他热源能在太空中展开。这种合金在医学方面也有广泛的应用，例如血栓过滤器、脑动脉瘤夹、接骨板、人工关节、妇女胸罩、节育器、人工肾微型泵、人造心脏等。此外作为一种初级智能材料，镍钛合金还广泛应用于各种自动调节和控制装置、安全报警系统、能源开发等等。
耐强度高的玻璃态金属
通常的金属和合金是由无数个晶粒组成的，晶粒之间存在着晶界，金属材料中都存在成分偏析和晶体缺陷，因而影响材料的性能。1960年美国科学家发现，某些贵金属合金急速冷却而使金属来不及结晶，获得非晶态结构，具有类似玻璃的某些结构特征，也称为金属玻璃。非晶态金属的微观结构特征决定了它具有许多优异性能，如优异的软磁性能、力学性能、耐辐射性能和耐腐蚀性能等。快速冷凝技术可以称为是20世纪下半叶以来金属材料制备技术中的重大突破，引起了金属材料发展史上的一场技术革命。在美、日、德等先进国家，该技术在20世纪70年代末开始步人实用阶段，进入80年代在某些方面得到了较大的推广应用，产量最大的是非晶态软磁合金，其成分组成是以铁族元素为基质或加入少量的过渡金属元素和20％左右的类金属元素等。美国已建成年产3万吨的非晶态合金制备基地，1980年6月美国首先研制成功非晶态铁芯变压器，这种变压器比硅钢片铁芯变压器铁损减少70％以上，对节能有重大意义。
非晶态金属在电子工业中的应用已得到肯定，用非晶态金属制成磁头其耐磨性比普通磁头提高几十倍，音响效果佳而且使用寿命长。用非晶态金属做的薄膜磁盘其记录密度比一般的高4～5倍，用非晶态薄条带可制成快速响应的传感器。
非晶态金属材料应用面日趋扩大，用非晶态材料制成的焊料不仅可以提高焊接强度，而且它的耐蚀性能是不锈钢的100倍，并解决了某些高强耐蚀焊料过去只能制成粉状而不能扎成带状的难题。非晶态金属材料的强度高达400kg／mm2，远远高于目前世界上强度最好的高强度钢的强度，很有可能成为未来超高强度新材料。随着快速冷凝技术的发展，非晶态合金的品种和应用范围会日趋扩大。
稀有金属并不“稀”
