高分子化學(xué)作為化學(xué)的一個(gè)分支，同樣也是從事制造和研究分子的科學(xué)，但其制造和研究的對(duì)象都是大分子，即由若干原子按一定規(guī)律重復(fù)地連接成具有成千上萬甚至上百萬質(zhì)量的、最大伸直長度可達(dá)毫米量級(jí)的長鏈分子，稱為高分子、大分子或聚合物。既然高分子化學(xué)是制造和研究大分子的科學(xué)，對(duì)制造大分子的反應(yīng)和方法的研究，顯然是高分子化學(xué)的最基本的研究內(nèi)容。
高分子化學(xué)的發(fā)展歷程
早在19世紀(jì)中葉高分子就已經(jīng)得到了應(yīng)用，但是當(dāng)時(shí)并沒有形成長鏈分子這種概念。主要通過化學(xué)反應(yīng)對(duì)天然高分子進(jìn)行改性，所以現(xiàn)在稱這類高分子為人造高分子。比如1839年美國人 G oodyear發(fā)明了天然橡膠的硫化；1855年英國人 P arks由硝化纖維素（guncotton）和樟腦（camphor）制得賽璐珞（celluloid）塑料；1883年法國人 d e Chardonnet發(fā)明了人造絲 r ayon等。可以看到正是由于采用了合適的反應(yīng)和方法對(duì)天然高分子進(jìn)行了化學(xué)改性，使得人類從對(duì)天然高分子的原始利用，進(jìn)入到有目的地改性和使用天然高分子。
回顧過去一個(gè)多世紀(jì)高分子化學(xué)的發(fā)展史可以看到，高分子化學(xué)反應(yīng)和合成方法對(duì)高分子化學(xué)的學(xué)科發(fā)展所起的關(guān)鍵作用，對(duì)開發(fā)高分子合成新材料所起的指導(dǎo)作用。比如70年代中期發(fā)現(xiàn)的導(dǎo)電高分子，改變了長期以來人們對(duì)高分子只能是絕緣體的觀念，進(jìn)而開發(fā)出了具有光、電活性的被稱之為“電子聚合物”的高分子材料，有可能為21世紀(jì)提供可進(jìn)行信息傳遞的新功能材料。因此當(dāng)我們探討21世紀(jì)的高分子化學(xué)的發(fā)展方向時(shí)，首先要在高分子的聚合反應(yīng)和方法上有所創(chuàng)新。對(duì)大品種高分子材料的合成而言，21世紀(jì)初，起碼是今后10年左右，metallocene催化劑，特別是后過渡金屬催化劑將會(huì)是高分子合成研究及開發(fā)的熱點(diǎn)。活性自由基聚合，由此而可能發(fā)展起來的“配位活性自由基聚合”，以及陽離子活性聚合等是應(yīng)用烯類單體合成新材料（包括功能材料）的重要途徑。對(duì)支化、高度支化或樹枝狀高分子的合成及表征，將會(huì)引起更多的重視。因?yàn)檫@類聚合物的結(jié)構(gòu)不僅對(duì)其性能有顯著的影響，而且也可能開發(fā)出許多新的功能材料。
高分子化學(xué)的創(chuàng)新研究
高分子化學(xué)作為材料科學(xué)的一個(gè)支撐學(xué)科，其發(fā)展事實(shí)已經(jīng)表明，化學(xué)方法制造出來的聚合物，當(dāng)其作為高分子材料使用時(shí)，其作用和功能的發(fā)揮，不只是單靠由化學(xué)合成決定的一級(jí)結(jié)構(gòu)，即分子鏈的化學(xué)結(jié)構(gòu)，還要靠其高級(jí)層次上的結(jié)構(gòu)，即靠高分子聚集體中由物理方法得到的、非化學(xué)成鍵的分子鏈間的相互作用的支撐和協(xié)調(diào)。有的時(shí)候這種高分子聚集體和這些高級(jí)結(jié)構(gòu)，如相態(tài)結(jié)構(gòu)和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，對(duì)高分子材料、尤其是高分子功能材料的影響更為明顯。這種物理方法得到的非化學(xué)成鍵的、分子鏈間的相互作用的形成，可以通過所謂的物理合成或物理組合的方法來實(shí)現(xiàn)，即用物理方法將一堆分子鏈依靠非化學(xué)成鍵的物理相互作用，聯(lián)系在一起成為具有特定結(jié)構(gòu)，如超分子結(jié)構(gòu)的高分子聚集體，從而顯示出特定的性質(zhì)。因此21世紀(jì)的高分子化學(xué)除了制造和研究一個(gè)分子鏈，還應(yīng)包括制造和研究“一堆”分子鏈，在化學(xué)合成之外包括物理合成，在分子層次的研究之外還要有分子以上層次的研究。
因而以精確設(shè)計(jì)和精確操作為基本思路來發(fā)展和完善化學(xué)和物理的這種結(jié)合，也是21世紀(jì)的高分子化學(xué)研究，尤其是高分子材料研究中一種值得注意的方向。
高分子材料的納米化
現(xiàn)有的高分子化學(xué)反應(yīng)中原子重新排列鍵合的反應(yīng)空間一般都較原子尺寸大得多，因此化學(xué)反應(yīng)是在一非受限空間進(jìn)行的。如果在一有限空間或環(huán)境中，如納米量級(jí)的片層中，小分子單體因?yàn)榕c片層分子的物理相互作用而被迫在此受限空間中進(jìn)行某種方式和程度的排列，然后再發(fā)生單體的聚合時(shí)，聚合產(chǎn)物的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)既不可能是受限空間的完全復(fù)制，又不同于自由空間中得到的情況。我們從這種受限空間的聚合反應(yīng)也許可以提出高分子納米化學(xué)的概念。化學(xué)的制備對(duì)象從來都是納米量級(jí)的原子或分子，但由于其方法不夠精細(xì)，不能在納米尺度上實(shí)現(xiàn)原子或分子的有目的的精確操縱，因此即使目前可以做到分子的精確設(shè)計(jì)也較難實(shí)現(xiàn)，從而使得化學(xué)合成給人以粗放的感覺。高分子的納米化學(xué)，就是要按照精確的分子設(shè)計(jì)，在納米尺度上規(guī)劃分子鏈中的原子間的相對(duì)位置和結(jié)合方式，以及分子鏈間的相互位置和排列，通過納米尺度上操縱原子、分子或分子鏈，完成精確操作，實(shí)現(xiàn)納米量級(jí)上的高分子各級(jí)結(jié)構(gòu)的精確定位。從而精確調(diào)控所得到的高分子材料的性質(zhì)和功能。高分子納米化學(xué)的目的就是實(shí)現(xiàn)高分子材料的納米化。
高分子材料的納米化可以依賴于高分子的納米合成，這既包括分子層次上的化學(xué)方法，也包括分子以上層次的物理方法。利用外場(chǎng)包括溫度場(chǎng)、溶劑場(chǎng)、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、力場(chǎng)和微重力場(chǎng)等的作用，在一確定的空間或環(huán)境中像搬運(yùn)積木塊一樣移動(dòng)分子，采用自組裝、自組合或自合成等方法，靠分子間的相互作用，構(gòu)建具有特殊結(jié)構(gòu)形態(tài)的分子聚集體。如果再在這種分子聚集體中引發(fā)化學(xué)成鍵，則能得到具有高度準(zhǔn)確的多級(jí)結(jié)構(gòu)的高分子。通過這種精確操作的高分子合成，可以準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)高分子的分子設(shè)計(jì)。
高分子材料的納米化還可以通過成型加工的方式得以實(shí)現(xiàn)，即在成型加工過程中控制高分子熔體的流動(dòng)，調(diào)節(jié)高分子的結(jié)構(gòu)形態(tài)從而控制使用性質(zhì)。高分子材料的納米化研究不僅應(yīng)包括納米化制備方法，還不應(yīng)忽略高分子材料的納米結(jié)構(gòu)的觀察和納米性質(zhì)的測(cè)量。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)和性能決定材料的使用價(jià)值。而高分子材料的納米化的結(jié)果，是使得表面層上和界面層上的結(jié)構(gòu)和性能表現(xiàn)出特異性，這部分也是由于在表面和界面的尺寸限制下，高分子材料的相結(jié)構(gòu)和形態(tài)發(fā)生突變所致。因此需要開展表面層上和界面層上的相結(jié)構(gòu)、相行為及分子鏈動(dòng)力學(xué)的研究，建立相應(yīng)受限條件下的高分子材料的構(gòu)效關(guān)系。采用的研究方法中，計(jì)算模擬和掃描探針技術(shù)等都是十分有用的。
智能材料中的高分子化學(xué)
如果說20世紀(jì)的人類社會(huì)文明的標(biāo)志是合成材料，那么下個(gè)世紀(jì)將會(huì)是智能材料的時(shí)代。在這個(gè)智能材料的時(shí)代，高分子化學(xué)同樣承擔(dān)著不可替代的作用。智能材料是材料的作用和功能可隨外界條件的變化而有意識(shí)的調(diào)節(jié)、修飾和修復(fù)。已經(jīng)知道高分子具有軟物質(zhì)的最典型的特征，即易于對(duì)外場(chǎng)作出響應(yīng)。軟物質(zhì)（soft matter）是指易于發(fā)生變形的那類物質(zhì)。軟物質(zhì)不僅在一般的剪切作用下可發(fā)生畸變和流動(dòng)，而且小的熱漲落也會(huì)對(duì)其性質(zhì)帶來重要的影響。軟物質(zhì)包括高分子、生物大分子、液晶、膠體及乳膠和微乳膠這類兩親物質(zhì)等。軟物質(zhì)在物質(zhì)科學(xué)的研究中被越來越多的提及，產(chǎn)生了研究軟物質(zhì)的專門學(xué)科———軟物理（soft physics）。軟物質(zhì)可以用來研究凝聚態(tài)物理學(xué)中的一些核心問題，如對(duì)稱性（symmetry）、低能量激發(fā)（low－ener- gy excitation）和拓?fù)淙毕荩╰opological defects）之間的聯(lián)系。軟物質(zhì)研究的另一方面的意義是軟物質(zhì)的應(yīng)用。前面提及的軟物質(zhì)所包括的那些物質(zhì)，實(shí)際都是有著明顯的使用價(jià)值。也許正是因?yàn)槿绱耍罱殖霈F(xiàn)了材料科學(xué)變軟的提法。軟物質(zhì)的研究雖然目前主要還是在凝聚態(tài)物理的學(xué)術(shù)圈中進(jìn)行，但其研究領(lǐng)域則涉及數(shù)學(xué)、化學(xué)、化工、材料、生物及其交叉學(xué)科，被認(rèn)為是下個(gè)世紀(jì)物質(zhì)科學(xué)及其相關(guān)學(xué)科中的重點(diǎn)研究內(nèi)容之一。因此在高分子化學(xué)的研究中，引進(jìn)軟物質(zhì)的概念，利用外場(chǎng)的變化構(gòu)建高分子材料的特殊結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)外場(chǎng)作用下高分子材料的作用和功能的實(shí)時(shí)調(diào)制，應(yīng)是高分子智能材料研究的重要內(nèi)容。
廣義上的智能材料也應(yīng)包括生命材料。由于生物大分子和合成高分子都屬于軟物質(zhì)，因此軟物質(zhì)科學(xué)的研究也有助于高分子生命材料的研究，雖然目前合成高分子也能模仿蛋白質(zhì)分子的自組裝，但卻沒有蛋白質(zhì)分子那樣的生命活性。這是因?yàn)楹铣筛叻肿拥姆肿渔溔鄙俅_定的序列結(jié)構(gòu)，不能形成特定的鏈折疊。如果在合成高分子膜的表面附著上蛋白質(zhì)分子或有特定序列結(jié)構(gòu)的合成高分子，研究這些表面分子折疊的方法、規(guī)律、結(jié)構(gòu)和活性，形成具有生命活性功能，比如排斥和識(shí)別功能的軟有序結(jié)構(gòu)，再通過化學(xué)環(huán)境、溫度和應(yīng)力等外場(chǎng)來調(diào)節(jié)這些軟有序結(jié)構(gòu)，從而控制外界信號(hào)向合成膜內(nèi)的傳遞，實(shí)現(xiàn)生物活性的形成和調(diào)控，嘗試合成高分子生命材料。
高分子化學(xué)對(duì)資源的依賴
化學(xué)是制造和研究物質(zhì)的科學(xué)。調(diào)節(jié)原子和分子在物質(zhì)中的組合配置，控制物質(zhì)的微觀性質(zhì)、宏觀性質(zhì)和表面性質(zhì)，就可能使某種物質(zhì)滿足某種使用要求，因而這種物質(zhì)就能作為材料來使用。因此材料的制備對(duì)資源的依賴性和材料的使用與環(huán)境的協(xié)調(diào)性，就成為化學(xué)研究中一個(gè)獨(dú)特而又十分重要的方面。當(dāng)代高分子合成材料依賴于石油這種化石資源。由于石油的生成是一個(gè)漫長的地質(zhì)過程，同時(shí)石油又是當(dāng)代人類社會(huì)的主要能源，石油資源正日益減少而又無法及時(shí)再生，因此尋找可以替代石油的其它資源，則成為21世紀(jì)的高分子化學(xué)研究中的一個(gè)迫切需要解決的問題。其解決的途徑可以是天然高分子的利用，也應(yīng)包括合成無機(jī)高分子的探索。
21世紀(jì)利用源于植物的高分子，顯然不同于上個(gè)世紀(jì)對(duì)天然高分子的簡單使用。結(jié)合基因工程的方法，促使植物產(chǎn)生出更多的可直接使用的天然高分子，或可供化學(xué)合成用的高分子單體。采用生物催化劑或菌種，將天然的植物原料，如淀粉、木質(zhì)素和纖維素等，合成為與有機(jī)高分子相似的結(jié)構(gòu)或性質(zhì)更優(yōu)異的高分子。這些由植物資源獲得的高分子，不僅擴(kuò)大了合成高分子的原料來源，而且得到的合成高分子還具有環(huán)境友好的特征，可以是生物降解的，可以是焚燒無害的，可以是循環(huán)再生的。目前來源于石油資源的合成高分子，其主鏈上的原子以碳為主兼有少量氮、氧等原子，因而稱為有機(jī)高分子。無機(jī)高分子則泛指主鏈原子是除碳以外的其它原子。按元素性質(zhì)判斷約有四五十種元素可以形成長鏈分子。目前報(bào)道的有全硅主鏈、磷和氮主鏈、硅氧及硅碳主鏈、全鎵和全錫主鏈，硫磷氮和硫碳主鏈、含硼主鏈、以及含過渡金屬主鏈的無機(jī)高分子。其中主鏈全部是硅原子且具有有機(jī)側(cè)鏈的聚硅烷應(yīng)是值得注意的一種無機(jī)高分子。這既是由于硅是地球上儲(chǔ)量最豐富的元素，又是因?yàn)榫酃柰榧瓤捎米鹘Y(jié)構(gòu)材料又可用作功能材料。無機(jī)高分子的研究充分體現(xiàn)出了單體分子的選擇和化學(xué)反應(yīng)的控制，是如何決定高分子材料的性能和功能的。
高分子化學(xué)的可持續(xù)發(fā)展
研究高分子合成材料的環(huán)境同化，增加循環(huán)使用和再生使用，減少對(duì)環(huán)境的污染乃至用高分子合成材料治理環(huán)境污染，也是21世紀(jì)中高分子材料能否得到長足發(fā)展的關(guān)鍵問題之一。比如利用植物或微生物進(jìn)行有實(shí)用價(jià)值的高分子的合成，在環(huán)境友好的水或二氧化碳等化學(xué)介質(zhì)中進(jìn)行化學(xué)合成，探索用前面提到的化學(xué)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(tài)的相互作用，達(dá)到高分子材料與生態(tài)環(huán)境的和諧等。顯然這些都是屬于21世紀(jì)應(yīng)當(dāng)開展的綠色化學(xué)過程和材料的研究范疇。
高分子化學(xué)的發(fā)展方向
材料是人類社會(huì)文明發(fā)展階段的標(biāo)志。當(dāng)代材料研究具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：傳統(tǒng)材料（鋼鐵、陶瓷和有機(jī)高分子）之間的界限變得越來越模糊而融合變得更明顯，如無機(jī)高分子和有機(jī)／無機(jī)雜化材料的應(yīng)用等；通用材料與功能材料之間的相互滲透變得越來越明顯，更多的通用材料包括結(jié)構(gòu)材料會(huì)同時(shí)具有某些功能特性，而功能材料也會(huì)顯現(xiàn)通用材料的性能；材料中原子和分子組合配置的精確設(shè)計(jì)和精確制備，及納米尺度上結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的觀察和測(cè)量變得更重要，如化學(xué)制備智能材料、生命材料和單分子器件等；材料的傳統(tǒng)研究方法與當(dāng)代信息社會(huì)提供的新技術(shù)的結(jié)合變得更必要，如計(jì)算材料科學(xué)等。這些研究表明，當(dāng)代化學(xué)家們正在迎接著以智能材料及生命材料為時(shí)代文明特征的21世紀(jì)的到來。
材料的發(fā)展是與人類社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人類與自然界間的協(xié)調(diào)和資源的利用以及人類自身的存在和發(fā)展同步進(jìn)行的。因此支撐材料發(fā)展的相關(guān)科學(xué)如化學(xué)的發(fā)展，不僅關(guān)系到材料的創(chuàng)新和發(fā)展，還影響到受材料支撐的國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的其它領(lǐng)域，如農(nóng)業(yè)、能源、信息、環(huán)境及人口與健康等的進(jìn)步與發(fā)展。
高分子化學(xué)的發(fā)展歷程
早在19世紀(jì)中葉高分子就已經(jīng)得到了應(yīng)用，但是當(dāng)時(shí)并沒有形成長鏈分子這種概念。主要通過化學(xué)反應(yīng)對(duì)天然高分子進(jìn)行改性，所以現(xiàn)在稱這類高分子為人造高分子。比如1839年美國人 G oodyear發(fā)明了天然橡膠的硫化；1855年英國人 P arks由硝化纖維素（guncotton）和樟腦（camphor）制得賽璐珞（celluloid）塑料；1883年法國人 d e Chardonnet發(fā)明了人造絲 r ayon等。可以看到正是由于采用了合適的反應(yīng)和方法對(duì)天然高分子進(jìn)行了化學(xué)改性，使得人類從對(duì)天然高分子的原始利用，進(jìn)入到有目的地改性和使用天然高分子。
回顧過去一個(gè)多世紀(jì)高分子化學(xué)的發(fā)展史可以看到，高分子化學(xué)反應(yīng)和合成方法對(duì)高分子化學(xué)的學(xué)科發(fā)展所起的關(guān)鍵作用，對(duì)開發(fā)高分子合成新材料所起的指導(dǎo)作用。比如70年代中期發(fā)現(xiàn)的導(dǎo)電高分子，改變了長期以來人們對(duì)高分子只能是絕緣體的觀念，進(jìn)而開發(fā)出了具有光、電活性的被稱之為“電子聚合物”的高分子材料，有可能為21世紀(jì)提供可進(jìn)行信息傳遞的新功能材料。因此當(dāng)我們探討21世紀(jì)的高分子化學(xué)的發(fā)展方向時(shí)，首先要在高分子的聚合反應(yīng)和方法上有所創(chuàng)新。對(duì)大品種高分子材料的合成而言，21世紀(jì)初，起碼是今后10年左右，metallocene催化劑，特別是后過渡金屬催化劑將會(huì)是高分子合成研究及開發(fā)的熱點(diǎn)。活性自由基聚合，由此而可能發(fā)展起來的“配位活性自由基聚合”，以及陽離子活性聚合等是應(yīng)用烯類單體合成新材料（包括功能材料）的重要途徑。對(duì)支化、高度支化或樹枝狀高分子的合成及表征，將會(huì)引起更多的重視。因?yàn)檫@類聚合物的結(jié)構(gòu)不僅對(duì)其性能有顯著的影響，而且也可能開發(fā)出許多新的功能材料。
高分子化學(xué)的創(chuàng)新研究
高分子化學(xué)作為材料科學(xué)的一個(gè)支撐學(xué)科，其發(fā)展事實(shí)已經(jīng)表明，化學(xué)方法制造出來的聚合物，當(dāng)其作為高分子材料使用時(shí)，其作用和功能的發(fā)揮，不只是單靠由化學(xué)合成決定的一級(jí)結(jié)構(gòu)，即分子鏈的化學(xué)結(jié)構(gòu)，還要靠其高級(jí)層次上的結(jié)構(gòu)，即靠高分子聚集體中由物理方法得到的、非化學(xué)成鍵的分子鏈間的相互作用的支撐和協(xié)調(diào)。有的時(shí)候這種高分子聚集體和這些高級(jí)結(jié)構(gòu)，如相態(tài)結(jié)構(gòu)和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，對(duì)高分子材料、尤其是高分子功能材料的影響更為明顯。這種物理方法得到的非化學(xué)成鍵的、分子鏈間的相互作用的形成，可以通過所謂的物理合成或物理組合的方法來實(shí)現(xiàn)，即用物理方法將一堆分子鏈依靠非化學(xué)成鍵的物理相互作用，聯(lián)系在一起成為具有特定結(jié)構(gòu)，如超分子結(jié)構(gòu)的高分子聚集體，從而顯示出特定的性質(zhì)。因此21世紀(jì)的高分子化學(xué)除了制造和研究一個(gè)分子鏈，還應(yīng)包括制造和研究“一堆”分子鏈，在化學(xué)合成之外包括物理合成，在分子層次的研究之外還要有分子以上層次的研究。
因而以精確設(shè)計(jì)和精確操作為基本思路來發(fā)展和完善化學(xué)和物理的這種結(jié)合，也是21世紀(jì)的高分子化學(xué)研究，尤其是高分子材料研究中一種值得注意的方向。
高分子材料的納米化
現(xiàn)有的高分子化學(xué)反應(yīng)中原子重新排列鍵合的反應(yīng)空間一般都較原子尺寸大得多，因此化學(xué)反應(yīng)是在一非受限空間進(jìn)行的。如果在一有限空間或環(huán)境中，如納米量級(jí)的片層中，小分子單體因?yàn)榕c片層分子的物理相互作用而被迫在此受限空間中進(jìn)行某種方式和程度的排列，然后再發(fā)生單體的聚合時(shí)，聚合產(chǎn)物的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)既不可能是受限空間的完全復(fù)制，又不同于自由空間中得到的情況。我們從這種受限空間的聚合反應(yīng)也許可以提出高分子納米化學(xué)的概念。化學(xué)的制備對(duì)象從來都是納米量級(jí)的原子或分子，但由于其方法不夠精細(xì)，不能在納米尺度上實(shí)現(xiàn)原子或分子的有目的的精確操縱，因此即使目前可以做到分子的精確設(shè)計(jì)也較難實(shí)現(xiàn)，從而使得化學(xué)合成給人以粗放的感覺。高分子的納米化學(xué)，就是要按照精確的分子設(shè)計(jì)，在納米尺度上規(guī)劃分子鏈中的原子間的相對(duì)位置和結(jié)合方式，以及分子鏈間的相互位置和排列，通過納米尺度上操縱原子、分子或分子鏈，完成精確操作，實(shí)現(xiàn)納米量級(jí)上的高分子各級(jí)結(jié)構(gòu)的精確定位。從而精確調(diào)控所得到的高分子材料的性質(zhì)和功能。高分子納米化學(xué)的目的就是實(shí)現(xiàn)高分子材料的納米化。
高分子材料的納米化可以依賴于高分子的納米合成，這既包括分子層次上的化學(xué)方法，也包括分子以上層次的物理方法。利用外場(chǎng)包括溫度場(chǎng)、溶劑場(chǎng)、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、力場(chǎng)和微重力場(chǎng)等的作用，在一確定的空間或環(huán)境中像搬運(yùn)積木塊一樣移動(dòng)分子，采用自組裝、自組合或自合成等方法，靠分子間的相互作用，構(gòu)建具有特殊結(jié)構(gòu)形態(tài)的分子聚集體。如果再在這種分子聚集體中引發(fā)化學(xué)成鍵，則能得到具有高度準(zhǔn)確的多級(jí)結(jié)構(gòu)的高分子。通過這種精確操作的高分子合成，可以準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)高分子的分子設(shè)計(jì)。
高分子材料的納米化還可以通過成型加工的方式得以實(shí)現(xiàn)，即在成型加工過程中控制高分子熔體的流動(dòng)，調(diào)節(jié)高分子的結(jié)構(gòu)形態(tài)從而控制使用性質(zhì)。高分子材料的納米化研究不僅應(yīng)包括納米化制備方法，還不應(yīng)忽略高分子材料的納米結(jié)構(gòu)的觀察和納米性質(zhì)的測(cè)量。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)和性能決定材料的使用價(jià)值。而高分子材料的納米化的結(jié)果，是使得表面層上和界面層上的結(jié)構(gòu)和性能表現(xiàn)出特異性，這部分也是由于在表面和界面的尺寸限制下，高分子材料的相結(jié)構(gòu)和形態(tài)發(fā)生突變所致。因此需要開展表面層上和界面層上的相結(jié)構(gòu)、相行為及分子鏈動(dòng)力學(xué)的研究，建立相應(yīng)受限條件下的高分子材料的構(gòu)效關(guān)系。采用的研究方法中，計(jì)算模擬和掃描探針技術(shù)等都是十分有用的。
智能材料中的高分子化學(xué)
如果說20世紀(jì)的人類社會(huì)文明的標(biāo)志是合成材料，那么下個(gè)世紀(jì)將會(huì)是智能材料的時(shí)代。在這個(gè)智能材料的時(shí)代，高分子化學(xué)同樣承擔(dān)著不可替代的作用。智能材料是材料的作用和功能可隨外界條件的變化而有意識(shí)的調(diào)節(jié)、修飾和修復(fù)。已經(jīng)知道高分子具有軟物質(zhì)的最典型的特征，即易于對(duì)外場(chǎng)作出響應(yīng)。軟物質(zhì)（soft matter）是指易于發(fā)生變形的那類物質(zhì)。軟物質(zhì)不僅在一般的剪切作用下可發(fā)生畸變和流動(dòng)，而且小的熱漲落也會(huì)對(duì)其性質(zhì)帶來重要的影響。軟物質(zhì)包括高分子、生物大分子、液晶、膠體及乳膠和微乳膠這類兩親物質(zhì)等。軟物質(zhì)在物質(zhì)科學(xué)的研究中被越來越多的提及，產(chǎn)生了研究軟物質(zhì)的專門學(xué)科———軟物理（soft physics）。軟物質(zhì)可以用來研究凝聚態(tài)物理學(xué)中的一些核心問題，如對(duì)稱性（symmetry）、低能量激發(fā)（low－ener- gy excitation）和拓?fù)淙毕荩╰opological defects）之間的聯(lián)系。軟物質(zhì)研究的另一方面的意義是軟物質(zhì)的應(yīng)用。前面提及的軟物質(zhì)所包括的那些物質(zhì)，實(shí)際都是有著明顯的使用價(jià)值。也許正是因?yàn)槿绱耍罱殖霈F(xiàn)了材料科學(xué)變軟的提法。軟物質(zhì)的研究雖然目前主要還是在凝聚態(tài)物理的學(xué)術(shù)圈中進(jìn)行，但其研究領(lǐng)域則涉及數(shù)學(xué)、化學(xué)、化工、材料、生物及其交叉學(xué)科，被認(rèn)為是下個(gè)世紀(jì)物質(zhì)科學(xué)及其相關(guān)學(xué)科中的重點(diǎn)研究內(nèi)容之一。因此在高分子化學(xué)的研究中，引進(jìn)軟物質(zhì)的概念，利用外場(chǎng)的變化構(gòu)建高分子材料的特殊結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)外場(chǎng)作用下高分子材料的作用和功能的實(shí)時(shí)調(diào)制，應(yīng)是高分子智能材料研究的重要內(nèi)容。
廣義上的智能材料也應(yīng)包括生命材料。由于生物大分子和合成高分子都屬于軟物質(zhì)，因此軟物質(zhì)科學(xué)的研究也有助于高分子生命材料的研究，雖然目前合成高分子也能模仿蛋白質(zhì)分子的自組裝，但卻沒有蛋白質(zhì)分子那樣的生命活性。這是因?yàn)楹铣筛叻肿拥姆肿渔溔鄙俅_定的序列結(jié)構(gòu)，不能形成特定的鏈折疊。如果在合成高分子膜的表面附著上蛋白質(zhì)分子或有特定序列結(jié)構(gòu)的合成高分子，研究這些表面分子折疊的方法、規(guī)律、結(jié)構(gòu)和活性，形成具有生命活性功能，比如排斥和識(shí)別功能的軟有序結(jié)構(gòu)，再通過化學(xué)環(huán)境、溫度和應(yīng)力等外場(chǎng)來調(diào)節(jié)這些軟有序結(jié)構(gòu)，從而控制外界信號(hào)向合成膜內(nèi)的傳遞，實(shí)現(xiàn)生物活性的形成和調(diào)控，嘗試合成高分子生命材料。
高分子化學(xué)對(duì)資源的依賴
化學(xué)是制造和研究物質(zhì)的科學(xué)。調(diào)節(jié)原子和分子在物質(zhì)中的組合配置，控制物質(zhì)的微觀性質(zhì)、宏觀性質(zhì)和表面性質(zhì)，就可能使某種物質(zhì)滿足某種使用要求，因而這種物質(zhì)就能作為材料來使用。因此材料的制備對(duì)資源的依賴性和材料的使用與環(huán)境的協(xié)調(diào)性，就成為化學(xué)研究中一個(gè)獨(dú)特而又十分重要的方面。當(dāng)代高分子合成材料依賴于石油這種化石資源。由于石油的生成是一個(gè)漫長的地質(zhì)過程，同時(shí)石油又是當(dāng)代人類社會(huì)的主要能源，石油資源正日益減少而又無法及時(shí)再生，因此尋找可以替代石油的其它資源，則成為21世紀(jì)的高分子化學(xué)研究中的一個(gè)迫切需要解決的問題。其解決的途徑可以是天然高分子的利用，也應(yīng)包括合成無機(jī)高分子的探索。
21世紀(jì)利用源于植物的高分子，顯然不同于上個(gè)世紀(jì)對(duì)天然高分子的簡單使用。結(jié)合基因工程的方法，促使植物產(chǎn)生出更多的可直接使用的天然高分子，或可供化學(xué)合成用的高分子單體。采用生物催化劑或菌種，將天然的植物原料，如淀粉、木質(zhì)素和纖維素等，合成為與有機(jī)高分子相似的結(jié)構(gòu)或性質(zhì)更優(yōu)異的高分子。這些由植物資源獲得的高分子，不僅擴(kuò)大了合成高分子的原料來源，而且得到的合成高分子還具有環(huán)境友好的特征，可以是生物降解的，可以是焚燒無害的，可以是循環(huán)再生的。目前來源于石油資源的合成高分子，其主鏈上的原子以碳為主兼有少量氮、氧等原子，因而稱為有機(jī)高分子。無機(jī)高分子則泛指主鏈原子是除碳以外的其它原子。按元素性質(zhì)判斷約有四五十種元素可以形成長鏈分子。目前報(bào)道的有全硅主鏈、磷和氮主鏈、硅氧及硅碳主鏈、全鎵和全錫主鏈，硫磷氮和硫碳主鏈、含硼主鏈、以及含過渡金屬主鏈的無機(jī)高分子。其中主鏈全部是硅原子且具有有機(jī)側(cè)鏈的聚硅烷應(yīng)是值得注意的一種無機(jī)高分子。這既是由于硅是地球上儲(chǔ)量最豐富的元素，又是因?yàn)榫酃柰榧瓤捎米鹘Y(jié)構(gòu)材料又可用作功能材料。無機(jī)高分子的研究充分體現(xiàn)出了單體分子的選擇和化學(xué)反應(yīng)的控制，是如何決定高分子材料的性能和功能的。
高分子化學(xué)的可持續(xù)發(fā)展
研究高分子合成材料的環(huán)境同化，增加循環(huán)使用和再生使用，減少對(duì)環(huán)境的污染乃至用高分子合成材料治理環(huán)境污染，也是21世紀(jì)中高分子材料能否得到長足發(fā)展的關(guān)鍵問題之一。比如利用植物或微生物進(jìn)行有實(shí)用價(jià)值的高分子的合成，在環(huán)境友好的水或二氧化碳等化學(xué)介質(zhì)中進(jìn)行化學(xué)合成，探索用前面提到的化學(xué)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(tài)的相互作用，達(dá)到高分子材料與生態(tài)環(huán)境的和諧等。顯然這些都是屬于21世紀(jì)應(yīng)當(dāng)開展的綠色化學(xué)過程和材料的研究范疇。
高分子化學(xué)的發(fā)展方向
材料是人類社會(huì)文明發(fā)展階段的標(biāo)志。當(dāng)代材料研究具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：傳統(tǒng)材料（鋼鐵、陶瓷和有機(jī)高分子）之間的界限變得越來越模糊而融合變得更明顯，如無機(jī)高分子和有機(jī)／無機(jī)雜化材料的應(yīng)用等；通用材料與功能材料之間的相互滲透變得越來越明顯，更多的通用材料包括結(jié)構(gòu)材料會(huì)同時(shí)具有某些功能特性，而功能材料也會(huì)顯現(xiàn)通用材料的性能；材料中原子和分子組合配置的精確設(shè)計(jì)和精確制備，及納米尺度上結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的觀察和測(cè)量變得更重要，如化學(xué)制備智能材料、生命材料和單分子器件等；材料的傳統(tǒng)研究方法與當(dāng)代信息社會(huì)提供的新技術(shù)的結(jié)合變得更必要，如計(jì)算材料科學(xué)等。這些研究表明，當(dāng)代化學(xué)家們正在迎接著以智能材料及生命材料為時(shí)代文明特征的21世紀(jì)的到來。
材料的發(fā)展是與人類社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人類與自然界間的協(xié)調(diào)和資源的利用以及人類自身的存在和發(fā)展同步進(jìn)行的。因此支撐材料發(fā)展的相關(guān)科學(xué)如化學(xué)的發(fā)展，不僅關(guān)系到材料的創(chuàng)新和發(fā)展，還影響到受材料支撐的國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的其它領(lǐng)域，如農(nóng)業(yè)、能源、信息、環(huán)境及人口與健康等的進(jìn)步與發(fā)展。