高分子科學的學科前沿及學科發(fā)展
（刊于“海外高分子科學新進展”一書第一章，1997年10月化工出版社出版）
胡漢杰 (國家自然科學基金委員會化學部，北京，100083)
何天白 (中國科學院長舂應用化學所，長春，130022)
一、學科背景
高分子科學自本世紀20一一30年代，做為一門獨立的學科初步形成以來，已經走過了近70年的發(fā)展歷程。70年來，高分子科學的研究內容無論在深度上、廣度上均獲得了飛速的發(fā)展。在學科領域上，由當初的僅僅是高分子化學研究，逐步發(fā)展成包括高分子化學、高分子物理、高分子工程甚至高分子生物學等分支學科的完整的學科體系；在學術內含上，由當時的僅是大分子化合物的合成研究，而擴展出大分子鏈及其聚集態(tài)結構研究、聚合物的成型及其結構控制研究、以及國民經濟各個領域所需的繁雜眾多、要求特殊的新材料研究等豐碩的研究內容；在社會影響上，由當初的僅是對新奇化合物的學術興趣，發(fā)展到當今成為高分子產業(yè)的理論基礎、推動著高分子新產業(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濟及人類日常生活的各個角落，構成了人類社會文明的重要組成部分。
回顧及分析高分子科學的發(fā)展歷史，我們可以看出，有兩個重要因素推動了高分子科學的發(fā)展。其一是人類社會及國民經濟對高分子新材料的不斷需求。例如，由于人類社會對衣著服飾不斷提出的更高要求，促進了聚酰胺、聚酯等新化合物的合成研究及合成纖維工業(yè)的產生，由于合成纖維產品質量的差異、市場競爭的需求以及新產品的換代追求，反過來又促進了聚合方法、高分子鏈結構及聚集態(tài)結構、聚合物紡絲工藝及成型理論等方面的深入工作。如此過程，推動了合纖工業(yè)發(fā)展，也導致了現在的超細纖維、納米纖維、高強度高模量特種纖維、超高分子量聚合物成纖工藝等纖維領域前沿課題的形成；其二是相關學科領域知識的交叉、滲透、融合。眾所周知，高分子化學始出于有機化學，由于對大分子化合物特殊性質的興趣，運用有機化學的知識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，物理學知識和高分子化學知識的融合，促進了高分子化合物的溶液性質、鏈結構、聚集態(tài)結構研究的深入，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和化工、機械等領域知識的融合，又逐漸形成了高分子工程，進而高分子知識又和生物學、電子學、醫(yī)學等領域知識融合，又正在逐漸形成高分子生物學、電子功能聚合物等新的研究領域。綜上所述，我們可以得出結論，正是由于高分子科學所具備的新材料背景，因此社會發(fā)展、工業(yè)發(fā)展、市場競爭等方面的需求向高分子科學的發(fā)展注入了強大的推動力，這是高分子科學發(fā)展的外部動力。另一方面，遵循科學本身的發(fā)展規(guī)律，不斷借鑒、吸收其他學科方面的新知識、新成就，用來豐富自己、壯大自己，這是高分子科學發(fā)展的內在動力。在兩種動力的推動下，高分子科學的發(fā)展是以不斷出現新的前沿領域來體現的。由于前沿領域研究工作的不斷深入、新研究成果的不斷形成、研究內容的不斷擴展，而體現出高分子科學整體上的不斷深入和飛躍。因此，在學術上注意把握高分子科學的學科前沿，深入開展研究工作并不斷開拓新的學科前沿課題，是我們高分子界學者推動高分子科學發(fā)展的歷史重任。
二、學科前沿領域
為了掌握當今高分子科學發(fā)展的學科前沿，作者對國內外高分子科學研究的課題情況做了調查分析，并邀請了一些活躍于海外的高分子界知名學者就某些前沿領域的研究情況寫了專論(見本書第2至第14章)，對當前國內外高分子科學發(fā)展的前沿領域可以歸納如下：
l、高分子化學。 在高分子化學領域，新的有用的高分子化合物的分子設計及合成，新的聚合反應及聚合方法，始終是高分子化學研究的前沿領域。在這個發(fā)展線索的帶動下，可控制反應物的空間立構及其分子量、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計及合成，高性能(耐高溫、高強度、高模量)化合物的分子設計及合成，納米粒子的合成方法，各種有機一_無機分子內雜化材料的合成，聚合物加工成型過程中的化學反應(反應加工)，聚合物材料的化學改性方法(表面改性、分子改性)以及基于分子識別，著眼于各種新功能材料探索而出現的分子有序組裝體系的設計及組裝合成方法而形成的超分子體系組裝化學等，成為了當今高分子化學的前沿領域。(本書編入了有關活性聚合、高性能化合物合成、納米粒子合成等三篇專論，請參閱本書第2、3、4章)。
2、高分子物理。 高分子鏈結構研究，聚合物的聚集態(tài)結構研究以及這種結構和高分子聚合物做為材料使用時所體現出來的性能、功能間的關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，有關高分子鏈結構(鏈構型、構象、支化度、序列結構、交聯結構等)、聚集態(tài)結構(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、新現象、新的研究方法，對聚集態(tài)本質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域。和“靜態(tài)”的結構研究相比，高分子的“動態(tài)”結構研究，諸如分子鏈運動及動力學行為、聚集態(tài)的亞穩(wěn)態(tài)結構現象及其變化規(guī)律、聚合物流體的非線性粘彈性行為等，更是近年來展現的一些前沿領域。此外，聚合物的表面、界面結構和性質研究、材料力學性質(韌性、破壞等)的分子運動依據、電子功能聚合物的分子原理、生物高分子(例多肽、多糖)的鏈結構、聚集態(tài)結構，生物高分子聚集態(tài)結構和生命現象的關系，以及難溶高分子分子量的表征研究等，也成為當今高分子物理研究的前沿領域。關于高分子科學的理論研究領域，采用新觀點、新模型、新概念對實驗現象進行理論歸納，在新概念、新理論指導下采用數學、計算機方法解決高分子科學實驗中的實際問題(例，功能高分子的分子設計、高性能材料的分子設計、實驗現象的模擬和理論解釋等)，是高分子科學理論研究領域的前沿課題。(本書編入了有關高分子亞穩(wěn)態(tài)行為、高分子序列結構研究、光散射技術、原子力顯微鏡技術等四篇專論，請參閱第5、6、7、8章)。
3、功能高分子及新技術研究。 功能高分子是高分子化學的一個重要分支，其主要研究思路是，根據國民經濟及其他學科科學發(fā)展的需求，融合高分子物理以及物理學、生命科學、電子學等有關學科的知識，通過分子設計，分子結構對功能的影響規(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，往往孕育著對國民經濟有重要作用的高、新技術雛型，因此是近些年來高分子科學最活躍的研究領域。功能高分子及有關新技術研究的前沿領域有，電子功能聚合物及信息技術研究(光、電、磁功能高分子，高分子液晶顯示技術、電致發(fā)光技術、塑料高密度電池、分子器件、非線性光學材料、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、人體組織修復材料等)，信息高分子的合成及應用技術(蛋白質、多糖及生物彈性體技術等)，各種敏感檢測材料，微小機械材料等。除去功能高分子研究之外，通用高分子的改性技術，天然高分子的利用及改性技術、聚合物生物降解材料及聚合物資源的再利用技術等，也是高分子科學研究中面臨的前沿課題。 (本書編入了有關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、分子識別聚合物等五篇專論，請參閱本書第9、lO、11、12、13章)。
4、高分子工程(聚合反應工程和聚合物成型)。 高分子工程研究高分子化合物的工業(yè)規(guī)模合成技術及聚合物成型過程中的科學一一工程問題。這個領域的前沿研究領域有，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(振動剪切塑化成型、氣輔成型、反應加工成型、特種纖維的紡制、新成纖技術等)，成型工藝過程和聚合物結構控制的關系等。高分子工程是高分子科學三個主要分支中，形成最晚的一個學科分支，而這個分支學科研究水平的高低，直接影響著高分子工業(yè)的發(fā)展。目前，這個分支學科在我國高分子科學研究中，是相對薄弱的環(huán)節(jié)，是今后需要予以加強的。(本書編入了關于聚合物熔體研究的專論，請參閱第14章)。
三、開拓未來
高分子科學經過近70年的發(fā)展，雖然已形成了完整的學科體系，然而高分子科學和其他學科相比，畢竟還很年青，還有許多科學問題等待人們去理解，也還有許多未知的學科領域等待開拓。因此，繼承前人研究成果，吸取其他學科的最新成就，奮發(fā)努力，進一步開拓高分子科學的美好未來，是歷史賦予我們當代高分子界科研人員的重任。
高分子科學的發(fā)展，依靠學科前沿領域研究工作的不斷深入和學科前沿領域的不斷更新。回顧高分子科學的發(fā)展歷程，我們可以發(fā)現，高分子科學前沿領域的產生一部分來自于工農業(yè)發(fā)展、國防需求、市場競爭等國民經濟因素對高分子新材料的需求，另_一部分來自于科學發(fā)展過程中學科之間自然而然的學科交叉、滲透而導致的學術飛躍。因此，對我國高分子科學未來的發(fā)展，我們提倡利用高分子科學和國民經濟緊密聯系的學科特點，遵循高分子學科成長的規(guī)律，一方面有意識地吸收其他學科的新知識、新成就為“我”所用，不斷發(fā)展高分子科學的新生長點，另一方面注意聯系國民經濟的實際需求，不斷開拓高分子科學新的前沿領域，促進高分子科學的學科發(fā)展。
當前高分子科學研究工作的特點是，課題的綜合性和實踐性。高分子科學中出現的一些前沿課題，涉及到的知識往往是綜合性的，常常是既有高分子化學問題也有高分子物理、高分子工程，甚至還涉及物理、生命等其他學科領域的知識。因此，無論是從對單一課題中學術問題的更好了解的角度，還是從繼續(xù)深入發(fā)展高分子科學的需要考慮，當前的高分子科學發(fā)展都需要進一步加強高分子不同分支學科的知識和學者間的融合。由于高分子科學和高分子工業(yè)有著內在的淵源，生產實踐中的難題，市場競爭的關鍵技術，往往隱藏著重要的學術問題，因此密切學術界和產業(yè)界的聯系，從生產實踐中提煉、升華學術問題是高分子科學研究工作的另一特點。這是我國高分子界廣大科研工作者應該注意的。
同樣，高分子科學的發(fā)展離不開后繼人才的培養(yǎng)。由于高分子科學研究工作的上述特點，客觀上對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、高分子物理、高分子工程三個分支領域的基礎知識，并盡可能了解一些計算機、生命科學、電子學、
物理學等領域的知識，這對將來從事高分子科學研究工作、開拓高分子科學發(fā)展的新領域是十分重要的。
綜上所述，對今后高分子科學的發(fā)展，我們提倡“產——研——教”相結合的發(fā)展模式。
參考文獻
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