2005年塑料新材料、新技术发展概况

王德禧

（中国科学院化学研究所，北京，100080）

摘要：进入21世纪，伴随着纳米科技的发展，塑料产业迎来了又一个春天，纳米材料独特的表面界面效应; 小尺寸效应及量子尺寸效应和聚合物密度小, 耐腐蚀、易加工等优良特性有机的结合，形成了一类新型功能高分子材料。据美国 BRG Townsend 咨询公司的调研报告介绍：2001年全球塑料添加剂消费总量约798.4万吨，总产值达146亿美元，其中功能型助剂约占80％，足以说明功能高分子材料在塑料产业中的重要地位。新材料、新技术的不断涌现既是推动塑料产业持续发展的动力，又象一块磁石在吸引着企业家的眼球，是他们寻求新的投资方向的风向标。下面例举的是2005年国外杂志陆续发表的塑料新材料、新技术的应用实例，分为纳米技术与功能高分子材料及塑料新材料、新技术两个栏目介绍给大家，以供参考。

一、纳米技术与功能高分子材料

1. 2005年关键纳米技术及问题

《技术评论》摘取了5项在2005年中的纳米技术与材料科学方面最重要的先进技术，以及存在的主要问题——其将决定整个领域的未来。
从太阳中吸取能量

油价的提升和全球变暖的恐惧重新点燃了可替代能源的寻找工作。虽然《技术评论》不断在报道使用核能作为清洁能源的接受度正在增加，但同时也关注到一些领先的纳米技术将为更实用的太阳能利用铺平道路。Konarka of Lowell推出“roll-to-roll”solar cell technology，就是以含纳米粒子的薄膜制造。且其制造的电池与传统电池效能也不同，它们是用更便宜的工艺制作的。低价且电池的灵活性，使太阳能可在更多场合使用，包括建筑窗户和帐篷、手提包的纤维等。另外，还有利用纳米线获取太阳能的报道，这将比廉价电池的效率更高。
锂经济

轻质锂电池不适宜聚集在一起用于高能场合，例如无电线钻井和混合汽车。现在，由于计算机模型可确定有希望的新型电池材料，所以今年我们看到了锂离子电池堆用于无电工具，在2006年，其将带来更多应用，并朝着更轻、更强有力的混合汽车前进。此外，锂电池由于不存在氢的供给问题，在未来的汽车工业中将与燃料电池有着激烈竞争。
自组装设备

纳米技术的梦想是“一罐”合成：组合原始材料，混合，加热，以及纳米部件的工作设备。由于今天的半导体工业中的高温反应，这样的合成不需要更多的能源。还能减少有害溶剂使用，和有废材料的产生。同时，还比较廉价。MIT的Angela Belcher直接进化病毒并发酵，使自组装成为可能。另外，也有希望使用硅藻属作为纳米设备的模板的报道。在2005年12月/2006年1月的技术评论杂志上，还有使用纳米机械组装单分子存储设备的报道。
纳米医药

今年在灵敏纳米传感器方面具有突破，纳米传感器能够使疾病还能被治疗的初期就被检测出来。哈佛化学教授Charles Lieber和Xiaowei Zhuang描述了纳米线能用于检测单滤过性病毒粒子。这种检测器可几乎在一次检测中立刻筛选出100种不同病毒。
纳米传感器还能发现早期癌症，比现有的测试更精确。高灵敏度意味着只需要一小滴血样本，只相当于糖尿病人戳指检测葡萄糖水平的量。无论是快速确定其治疗的需要还是放松病人的精神，这种测试对于具有家族病史的人来说，可以认为是无价的新方法。而且这种测试本身非常便宜，并可以在药店柜台买到，方便使用。
纳米级粒子可作为癌症检测、成像、靶向和个性化处理的核心传输设备。其还具有潜在的转换癌治疗，杀死癌细胞，同时消除常规化学疗法和放射疗法的副作用。Michigan大学的James Baker教授已发展了一种传输系统，将于明年进行人体试验。
通用存储器

当自组装能转变计算机生产时，早期应用将是新的纳米粒子和现存制造工艺相结合的混合方法。这条工艺路径是由Nantero——一家制造所谓通用存储器的公司——所进行的。这种型号的计算机存储器不需要连续能源，也能存储信息，类似于数码相机的闪卡，同时存储快速，就像PC里的存储器。Nantero技术将纳米管结合进传统半导体制造工艺中。实际产品将于2006年问世。
纳米和环境

纳米技术跨越了技术障碍，但最终它的成功与否还取决于是否能被消费者接受。这就是说要使公众确信纳米材料是安全的。使纳米科技如此吸引人的地方在于：在纳米级上出现的新性质和巧妙改进这种性质的能力，而带来的结果是如果消除这种新物质对环境、包括人体带来的影响。今年，纳米材料对环境和健康的作用已有了更大程度的研究。许多纳米科技支持者认为，来年将是展示研究者和工业认真考虑安全问题机会的临界期，也将是发现和处理现存问题的时间。然而，无论2006年是否继续增加相关机构、公司和资金，这种忽视仍将是一个公开的问题。

网上信息 2006.01.26

2. 我国发布纳米材料国家标准

2月28日，国家质检总局和国家标准委联合发布了7项纳米材料国家标准，这是世界上首次以国家标准形式发布的纳米材料标准。7项标准将于2005年4月1日起实施。
　　7项标准分别是：《纳米材料术语》（GB/T19619-2004）、《纳米粉末粒度分布的测定X射线小角散射法》（GB/T13221-2004）、《气体吸附BET法测定固态物质比表面积》（GB/T19587-2004）、《纳米镍粉》（GB/T19588-2004）、《纳米氧化锌》（GB/T19589-2004）、《超微细碳酸钙》（GB/T19590-2004）和《纳米二氧化钛》（GB/T19591-2004）。

网上信息 2005.03.20

3. 院士评出2004年中国十大科技进展新闻之六——纳米“超级开关”材料研制成功

中科院化学研究所江雷研究员领导的研究小组成功地通过调节“光”和“温度”实现了纳米结构表面材料超疏水与超亲水之间的可逆转变，制备出超疏水／超亲水“开关”材料，在功能纳米界面材料研究领域取得了重要进展。其论文分别在《美国化学会志》、德国《应用化学》发表后，得到英国《自然》和美国《科学》杂志的高度评价。这两项研究成果将可能应用于基因传输、无损失液体输送、微流体、生物芯片、药物缓释等领域，具有极为广阔的应用前景。

疏水性和亲水性是固体材料表面所具有的两种重要的特性。通常人们穿着的服装是亲水的，很容易被水湿透（不疏水）；而塑料布等就是疏水的，不能被水透过（不亲水）。如果现在用温度调控的超疏水／超亲水“开关”材料制作服装，那么，夏天温度高时衣服是亲水的，亲水吸汗就不会感到太热；冬天温度低时衣服就变成疏水的，防寒又保暖。

《科学时报》2005-01-14

4. 日本开发出新型纳米开关

日本物质材料研究机构的研究人员新开发出一种纳米开关，利用原子受电压控制后产生的排列形状变化达到开关电流的目的。这一成果发表在新一期的《自然》杂志上。

研究人员在实验中首先将硫化银电极和白金电极之间的间隔定为１纳米左右。之后，在加上电压的状态下，硫化银电极的10个银原子排列产生变化，构成一个“微小的突起”得以伸长并连接上白金电极；撤掉电压后银原子的“突起”状排列消失，保持与白金电极断开的状态。

据悉，这种纳米开关消耗的电力只有半导体元件的百万分之一。此外，通过改变传统开关的结构还有望开发出更加轻小的新型便携装置，把计算机、数码相机、电视机等各种功能集中在一起。专家认为，结合现在的半导体技术，这一成果可用于制造新型存储器等许多域，产品有望在10年内面市。

《科学时报》2005-01-10

5. 自组装型分子光开关

Tobin Marks和同事在2005年1月出版的《自然一材料学》上报告说，他们研制的一种有机分子薄膜开关可提供一种简单、廉价的方法，让信息在光纤网络中传播，而所需时间只是以前时间的一小部分。

研究人员说，这种利用电子和光学性能自组装的薄膜能够通过开关控制光信号在不同的通道中的传播，消除了通常情况下首先要将光信号转换为电信号的瓶颈障碍，因此大大降低了信号传输的时间。到目前为止，绝大多数“电-光材料”的研究都集中在像铌酸锂这样的无机晶体上，主要原因是这类材料的折射率会在外加电场的作用下发生变化，但这类材料价格昂贵而且很难与相关技术集成。相反，由Marks等人开发的有机材料能够在低温下在任何底垫上生长，且成本低廉，从而让它们很容易与光波导和其它设备结构集成。

《自然·材料学》2005.01