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zrh2505177銀蟲 (正式寫手)
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[交流]
【專題】創(chuàng)新賦予塑料美好未來 已有2人參與
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設(shè)想一下這樣一個(gè)未來：人們穿著自清潔的衣服，在起居室的墻上畫出反映世界景象的圖畫，利用溫室氣體生產(chǎn)高附加值的產(chǎn)品，設(shè)計(jì)能夠選擇性殺滅病毒和病菌的材料，外科醫(yī)生在病人體內(nèi)的血管中放置一個(gè)能活動(dòng)的變形機(jī)器等等。什么材料能夠具有以上潛在的應(yīng)用特性呢？那就是塑料。 納米塑料 納米技術(shù)將能夠把我們的生活改變多少？舉個(gè)例子：蜘蛛絲是自然界最高級的材料之一，強(qiáng)度很大，但彈性差。美國麻省理工學(xué)院的研究人員已經(jīng)研制出能夠與蜘蛛絲相媲美的彈性納米復(fù)合材料。這種納米復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域可以從耐撕裂薄膜到彈性纖維再到生物醫(yī)療設(shè)備。英國納米技術(shù)、微技術(shù)和光系統(tǒng)國際產(chǎn)業(yè)中心主任Mike Pitketly對納米粒子進(jìn)行了詳細(xì)描述，解釋了他們?yōu)楹螌{米粒子感興趣以及納米粒子是如何制備的，其中包括研制納米材料的內(nèi)在動(dòng)力。同時(shí)他還談到了市場部分以及人類健康、環(huán)境保護(hù)和倫理問題。 另一個(gè)進(jìn)入納米世界的通道是碳納米管。碳納米管的獨(dú)特結(jié)構(gòu)和性能將對多種技術(shù)產(chǎn)生巨大影響，受影響的技術(shù)領(lǐng)域從微電子到固體照明光源、有機(jī)太陽能電池再到智能纖維等。對有機(jī)光伏特電池的研究已經(jīng)可以制備出與硅電池相比的塑料太陽能電池。下部的研究重點(diǎn)將是提高塑料太陽能電池的效率和耐用性。硒化鉛和導(dǎo)電聚合物[如(2-甲氧基-5-(2′-乙基己氧基)-1, 4-對苯乙炔) (MEH-PPV) 或者聚噻吩]的量子點(diǎn)混合起來已經(jīng)使得電子工業(yè)向前發(fā)展了一大步。加拿大多倫多大學(xué)的教授Sargent采用量子點(diǎn)已經(jīng)將紅外能量轉(zhuǎn)變?yōu)橛∷⑻柲茈姵刂械碾娏鳌?br /> 美國Konarka公司的光伏發(fā)電技術(shù)很具新穎性。利用該技術(shù)，可以將可見光以及不可見光轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鳌Ｔ摷夹g(shù)是基于將染料敏化的光伏材料（納米尺寸的吸光型二氧化硅）冷燒結(jié)到塑料上。目前， Evident公司的專利產(chǎn)品半導(dǎo)體納米水晶 EviDots 在整個(gè)太陽光譜中都有活性。Evident公司正將其EviDots與Konarka公司的導(dǎo)電聚合物相結(jié)合研制超高性能太陽能電池（混合太陽能電池）。這種太陽能電池的容量比目前最好的硅電池還要大。量子點(diǎn)電力塑料可以用于節(jié)能、通訊和軍事等領(lǐng)域。Kamat教授研究小組采用單壁碳納米管作為納米導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)分散在二氧化鈦納米粒子中，這極大地提高了兩相的光電轉(zhuǎn)換效率。 此外，加利福尼亞大學(xué)與洛杉磯大學(xué)的科學(xué)家和Nanomix公司的研究人員另辟蹊徑，將碳納米管電晶體和聚合物制備出能夠測試環(huán)境大氣和人呼吸氣體中的二氧化碳的濃度。這項(xiàng)科技將最先應(yīng)用在醫(yī)療中，讓醫(yī)療急救人員在救護(hù)車上能立即判斷用于穩(wěn)定病患的呼吸管是否有發(fā)揮作用�；谔技{米管復(fù)合材料的壓敏膠粘劑也被用于電子包裝和顯示器組裝等領(lǐng)域。 創(chuàng)新聚合物 除了納米聚合物之外，還有許多塑料新產(chǎn)品可能在不久的將來實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)。荷蘭Polymer Vision 公司于2007年從飛利浦公司獨(dú)立出來，已經(jīng)完成了柔性顯示器的研發(fā)工作，并與意大利電信公司達(dá)成協(xié)議，共同開發(fā)用于手機(jī)的可卷曲屏幕。這種新型的顯示器是基于聚合物半導(dǎo)體材料的柔性開發(fā)出來的。從美國伊利諾斯州大學(xué)獨(dú)立出來的Semprius公司已經(jīng)開發(fā)出兩步工藝法制備大規(guī)模高性能電子電路。這種電子電路可用于薄塑料膜表面。 化石燃料是碳的一個(gè)重要來源。從生物可再生資源到化工中間體再到聚合物的新工藝路線正在成為節(jié)約能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的一個(gè)組成部分。美國威斯康星州大學(xué)的研究人員已經(jīng)成功地將多糖的玉米轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N聚合物前軀體5-羥甲基-2-糠醛(5-HMF)，并將之作為石化基材料的替代品用于許多塑料中。美國康奈爾大學(xué)的研究者研制出一種先進(jìn)的鋅基催化劑。該催化劑能夠?qū)⒍趸己蜋幟氏┭趸锞酆铣删蹤幟视途妓狨�。該聚合物屬于嵌段聚合物，具有聚苯乙烯的許多特性。通過使用糖和維生素C可以降低銅催化劑的使用量，從而是催化劑系統(tǒng)更具環(huán)保性。在新英格蘭州梅西大學(xué)的環(huán)境技術(shù)與工程研究中心，研究人員正在對牛奶發(fā)酵過程中瞬態(tài)進(jìn)行研究，以期找到生產(chǎn)高效生物塑料的新途徑。 目前，許多對生物塑料的討論都與玉米有關(guān)。但研究人員正在探索細(xì)菌的工作原理和利用其基因秘密。在許多微生物中，普遍有一種儲能材料——聚羥基丁酸酯(PHB) 。這些微生物包括：產(chǎn)堿桿菌、枯草桿菌、諾卡氏菌, 銅綠假單胞菌和大豆根瘤菌。 PHB屬于聚羥基烷酸酯（PHA）中的一種，PHA是聚酯中的一大類。PHA的物理特性與聚丙烯（PP）相當(dāng)，兩者的差異是PP的降解性差，而PHA則完全降解。 PHA生產(chǎn)商通過改變原料已經(jīng)極大地改變了PHA的特性。例如，當(dāng)真養(yǎng)雷氏菌用氧氣或者二氧化碳喂養(yǎng)時(shí)，可以產(chǎn)出PHA。諸如Metabolix、Keneka、Biomatera和Biomer等公司都在積極地通過利用不同的微生物宿主、喂養(yǎng)方式和共進(jìn)料目標(biāo)單體來生產(chǎn)不同等級的PHA。最近，細(xì)菌的兩條染色體已經(jīng)被排列出來，并且確認(rèn)有50個(gè)基因與生產(chǎn)PHA有關(guān)。 來自美國斯坦福大學(xué)和德國一所研究院以及GE的研究人員利用聚合物的溶脹特性研制出一種新型的名為“Duoptix”的水凝膠，可以吸附相當(dāng)于本身80%質(zhì)量的水分。這種水凝膠是透明的，而且營養(yǎng)物質(zhì)可以滲透過去，這就使得Duoptix水凝膠可以用于制備人工角膜，以幫助盲人復(fù)明。Duoptix水凝膠的其他類似應(yīng)用正在開發(fā)之中。 科學(xué)家正在利用聚合物作為科學(xué)創(chuàng)新的建構(gòu)性基礎(chǔ)。當(dāng)細(xì)針等的表面涂覆上聚合物時(shí)，它們就可以將病毒或者微生物液膜戳破并將病毒和微生物破壞掉。 在聚合物基質(zhì)上創(chuàng)建有條理的堅(jiān)硬表面皺紋對多種應(yīng)用領(lǐng)域（如生物傳感器和光纖衍射光柵）是十分重要的。有一個(gè)科學(xué)家小組正在研究將離子涂覆在聚二甲基矽氧烷（PDMS）平整的表面之上。另一組科學(xué)家則在努力開發(fā)通過控制聚合物薄膜表面的拓?fù)鋱D來阻止其褶皺的方法。自從首次公開原子自由轉(zhuǎn)移聚合以來，該技術(shù)已經(jīng)成為極為活躍的研究領(lǐng)域。原子自由轉(zhuǎn)移聚合的好處在于可以將多個(gè)單體通過化學(xué)合成的方法制備特種聚合物。因此，科研人員可以采用該技術(shù)制備出表面一邊硬一邊軟的的材料。 未來塑料的潛力 在納米技術(shù)領(lǐng)域，碳納米管基聚合材料將開創(chuàng)屬于自己的時(shí)代。研究重點(diǎn)仍然是在保證人類健康和環(huán)境安全的前提下的特殊應(yīng)用和碳納米管的商業(yè)化生產(chǎn)。碳納米管技術(shù)將于硅基技術(shù)展開激烈競爭。研究人員將致力于開發(fā)更高效率地利用清潔、無窮無盡的太陽能的技術(shù)。柔性光伏電池將能夠利用可見光和不可見光。但面臨的挑戰(zhàn)是生產(chǎn)更大能量的電池以及大規(guī)模生產(chǎn)光伏特電池。 智能聚合物將作為刺激-響應(yīng)開關(guān)對生物工程研究產(chǎn)生巨大影響。對聚合物創(chuàng)新的注意力將逐步從石油衍生物向植物和微生物轉(zhuǎn)移。開發(fā)在嚴(yán)格環(huán)境下用于合成聚合物以及天然聚合物和生物聚合物的添加劑正成為研究人員需要解決的一大課題。 越來越多的設(shè)計(jì)工程師將利用生物材料創(chuàng)造新的產(chǎn)品。英國著名工業(yè)設(shè)計(jì)工程師Ross Lovergrove的超前的創(chuàng)新理念激勵(lì)著更多的設(shè)計(jì)工程師大膽進(jìn)行創(chuàng)新。 將聚合物應(yīng)用于航天工業(yè)也是未來創(chuàng)新領(lǐng)域。聚合物不僅僅用來制造宇航服和機(jī)器人。麻省理工大學(xué)Dubowsky教授帶領(lǐng)的研究小組正在研究如何將一群小型塑料探測器在火星表面跳躍、翻滾和彈射這些探測器將攜帶感應(yīng)器和照相機(jī)，可以與其他探測器通過局域網(wǎng)相互聯(lián)系，并將數(shù)據(jù)傳回地球。 無論今后我們?nèi)绾卫盟芰希罨镜呢?zé)任理念必須堅(jiān)守。必將保證穩(wěn)定、安全和健康的地球是人類一切活動(dòng)的前提和目的。 http://songyuchun7333.bokee.com/viewdiary.179074589.html |
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3樓2011-12-09 09:12:26
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