高分子：微觀世界的“巨人”

趙芳

生活中，人們的衣食住行樣樣都離不開高分子化合物。我們吃的米、面、水果、蔬菜、魚、肉；穿的棉、麻、絲、毛等都是天然高分子化合物，而用的合成塑料、合成橡膠、合成纖維則都是人工合成的高分子化合物。

高分子的特點是個頭大，每個分子由幾萬、幾十萬個原子組成，分子量可達幾千、幾萬甚至幾百萬。而一般的低分子化合物，如水、鹽、酒精等，分子量卻不過幾十、幾百。怪不得人們稱高分子化合物是微觀世界的“巨人”呢！

相比于低分子，高分子的結(jié)構(gòu)要復(fù)雜得多。它們由許許多多結(jié)構(gòu)相同的所謂“單體”構(gòu)成。這些“單體”手拉手地連接在一起，形成一條蜷曲的長鏈，有的長鏈之間連著短鏈，有的還有支鏈。

總之，這些分子“巨人”體態(tài)苗條，彼此糾纏在一起，吸引力大，不易分開，即使加熱也不會一下子變成液體，所以具有較好的彈性、塑性和強度。

但是，化學家們還不滿足，他們甚至干涉高分子的“內(nèi)政”：或改變鏈的結(jié)構(gòu)形式，或在鏈上加幾個特殊的“基團”，結(jié)果新的高分子就具備了耐高溫、抗低溫、耐腐蝕、抗氧化以及電、磁、光、生理、催化等一系列特殊的新功能。

現(xiàn)在，這類特種高分子已被應(yīng)用到國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，在各項尖端技術(shù)中扮演著重要角色。

人造衛(wèi)星圍繞地球飛行時，面對太陽的一面溫度很高，背向太陽的一面溫度很低，怎樣才能保證不因溫度過高或過低而影響衛(wèi)星內(nèi)部儀器的工作呢？科學家們想到了一個好辦法，即依靠一種特種高分子來幫忙，用它做成“溫控涂料”涂在衛(wèi)星表面。

當衛(wèi)星面向太陽時，高分子涂料可以助其散發(fā)熱量，背對太陽時還能起到絕熱保溫作用，這樣就能保證衛(wèi)星儀器的正常工作，使其源源不斷地為人們收集和提供情報。

此外，導(dǎo)彈、飛船重返大氣層時也碰到了難題：當飛行速度高達音速的20倍時，空氣的劇烈摩擦可使導(dǎo)彈、飛船表面的溫度升高到5000℃以上。要知道普通鋼溫度達1000多度就會熔化成液體，合金鋼最多只能耐2000℃的溫度，用什么材料來做它們的保護層和隔熱罩呢？

科學家們找到了一種高分子燒蝕材料，將它涂在導(dǎo)彈、飛船的表面，當它燃燒汽化成小分子時會帶走大量的熱，盡管外面烈火熊熊，里面卻安然無恙，這就起到了保護層和隔熱罩的作用。

電子工業(yè)已經(jīng)進入了黃金時代，幾乎沒有一樣現(xiàn)代科學和工業(yè)技術(shù)少得了它。

但是，當我們津津樂道電子工業(yè)的赫赫戰(zhàn)果時，卻不能忘掉高分子在此領(lǐng)域立下的汗馬功勞。

作為絕緣材料，高分子的獨到之處是具有良好的高頻和超高頻絕緣性能，陶瓷、云母之類都遠遠趕不上它?，F(xiàn)代電子技術(shù)中的遙控、遙測、雷達、衛(wèi)星通訊等都要用到頻率極高的微波，所以也就少不了優(yōu)質(zhì)的高頻、超高頻絕緣材料?？梢哉f，沒有高分子材料就沒有現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展。

如今，現(xiàn)代電子技術(shù)正朝小型化、集成化的方向發(fā)展。最早的真空管電子計算機全部電路有30噸重，現(xiàn)在可以集中在一個長寬各為4毫米的硅片上！

怎樣才能使一塊小小的硅片容納那么多的電子元件呢？辦法之一是請高分子材料——聚酰亞胺來幫忙。在聚酰亞胺薄膜上先蒸一層含有少量銦的硅，再蒸一層含有少量銻的硅，這樣就可以在一塊小片里做出幾百個晶體管。把這些帶有晶體管的聚酰亞胺重疊起來，中間用薄膜絕緣，就可以在一個火柴盒大小的體積里容納下10萬個晶體管。

有了極微小的晶體管，還需要有極精細的電路。制作精細電路也得依靠一種特種高分子，它的名字叫作“光敏抗蝕劑”或者“光刻膠”。這種高分子材料跟相機底片一樣能感光，在光的照射下，會發(fā)生化學變化。

利用這個原理，我們就可以在1毫米長的光敏抗蝕劑上刻出1000個條紋。數(shù)以百計的電路就是這樣制作出來的。

多功能的高分子材料還是醫(yī)生的助手、患者的朋友。

人們常常把心臟比作泵，它為全身的血液循環(huán)提供動力。泵上有閥門，瓣膜就是心臟的閥門，如果心臟瓣膜出了毛病，就像泵的閥門打不開或者漏了氣一樣，馬上會出現(xiàn)心悸、氣促等癥狀，嚴重時甚至致人喪命。

能不能用人造的瓣膜把病變的瓣膜換下來？要做到這一點可不容易，且不說手術(shù)和制作技術(shù)上有多大困難，光是制作瓣膜的材料就很不好找：不能有毒，不能產(chǎn)生凝血現(xiàn)象，不能同血液發(fā)生化學反應(yīng)，還必須具有很強的抗疲勞能力。一個人的心臟每分鐘要跳動七八十次，10年要跳動4億次左右，這就要求制作瓣膜的材料必須具有很好的曲撓強度，才能經(jīng)得起血液的億萬次沖擊。

只有某些特種高分子材料才能滿足這些要求，我國已經(jīng)用它們制成了人工心臟瓣膜，給心臟瓣膜病患者帶來了福音。

瓣膜只是心臟的一個零件，現(xiàn)在用特種高分子來制造完整心臟也已初步研制成功。國外有一頭植入人工心臟的小牛，已經(jīng)安全地存活了半年多。不久前，中國一頭植入人工心臟的羊也在存活了61天后與公眾見面。相信用不了多久，高分子制造的人工心臟就會在許多醫(yī)院里使用。

制造人工肺的材料也是一種具有選擇透過性能的高分子。比如把硅橡膠做成極細的毛細管，安置在換熱器式的圓筒里，血液在毛細管外通過，氧氣從毛細管內(nèi)進入，通過毛細管壁到達血液，而血液里的二氧化碳則進入毛細管被氣流帶走，這樣就能起到與肺的呼吸作用一樣的效果。

現(xiàn)在科學家已經(jīng)用高分子材料做成了人工腎、人工喉、人工血管、人工頭蓋骨、人工關(guān)節(jié)、人工尿道、人工皮膚等等，應(yīng)用范圍擴大到人體的各方面。高分子材料與醫(yī)學結(jié)下了不解之緣，用高分子人工臟器代替損壞了的臟器，將會大大延長人類的壽命。