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(kāi)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(diǎn)是個(gè)頭大，每個(gè)分子由幾萬(wàn)、幾十萬(wàn)個(gè)原子組成，分子量可達(dá)幾千、幾萬(wàn)甚至幾百萬(wàn)。而一般的低分子化合物，如水、鹽、酒精等，分子量卻不過(guò)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(zhǎng)鏈，有的長(zhǎng)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(kāi)，即使加熱也不會(huì)一下子變成液體，所以具有較好的彈性、塑性和強(qiáng)度。

但是，化學(xué)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(gè)特殊的“基團(tuán)”，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(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，在各項(xiàng)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(shí)，面對(duì)太陽(yáng)的一面溫度很高，背向太陽(yáng)的一面溫度很低，怎樣才能保證不因溫度過(guò)高或過(guò)低而影響衛(wèi)星內(nèi)部?jī)x器的工作呢？科學(xué)家們想到了一個(gè)好辦法，即依靠一種特種高分子來(lái)幫忙，用它做成“溫控涂料”涂在衛(wèi)星表面。

當(dāng)衛(wèi)星面向太陽(yáng)時(shí)，高分子涂料可以助其散發(fā)熱量，背對(duì)太陽(yáng)時(shí)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(bào)。

此外，導(dǎo)彈、飛船重返大氣層時(shí)也碰到了難題：當(dāng)飛行速度高達(dá)音速的20倍時(shí)，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(dá)1000多度就會(huì)熔化成液體，合金鋼最多只能耐2000℃的溫度，用什么材料來(lái)做它們的保護(hù)層和隔熱罩呢？

科學(xué)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(dāng)它燃燒汽化成小分子時(shí)會(huì)帶走大量的熱，盡管外面烈火熊熊，里面卻安然無(wú)恙，這就起到了保護(hù)層和隔熱罩的作用。

電子工業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了黃金時(shí)代，幾乎沒(méi)有一樣現(xiàn)代科學(xué)和工業(yè)技術(shù)少得了它。

但是，當(dāng)我們津津樂(lè)道電子工業(yè)的赫赫戰(zhàn)果時(shí)，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(dú)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(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上它。現(xiàn)代電子技術(shù)中的遙控、遙測(cè)、雷達(dá)、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。可以說(shuō)，沒(méi)有高分子材料就沒(méi)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(jì)算機(jī)全部電路有30噸重，現(xiàn)在可以集中在一個(gè)長(zhǎng)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(qǐng)高分子材料——聚酰亞胺來(lái)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(gè)晶體管。把這些帶有晶體管的聚酰亞胺重疊起來(lái)，中間用薄膜絕緣，就可以在一個(gè)火柴盒大小的體積里容納下10萬(wàn)個(gè)晶體管。

有了極微小的晶體管，還需要有極精細(xì)的電路。制作精細(xì)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(jī)底片一樣能感光，在光的照射下，會(huì)發(fā)生化學(xué)變化。

利用這個(gè)原理，我們就可以在1毫米長(zhǎng)的光敏抗蝕劑上刻出1000個(gè)條紋。數(shù)以百計(jì)的電路就是這樣制作出來(lái)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(dòng)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(kāi)或者漏了氣一樣，馬上會(huì)出現(xiàn)心悸、氣促等癥狀，嚴(yán)重時(shí)甚至致人喪命。

能不能用人造的瓣膜把病變的瓣膜換下來(lái)？要做到這一點(diǎn)可不容易，且不說(shuō)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(xué)反應(yīng)，還必須具有很強(qiáng)的抗疲勞能力。一個(gè)人的心臟每分鐘要跳動(dòng)七八十次，10年要跳動(dòng)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(qiáng)度，才能經(jīng)得起血液的億萬(wàn)次沖擊。

只有某些特種高分子材料才能滿足這些要求，我國(guó)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(lái)了福音。

瓣膜只是心臟的一個(gè)零件，現(xiàn)在用特種高分子來(lái)制造完整心臟也已初步研制成功。國(guó)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(guó)一頭植入人工心臟的羊也在存活了61天后與公眾見(jiàn)面。相信用不了多久，高分子制造的人工心臟就會(huì)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(guò)性能的高分子。比如把硅橡膠做成極細(xì)的毛細(xì)管，安置在換熱器式的圓筒里，血液在毛細(xì)管外通過(guò)，氧氣從毛細(xì)管內(nèi)進(jìn)入，通過(guò)毛細(xì)管壁到達(dá)血液，而血液里的二氧化碳則進(jìn)入毛細(xì)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(xué)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(kuò)大到人體的各方面。高分子材料與醫(yī)學(xué)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(huì)大大延長(zhǎng)人類的壽命。