神奇的高分子材料

郭蕎炎

同學們知道高分子材料學嗎？你們認為高分子材料是什么呢？其實，從衣服、水杯等日常用品，到冰箱、燃氣灶等家電，再到航天器、高鐵、石油管道等國家重大項目和工程，全都離不開高分子材料。本期，我們請來了華南理工大學前沿軟物質學院教授、博士生導師殷盼超為大家介紹神奇的高分子材料，探究高分子材料的不同作用。

科學家寄語：

隊員們，科技發展是國家高速發展的強勁動力，也是提高人民生活質量的重要基石。習近平總書記強調要“加快建設科技強國，實現高水平科技自立自強”，尤其在面對當今復雜多變的世界環境，我們更需要有底氣和實力做好科研，在世界科技競爭中占據中國人的一席之地。

在我國的發展歷史上，有許多如錢學森、鄧稼先這樣具備家國情懷的優秀科學家，他們用自己的辛勤和智慧為國家獨立和發展作出巨大貢獻。每一代中國人都有自己的使命，隊員們是祖國的未來，是民族的希望，我希望你們能夠好好學習基礎知識，擴展科學眼界，日后成為建設祖國的科學棟梁。

一起來認識高分子材料

欺硬怕軟的流體——“液體防彈衣”真的能防彈嗎？

在槍戰情況下，防彈衣是必不可少的防護裝備。傳統的防彈衣（也稱防彈背心）只能護住軀干部分。防彈層主要采用金屬、陶瓷片、玻璃鋼、尼龍等材料制成，這些材料不便用來制造需要彎曲折疊的褲子和袖子，致使需要經?；顒雍蛷澢脑S多關鍵部位無法得到保護，如手臂、頸部、腿部和肘部。而利用液體防彈材料處理升級的新型防彈衣可以做到全身防護，無論人的身體如何彎曲，防彈衣的防護性能都不會受損。

聽到“液體防彈衣”，同學們可能會以為是將流動的液體填充在固體纖維層間，或者是液態防彈衣。并不是哦！這里所指的液體是一種特殊液體材料，統稱為“剪切增稠液體”。在介紹“剪切增稠液體”之前，有一個問題要問隊員們：你們知道非牛頓流體嗎？科學家把有粘性但不服從牛頓粘性定律的流體稱為非牛頓流體，常見的非牛頓流體有牛奶、蜂蜜、油脂、油漆等。非牛頓流體的原理是：流體的粘度值會隨著壓力和沖擊力的增加而增大。

科學家利用非牛頓流體特性，研制出“剪切增稠液”，它所包含的納米球形顆粒，是自然界中最堅硬的非金屬材料之一，這種材料能起到防彈、防刺和減震的作用。一旦被彈片或彈頭等外力撞擊，“剪切增稠液”就能吸引撞擊能量，瞬間變成一種硬質材料，阻止彈體穿過。經測試顯示，液體防彈衣的防彈和防刺傷能力比普通防彈材料提高5倍，重量卻減少一半，質地還更柔軟、可折疊，便于制成全身防護的裝備。

目前，我國是世界上最大的防彈衣生產國家，而且，我國的防彈衣研制技術在持續進步，位居世界前列。

一夜“氫”風起氫能車到底有什么厲害的？

同學們知道氫能車嗎？氫能車跟一般的新能源電動車是不一樣的哦！

氫是一種氣體元素，而氫能是一種利用氫氣和氧氣進行化學反應后釋放出的能量，它是一種二次清潔能源，被譽為“21世紀終極能源”。在我國提出的“碳達峰”“碳中和”政策下，氫能被多次提及。

到底氫能車與新能源電動車有什么不一樣的地方呢？答案是：電池。氫燃料電池是氫能車發展的核心。氫能車的工作原理是將氫氣通入車內的燃料電池，讓氫氣和氧氣在燃料電池里發生反應，從而發電，再用電來驅動車前進。值得一提的是，氫燃料電池反應排出的是水蒸氣，而非傳統燃油車所排出的有害氣體，有效地減少了空氣污染問題。

在高海拔、高溫、高寒等多種環境下，氫燃料電池的性能也更加穩定。以目前在北京市延慶區投入使用的氫能公交車為例，其裝載的氫燃料電池系統，在零下30℃的環境下仍能夠無輔熱快速啟動，續航里程可達300公里。

雖說氫能車有眾多優點，但因生產成本問題，目前仍不能大規模量產。眾多科學家正為了降低氫燃料電池的生產成本而努力，一直在研究解決氫燃料電池生產所需的質子交換膜和碳紙技術，也嘗試尋找相對廉價的能量轉化催化劑。

氫能車的發展，不僅為我國能源安全增加籌碼，而且有利于彌補科技短板，牢牢控制產業鏈核心，實現科技上的自主可控。

同學們，現在知道氫能車的厲害之處了嗎？

薄膜有魔法——氣體分離膜知多少

氣體分離膜是近年來發展很快的一項新技術。同學們對于氣體分離膜這個名詞可能很陌生，接下來，讓我們從三個問題去了解氣體分離膜。

什么是氣體分離膜？

氣體分離膜是一項“綠色技術”，實質是聚合物合成薄膜，它可以從氣體混合物中選擇分離某種氣體，比如從空氣中收集氧氣，從合成氨尾氣中回收氫氣等。

氣體分離膜的工作原理是什么？

用膜分離氣體，主要是以壓力差為驅動力，依據各種氣體透過膜的速率不同而分離。在驅動力和膜兩側壓力差的作用下，滲透速率較快的氣體，如水蒸氣、氫氣、二氧化碳、氧氣等可以優先透過膜而被收集，而滲透速率較慢的氣體，如甲烷、氮氣、一氧化碳等則被留在膜的另一側，從而達到了分離混合氣體的目的。

氣體分離膜有什么價值？

氣體分離是一個基本的工業過程，占世界能源消耗的很大一部分。但是，現代工業中廣泛采用的精餾分離法能耗高，能源利用率低。氣體分離膜是一種非熱驅動的分離技術，理論上能極大地降低分離過程的能耗。因此，氣體分離膜技術被廣泛認為是未來最具前景的新型分離技術之一。尤其在如今“雙碳”背景之下，工廠和企業采用氣體分離膜的技術處理碳排放，不僅能降低能源消耗和環保成本，更能在高效利用資源、嚴格保護生態環境的前提下，有效實現國家的綠色發展戰略。