改變世界的五種材料，包裝行業占有兩席

1939-40年的紐約世博會，人們第一次見識了世界上第一種全部由人工合成的纖維——尼龍。尼龍是由杜邦公司的科研機構于1935年研制成功，在世博會上作為新的針織類產品面市。“全部由諸如煤炭、水和空氣這類常用原材料制成”的細絲，卻有如鋼鐵般的力量。時至今日，尼龍仍然被廣泛應用于纖維織物、家居裝飾用品、體育用品、樂器的弦和汽車零部件中。
　
　　這里我們將介紹塑造全新未來的五類聚合物：

　　1. 生物塑料（Bioplastics）

　　眾所周知，不能被降解的塑料是一種常見的環境污染來源。更糟糕的是，這些我們稱之為單體的塑料的構件，來自不能再生的遠古的原油。

　　感謝在生產過程中使用的酶和催化劑，它們使得這種情況開始發生改變。未來極有可能將諸如沼氣等可再生能源轉化為制造塑料和合成橡膠的主要構件。

　　由于保存了化石原料，這些材料將變得可持續，但這只是解決了部分問題。除非它們也能夠被生物降解，否則，對于環境來說它們仍然是一個問題。

　　2. 塑料復合材料/納米復合材料（Plastic Composites/Nanocomposites）

　　塑料復合材料是由不同纖維構成的更加堅固或有彈性的塑料。舉個例子，你在聚合物中鑲嵌一些碳纖維來增加強度，可以制造出一種用于現代節能型交通工具的輕質材料。

　　這類纖維增強塑料（fibre-reinforced plastics）的使用正在快速發展，特別是在航空航天工業（波音787和空客A360都有50%的復合材料）。如果不是由于成本過高，這些材料將被用于所有的運輸工具。

　　最新出現的納米復合材料，用微粒子代替了其他包括了石墨烯在內的物質來加強塑料。這種新材料用途潛力無窮，從風力渦輪葉片上輕量傳感器到電量更足的電池，再到植入人體的用于加速骨折恢復的支架。

　　如果我們成功地將納米復合材料在嚴密控制的工作條件下加工生產，將是令人心潮澎湃的一件事情。如果我們觀察自然材料例如木材的結構，你會發現它們驚人得復雜。相比之下，我們現有的復合材料和納米材料是那么得不成熟。

　　3.有自愈能力的聚合物（Self-Healing Polymers）

　　基于對承受機械壓力以及環境適應能力的考量。無論我們如何如何仔細地為工程應用挑選材料，在撞擊或疲勞等因素所造成的老化、退化和機械完整性損失的影響下，這些材料都會不可避免地失敗。而我們不僅要付出昂貴的花費，有時還會帶來一場災難，就像2010年在墨西哥灣“深水地平線”鉆井平臺爆炸事件那樣。

　　源于生物系統的靈感，科學家正在研發具有自愈能力的新材料。這可以用修復以往被人們認為不可逆轉的損傷。盡管聚合材料不是唯一擁有自愈能力的材料，但是它在這方面尤為擅長。距離世紀之初這一能力第一次被發現，短短幾年內，他們已經提出了多項創造性的治療系統

　　由于有自我修復能力的聚合物所需要的設計比以往的聚合物要復雜的多，要想將這些概念推廣大量應用，仍舊是個巨大的挑戰。但這似乎是生產既耐用又能容錯的材料的最終路線，可用于包括鍍膜、電子產品和運輸之類的產品。

　　4. 塑料電子（Plastic Electronics）

　　大多數聚合物是不導電的絕緣體。艾倫•麥克戴米德（Alan MacDiarmid）、艾倫•黑格（Alan Heeger）和白川英樹（Hideki Shirakawa）發現了一個名為聚乙炔的聚合物，通過摻雜過程將雜質引入其中后可導電。在2000年諾貝爾獎的頒獎禮后，聚合物研究的這個領域又一次高潮涌起。

　　這一過程不僅能使其他類似聚合物導電，其中一些甚至還可以轉化為發光二極管（LED），提升了可彎曲電腦屏幕的前景。

　　聚合物仍然面臨來自同行各業的巨大挑戰和激烈競爭，例如硅和有機發光二極管。不過，要尋找便宜的可彎曲電子設備替換件，聚合物是很好的選擇，因為它們很容易在溶液中進行處理，并且可以用來3D打印。

　　在半導體中，聚合物可以作為其他物質的載體，例如導電油墨。這種將聚合物作為導電部分仍然需要大量研究。

　　5. 智能聚合物和反應性聚合物（Smart And Reactive Polymers）

　　凝膠和合成橡膠可輕松地對外部的刺激做出形狀上的調整，這也意味著他們能夠對環境的改變做出響應。外部的刺激通常會是溫度或酸堿性的改變，也可能是光、超聲波或者化學藥劑。在設計智能傳感器的材料、藥物運輸設備和眾多其他應用程序上，這也被證明是非常有用的。

　　如果刻意設計，可以極大地擴展聚合物對各種刺激的本能反應。例如，機械響應聚合物(mechanophors)，通過分子單位收到機械力可以改變聚合物的性質。這些是具有廣闊潛力的工業應用，特別是將自愈技術加入以后。

　　其他智能聚合物的應用還有許多，包括可以窗戶臟后自動擦窗戶的鍍膜，以及當傷口愈合時自動消失的醫療針。