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張希院士:紀念斯陶丁格高分子百年歷史
2019-12-24  來源:高分子學報
關鍵詞:高分子科學

  1920年德國化學家Hermann Staudinger發表《論聚合》一文,認為橡膠、纖維、淀粉和蛋白質等是由成千上萬個碳原子像鏈條那樣聯合起來的大分子(Macromolecules)。盡管之前人們已經發現天然橡膠與硫磺混合之后可以制成汽車輪胎,但并不知道其具有良好彈性的原因。Hermann Staudinger的這篇經典之作的發表標志著高分子化學的誕生,至今高分子化學作為一門獨立的學科已經走過了整整100年的發展歷程。

  在Hermann Staudinger提出基于共價鍵的大分子鏈式結構之后,遭到了當時許多人的反對,有人認為分子量高于5000的分子根本不存在,有人認為所謂的大分子就是基于非共價鍵形成的膠體狀聚集體。但Hermann Staudinger堅持自己的學術觀點,不斷發展表征方法,證實大分子鏈結構的存在。有趣的是,隨著超分子化學的發展,研究表明基于非共價鍵形成的膠體狀聚集體也可以具有大分子鏈式結構,形成了超分子聚合物化學的新方向。 

  Hermann Staudinger因為在大分子化學方面的開創性貢獻,于1953年榮獲諾貝爾化學獎,是第一位獲得諾貝爾獎的高分子人。在慶祝高分子化學百年之際,我們也不會忘記同時代做出不可磨滅貢獻的其他科學家,如Hermann F. Mark于1926年在德國巴斯夫公司成立50余人的研究組,獲得了一批高分子聚合、高分子加工與應用的專利;1935年美國杜邦Wallace H. Carothers合成了聚酰胺纖維(尼龍66)等。一代又一代科學家的接續努力,奠定了高分子科學的基礎,使得材料進入了塑料時代。

  實際上Hermann Staudinger原本的興趣是植物學,他接受了作為教師的父親的建議:先學習化學,將來能更好地理解植物問題。實際上,他從大分子研究伊始,研究對象就包括合成高分子、天然大分子和生物大分子,并最早認識到合成高分子和生物高分子都是基于大量的小分子通過共價鍵連接而成,合成高分子是理解生物高分子和復雜生物體系的模型體系。Hermann Staudinger的關門弟子,也是我的德國導師Helmut Ringsdorf教授,曾評論道:化學是他的生命,生物是他的夢想。他一生致力于建立生命科學與材料科學的橋梁,是他沒有完成的夢想。這也可能是他堅持Macromolecule而不喜歡Polymer稱謂的原因之一。

  回顧高分子百年的發展歷程,研究內容無論在深度還是廣度上均獲得了飛速的發展。在學科領域上,由當初的僅僅是高分子化學研究,逐步發展為包括高分子化學、高分子物理、高分子工程等分支的學科體系;在學術內涵上,由大分子鏈結構的研究拓展到聚集態結構及其自組裝結構的研究,由合成高分子拓展到生物大分子,由基于共價鍵的傳統合成拓展到基于非共價鍵的超分子合成,由一維高分子發展到二維和三維高分子等;在社會影響上,由當初的僅是對新奇化合物的學術興趣,發展到當今成為高分子產業的理論基礎,并推動著高分子新產業的形成及發展,其研究成果滲透到了國民經濟各個領域,如醫療衛生、航空航天、國防、工農業生產及日常生活等方面,構成了人類文明的重要組成部分。

  實際上,在提出鏈狀大分子概念之前,Hermann Staudinger已經在有機化學領域頗有建樹,以他名字命名的反應影響延續至今。為什么他會大膽走進了他不熟悉的新領域呢?除了與他具有勇于跳出藩籬、跨越邊界的精神之外,也與當時歐洲所處的時代有關,如缺乏制備紡織品的原料,纖維素化學本質引起了廣泛爭論,急需認識天然橡膠結構與功能之間的關系等。社會發展的迫切需求是科技進步的動力,而科學研究的重大突破又能為社會發展開辟新的領域、形成新的產業。

  站在新百年的起點,高分子科學仍是我們可以充分發揮想象力的學科方向,還有許多重大的科學問題尚待解決。例如,如何向DNA那樣精準地控制合成高分子的序列結構;如何根據功能需求設計和制備高分子材料;如何滿足綠色和可持續發展社會新要求;如何實現Hermann Staudinger的夢想,用高分子架起生命科學與材料科學之間的橋梁;如何開創高分子研究新的范式,等等。

  節選自:紀念斯陶丁格高分子百年專輯前言. 張希. 高分子學報, 2020, 51(1)   

  全文下載:http://www.gfzxb.org/fileGFZXB/journal/article/gfzxb/newcreate/qianyan.pdf

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(責任編輯:xu)
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