高分子：微观世界的“巨人”

赵芳

生活中，人们的衣食住行样样都离不开高分子化合物。我们吃的米、面、水果、蔬菜、鱼、肉；穿的棉、麻、丝、毛等都是天然高分子化合物，而用的合成塑料、合成橡胶、合成纤维则都是人工合成的高分子化合物。

高分子的特点是个头大，每个分子由几万、几十万个原子组成，分子量可达几千、几万甚至几百万。而一般的低分子化合物，如水、盐、酒精等，分子量却不过几十、几百。怪不得人们称高分子化合物是微观世界的“巨人”呢！

相比于低分子，高分子的结构要复杂得多。它们由许许多多结构相同的所谓“单体”构成。这些“单体”手拉手地连接在一起，形成一条蜷曲的长链，有的长链之间连着短链，有的还有支链。

总之，这些分子“巨人”体态苗条，彼此纠缠在一起，吸引力大，不易分开，即使加热也不会一下子变成液体，所以具有较好的弹性、塑性和强度。

但是，化学家们还不满足，他们甚至干涉高分子的“内政”：或改变链的结构形式，或在链上加几个特殊的“基团”，结果新的高分子就具备了耐高温、抗低温、耐腐蚀、抗氧化以及电、磁、光、生理、催化等一系列特殊的新功能。

现在，这类特种高分子已被应用到国民经济的各个领域，在各项尖端技术中扮演着重要角色。

人造卫星围绕地球飞行时，面对太阳的一面温度很高，背向太阳的一面温度很低，怎样才能保证不因温度过高或过低而影响卫星内部仪器的工作呢？科学家们想到了一个好办法，即依靠一种特种高分子来帮忙，用它做成“温控涂料”涂在卫星表面。

当卫星面向太阳时，高分子涂料可以助其散发热量，背对太阳时还能起到绝热保温作用，这样就能保证卫星仪器的正常工作，使其源源不断地为人们收集和提供情报。

此外，导弹、飞船重返大气层时也碰到了难题：当飞行速度高达音速的20倍时，空气的剧烈摩擦可使导弹、飞船表面的温度升高到5000℃以上。要知道普通钢温度达1000多度就会熔化成液体，合金钢最多只能耐2000℃的温度，用什么材料来做它们的保护层和隔热罩呢？

科学家们找到了一种高分子烧蚀材料，将它涂在导弹、飞船的表面，当它燃烧汽化成小分子时会带走大量的热，尽管外面烈火熊熊，里面却安然无恙，这就起到了保护层和隔热罩的作用。

电子工业已经进入了黄金时代，几乎没有一样现代科学和工业技术少得了它。

但是，当我们津津乐道电子工业的赫赫战果时，却不能忘掉高分子在此领域立下的汗马功劳。

作为绝缘材料，高分子的独到之处是具有良好的高频和超高频绝缘性能，陶瓷、云母之类都远远赶不上它。现代电子技术中的遥控、遥测、雷达、卫星通讯等都要用到频率极高的微波，所以也就少不了优质的高频、超高频绝缘材料。可以说，没有高分子材料就没有现代电子技术的发展。

如今，现代电子技术正朝小型化、集成化的方向发展。最早的真空管电子计算机全部电路有30吨重，现在可以集中在一个长宽各为4毫米的硅片上！

怎样才能使一块小小的硅片容纳那么多的电子元件呢？办法之一是请高分子材料——聚酰亚胺来帮忙。在聚酰亚胺薄膜上先蒸一层含有少量铟的硅，再蒸一层含有少量锑的硅，这样就可以在一块小片里做出几百个晶体管。把这些带有晶体管的聚酰亚胺重叠起来，中间用薄膜绝缘，就可以在一个火柴盒大小的体积里容纳下10万个晶体管。

有了极微小的晶体管，还需要有极精细的电路。制作精细电路也得依靠一种特种高分子，它的名字叫作“光敏抗蚀剂”或者“光刻胶”。这种高分子材料跟相机底片一样能感光，在光的照射下，会发生化学变化。

利用这个原理，我们就可以在1毫米长的光敏抗蚀剂上刻出1000个条纹。数以百计的电路就是这样制作出来的。

多功能的高分子材料还是医生的助手、患者的朋友。

人们常常把心脏比作泵，它为全身的血液循环提供动力。泵上有阀门，瓣膜就是心脏的阀门，如果心脏瓣膜出了毛病，就像泵的阀门打不开或者漏了气一样，马上会出现心悸、气促等症状，严重时甚至致人丧命。

能不能用人造的瓣膜把病变的瓣膜换下来？要做到这一点可不容易，且不说手术和制作技术上有多大困难，光是制作瓣膜的材料就很不好找：不能有毒，不能产生凝血现象，不能同血液发生化学反应，还必须具有很强的抗疲劳能力。一个人的心脏每分钟要跳动七八十次，10年要跳动4亿次左右，这就要求制作瓣膜的材料必须具有很好的曲挠强度，才能经得起血液的亿万次冲击。

只有某些特种高分子材料才能满足这些要求，我国已经用它们制成了人工心脏瓣膜，给心脏瓣膜病患者带来了福音。

瓣膜只是心脏的一个零件，现在用特种高分子来制造完整心脏也已初步研制成功。国外有一头植入人工心脏的小牛，已经安全地存活了半年多。不久前，中国一头植入人工心脏的羊也在存活了61天后与公众见面。相信用不了多久，高分子制造的人工心脏就会在许多医院里使用。

制造人工肺的材料也是一种具有选择透过性能的高分子。比如把硅橡胶做成极细的毛细管，安置在换热器式的圆筒里，血液在毛细管外通过，氧气从毛细管内进入，通过毛细管壁到达血液，而血液里的二氧化碳则进入毛细管被气流带走，这样就能起到与肺的呼吸作用一样的效果。

现在科学家已经用高分子材料做成了人工肾、人工喉、人工血管、人工头盖骨、人工关节、人工尿道、人工皮肤等等，应用范围扩大到人体的各方面。高分子材料与医学结下了不解之缘，用高分子人工脏器代替损坏了的脏器，将会大大延长人类的寿命。