神奇的高分子材料

郭荞炎

同学们知道高分子材料学吗？你们认为高分子材料是什么呢？其实，从衣服、水杯等日常用品，到冰箱、燃气灶等家电，再到航天器、高铁、石油管道等国家重大项目和工程，全都离不开高分子材料。本期，我们请来了华南理工大学前沿软物质学院教授、博士生导师殷盼超为大家介绍神奇的高分子材料，探究高分子材料的不同作用。

科学家寄语：

队员们，科技发展是国家高速发展的强劲动力，也是提高人民生活质量的重要基石。习近平总书记强调要“加快建设科技强国，实现高水平科技自立自强”，尤其在面对当今复杂多变的世界环境，我们更需要有底气和实力做好科研，在世界科技竞争中占据中国人的一席之地。

在我国的发展历史上，有许多如钱学森、邓稼先这样具备家国情怀的优秀科学家，他们用自己的辛勤和智慧为国家独立和发展作出巨大贡献。每一代中国人都有自己的使命，队员们是祖国的未来，是民族的希望，我希望你们能够好好学习基础知识，扩展科学眼界，日后成为建设祖国的科学栋梁。

一起来认识高分子材料

欺硬怕软的流体——“液体防弹衣”真的能防弹吗？

在枪战情况下，防弹衣是必不可少的防护装备。传统的防弹衣（也称防弹背心）只能护住躯干部分。防弹层主要采用金属、陶瓷片、玻璃钢、尼龙等材料制成，这些材料不便用来制造需要弯曲折叠的裤子和袖子，致使需要经常活动和弯曲的许多关键部位无法得到保护，如手臂、颈部、腿部和肘部。而利用液体防弹材料处理升级的新型防弹衣可以做到全身防护，无论人的身体如何弯曲，防弹衣的防护性能都不会受损。

听到“液体防弹衣”，同学们可能会以为是将流动的液体填充在固体纤维层间，或者是液态防弹衣。并不是哦！这里所指的液体是一种特殊液体材料，统称为“剪切增稠液体”。在介绍“剪切增稠液体”之前，有一个问题要问队员们：你们知道非牛顿流体吗？科学家把有粘性但不服从牛顿粘性定律的流体称为非牛顿流体，常见的非牛顿流体有牛奶、蜂蜜、油脂、油漆等。非牛顿流体的原理是：流体的粘度值会随着压力和冲击力的增加而增大。

科学家利用非牛顿流体特性，研制出“剪切增稠液”，它所包含的纳米球形颗粒，是自然界中最坚硬的非金属材料之一，这种材料能起到防弹、防刺和减震的作用。一旦被弹片或弹头等外力撞击，“剪切增稠液”就能吸引撞击能量，瞬间变成一种硬质材料，阻止弹体穿过。经测试显示，液体防弹衣的防弹和防刺伤能力比普通防弹材料提高5倍，重量却减少一半，质地还更柔软、可折叠，便于制成全身防护的装备。

目前，我国是世界上最大的防弹衣生产国家，而且，我国的防弹衣研制技术在持续进步，位居世界前列。

一夜“氢”风起氢能车到底有什么厉害的？

同学们知道氢能车吗？氢能车跟一般的新能源电动车是不一样的哦！

氢是一种气体元素，而氢能是一种利用氢气和氧气进行化学反应后释放出的能量，它是一种二次清洁能源，被誉为“21世纪终极能源”。在我国提出的“碳达峰”“碳中和”政策下，氢能被多次提及。

到底氢能车与新能源电动车有什么不一样的地方呢？答案是：电池。氢燃料电池是氢能车发展的核心。氢能车的工作原理是将氢气通入车内的燃料电池，让氢气和氧气在燃料电池里发生反应，从而发电，再用电来驱动车前进。值得一提的是，氢燃料电池反应排出的是水蒸气，而非传统燃油车所排出的有害气体，有效地减少了空气污染问题。

在高海拔、高温、高寒等多种环境下，氢燃料电池的性能也更加稳定。以目前在北京市延庆区投入使用的氢能公交车为例，其装载的氢燃料电池系统，在零下30℃的环境下仍能够无辅热快速启动，续航里程可达300公里。

虽说氢能车有众多优点，但因生产成本问题，目前仍不能大规模量产。众多科学家正为了降低氢燃料电池的生产成本而努力，一直在研究解决氢燃料电池生产所需的质子交换膜和碳纸技术，也尝试寻找相对廉价的能量转化催化剂。

氢能车的发展，不仅为我国能源安全增加筹码，而且有利于弥补科技短板，牢牢控制产业链核心，实现科技上的自主可控。

同学们，现在知道氢能车的厉害之处了吗？

薄膜有魔法——气体分离膜知多少

气体分离膜是近年来发展很快的一项新技术。同学们对于气体分离膜这个名词可能很陌生，接下来，让我们从三个问题去了解气体分离膜。

什么是气体分离膜？

气体分离膜是一项“绿色技术”，实质是聚合物合成薄膜，它可以从气体混合物中选择分离某种气体，比如从空气中收集氧气，从合成氨尾气中回收氢气等。

气体分离膜的工作原理是什么？

用膜分离气体，主要是以压力差为驱动力，依据各种气体透过膜的速率不同而分离。在驱动力和膜两侧压力差的作用下，渗透速率较快的气体，如水蒸气、氢气、二氧化碳、氧气等可以优先透过膜而被收集，而渗透速率较慢的气体，如甲烷、氮气、一氧化碳等则被留在膜的另一侧，从而达到了分离混合气体的目的。

气体分离膜有什么价值？

气体分离是一个基本的工业过程，占世界能源消耗的很大一部分。但是，现代工业中广泛采用的精馏分离法能耗高，能源利用率低。气体分离膜是一种非热驱动的分离技术，理论上能极大地降低分离过程的能耗。因此，气体分离膜技术被广泛认为是未来最具前景的新型分离技术之一。尤其在如今“双碳”背景之下，工厂和企业采用气体分离膜的技术处理碳排放，不仅能降低能源消耗和环保成本，更能在高效利用资源、严格保护生態环境的前提下，有效实现国家的绿色发展战略。