高分子化學(xué)作為化學(xué)的一個分支，同樣也是從事制造和研究分子的科學(xué)，但其制造和研究的對象都是大分子，即由若干原子按一定規(guī)律重復(fù)地連接成具有成千上萬甚至上百萬質(zhì)量的、最大伸直長度可達毫米量級的長鏈分子，稱為高分子、大分子或聚合物。既然高分子化學(xué)是制造和研究大分子的科學(xué)，對制造大分子的反應(yīng)和方法的研究，顯然是高分子化學(xué)的最基本的研究內(nèi)容。
高分子化學(xué)的發(fā)展歷程
早在19世紀中葉高分子就已經(jīng)得到了應(yīng)用，但是當(dāng)時并沒有形成長鏈分子這種概念。主要通過化學(xué)反應(yīng)對天然高分子進行改性，所以現(xiàn)在稱這類高分子為人造高分子。比如1839年美國人 G oodyear發(fā)明了天然橡膠的硫化；1855年英國人 P arks由硝化纖維素（guncotton）和樟腦（camphor）制得賽璐珞（celluloid）塑料；1883年法國人 d e Chardonnet發(fā)明了人造絲 r ayon等�？梢钥吹秸怯捎诓捎昧撕线m的反應(yīng)和方法對天然高分子進行了化學(xué)改性，使得人類從對天然高分子的原始利用，進入到有目的地改性和使用天然高分子。
回顧過去一個多世紀高分子化學(xué)的發(fā)展史可以看到，高分子化學(xué)反應(yīng)和合成方法對高分子化學(xué)的學(xué)科發(fā)展所起的關(guān)鍵作用，對開發(fā)高分子合成新材料所起的指導(dǎo)作用。比如70年代中期發(fā)現(xiàn)的導(dǎo)電高分子，改變了長期以來人們對高分子只能是絕緣體的觀念，進而開發(fā)出了具有光、電活性的被稱之為“電子聚合物”的高分子材料，有可能為21世紀提供可進行信息傳遞的新功能材料。因此當(dāng)我們探討21世紀的高分子化學(xué)的發(fā)展方向時，首先要在高分子的聚合反應(yīng)和方法上有所創(chuàng)新。對大品種高分子材料的合成而言，21世紀初，起碼是今后10年左右，metallocene催化劑，特別是后過渡金屬催化劑將會是高分子合成研究及開發(fā)的熱點�；钚宰杂苫酆希纱硕赡馨l(fā)展起來的“配位活性自由基聚合”，以及陽離子活性聚合等是應(yīng)用烯類單體合成新材料（包括功能材料）的重要途徑。對支化、高度支化或樹枝狀高分子的合成及表征，將會引起更多的重視。因為這類聚合物的結(jié)構(gòu)不僅對其性能有顯著的影響，而且也可能開發(fā)出許多新的功能材料。
高分子化學(xué)的創(chuàng)新研究
高分子化學(xué)作為材料科學(xué)的一個支撐學(xué)科，其發(fā)展事實已經(jīng)表明，化學(xué)方法制造出來的聚合物，當(dāng)其作為高分子材料使用時，其作用和功能的發(fā)揮，不只是單靠由化學(xué)合成決定的一級結(jié)構(gòu)，即分子鏈的化學(xué)結(jié)構(gòu)，還要靠其高級層次上的結(jié)構(gòu)，即靠高分子聚集體中由物理方法得到的、非化學(xué)成鍵的分子鏈間的相互作用的支撐和協(xié)調(diào)。有的時候這種高分子聚集體和這些高級結(jié)構(gòu)，如相態(tài)結(jié)構(gòu)和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，對高分子材料、尤其是高分子功能材料的影響更為明顯。這種物理方法得到的非化學(xué)成鍵的、分子鏈間的相互作用的形成，可以通過所謂的物理合成或物理組合的方法來實現(xiàn)，即用物理方法將一堆分子鏈依靠非化學(xué)成鍵的物理相互作用，聯(lián)系在一起成為具有特定結(jié)構(gòu)，如超分子結(jié)構(gòu)的高分子聚集體，從而顯示出特定的性質(zhì)。因此21世紀的高分子化學(xué)除了制造和研究一個分子鏈，還應(yīng)包括制造和研究“一堆”分子鏈，在化學(xué)合成之外包括物理合成，在分子層次的研究之外還要有分子以上層次的研究。
因而以精確設(shè)計和精確操作為基本思路來發(fā)展和完善化學(xué)和物理的這種結(jié)合，也是21世紀的高分子化學(xué)研究，尤其是高分子材料研究中一種值得注意的方向。
高分子材料的納米化
現(xiàn)有的高分子化學(xué)反應(yīng)中原子重新排列鍵合的反應(yīng)空間一般都較原子尺寸大得多，因此化學(xué)反應(yīng)是在一非受限空間進行的。如果在一有限空間或環(huán)境中，如納米量級的片層中，小分子單體因為與片層分子的物理相互作用而被迫在此受限空間中進行某種方式和程度的排列，然后再發(fā)生單體的聚合時，聚合產(chǎn)物的拓撲結(jié)構(gòu)既不可能是受限空間的完全復(fù)制，又不同于自由空間中得到的情況。我們從這種受限空間的聚合反應(yīng)也許可以提出高分子納米化學(xué)的概念�；瘜W(xué)的制備對象從來都是納米量級的原子或分子，但由于其方法不夠精細，不能在納米尺度上實現(xiàn)原子或分子的有目的的精確操縱，因此即使目前可以做到分子的精確設(shè)計也較難實現(xiàn)，從而使得化學(xué)合成給人以粗放的感覺。高分子的納米化學(xué)，就是要按照精確的分子設(shè)計，在納米尺度上規(guī)劃分子鏈中的原子間的相對位置和結(jié)合方式，以及分子鏈間的相互位置和排列，通過納米尺度上操縱原子、分子或分子鏈，完成精確操作，實現(xiàn)納米量級上的高分子各級結(jié)構(gòu)的精確定位。從而精確調(diào)控所得到的高分子材料的性質(zhì)和功能。高分子納米化學(xué)的目的就是實現(xiàn)高分子材料的納米化。
高分子材料的納米化可以依賴于高分子的納米合成，這既包括分子層次上的化學(xué)方法，也包括分子以上層次的物理方法。利用外場包括溫度場、溶劑場、電場、磁場、力場和微重力場等的作用，在一確定的空間或環(huán)境中像搬運積木塊一樣移動分子，采用自組裝、自組合或自合成等方法，靠分子間的相互作用，構(gòu)建具有特殊結(jié)構(gòu)形態(tài)的分子聚集體。如果再在這種分子聚集體中引發(fā)化學(xué)成鍵，則能得到具有高度準(zhǔn)確的多級結(jié)構(gòu)的高分子。通過這種精確操作的高分子合成，可以準(zhǔn)確實現(xiàn)高分子的分子設(shè)計。
高分子材料的納米化還可以通過成型加工的方式得以實現(xiàn)，即在成型加工過程中控制高分子熔體的流動，調(diào)節(jié)高分子的結(jié)構(gòu)形態(tài)從而控制使用性質(zhì)。高分子材料的納米化研究不僅應(yīng)包括納米化制備方法，還不應(yīng)忽略高分子材料的納米結(jié)構(gòu)的觀察和納米性質(zhì)的測量。因為結(jié)構(gòu)和性能決定材料的使用價值。而高分子材料的納米化的結(jié)果，是使得表面層上和界面層上的結(jié)構(gòu)和性能表現(xiàn)出特異性，這部分也是由于在表面和界面的尺寸限制下，高分子材料的相結(jié)構(gòu)和形態(tài)發(fā)生突變所致。因此需要開展表面層上和界面層上的相結(jié)構(gòu)、相行為及分子鏈動力學(xué)的研究，建立相應(yīng)受限條件下的高分子材料的構(gòu)效關(guān)系。采用的研究方法中，計算模擬和掃描探針技術(shù)等都是十分有用的。
智能材料中的高分子化學(xué)
如果說20世紀的人類社會文明的標(biāo)志是合成材料，那么下個世紀將會是智能材料的時代。在這個智能材料的時代，高分子化學(xué)同樣承擔(dān)著不可替代的作用。智能材料是材料的作用和功能可隨外界條件的變化而有意識的調(diào)節(jié)、修飾和修復(fù)。已經(jīng)知道高分子具有軟物質(zhì)的最典型的特征，即易于對外場作出響應(yīng)。軟物質(zhì)（soft matter）是指易于發(fā)生變形的那類物質(zhì)。軟物質(zhì)不僅在一般的剪切作用下可發(fā)生畸變和流動，而且小的熱漲落也會對其性質(zhì)帶來重要的影響。軟物質(zhì)包括高分子、生物大分子、液晶、膠體及乳膠和微乳膠這類兩親物質(zhì)等。軟物質(zhì)在物質(zhì)科學(xué)的研究中被越來越多的提及，產(chǎn)生了研究軟物質(zhì)的專門學(xué)科———軟物理（soft physics）。軟物質(zhì)可以用來研究凝聚態(tài)物理學(xué)中的一些核心問題，如對稱性（symmetry）、低能量激發(fā)（low－ener- gy excitation）和拓撲缺陷（topological defects）之間的聯(lián)系。軟物質(zhì)研究的另一方面的意義是軟物質(zhì)的應(yīng)用。前面提及的軟物質(zhì)所包括的那些物質(zhì)，實際都是有著明顯的使用價值。也許正是因為如此，最近又出現(xiàn)了材料科學(xué)變軟的提法。軟物質(zhì)的研究雖然目前主要還是在凝聚態(tài)物理的學(xué)術(shù)圈中進行，但其研究領(lǐng)域則涉及數(shù)學(xué)、化學(xué)、化工、材料、生物及其交叉學(xué)科，被認為是下個世紀物質(zhì)科學(xué)及其相關(guān)學(xué)科中的重點研究內(nèi)容之一。因此在高分子化學(xué)的研究中，引進軟物質(zhì)的概念，利用外場的變化構(gòu)建高分子材料的特殊結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)外場作用下高分子材料的作用和功能的實時調(diào)制，應(yīng)是高分子智能材料研究的重要內(nèi)容。
廣義上的智能材料也應(yīng)包括生命材料。由于生物大分子和合成高分子都屬于軟物質(zhì)，因此軟物質(zhì)科學(xué)的研究也有助于高分子生命材料的研究，雖然目前合成高分子也能模仿蛋白質(zhì)分子的自組裝，但卻沒有蛋白質(zhì)分子那樣的生命活性。這是因為合成高分子的分子鏈缺少確定的序列結(jié)構(gòu)，不能形成特定的鏈折疊。如果在合成高分子膜的表面附著上蛋白質(zhì)分子或有特定序列結(jié)構(gòu)的合成高分子，研究這些表面分子折疊的方法、規(guī)律、結(jié)構(gòu)和活性，形成具有生命活性功能，比如排斥和識別功能的軟有序結(jié)構(gòu)，再通過化學(xué)環(huán)境、溫度和應(yīng)力等外場來調(diào)節(jié)這些軟有序結(jié)構(gòu)，從而控制外界信號向合成膜內(nèi)的傳遞，實現(xiàn)生物活性的形成和調(diào)控，嘗試合成高分子生命材料。
高分子化學(xué)對資源的依賴
化學(xué)是制造和研究物質(zhì)的科學(xué)。調(diào)節(jié)原子和分子在物質(zhì)中的組合配置，控制物質(zhì)的微觀性質(zhì)、宏觀性質(zhì)和表面性質(zhì)，就可能使某種物質(zhì)滿足某種使用要求，因而這種物質(zhì)就能作為材料來使用。因此材料的制備對資源的依賴性和材料的使用與環(huán)境的協(xié)調(diào)性，就成為化學(xué)研究中一個獨特而又十分重要的方面。當(dāng)代高分子合成材料依賴于石油這種化石資源。由于石油的生成是一個漫長的地質(zhì)過程，同時石油又是當(dāng)代人類社會的主要能源，石油資源正日益減少而又無法及時再生，因此尋找可以替代石油的其它資源，則成為21世紀的高分子化學(xué)研究中的一個迫切需要解決的問題。其解決的途徑可以是天然高分子的利用，也應(yīng)包括合成無機高分子的探索。
21世紀利用源于植物的高分子，顯然不同于上個世紀對天然高分子的簡單使用。結(jié)合基因工程的方法，促使植物產(chǎn)生出更多的可直接使用的天然高分子，或可供化學(xué)合成用的高分子單體。采用生物催化劑或菌種，將天然的植物原料，如淀粉、木質(zhì)素和纖維素等，合成為與有機高分子相似的結(jié)構(gòu)或性質(zhì)更優(yōu)異的高分子。這些由植物資源獲得的高分子，不僅擴大了合成高分子的原料來源，而且得到的合成高分子還具有環(huán)境友好的特征，可以是生物降解的，可以是焚燒無害的，可以是循環(huán)再生的。目前來源于石油資源的合成高分子，其主鏈上的原子以碳為主兼有少量氮、氧等原子，因而稱為有機高分子。無機高分子則泛指主鏈原子是除碳以外的其它原子。按元素性質(zhì)判斷約有四五十種元素可以形成長鏈分子。目前報道的有全硅主鏈、磷和氮主鏈、硅氧及硅碳主鏈、全鎵和全錫主鏈，硫磷氮和硫碳主鏈、含硼主鏈、以及含過渡金屬主鏈的無機高分子。其中主鏈全部是硅原子且具有有機側(cè)鏈的聚硅烷應(yīng)是值得注意的一種無機高分子。這既是由于硅是地球上儲量最豐富的元素，又是因為聚硅烷既可用作結(jié)構(gòu)材料又可用作功能材料。無機高分子的研究充分體現(xiàn)出了單體分子的選擇和化學(xué)反應(yīng)的控制，是如何決定高分子材料的性能和功能的。
高分子化學(xué)的可持續(xù)發(fā)展
研究高分子合成材料的環(huán)境同化，增加循環(huán)使用和再生使用，減少對環(huán)境的污染乃至用高分子合成材料治理環(huán)境污染，也是21世紀中高分子材料能否得到長足發(fā)展的關(guān)鍵問題之一。比如利用植物或微生物進行有實用價值的高分子的合成，在環(huán)境友好的水或二氧化碳等化學(xué)介質(zhì)中進行化學(xué)合成，探索用前面提到的化學(xué)或物理合成的方法合成新概念上的可生物降解高分子，以及用合成高分子來處理污水和毒物，研究合成高分子與生態(tài)的相互作用，達到高分子材料與生態(tài)環(huán)境的和諧等。顯然這些都是屬于21世紀應(yīng)當(dāng)開展的綠色化學(xué)過程和材料的研究范疇。
高分子化學(xué)的發(fā)展方向
材料是人類社會文明發(fā)展階段的標(biāo)志。當(dāng)代材料研究具有以下幾個特點：傳統(tǒng)材料（鋼鐵、陶瓷和有機高分子）之間的界限變得越來越模糊而融合變得更明顯，如無機高分子和有機／無機雜化材料的應(yīng)用等；通用材料與功能材料之間的相互滲透變得越來越明顯，更多的通用材料包括結(jié)構(gòu)材料會同時具有某些功能特性，而功能材料也會顯現(xiàn)通用材料的性能；材料中原子和分子組合配置的精確設(shè)計和精確制備，及納米尺度上結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的觀察和測量變得更重要，如化學(xué)制備智能材料、生命材料和單分子器件等；材料的傳統(tǒng)研究方法與當(dāng)代信息社會提供的新技術(shù)的結(jié)合變得更必要，如計算材料科學(xué)等。這些研究表明，當(dāng)代化學(xué)家們正在迎接著以智能材料及生命材料為時代文明特征的21世紀的到來。
材料的發(fā)展是與人類社會的經(jīng)濟發(fā)展、人類與自然界間的協(xié)調(diào)和資源的利用以及人類自身的存在和發(fā)展同步進行的。因此支撐材料發(fā)展的相關(guān)科學(xué)如化學(xué)的發(fā)展，不僅關(guān)系到材料的創(chuàng)新和發(fā)展，還影響到受材料支撐的國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的其它領(lǐng)域，如農(nóng)業(yè)、能源、信息、環(huán)境及人口與健康等的進步與發(fā)展。
高分子化學(xué)的發(fā)展歷程
早在19世紀中葉高分子就已經(jīng)得到了應(yīng)用，但是當(dāng)時并沒有形成長鏈分子這種概念。主要通過化學(xué)反應(yīng)對天然高分子進行改性，所以現(xiàn)在稱這類高分子為人造高分子。比如1839年美國人 G oodyear發(fā)明了天然橡膠的硫化；1855年英國人 P arks由硝化纖維素（guncotton）和樟腦（camphor）制得賽璐珞（celluloid）塑料；1883年法國人 d e Chardonnet發(fā)明了人造絲 r ayon等�？梢钥吹秸怯捎诓捎昧撕线m的反應(yīng)和方法對天然高分子進行了化學(xué)改性，使得人類從對天然高分子的原始利用，進入到有目的地改性和使用天然高分子。
回顧過去一個多世紀高分子化學(xué)的發(fā)展史可以看到，高分子化學(xué)反應(yīng)和合成方法對高分子化學(xué)的學(xué)科發(fā)展所起的關(guān)鍵作用，對開發(fā)高分子合成新材料所起的指導(dǎo)作用。比如70年代中期發(fā)現(xiàn)的導(dǎo)電高分子，改變了長期以來人們對高分子只能是絕緣體的觀念，進而開發(fā)出了具有光、電活性的被稱之為“電子聚合物”的高分子材料，有可能為21世紀提供可進行信息傳遞的新功能材料。因此當(dāng)我們探討21世紀的高分子化學(xué)的發(fā)展方向時，首先要在高分子的聚合反應(yīng)和方法上有所創(chuàng)新。對大品種高分子材料的合成而言，21世紀初，起碼是今后10年左右，metallocene催化劑，特別是后過渡金屬催化劑將會是高分子合成研究及開發(fā)的熱點�；钚宰杂苫酆希纱硕赡馨l(fā)展起來的“配位活性自由基聚合”，以及陽離子活性聚合等是應(yīng)用烯類單體合成新材料（包括功能材料）的重要途徑。對支化、高度支化或樹枝狀高分子的合成及表征，將會引起更多的重視。因為這類聚合物的結(jié)構(gòu)不僅對其性能有顯著的影響，而且也可能開發(fā)出許多新的功能材料。
高分子化學(xué)的創(chuàng)新研究
高分子化學(xué)作為材料科學(xué)的一個支撐學(xué)科，其發(fā)展事實已經(jīng)表明，化學(xué)方法制造出來的聚合物，當(dāng)其作為高分子材料使用時，其作用和功能的發(fā)揮，不只是單靠由化學(xué)合成決定的一級結(jié)構(gòu)，即分子鏈的化學(xué)結(jié)構(gòu)，還要靠其高級層次上的結(jié)構(gòu)，即靠高分子聚集體中由物理方法得到的、非化學(xué)成鍵的分子鏈間的相互作用的支撐和協(xié)調(diào)。有的時候這種高分子聚集體和這些高級結(jié)構(gòu)，如相態(tài)結(jié)構(gòu)和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，對高分子材料、尤其是高分子功能材料的影響更為明顯。這種物理方法得到的非化學(xué)成鍵的、分子鏈間的相互作用的形成，可以通過所謂的物理合成或物理組合的方法來實現(xiàn)，即用物理方法將一堆分子鏈依靠非化學(xué)成鍵的物理相互作用，聯(lián)系在一起成為具有特定結(jié)構(gòu)，如超分子結(jié)構(gòu)的高分子聚集體，從而顯示出特定的性質(zhì)。因此21世紀的高分子化學(xué)除了制造和研究一個分子鏈，還應(yīng)包括制造和研究“一堆”分子鏈，在化學(xué)合成之外包括物理合成，在分子層次的研究之外還要有分子以上層次的研究。
因而以精確設(shè)計和精確操作為基本思路來發(fā)展和完善化學(xué)和物理的這種結(jié)合，也是21世紀的高分子化學(xué)研究，尤其是高分子材料研究中一種值得注意的方向。
高分子材料的納米化
現(xiàn)有的高分子化學(xué)反應(yīng)中原子重新排列鍵合的反應(yīng)空間一般都較原子尺寸大得多，因此化學(xué)反應(yīng)是在一非受限空間進行的。如果在一有限空間或環(huán)境中，如納米量級的片層中，小分子單體因為與片層分子的物理相互作用而被迫在此受限空間中進行某種方式和程度的排列，然后再發(fā)生單體的聚合時，聚合產(chǎn)物的拓撲結(jié)構(gòu)既不可能是受限空間的完全復(fù)制，又不同于自由空間中得到的情況。我們從這種受限空間的聚合反應(yīng)也許可以提出高分子納米化學(xué)的概念�；瘜W(xué)的制備對象從來都是納米量級的原子或分子，但由于其方法不夠精細，不能在納米尺度上實現(xiàn)原子或分子的有目的的精確操縱，因此即使目前可以做到分子的精確設(shè)計也較難實現(xiàn)，從而使得化學(xué)合成給人以粗放的感覺。高分子的納米化學(xué)，就是要按照精確的分子設(shè)計，在納米尺度上規(guī)劃分子鏈中的原子間的相對位置和結(jié)合方式，以及分子鏈間的相互位置和排列，通過納米尺度上操縱原子、分子或分子鏈，完成精確操作，實現(xiàn)納米量級上的高分子各級結(jié)構(gòu)的精確定位。從而精確調(diào)控所得到的高分子材料的性質(zhì)和功能。高分子納米化學(xué)的目的就是實現(xiàn)高分子材料的納米化。
高分子材料的納米化可以依賴于高分子的納米合成，這既包括分子層次上的化學(xué)方法，也包括分子以上層次的物理方法。利用外場包括溫度場、溶劑場、電場、磁場、力場和微重力場等的作用，在一確定的空間或環(huán)境中像搬運積木塊一樣移動分子，采用自組裝、自組合或自合成等方法，靠分子間的相互作用，構(gòu)建具有特殊結(jié)構(gòu)形態(tài)的分子聚集體。如果再在這種分子聚集體中引發(fā)化學(xué)成鍵，則能得到具有高度準(zhǔn)確的多級結(jié)構(gòu)的高分子。通過這種精確操作的高分子合成，可以準(zhǔn)確實現(xiàn)高分子的分子設(shè)計。
高分子材料的納米化還可以通過成型加工的方式得以實現(xiàn)，即在成型加工過程中控制高分子熔體的流動，調(diào)節(jié)高分子的結(jié)構(gòu)形態(tài)從而控制使用性質(zhì)。高分子材料的納米化研究不僅應(yīng)包括納米化制備方法，還不應(yīng)忽略高分子材料的納米結(jié)構(gòu)的觀察和納米性質(zhì)的測量。因為結(jié)構(gòu)和性能決定材料的使用價值。而高分子材料的納米化的結(jié)果，是使得表面層上和界面層上的結(jié)構(gòu)和性能表現(xiàn)出特異性，這部分也是由于在表面和界面的尺寸限制下，高分子材料的相結(jié)構(gòu)和形態(tài)發(fā)生突變所致。因此需要開展表面層上和界面層上的相結(jié)構(gòu)、相行為及分子鏈動力學(xué)的研究，建立相應(yīng)受限條件下的高分子材料的構(gòu)效關(guān)系。采用的研究方法中，計算模擬和掃描探針技術(shù)等都是十分有用的。
智能材料中的高分子化學(xué)
如果說20世紀的人類社會文明的標(biāo)志是合成材料，那么下個世紀將會是智能材料的時代。在這個智能材料的時代，高分子化學(xué)同樣承擔(dān)著不可替代的作用。智能材料是材料的作用和功能可隨外界條件的變化而有意識的調(diào)節(jié)、修飾和修復(fù)。已經(jīng)知道高分子具有軟物質(zhì)的最典型的特征，即易于對外場作出響應(yīng)。軟物質(zhì)（soft matter）是指易于發(fā)生變形的那類物質(zhì)。軟物質(zhì)不僅在一般的剪切作用下可發(fā)生畸變和流動，而且小的熱漲落也會對其性質(zhì)帶來重要的影響。軟物質(zhì)包括高分子、生物大分子、液晶、膠體及乳膠和微乳膠這類兩親物質(zhì)等。軟物質(zhì)在物質(zhì)科學(xué)的研究中被越來越多的提及，產(chǎn)生了研究軟物質(zhì)的專門學(xué)科———軟物理（soft physics）。軟物質(zhì)可以用來研究凝聚態(tài)物理學(xué)中的一些核心問題，如對稱性（symmetry）、低能量激發(fā)（low－ener- gy excitation）和拓撲缺陷（topological defects）之間的聯(lián)系。軟物質(zhì)研究的另一方面的意義是軟物質(zhì)的應(yīng)用。前面提及的軟物質(zhì)所包括的那些物質(zhì)，實際都是有著明顯的使用價值。也許正是因為如此，最近又出現(xiàn)了材料科學(xué)變軟的提法。軟物質(zhì)的研究雖然目前主要還是在凝聚態(tài)物理的學(xué)術(shù)圈中進行，但其研究領(lǐng)域則涉及數(shù)學(xué)、化學(xué)、化工、材料、生物及其交叉學(xué)科，被認為是下個世紀物質(zhì)科學(xué)及其相關(guān)學(xué)科中的重點研究內(nèi)容之一。因此在高分子化學(xué)的研究中，引進軟物質(zhì)的概念，利用外場的變化構(gòu)建高分子材料的特殊結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)外場作用下高分子材料的作用和功能的實時調(diào)制，應(yīng)是高分子智能材料研究的重要內(nèi)容。
廣義上的智能材料也應(yīng)包括生命材料。由于生物大分子和合成高分子都屬于軟物質(zhì)，因此軟物質(zhì)科學(xué)的研究也有助于高分子生命材料的研究，雖然目前合成高分子也能模仿蛋白質(zhì)分子的自組裝，但卻沒有蛋白質(zhì)分子那樣的生命活性。這是因為合成高分子的分子鏈缺少確定的序列結(jié)構(gòu)，不能形成特定的鏈折疊。如果在合成高分子膜的表面附著上蛋白質(zhì)分子或有特定序列結(jié)構(gòu)的合成高分子，研究這些表面分子折疊的方法、規(guī)律、結(jié)構(gòu)和活性，形成具有生命活性功能，比如排斥和識別功能的軟有序結(jié)構(gòu)，再通過化學(xué)環(huán)境、溫度和應(yīng)力等外場來調(diào)節(jié)這些軟有序結(jié)構(gòu)，從而控制外界信號向合成膜內(nèi)的傳遞，實現(xiàn)生物活性的形成和調(diào)控，嘗試合成高分子生命材料。
高分子化學(xué)對資源的依賴
化學(xué)是制造和研究物質(zhì)的科學(xué)。調(diào)節(jié)原子和分子在物質(zhì)中的組合配置，控制物質(zhì)的微觀性質(zhì)、宏觀性質(zhì)和表面性質(zhì)，就可能使某種物質(zhì)滿足某種使用要求，因而這種物質(zhì)就能作為材料來使用。因此材料的制備對資源的依賴性和材料的使用與環(huán)境的協(xié)調(diào)性，就成為化學(xué)研究中一個獨特而又十分重要的方面。當(dāng)代高分子合成材料依賴于石油這種化石資源。由于石油的生成是一個漫長的地質(zhì)過程，同時石油又是當(dāng)代人類社會的主要能源，石油資源正日益減少而又無法及時再生，因此尋找可以替代石油的其它資源，則成為21世紀的高分子化學(xué)研究中的一個迫切需要解決的問題。其解決的途徑可以是天然高分子的利用，也應(yīng)包括合成無機高分子的探索。
21世紀利用源于植物的高分子，顯然不同于上個世紀對天然高分子的簡單使用。結(jié)合基因工程的方法，促使植物產(chǎn)生出更多的可直接使用的天然高分子，或可供化學(xué)合成用的高分子單體。采用生物催化劑或菌種，將天然的植物原料，如淀粉、木質(zhì)素和纖維素等，合成為與有機高分子相似的結(jié)構(gòu)或性質(zhì)更優(yōu)異的高分子。這些由植物資源獲得的高分子，不僅擴大了合成高分子的原料來源，而且得到的合成高分子還具有環(huán)境友好的特征，可以是生物降解的，可以是焚燒無害的，可以是循環(huán)再生的。目前來源于石油資源的合成高分子，其主鏈上的原子以碳為主兼有少量氮、氧等原子，因而稱為有機高分子。無機高分子則泛指主鏈原子是除碳以外的其它原子。按元素性質(zhì)判斷約有四五十種元素可以形成長鏈分子。目前報道的有全硅主鏈、磷和氮主鏈、硅氧及硅碳主鏈、全鎵和全錫主鏈，硫磷氮和硫碳主鏈、含硼主鏈、以及含過渡金屬主鏈的無機高分子。其中主鏈全部是硅原子且具有有機側(cè)鏈的聚硅烷應(yīng)是值得注意的一種無機高分子。這既是由于硅是地球上儲量最豐富的元素，又是因為聚硅烷既可用作結(jié)構(gòu)材料又可用作功能材料。無機高分子的研究充分體現(xiàn)出了單體分子的選擇和化學(xué)反應(yīng)的控制，是如何決定高分子材料的性能和功能的。
高分子化學(xué)的可持續(xù)發(fā)展
研究高分子合成材料的環(huán)境同化，增加循環(huán)使用和再生使用，減少對環(huán)境的污染乃至用高分子合成材料治理環(huán)境污染，也是21世紀中高分子材料能否得到長足發(fā)展的關(guān)鍵問題之一。比如利用植物或微生物進行有實用價值的高分子的合成，在環(huán)境友好的水或二氧化碳等化學(xué)介質(zhì)中進行化學(xué)合成，探索用前面提到的化學(xué)或物理合成的方法合成新概念上的可生物降解高分子，以及用合成高分子來處理污水和毒物，研究合成高分子與生態(tài)的相互作用，達到高分子材料與生態(tài)環(huán)境的和諧等。顯然這些都是屬于21世紀應(yīng)當(dāng)開展的綠色化學(xué)過程和材料的研究范疇。
高分子化學(xué)的發(fā)展方向
材料是人類社會文明發(fā)展階段的標(biāo)志。當(dāng)代材料研究具有以下幾個特點：傳統(tǒng)材料（鋼鐵、陶瓷和有機高分子）之間的界限變得越來越模糊而融合變得更明顯，如無機高分子和有機／無機雜化材料的應(yīng)用等；通用材料與功能材料之間的相互滲透變得越來越明顯，更多的通用材料包括結(jié)構(gòu)材料會同時具有某些功能特性，而功能材料也會顯現(xiàn)通用材料的性能；材料中原子和分子組合配置的精確設(shè)計和精確制備，及納米尺度上結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的觀察和測量變得更重要，如化學(xué)制備智能材料、生命材料和單分子器件等；材料的傳統(tǒng)研究方法與當(dāng)代信息社會提供的新技術(shù)的結(jié)合變得更必要，如計算材料科學(xué)等。這些研究表明，當(dāng)代化學(xué)家們正在迎接著以智能材料及生命材料為時代文明特征的21世紀的到來。
材料的發(fā)展是與人類社會的經(jīng)濟發(fā)展、人類與自然界間的協(xié)調(diào)和資源的利用以及人類自身的存在和發(fā)展同步進行的。因此支撐材料發(fā)展的相關(guān)科學(xué)如化學(xué)的發(fā)展，不僅關(guān)系到材料的創(chuàng)新和發(fā)展，還影響到受材料支撐的國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的其它領(lǐng)域，如農(nóng)業(yè)、能源、信息、環(huán)境及人口與健康等的進步與發(fā)展。