【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 和涂層的課題的機(jī)會(huì) ， 能源轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)應(yīng)用是對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的一個(gè)大挑戰(zhàn)，小組在這些復(fù)雜聚合物系統(tǒng)中強(qiáng)調(diào)了一些關(guān)鍵的進(jìn)步需要或預(yù)見： 生物大分子作為復(fù)雜的聚合物的模板或組分。雖然自組裝合成聚合物往往依靠分散力量，生物利用許多其他圖案為指導(dǎo)結(jié)構(gòu)，包括螺旋和板型的肽序列。通過把微弱相互作用總體協(xié)調(diào)起來，生物系統(tǒng)產(chǎn)生的高強(qiáng)度材料（如骨骼，皮膚 ， 甲殼，絲綢） ， 生物識(shí)別和催化特異性，以及高效的能源收獲。隨著聚合物設(shè)計(jì)和合成開始推廣這一復(fù)雜系統(tǒng)，為了達(dá)到以性質(zhì)為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，更好地控制這些系統(tǒng)的集合體的這種需要變得很顯著。這在二維結(jié)構(gòu)的三維材料 的外推法中是特別適當(dāng)?shù)模@些材料能為生物和藥物活性系統(tǒng)提供機(jī)理，生化，和結(jié)構(gòu)因子。 由一個(gè)單一的化學(xué)反應(yīng)推動(dòng)的反應(yīng)體系，或由一個(gè)化學(xué)轉(zhuǎn)變推動(dòng)的一系列反應(yīng)，可以產(chǎn)生有廣泛的刺激行為的新的聚合物，例子包括光響應(yīng)大分子的構(gòu)象轉(zhuǎn)變和腫脹，濕潤(rùn)，散裝或薄膜形態(tài)和力學(xué)性能中的光感應(yīng)和溫度感應(yīng)變化。 隨著為了達(dá)到高水平的有序必須面對(duì)的挑戰(zhàn)，分層結(jié)構(gòu)用電荷提供了新的機(jī)會(huì)?？刂贫鄬咏M裝方法結(jié)合不同的聚合物共混物骨干納米，以形成了廣泛的無機(jī) /有機(jī)雜化材料的組成與控制通常不會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的混合物。利用帶電物種在組合中的互擴(kuò)散和伴隨的 操作如氫鍵等附加的相互作用，能夠操縱這些系統(tǒng)的形態(tài)學(xué)的能力可能導(dǎo)致在薄膜中產(chǎn)生更復(fù)雜的形態(tài)結(jié)構(gòu)。困難會(huì)持久存在，正、負(fù)電荷的物種可以進(jìn)行非所需的聚集或絡(luò)合。成熟反應(yīng)的應(yīng)用可以產(chǎn)生帶電組分，這些組分在想要得到的時(shí)候可能會(huì)隱藏或顯示。操縱電荷的方式包括電化學(xué)還原或氧化，以連續(xù)或梯度順序的方式，調(diào)整沿聚合物骨干的電荷密度，以及 pH 響應(yīng)或裂解群體。由于可聚合物質(zhì)的多價(jià)的特性以及廣泛現(xiàn)有的架構(gòu)，它們?cè)诋a(chǎn)生這樣絡(luò)合物中起特殊作用。 組合的可控可逆性。自適應(yīng)結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)通過聚合物鏈之間，或與其他聚合物納米要素之間的互補(bǔ)作用 可以識(shí)別出從納米粒子到有機(jī)金屬絡(luò)合物或配體。這種材料可能會(huì)從力學(xué)性能和流變行為方面經(jīng)歷顯著改變，并且可能導(dǎo)致反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，它們經(jīng)過接受指令組裝和拆卸或響應(yīng)環(huán)境刺激。真正可逆組裝材料可以產(chǎn)生有響應(yīng)的或自適應(yīng)材料，藥物運(yùn)輸載體，生物醫(yī)用材料，以及活性保護(hù)應(yīng)用。一般的挑戰(zhàn)包括滯后，循環(huán)，狀態(tài)的動(dòng)力學(xué)捕集，興趣的刺激素的可控靈敏度，以及甚至在稀的大分子濃度下的傳動(dòng)裝配能力。 作為制備納米級(jí)物體一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)路線。某些非對(duì)稱或模式化納米粒子有很大的科學(xué)技術(shù)的價(jià)值，而且用傳統(tǒng)的制備技術(shù)可能會(huì)非常困難。復(fù)雜的聚合物體系，從二嵌 段和三嵌段共聚物，到分層自組裝結(jié)構(gòu)，可用于生成球狀，棒狀，管狀，和分層結(jié)構(gòu)。通過充分利用嵌段聚合物系統(tǒng)中化學(xué)成分的不同點(diǎn) ， 或通過在膠態(tài)組合中產(chǎn)生高特異性及空間定位區(qū)域而形成更廣泛的新結(jié)構(gòu) 。 產(chǎn)生更多不同的納米粒子系統(tǒng)的能力可以認(rèn)為在目標(biāo)藥物運(yùn)輸，光子學(xué)，或催化和能源的應(yīng)用方面能產(chǎn)生巨大進(jìn)步的裝置提供組成部分。 通過控制動(dòng)力學(xué)路線直接形成的結(jié)構(gòu)。已有的更復(fù)雜的聚合物系統(tǒng)，包括由離子，氫鍵，疏水性，范德華 力 ，和其他非共價(jià)相互作用形成的超分子結(jié)構(gòu) 。這些系統(tǒng)的集合實(shí)際上往往產(chǎn)生動(dòng)力學(xué)的截留狀態(tài)的結(jié)構(gòu)，預(yù)見性的越過動(dòng)力學(xué)狀態(tài)的能力可能導(dǎo)致有用結(jié)構(gòu)的范圍更寬。 表征與性質(zhì) : 合成技術(shù)和聚合物功能化 的進(jìn)步需要并且激發(fā)我們提高描述分子和材料細(xì)微結(jié)構(gòu)的能力。我們必須了解材料在最終（通常為固態(tài)）狀態(tài)的性質(zhì)，以及材料成型加工狀態(tài)（通常為液態(tài)）的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)在聚合物設(shè)計(jì)和優(yōu)化方面的適當(dāng)進(jìn)步。研究小組提出了在這方面的七大顯著挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)同樣為將來的研究和發(fā)展提供了許多機(jī)遇，這些機(jī)遇包括下列各項(xiàng) : 多重變數(shù)的多樣性 ： 由于 分子種類在一些性質(zhì)，如鏈長(zhǎng)，立體和區(qū)域化學(xué)，構(gòu)造的完整性和共聚物組成上通常是多重性的，所以詳細(xì)的聚合物描述受到阻礙。到現(xiàn)在為止最成功的策略是多種技術(shù)聯(lián)用，但是這種方法耗時(shí)并且受 到一定 限制。舉例來說，即便體積排除色譜分析法可以得到鏈長(zhǎng)對(duì)性質(zhì)貢獻(xiàn)方面的信息，核磁共振光譜學(xué)提供了聚合物平均成分和區(qū)域化學(xué)的細(xì)節(jié)，而從一條鏈到另一條鏈化學(xué)成分是如何變化的，人們只能 進(jìn)行 設(shè)想。高分辨率技術(shù)的不斷發(fā)展（如 MALDI 即 基質(zhì)輔助激光解吸電離 質(zhì)譜分析法和溫度梯度相互作用色譜分析法），以及一種變量的高分辨率分離技術(shù)與另一種變量的高 分辨率分析技術(shù)直接相結(jié)合的聯(lián)用技術(shù)的應(yīng)用都將得到收益 。 單個(gè)鏈的性質(zhì)： 現(xiàn)有 分辨率的極限是對(duì)單個(gè)分子的進(jìn)行測(cè)量，這已經(jīng)在一定的情況下能夠做到。例如：與單個(gè) DNA 高分子拉伸響應(yīng)相抗衡的力 的測(cè)量 ，以及在拉伸流變和電泳時(shí)分子的可見形變的測(cè)量。更加重要的是，它將深刻促進(jìn)人們?nèi)y(cè)量單個(gè)分子的其他性質(zhì)。這包括 能 對(duì)分子的序列和結(jié)構(gòu)，分子對(duì)各種力和相互作用的響應(yīng)的測(cè)量，以及能夠在多種環(huán)境下進(jìn)行這些測(cè)量（舉例來說：在本體相中，在界面的表面）。 形態(tài)學(xué)： 聚合物通常呈現(xiàn)多種多樣的形態(tài)學(xué)特性，包括無定形固態(tài)，結(jié)晶態(tài)，半結(jié)晶網(wǎng)域結(jié)構(gòu)， 交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)與凝膠，液晶和其他中間相，鑲嵌聚合物納米結(jié)構(gòu)，非連續(xù)相和連續(xù)相分離區(qū)域結(jié)構(gòu)。這些相態(tài)中通常 是有 兩種或多種以非均相的方式共存于材料中，使材料復(fù)雜化。同樣的，對(duì)聚合物復(fù)合材料和共混材料的積極研究給表征聚合物在一定限制條件下的結(jié)構(gòu)，以及在纖維、微粒、片層和納米管的硬質(zhì)界面附近的結(jié)構(gòu)帶來了新的挑戰(zhàn)。 多個(gè)長(zhǎng)度和時(shí)間標(biāo)尺： 固有地，從亞毫微米到多微米，聚合物分子和聚合物材料表現(xiàn)出多種重要的結(jié)構(gòu)特征。往往 將 當(dāng)前可應(yīng)用的有力技術(shù)，例如散射和顯微鏡，限定在可達(dá)到的范圍內(nèi)或至少要求多于一種儀器能夠達(dá)到所要的分辨率。這個(gè) 限定在時(shí)間域中更 為 普遍，分子運(yùn)動(dòng)發(fā)生 所需要 時(shí)間從至少幾 皮秒（如側(cè)基和溶劑的運(yùn)動(dòng)）延長(zhǎng)到任意長(zhǎng) （如：玻璃態(tài)老化） 范圍 內(nèi)。通常，隨著分子動(dòng)態(tài)范圍的擴(kuò)大，對(duì)表征工具或同步應(yīng)用在已給樣品 上 的互補(bǔ)技術(shù) 會(huì) 有一定的要求。 及時(shí)、高通過量 的 表征： 很多情況下，分子和材料的表征是在合成和加工之后的一個(gè)獨(dú)立步驟。能夠應(yīng)用于實(shí)時(shí)，實(shí)地，來對(duì)合成和加工過程進(jìn)行更大程度控制 的技術(shù)以及服務(wù) 于產(chǎn)生合成聚合物“圖書館”的高通過量分析技術(shù)都有很大的發(fā)展機(jī)會(huì)。 缺陷 與 雜質(zhì)： 當(dāng)高聚物不斷應(yīng)用于納米技術(shù)和其他需求領(lǐng)域 時(shí) ，便產(chǎn)生了一個(gè)普遍的問題，正 如諺語(yǔ)所說到的 ： 干草垛里的針， 是 不容易發(fā)現(xiàn)但卻是致命的 問題 。在 結(jié)構(gòu) 規(guī)律性中的不經(jīng)意的變化 (“缺陷 ”)，雖然稀少但 對(duì) 材料 而言 卻是致命 的 雜質(zhì)含量，或 者， 甚至預(yù)知 的 低水平雜質(zhì)的引入，都