【正文】 Lomb) Ken Carter (University of Massachusetts Amherst) Ralph Colby (Pennsylvania State University) Monica Olvera de la Cruz (Northwestern University) Joseph DeSimone (University of North Carolina at Chapel Hill) Barry Farmer (AFRL) Richard Friend (Cambridge University) Mary Galvin (Air Products) Jan Genzer (North Carolina State University) Sharon Glotzer (University of Michigan) Peter Green (University of Michigan) Barney Grubbs (Dartmouth College) Kathleen Havelka (Lubrizol Corp) Craig Hawker (University of California at Santa Barbara) Anne Hiltner (Case Western Reserve University) Catherine Hunt (Rohm amp。面臨的挑戰(zhàn)是巨大的，但機(jī)會也是巨大的，這對于高分子科學(xué)的研究工作是一個(gè)激動人心的時(shí)刻。同樣，第二大挑戰(zhàn)是： 我們?nèi)?何設(shè)計(jì)和完善原子和能源效率合成的革命性新形式的問題？這類似于增加合成的效率和高分子化學(xué)可持續(xù)性的目標(biāo)。這是參照比較這些指標(biāo)與在美國國家科學(xué)基金會確定聚合物車間和總結(jié)在這里因?yàn)楸M管基本能源科學(xué)報(bào)告必然是更廣泛的在范圍上，有直接類比于所有情況。這對許多未來產(chǎn)品尤為重要的這些產(chǎn)品很可能是 “高附加值 ”高分子材料， 這可能通過小規(guī)?；蛐∨紊a(chǎn)。首先是開發(fā)更好的手段定性迄今甚少了解的結(jié)構(gòu)形成進(jìn)程。這個(gè)總的目標(biāo)也涉及到表征和性能。 改善再循環(huán)，例如通過明智的選擇添加劑和加工助劑，如成核劑，顏料和脫模劑。節(jié)能處理 。 4. 低溫下環(huán)境良性處理。這種混合材料的優(yōu)點(diǎn)就是在這方面有龐大的刺激作用，但加工（例如， 甚至合成作為一個(gè)簡單的概念均勻分散的納米顆?；蚣{米線）已經(jīng)被證明非常困難。自組裝技術(shù)獨(dú)自可以產(chǎn)生一些三維結(jié)構(gòu)物質(zhì)，但僅限于一部分很少的對稱結(jié)構(gòu)，應(yīng)此，包括頂部，底部，上部，下部的創(chuàng)新過程，還有很多空間。 2. 對三維成型的精確控制 。雖然這一目標(biāo)已經(jīng)明確能夠持續(xù)性受益，但存在這樣的情況就是許多先進(jìn)的聚合物材料，如電子或生物應(yīng)用，無法承受高溫處理典型的商品熱塑性。這既包括周期和非周期性結(jié)構(gòu)，又包括大規(guī)模和非常小規(guī)模的進(jìn)程。在這一極其廣泛的區(qū)域，出現(xiàn)了兩個(gè)大的挑戰(zhàn)。 在過去的十年中在納米級控制結(jié)構(gòu)方面取得一些重大的進(jìn)展，這種趨勢是將肯定擴(kuò)大的。所產(chǎn)生的亞穩(wěn)材料表現(xiàn)出的歷史依賴型結(jié)構(gòu)和屬性。另一個(gè)重要的方面是更全面的理解如下四個(gè)方面的關(guān)系： 1，高分子的化學(xué)特性； 2 鏈段動力學(xué)，或應(yīng)力松弛，預(yù)示著玻璃化轉(zhuǎn)變； 3，鏈段動力學(xué)，決定了粘彈反應(yīng)和機(jī)械性質(zhì)； 4，熱力學(xué)性質(zhì)決定了特定的非平衡態(tài)。 六 結(jié)晶和玻璃化轉(zhuǎn)變 ， 在理 論上，這些關(guān)于聚合物物理學(xué)方面的經(jīng)典問題已取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)步，雖然在上述兩方面依然存在一些重要的挑戰(zhàn)。 對于大多數(shù)聚合物而言，最基本的動力學(xué)方案是在理想的條件下確定的，這些合成過程很少在現(xiàn)實(shí)中應(yīng)用。即使是最成熟的聚合物合成方案，也會產(chǎn)生許多不均一的分子。 五 合成 ， 隨著現(xiàn)代合成工具的發(fā)展，對理論和合作的需求增加了很多，在很大一方面是因?yàn)榭梢缘玫降木酆衔锏慕Y(jié)構(gòu)范圍太廣，以至于無法對他們進(jìn)行系統(tǒng)化的處理。例如，對空穴和電子流動性及隊(duì)列結(jié)構(gòu)更好的理解，將會指引合成，并提高聚合物的半導(dǎo)體性 ；提高光子的傳輸效率可以改善有機(jī)太陽能電池的性質(zhì)。這里對預(yù)測理論也有很大的要求這種理論必須能夠指引合成從而獲得所要求的具備形態(tài)學(xué)和相行為學(xué)的物質(zhì)，而不是僅僅解釋事實(shí)上唯象學(xué)的結(jié)果。首先 是對超分子的構(gòu)造成型和雜化物的基本假設(shè)規(guī)則。 三 雜化物自組裝和等級結(jié)構(gòu) ， 作為功能性物質(zhì) 一大部分當(dāng)代的聚合物科學(xué)家把自組裝理論作為加工納米構(gòu)型物質(zhì)的主導(dǎo)理論。因?yàn)闀r(shí)間和空間的范圍很寬，發(fā)現(xiàn)多種多樣的相似的粗糙的?；Ｐ褪遣荒鼙苊獾摹０l(fā)展一種全部自由能理論的圖景是不切實(shí)際的，在真實(shí)的屏障之間存在著許多亞穩(wěn)態(tài)。 二 平衡性和加工過程 ， 在通常情況下聚合物本身不能達(dá)到一個(gè)平衡狀態(tài)，相類似的聚 合物的加工過程通常包括強(qiáng)的流動，溫度梯度的變化，以及其他一些情況是整個(gè)系統(tǒng)遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)。第二個(gè)困難是，在起作用的鏈長范圍內(nèi)，靜電作用力足夠大，它可以達(dá)到或者二倍于分子間的作用力。在這個(gè)領(lǐng)域眾多的基礎(chǔ)性問題中，有兩個(gè)備受人們的關(guān)注。 1 系統(tǒng)地描述已知物質(zhì)的合成規(guī)則，包括分等級的不同物質(zhì)和生物雜化的物質(zhì)等； 2理解電子，光子，離子和能量在聚合物中傳播的基礎(chǔ)，從太陽能電池到正在使用的電池，從電池組到傳感器和隔膜等； 3 系統(tǒng)地描述有效率的合穩(wěn)健的加工準(zhǔn)則，尤其是對于一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的化合物 。 理論和模擬 在理論分析方面取得的重大進(jìn)步，以及電腦技術(shù)在模擬實(shí)驗(yàn)中前所未有的發(fā) 展，使得在未來的幾十年中，聚合物理論家將在大分子物質(zhì)的合成，加工和分子設(shè)計(jì)領(lǐng)域起主導(dǎo)作用。另一方面，先進(jìn)儀器（如：電流計(jì)，光散射分光計(jì)）商業(yè)實(shí)用性上的巨大進(jìn)步 可能會造成 促使儀器誤用的結(jié)果 ，這在人們 的 意料之外 ，比如這些技術(shù)在明顯簡化時(shí)其 原有的 潛在的微妙之處和設(shè)想 都 被遺忘，而 如果能夠 應(yīng)用這些潛在的微妙之處和設(shè)想可能會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)資料 來供參考 。然而充分或適當(dāng)?shù)膽?yīng)用這些技術(shù) 還存在一定障礙 。 目前 的工具傾向于展現(xiàn)含量占優(yōu)勢的結(jié)構(gòu)成分的信息，而不是足夠靈敏的顯示少數(shù)組分信息。 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 。 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。這個(gè) 限定在時(shí)間域中更 為 普遍，分子運(yùn)動發(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）延長到任意長 （如：玻璃態(tài)老化） 范圍 內(nèi)。 多個(gè)長度和時(shí)間標(biāo)尺： 固有地，從亞毫微米到多微