碳纤维是一种纤维状碳材料，它是用一些含碳的有机纤维，如尼龙丝、腈纶丝、人造丝等做原料，将这些有机纤维跟塑料树脂结合在一起，放在惰性气氛中，在一定的压强下加强热碳化而成。

碳纤维是一种具有导电性、强度大、密度小，耐腐蚀、耐高温的新型材料。用碳纤维与塑料制成的复合材料，可以代替铝合金来制成推力大、噪音小、耗动力小的轻型飞机，为提高计算机的储存量和运算速度，可用碳纤维制成电子计算机的磁盘。用碳纤维制成的材料垫衬在火箭发动机的喷火口内，可以代替质量比它大得多的耐高温陶瓷材料。总之，用碳纤维或碳纤维增强的塑料、玻璃、陶瓷和金属等材料，具有优良的电学、热学和力学性能，用它们代替钢材和合金，在化工、机电、造船、飞机制造以及宇航器材等部分，都有着广泛的应用。

在人们的印象中，塑料是不导电的。而2000年诺贝尔化学奖的获得者美国科学家艾伦·黑格、艾伦·马克迪尔米德和日本科学家白川英树却打破了人们的常规意识，向人们习以为常的“观念”提出了挑战。他们通过研究发现，经过特殊改造之后，塑料能够像金属一样，具有导电性。

所谓聚合物，是由简单分子联合形成的大分子物质，塑料就是一种聚合物。构成塑料的无数分子通常都排成长链并且有规律地重复着这种结构，要使塑料能够导电，其内部的碳原子之间必须交替地以单键和双键结合，同时还必须经过掺杂处理——也就是说，通过氧化或还原反应失去或获得电子。这样，这些额外的电子才能够沿着分子移动，塑料才能成为导体。

黑格、马克迪尔米德和白川英树等在70年代末就开始了研究，并作出了一些原创性的发现，通过他们及许多物理化学家对导电聚合物的研究，使导电聚合物有了大有用武之地。现在，利用导电塑料，人们研制出了保护用户免受电磁辐射的电脑保护屏幕，以及可除去太阳光的“智能”窗户。而近来研发的一些半导体聚合体甚至可以应用在发光二极管、太阳能电池以及移动电话和迷你电视的显示屏当中。

    塑料有软有硬，就看添加的增塑剂是多是少了。

    冬天在室外，塑料雨衣好似硬纸壳，塑料鞋底硬得梆梆响。塑料是高分子化合物。它由成千上万个小分子互相“手拉手”地联结起来，形成大分子“链条”。在金属链条里滴上润滑油，各链节之间就活动自如了。在塑料的大分子链条之间，不能加润滑油，但是在加入“增塑剂”以后，硬塑料也就变得柔软起来。塑料雨衣、床单的增塑剂加得多，就可以随意折叠，揉成一团：塑料凉鞋里增塑剂少一些，虽然柔软，却不能折叠：有些硬塑料管的增塑剂就更少，只有在火上烘烤，才能变软、弯曲。

    塑料有软有硬，就看添加的增塑剂是多是少了。可是，普通的增塑剂和炒莱油一样，随温度下降变得粘稠起来，润滑的本领越来越小。塑料大分子链条里的“润滑油”都凝冻了，塑料自然变得僵硬啦。

    塑料鞋、塑料脸盆、塑料雨衣、人造革等是聚氯乙烯做的，牙刷柄、肥皂盒是聚苯乙烯做的，三角板、半圆仪、发卡、纽扣是有机玻璃做的，加上做食具用的聚乙烯，这几种塑料都是遇热变软，遇冷变硬，称为“热塑性”塑料。

    “热固性”塑料加热时不会变软、熔融，只有烧糊、变焦了事。铝锅的把手，电器和仪表的外壳、墨水瓶盖、钢笔杆……这些酚醛塑料、（电木）制品，还有色彩鲜艳的铅笔刀外壳、玩具、模型等这些聚氨基塑料（电玉）制品，都是热固性塑料原粉在钢铁模具里“铸”出来的。热固性塑料是硬塑料，成型以后，就再也不会变软了。

    塑料作为人工合成的高分子材料,由于它具有良好的成型、成膜性、绝缘性、耐酸碱、耐腐蚀性，低透气、透水性以及易于着色、外观鲜艳等特点，从50年代开始，随着石油化工的发展而得到迅速发展，成为一类不可促替与生活息息相关的材料，广泛用于家电产品、汽车、家具、包装用品、农用薄膜等许多方面。到目前为止，世界塑料年产量已达1亿2千万吨，我国每年产量也超过500万吨。

    然而随着塑料产量增大、成本降低、大量的商品包装袋、液体容器以及农膜等，人们已经不再反复使用，而是用过即作为垃圾丢弃的消费品，即或是大型成型件，最后也会随着产品的损坏而被丢弃，使塑料成为一类用过即被丢弃的产品的代表。

    报载我国东北某城区路边的排排树上，挂满片片破旧塑料袋和条，象面面小旗在风中飘动，城郊一块200亩耕地里散落大量废弃塑料袋，风一起，空中就飞扬起纷纷“雪花”。另一城市组织学生上街打扫卫生，竟从树上摘下4万多个塑料袋。公路铁路沿线两侧，废塑料袋满目皆是……。废弃塑料带来的“白色污染”,今天已经成为一种不能再被忽视的社会公害了。

    把高分子材料和传感器结合起来，已成为智能材料的一个新的特点。意大利在研制有“感觉”功能的“智能皮肤”，已处于世界领先地位。1994年，意大利比萨大学工程专家德·罗西根据人类皮肤有表皮和真皮（外层和内层）组织的特点，为机器人制造了一种由外层和内层构成的人造皮肤，这种皮肤不仅富有弹性，厚度也和真的皮肤差不多，为了使人造皮肤能“感知”物体表面的质感细节,德·罗西的研究小组还研制了一种特殊的表皮，这种表皮由两层橡胶薄膜组成，然后在两层橡胶薄膜之间到处放置只有针尖大小的传感器，这些传感器是由压电陶瓷制成的，在受到压力时，就产生电压，受压越大，产生的电压也就越大。据报道，德·罗西制成的这种针尖大小的压电陶瓷传感器很灵敏，对纸张上凸起的斑点也能感觉到，铺上德·罗西研制的人造皮的机器人，可以灵敏地感觉到一片胶纸脱离时产生的拉力，或灵敏地感觉到一个加了润滑剂的发动机轴承脱离时磨擦力突然变化的情况，迅速作出握紧反应。

什么是高分子智能材料?

    目前在新材料领域中，正在形成一门新的分支学科－高分子智能材料，也有人称机敏材料，高分子智能材料它是通过有机合成的方法，使无生命的有机材料变得似乎有了“感觉”和“知觉”。这类材料在实际中已有了应用，并正在成为各国科技工作者的崭新的研究课题，预计不远的将来，这些材料将进入到我们生活中。

    数千年来，人们建造的建筑物都是摸拟动物的壳，天花板和墙壁都是密不透风，以便把建筑物内外隔开。科学家正在研制一和能自行调温调光的新型建筑材料，这种制品叫“云胶”，其成分是水和一种聚合物的混合物，这种聚合物的一部分是油质成分，在低温时这种油质成分把水分子以一种冰冻的方式聚集在这种聚合物纤维的周围，就象“一件冰茄克衫”，这种象绳子似的聚合物是成串排列起来的，呈透明状，可以透过90％的光线。当它被加热时，这和聚合物分子就象“面条在沸水里”那样翻滚，并抛弃它们的象冰似的“冰茄克衫”，使聚合纤维得以聚在一起，此时“云胶”又从清澈透明变成白色，可阻挡90%的光。这一转变大部分情况下在两三度温差范围内就能完成，并且是可逆的。

    建筑物如果具有象这样的“皮肤”，就可以适应周围的环境。当天气寒冷时，它就变成透明的，让阳光照班进来。当天气暖和且必须把阳光挡住时，它就变得半透明。一个装有云胶的天窗，当太阳光从天空的一端移向另一端时，能提供比较恒定的进光量。充满云胶的多层玻璃，不仅可作天花板，而且可作墙壁.

    德国著名的化学康采思巴斯夫公司正在研制一种智能塑料，它可以按人们的需要时而变硬时而变软. 这种名为“施马蒂斯”的塑料是由这家公司的工程师舒勒发明的。他在烧杯中倒人一种乳白色流体，用一根金属棒搅拌，液体渐渐变稠，最后成为硬块，接着硬块又在顷刻之间变成液体。如果急速把金属棒从液体中抽出，那么液体就会象胶水一样把棒拉住，只有非常缓慢地提起，才能抽出金属棒。据舒勒说，造成这种现象的原理是，这种塑料的溶剂是水，其微小的颗粒排列整齐时呈液体状，受到干扰时就呈固体状。因而人们可通过各种外因来变换它的物理状态。这种塑料能自行消除外来的撞击，特别适合于车辆的缓冲器,用这种塑料制成的油箱即使被坦克压过也不会破裂。用于建房则抗震性能特强，如果在桥梁钢架上套上一层用这种塑料制成的微型管道网，其中储存有防锈剂，一旦钢架生锈，管道会自行熔解，释放出防锈剂。以此制成的胶囊丸服用后，可到体内指定部位才释放出药物。

    日本正在研制的用高分子聚碳酸酯与液晶结合而成的液晶膜或人工分离膜已在医药工业得到应用。比如，在医疗中，将薄膜做成胶囊状，把消炎剂放人里面，然后将胶囊埋入发炎部位，胶囊可依据患处发炎而引起的温度变化，及时释放出药剂，达到预期的治疗目的和治疗效果，在食品工业方面，利用人工膜可研制出“辨味机器人”的味觉感知器，并可改进或制造所需的各种食品成分，又如用薄膜技术可浓缩葡萄汁，提高匍葡酒的味质；可制造低盐分酱油，纯化果汁，给食品着色等。这既可改进食品质量，增强人的食欲，又可扩大食品销售市场，堤高食品工业的经济效益。

    把高分子材料和传感器结合起来，已成为智能材料的一个新的特点。意大利在研制有“感觉”功能的“智能皮肤”，已处于世界领先地位。1994年，意大利比萨大学工程专家德·罗西根据人类皮肤有表皮和真皮（外层和内层）组织的特点，为机器人制造了一种由外层和内层构成的人造皮肤，这种皮肤不仅富有弹性，厚度也和真的皮肤差不多，为了使人造皮肤能“感知”物体表面的质感细节,德·罗西的研究小组还研制了一种特殊的表皮，这种表皮由两层橡胶薄膜组成，然后在两层橡胶薄膜之间到处放置只有针尖大小的传感器，这些传感器是由压电陶瓷制成的，在受到压力时，就产生电压，受压越大，产生的电压也就越大。据报道，德·罗西制成的这种针尖大小的压电陶瓷传感器很灵敏，对纸张上凸起的斑点也能感觉到，铺上德·罗西研制的人造皮的机器人，可以灵敏地感觉到一片胶纸脱离时产生的拉力，或灵敏地感觉到一个加了润滑剂的发动机轴承脱离时磨擦力突然变化的情况，迅速作出握紧反应。

    美国的一些桥梁专家正在研究主动式智能材料，能使桥梁出现问题时自动加固；美国密执安大学则在研究一种能自动加固的直升飞机水平旋翼叶片，当叶片在飞行中遇到疾风作用而猛烈振荡时，分布在叶片中的微小液滴就会变成固体而自动加固;人们还研究一种住宅用的“智能墙纸”，当住宅中的洗衣机等机器产生噪音时，智能墙纸可以使这种噪音减弱。

    总之，高分子智能材料已成为材料科学的一个重要研究领域，各国科学家正在为此作不懈的努力。从人类发展的历史证明，每一种重要材料的发现和利用，都会把人类支配和改造自然的能力提高到一个新的水平，给社会生产力和人类生活带来巨大的变化，把人类物质文明和精神文明向前推进一步。可以肯定的说，终有一天各种各样实用的智能材料会大量出现在我们的面前。

可分解的塑料

    形形色色的塑料制品极大地丰富了人们的生活，但废弃的塑料在自然界里的分解速度很慢，要完全分解得几十年的时间。因而，塑料在改善了人们生活质量的同时也给人类带来了一个恼人的问题——垃圾问题。仅美国，每年就要抛弃几百万吨的废旧塑料。

    为了妥善地解决塑料垃圾的难题，化学家们正在改变着塑料本身的结构，以便废弃的塑料在不太长的时间里完全分解。目前，可分解的塑料有两种类型。一类是光分解类型，这一类塑料在制造过程中，其高分子链上每隔一定的距离就被添加了光敏基团。这样的塑料在人工光线的照射下是安全的、稳定的，但是在太阳光（含有紫外线）的照射下，光敏基团就能吸收足够的能量而使高分子链在此断裂，从而使塑料得以分解。另一类是生物可分解塑料，这一类可分解的塑料是在高分子链上引入一些基团，以便空气、土壤中的微生物能使高分子长链断裂为碎片，进而将其完全分解。目前，这类塑料主要是淀粉基生物可分解塑料。现在，有些化学家正在研制非淀粉基生物可分解塑料。如，已制成了乳酸基生物可分解塑料、多糖基的天然塑料。乳酸基塑料是以土豆等副食品废料为原料的，这些废料中多糖的含量很高，经过处理后，多糖先转换为葡萄糖，最后变成乳酸，乳酸再经聚合便可制得乳酸基塑料。这种塑料不但成本低而且很容易处理，如可以烧掉（不产生有毒气体）或加以回收再利用（不会对循环制品造成任何污染），当然，若废弃，也很容易被微生物分解。多糖基天然塑料是从一种类似淀粉的化合物中提炼加工而成的，这种化合物就存在于一些天然物质，如玉米、蟹壳中。这种天然塑料可在一个月内分解。

    化学家们还制出了生化聚合塑料，这种塑料是天然细菌的末端产品。它们能被土壤里的微生物在短期内分解。

    可以相信，一旦这些可分解的塑料大量替代现在使用的塑料，那么塑料垃圾造成的环境污染必将得到完善的解决。

21世纪──高分子化学新时代

活性聚合是促使高分子化学走向新时代的基础。

有人说高分子化学是一门排队化学，排头要很快站出来，队员迅速排上队，面向都一样，所有队员必须都排上队，结果是每排长短都一样，这就是高分子新时代的出现，有下列三个重要方面：

一是高分子的分子量概念将彻底改变，因为原来的高分子分子量都是各式各样的平均值，主要原因是因为长短不齐。

二是高分子概念也将彻底改变。高分子决不是不易控制的长短不齐的分子所组成，而是均匀高分子所组成。

三是高分子性能以及加工应用，都将因为是精密高分子而出现全新的数据, 全新的性能与加工方法与用途。

 这三个方面的突破将使21世纪高分子化学发展成为一个新科学的时代。

你知道世界上价值连城的衣服是用什么料子制成的？值多少钱？它既不是毛料、貂皮，也不是金丝银线织成的，而使用玻璃纤维同其它材料做成的，它是美国“阿波罗”号飞船宇航员穿的宇宙服，据说价值十万美元以上。“阿波罗”号登月舱内的纺织品，许多都是用新型的特种玻璃纤维织造的。衣服表面涂有铝的反射层，隔热保暖，能防止烧伤和宇宙射线的伤害。玻璃纤维可真了不起！

将玻璃熔成玻璃球，放进白金坩埚里熔化，让玻璃液从坩埚底部漏板孔中流出，经过处理后拉成极细的玻璃丝。为使玻璃纤维具有各种特殊的性能，可以预先根据不同需要在普通玻璃的原料中加进一些特殊成分，如防射线的玻纤加氧化铅、氧化铝等，无碱玻纤则以氧化硼代替原料中的氧化钠等。

玻璃拉成横截面只有头发1/4粗细的丝后，性质就发生了奇妙的变化，其抗拉强度增大为尼龙的3倍，即不会燃烧，又能抗腐蚀、绝缘、隔热和吸音。这是为什么？原来普通玻璃中含有肉眼看不见的孔隙和气泡，容易破碎。当把它拉成细丝后，玻璃微粒就乖乖地有秩序地排列起来，几乎没有间隙，形成表面光滑、粗细均匀、性能独特的玻璃纤维。

由玻璃纤维织成的布，再经专门的热处理，会变成像绸缎柔软轻飘。玻璃布防火，且经久耐用，可制作影剧院的银幕、帷幕、台灯的灯罩以及消防员身上的救火防身衣。

玻璃纤维表面光滑、耐高温、抗腐蚀，又是理想的过滤材料。玻璃纤维滤布比棉滤布寿命高三十余倍，这对于防治“三废”污染，改善人类的生存环境有特殊的意义。

采用超细玻璃纤维与铜丝合股制成的均质板，可以在高压电场下进行安全带电操作。

利用玻璃纤维透光性好的特点，医疗上用它来制造观察人体内部脏器病变的内窥镜，如胃镜、支气管镜、直肠镜、膀胱镜。

玻璃棉纤维短、空隙大、导热系数小、热绝缘性和吸音性能好，是很好的保暖吸音材料。从保温能力看，25mm厚的玻璃纤维胜过800mm厚的砖墙。玻璃棉制品作天花板、 墙壁板、完全适用于 电台、电报电话大楼、播音室、录音棚等的内部装饰。

玻璃纤维与塑料一起制成的“玻璃钢”是一种高强度、耐高温、电绝缘性好的复合材料，广泛用于国防、石油、化工、航空、电气、建筑等工业部门。

    目前我国已有降解塑料(降塑)母料或专用生产线90条，年总生产能力超过10万吨，但1998年全国降塑母料或专用料的总产量不足5000吨，不到总生产能力的5%。我国的降塑开始研究于70年代后期，90年代初主要集中在农地膜的研究和开发。将“可降解塑料地膜”列入国家“八五”和“九五”重大科技攻关计划。90年代中期的热点转向塑料餐具、包装袋和垃圾袋。现有的90条生产线中，淀粉填充聚乙烯和聚苯乙烯的生产线占44条、光降解塑料生产线9条、光／生物降解塑料生产线35条、淀粉／聚氯乙烯合金生产线1条，全淀粉生产线1条。

    从降塑技术看除完全降解外。国内与国外的差距不大，但在降解性能和经济上存在一些问题。目前我国推向市场的产品基本上是部分降解产品，如光／生物降解聚苯乙烯发泡餐盒及聚丙烯餐盒、聚乙烯包装袋和垃圾袋，它们虽有与普通料制品相似的使用性能但降解性差且价格偏高，而对质量较好的降塑吹膜要介决贮存期吸水、母料中杂质、由低熔点和低沸点物引起的起泡等技术问题。

    所谓“纳米塑料”是指无机填充物以纳米尺寸分散在有机聚合物基体中形成的有机／无机纳米复合材料。在纳米复合材料中，分散相的尺寸至少在一维方向小于100nm。由于分散相的纳米尺寸效应、大比表面积和强界面结合，纳米复合材料具有一般工程塑料所不具备的优异性能，因此是一种全新的高技术新材料，具有广阔的商业开发和应用前景。

    以聚酰胺(PA6和PA66)、聚酯(PET和PBT)、聚乙烯(包括普通聚乙烯和超高分子量聚乙烯)、聚苯乙烯、环氧树脂、硅橡胶、聚苯胺、聚氨酯等为基材，用蒙脱土、纳米ZnO、纳米CaCO₃、纳米TiO₂等无机纳米材料作为分散相，可以制备一系列纳米塑料。

纳米塑料实现了有机物基体与无机物分散相在纳米尺度上的复合，所得的纳米塑料具有优异的物理力学性能，它将无机物的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与聚合物的韧性、可加工性及介电性完美地结合起来。纳米塑料比强度和比模量高，而且比重较小，能够有效地降低制品重量，方便运输。同时，由于纳米粒子尺寸小于可见光波长，纳米塑料具有高的光泽和良好的透明度。有的纳米塑料还具有高阻隔性及自熄灭性。

    良好的性能组合、简单的加工工艺和低廉的价格使得纳米塑料在纤维、各种高性能管材、汽车及机械零部件、电子和电气部件等领域中有广泛的应用前景。添加纳米ZnO、纳米S_iO₂、纳米TiO₂的纳米纤维织物可制成具有杀菌、防霉、除臭、抗静电、抗紫外线的服装。使用纳米ZnO、纳米TiO₂纳米塑料和纳米涂料制成的冰箱具有杀菌、防污、除臭、自洁的功能。加有蒙脱土的纳米复合材料具有优异阻隔性能，在食品特别是啤酒罐装、肉类和奶酪制品的包装材料市场上潜力巨大。纳米ZnO用于制造高速耐磨橡胶制品，如飞机轮胎，轮胎侧面胶的抗折性可由10万次提高到50万次。纳米改性的橡胶手套有杀菌功能。

有一种广泛用于汽车、家电产品上的高分子涂料，是按下图所示流程生产的。流程图中：M(C₃H₄O)和A都可以发生银镜反应；N和M的分子中碳原子数相等；A的烃基上一氯取代位置有3种。

(1)写出物质的结构简式：A_________；M_________。

(2)物质A的同类别的同分异构体为_________。

(3)N+B D的化学方程式为_________。

(4)反应类型：X为_________；Y为_________。(上海市高考题)

答案：(1)CH₃CH₂CH₂CHO；  CH₂═CH—CHO

     (2)

 (3)CH₂═CHCOOH+CH₃(CH₂)₃OH

 CH₂═CHCOO(CH₂)₃CH₃+H₂O。

  (4)加成反应；聚合反应。