復合材料的未來：梯度性材料

     復合材料已是在工業上得到廣泛運用、人們比較熟悉的一種特殊材料。21世紀復合材料將朝梯度性材料發展。目前在性能方面，人造復合材料要比大自然創造的天然復合材料差得多，因此，人類還有很多地方要向大自然學習。

    人類使用不同材料創造的勞動工具在社會進步中起了重要作用，比如，石器、青銅器和鐵器等。近二三十年里，在聚合纖維基礎上研制成的復合材料得到了迅速的發展。因此，從某種意義上說，當今社會是復合材料的時代。復合材料具有一系列獨特的性質：一方面能夠承受相當重的壓力，另一方面具有很高的破壞黏性，也就是說，在受到打擊的時候不會變成碎片?，F代航空技術、宇航火箭技術、造船技術沒有復合材料是不可想象的。比如，俄羅斯著名的《白楊－M》導彈就是用復合材料制成的，甚至連火箭發動機的固體燃料也是由復合材料組成的。

    復合材料是在制造零配件的過程中產生的，這是因為，新的材料要求新的設計思維。第二次大戰時就開始使用塑料玻璃了，那時就用它來制造飛機機翼，后來用于制造掃雷艇。但塑料玻璃在軍事和民用方面的廣泛運用，是到上世紀70年代后才開始。未來的復合材料將朝梯度性復合材料發展，梯度性復合材料的性質是從一點到另一點發生變化的。比如，玫瑰的刺，它們是由天然的有機聚合物構成的，也就是說，本質上是由軟材料組成的，但由于玫瑰刺的不均勻性結構而具有不起褶、高強度的特性。還比如，哺乳動物的骨頭也是梯度性復合材料，外部很硬，但內部是大孔隙結構。人類已經研制出了類似的復合材料，但大自然創造的要比人類好得多。自然界中的所有結構材料，不論軟硬，都是按照復合材料的原則構成的。比如，木質材料就是由天然的聚合物纖維構成的。

    智能材料將會在21世紀的前30年里得到進一步發展，這種材料的性質可隨著外界環境的變化發生改變。這樣的材料已經在航空工業中使用，但目前量少，不普及。另外，塑料瓷磚仍是科研人員努力探索的一種理想材料。普通的瓷磚，也就是燒制的瓷磚很脆，這使它使用范圍受到了極大的限制。目前，許多科研機構，包括俄羅斯科學院化學物理研究所正在研制無機材料塑料，這種材料將更容易加工，脆性得到了大大降低。再過二三十年，無機聚合物和無機－有機復合材料將替代許多現有的建筑材料和結構材料。

    目前幾乎所有的有機聚合物都是從石油和少量天然氣中生產的。但石油和天然氣的儲量是有限的，因此，21世紀前30年里的一個重要方向，是利用再生原料獲得聚合物材料。比如，化學紙漿和木質纖維，但它們的再加工是具有環境污染的過程，這就需要開發新的環保的再加工技術工藝。和25年前相比，目前一個比較尖銳的問題，是聚合物材料的降解處理問題。聚合物的產量已經超過了金屬生產的總量，怎樣處理使用過的塑料包裝材料？合成聚合物不像天然材料一樣能夠自然降解分化，被微生物吃掉。因此，聚合物材料科學沿著兩個方向發展：，研制一種能夠在光和熱的作用下降解到能夠被微生物吃掉的材料；第二，對使用的聚合物材料進行再加工，比如，對使用過的輪胎再加工，但同時希望在再加工的過程中，不會完全破壞化學性質，比如，加工成粉末，再由粉末制成新的材料。