现在，纳米技术已引起了一大批科学家的着迷，也引起了各国政府的高度重视。美国自1991年起把纳米技术列入“政府关键技术”，美国国防部每年为此拨款3500万美元；日本从1995年开始实施为期10年的纳米技术研究计划，并将它作为必须开发的四大基础科学技术项目之一；澳大利亚于1993年已将纳米技术列为21世纪最优先开发的项目。我国对纳米技术的研究也相当重视，且在世界上进入先进行列，1993年中国科学院研究人员操纵原子成功写出“中国”两字，是世界上第二个成功进行这方面实验的国家；2000年中国科学院研究人员又首先发现了纳米材料的新特性——超塑延展性，纳米铜在室温下竟可延伸50多倍而“不折不挠”。
纳米技术之所以受到如此关注，是因为它具有许多卓越性能：①纳米材料的熔点极低，如金的熔点通常为1064℃，当制成2nm的细金粉后熔点仅为330℃，这使低温下制造合金产品成为可能，而且可把通常不可熔的金属冶炼成合金。②有些药物制成纳米颗粒可以直接注射到血管内而顺利进入微血管，使药品疗效更好。③纳米大小的催化剂分散在汽油中可提高内燃机的效率；纳米大小的铝粉加到火箭的固体燃料中，可使火箭加速。④化纤中添加纳米微粒，可以除味杀菌，现在添加纳米材料的无菌餐具、无菌纱布已面世。⑤由于纳米材料能有效吸收紫外光；因此，在防晒油、化妆品中加入纳米微粒可达到防紫外线功能。⑥使用纳米材料的微机械的出现对子行业、机械行业等带来革命性的变化。例如一种小如跳蚤的微型手术机械，将它送进人的动脉，它前端那微型手术刀能按照人的要求切除肿瘤、排除血栓等。
但纳米技术更激动人心的创举是人类在纳米尺度上重新认识和改造客观世界，这将会使人类建立一种崭新的思维方式，即人类将利用越来越小、越来越精确的物质和越来越精细的技术生产成品来满足人类更高层次的要求。
例如，制造比现代微型计算机小几十亿倍的未来分子机器，这种机器能让原子按人的指令排列，既能造宇宙飞船，又能制灵丹妙药……
纳米计算机与分子机器相结合，能够使几乎所有可被设计出来的东西都可用许多廉价的原料甚至灰尘、阳光和空气来生产。包含有纳米计算机的纳米机器人将会是一种可以进行人机对话的装置，它可以进入人体内进行人体器官的修复工作，进行基因装配工作（即从基因中除去有害的DNA或把正常的DNA安装在基因中）。这些并非是“天方夜谭”，现在国外正在研制针头大小的纳米计算机，不久前英国科学家制成了纳米电路，这为纳米计算机的研制奠定了坚实的基础，人类正在日益接近上述目标。
可以预言，随着纳米技术的发展，在不久的将来，人类的生产、生活方式将会发生翻天覆地的变化，纳米技术将对人类文明的发展产生巨大影响，为人类创造美好的未来。
四、高分子材料
高分子化合物是衣食住行和工农业生产各方面都离不开的材料，其中棉、毛、丝、塑料、橡胶等都是最常用的。以往人们使用的高分子材料都取自天然产物，物质文明和精神文明都高度发展的今天，天然高分子材料已经不能满足生产、生活和科技等各方面日益增长的需要。近代化学、化工科学技术的迅速发展，创造了许多自然界从来没有过的人工合成高分子化合物，对满足人类的各种需求做出了重要的贡献。
高分子是由一种或几种结构单元多次重复连接起来的化合物。它们的组成元素不多，主要是碳、氢、氧、氢等，但是分子量很大，一般在10000以上；有的可高达几百万，高分子化合物也因此而得名。
如常见的聚氯乙烯（PVC）是由结构单元氯乙烯（CH2＝CHCl）重复连接而成，其分子式可写成[—CH—CHCl—］n，是由两种结构单元和多次重复连接而成的。当物质的分子量由小到大，成为高分子以后，就能表现出与低分子截然不同的性质。比如，它们有了可塑性，能够做成一定形状；有了成丝性，可以把它拍成纤纤细丝；有了成膜性，能展成很薄很薄的膜片。
1．塑料
塑料是以天然的或合成的高分子化合物为主要成分，在一定的条件下塑制成型，产品最后能保持形状不变的材料。根据塑料受热后性能的变化，可分为热塑性塑料和热固性塑料。
热塑性塑料主要是具有线型或带少量支链的结构，它在常温下是固体，可反复加热软化、冷却固化，是一种可反复塑制、可回收再用的材料。常用的热塑性塑料有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯）、尼龙（聚酰胺）、塑料王等。热固性塑料主要具有网状的立体结构，受热不能软化，不能反复塑制；因此，不能回收再利用。
常用的热固性塑料有环氧树脂、酚醛树脂、脱醛树脂、聚氨酯等。下面扼要介绍其中几例：
（1）酚醛塑料
酚醛塑料是第一种人工合成的高分子材料。在20世纪初，随着电力和电器工业的发展，需要使用大量有绝缘性能的材料，当时应用最广的是虫胶。
虫胶是一种漆片，它是从东南亚的一种叫紫胶虫的昆虫中分泌出来的淡黄色的天然树脂，可以铸塑成各种绝缘材料。由于虫胶制品比传统的陶瓷绝缘材料的性能好，因此对虫胶的需求量与日俱增。而当时虫胶的产量却非常有限，化学家就着手研究、寻找虫胶的代用品。究竟如何下手呢？对于一个训练有素的化学家来说，他首先想到的是查文献、了解前人有没有做过这方面研究和可借鉴的经验，即使没有成功的经验，那些失败的教训也是一种宝贵的财富。
1907年，在美国工作的比利时化学家贝克兰德从文献上查到，早在1872年，德国著名的有机化学家、合成染料工业的奠基人——拜耳曾经做过这样的研究：把通常做消毒用的石炭酸（苯酚）跟医学和生物学上防腐用的福尔马林（甲醛）混合起来，便生成了一树脂状的物质。把这种物质加热，它会发泡并产生恶臭，待这种物质重新冷却以后，又会凝固成坚硬而多孔的不溶于水的灰色固体。
德国化学家克莱贝格也做过类似的实验，发现苯酸和甲醛反应而生产的树脂状化合物，在冷却时硬如岩石，即使用浓盐酸处理，也难使树脂溶解。但是，当时这个科学研究在工业和商业应用上的价值没被发现。贝克兰德意识到，苯酚和甲醛有如下反应：nC6H5OH＋→C6H5COH＋nH2O反应后的产物性能是否可以通过改变两者反应的条件而达到理想的性能呢？他就开始为自己的实验做准备，专门设计了一套设备，在这套设备的反应室中可以把空气抽走而使反应室内压力降低，而且用盘旋在反应室内外的蛇形蒸气管间接加热代替直接加热。
他采用不同的百分比的原料，在不同的温度和压力下试验了各种反应条件，得到了性能各异的酚醛树脂。酚醛树脂是一种优质材料，有足够的强度和硬度，而且比钢铁等金属制品轻得多；它的质地紧密，可以铸塑成型，还可以进行机械加工；它可以染色；它对热、酸、气候变化不敏感，性质很稳定；它具有良好的绝缘性能。木材用酚醛树脂浸透后会变成非常硬而结实且有韧性的材料，能耐酸和水蒸气的侵蚀。把酚醛树脂放在模具中，在冷却后就可以铸塑成各种形状的清亮、坚硬、琥珀色的树脂状固体。因此，酚醛树脂不仅在绝缘材料上代替了虫胶，在其他方面也得到了广泛的应用。
（2）聚乙烯塑料
聚乙烯是当今世界上产量最大的塑料产品之一，它无臭、无毒；具有优良的耐低温性能，最低使用温度可达到－100℃～－70℃；化学稳定性好，能耐大多数酸、碱的侵蚀；常温下不溶于一般溶剂，吸水性小；电绝缘性能优良。聚乙烯的应用范围很广，除了制成薄膜而广泛用做食品、医药用品等的包装外，还用来制作板材、纤维、日用杂品、绝缘器材等。
（3）塑料王
著名的塑料王由四氯乙烯聚合而成，具有洁白半透明的外观，蜡状手感，耐热性好，可在260℃下长期使用；除熔融的金属铀和液体氟之外，能耐一切化学药品，即使在王水中煮沸也不起变化；有极佳的自润滑性，是世界上最光滑的材料之一；有突出的表面不粘性，几乎任何有黏性的物质皆不能粘附在其表面。将它加工为板、管、棒、带、膜等型材，可适用于耐腐蚀要求较高的场合；也用于制雷达及高频通讯器材、人工血管、人工肺、登月服的防火涂层等；可以制成无需加润滑油的轴承；如果在滑雪板、输物轨道内层贴上一层这种塑料，将会大大提高速度；现代家庭常用的不粘钢就是在锅的表面涂上了一层四氟乙烯聚合物，用这种锅煎鸡蛋时，即使不用油，也不会把鸡蛋烧焦。
除了上述常用塑料外，近年来塑料家族又增加了好多具有各种性能、功能各异的新型塑料。
（4）泡沫塑料
泡沫塑料是塑料家族里一种特别轻的成员。它是普通塑料进行泡沫化后得到的，即在塑料生产原料中加入“发泡剂”，当生产过程中温度升高时，“发泡剂”就会分解产生大量气体，这些气体在塑料内东窜西钻，就会使塑料像面包一样充满小孔。塑料通过发泡后，体积一般可增加好几倍。泡沫塑料与普通塑料相比有许多突出的优点和用途：①泡沫塑料具有隔热、隔音、电绝缘以及不透水等优点。因此，可用做冷藏库、广播电台、电话局和影剧院等的隔热、隔音材料。②泡沫塑料遇到外力作用时，能将外力吸收或分散。因此，如用泡沫塑料制成可压扁的汽车方向盘，可减小汽车发生突然碰撞时，司机撞在坚硬的方向盘上而受伤。③泡沫塑料具有强大的浮力和不透水性，可用它来制救生艇、救生圈。一艘可乘20多人的泡沫塑料制的小艇，通常重量不超过30kg，且即使充满水，小艇也不会下沉，因为它的密度很小。
（5）导电塑料
我们知道塑料通常是不导电的，是绝缘体。但在20世纪70年代日本东京技术学院的科学家，通过在塑料中掺杂各种导电性的物质如金属、石墨粉等，经过一定的制作方法使塑料的电导率取得令人震惊的成果，导电性提高了上亿倍。
虽然塑料的这一电导率还只够半导体的水平，离金属导体的水平还有一段距离，但这一划时代的成就，引起了世界各国科学家的兴趣。经过科学家们的艰苦努力使导电塑料的品种不断增多，导电性不断得到提高，在20世纪90年代制成了导电能力接近铜的塑料。
由于导电塑料的特殊性能，所以它正越来越被科学家所关注，已有不少成功应用的范例：
①制作电子器件的罩壳 由于当今电子器件的快速发展，使电磁波的互相干扰造成的危害越来越大。如果用导电塑料来制造电子器件的罩壳，可以屏蔽机器本身发出的电磁波，减少电磁波的干扰。
②做电池的材料 由于导电塑料吸收的光谱和太阳光谱几乎相同，因此导电塑料能把太阳光中几乎所有的能量都吸收进来，它是制作太阳能电池的理想材料。由于导电塑料质轻、抗腐蚀性好，用它制作电池，既可大大减轻电池的重量，又可提高电池的能量密度。
③制作电致变色显示器 由于导电塑料在导电时经历了从绝缘体到导体之间不同程度的变化，导致吸收光谱的变化，从而使塑料的颜色也随之改变。据导电塑料的这一特性，可用来制作电致变色显示器。
（6）可降解塑料
塑料虽然出世较晚，但由于它具有品种多、性能好、产量高、成本低等许多优点，很快成为20世纪材料家族的宠儿。现在，塑料已经渗透到人类生产和生活的各个方面，使世界变得更加五彩缤纷。
但是，塑料制品一旦破损，要处理塑料垃圾却十分不易。如果将塑料制品丢弃或掩埋在土壤中，塑料在土壤中存在的时间可长达100年而不分解，会严重妨碍农作物的生长，据测算，在每亩土地中只要残留4kg的塑料垃圾，就会使玉米减产15%左右，小麦减产13%左右，蔬菜减产15%～60%。要是将塑料垃圾焚烧，则会产生大量的有毒气体，严重污染大气。“白色污染”一词逐渐成为废旧塑料污染环境的代名词，塑料垃圾的无害化处理已成为当今世界的热门话题，而使用可降解塑料是人类在战胜“白色污染”的过程中取得的重大突破。
可降解塑料是指在一定使用时期内，具有与普通塑料同样的使用功效，而在完成它的使用功能后，其化学结构可发生重大变化，能自动分解成一些无害的小分子而与自然环境同化的一种新型塑料。目前，可降解塑料主要分为两大类：一是通过微生物的作用使高分子链断裂而降解的生物降解塑料；二是通过阳光的作用使高分子链断裂而降解的光降解塑料。
自20世纪90年代起，我国一些地区已开始在垃圾袋、商品包装袋、化肥袋、食品袋、卫生用品包装袋等包装使用可降解塑料。《国家环境保护九五计划和2010年远景目标》中已要求使可降解塑料地膜的使用率达到30%，这将使农田的塑料污染得到逐步控制。
（7）光贮存塑料
大家知道，半导体材料引起了电装置的革命，现在计算机所用的磁盘之所以可记录信息，是因为通过电信号可以使磁盘上磁性半导体材料的磁性发生变化。法国国家研究院的科学家克劳斯找到了一种廉价而性能非凡的塑料，这种塑料叫光贮存塑料。它可以用激光来贮存信息，这样可以使计算机的运算速度提高千万倍，且可大大增加贮存密度。
例如，用这种塑料制成的一种激光卡片，只有信用卡大小，却能贮存800页打字纸的信息容量。用这种塑料制成的光盘比以往使用的任何晶体材料光盘都好，且成本低，一个塑料光盘的成本不到1美元，而晶体材料光盘的成本却在10～100美元之间。不过，目前光贮存塑料的性能还不是很稳定，时间一长会逐渐退化，如果一旦解决这个问题，必将对计算机技术产生深远的影响。
2．橡胶
橡胶是一种链状高分子化合物，在无外力作用时通常不保持直线状态，而呈弯曲状，并且该高分子链是柔性链，遇外力可伸展。因此，橡胶具有高弹性，它的这种性能是其他高分子化合物所没有的。橡胶通常可分为两大类：即天然橡胶和合成橡胶。
（1）天然橡胶
最早发现天然橡胶的是印第安人。他们发现用刀割开野生橡胶树的树干能流出一种白色乳液，用这种乳液涂在布、鞋子和瓶子等容器上，能制成防水布、防水鞋和防水容器。这些东西就是第一代橡胶制品，虽然粗糙，但已经很实用。但是，这种白色乳液在空气中会很快变硬，因此它的使用范围受到了很大的限制。
