元素百科下一步聚合物将走向何方？如今，合成聚合物无处不在：去年，全球生产的人工聚合物约为3亿吨。如今，施陶丁格假设的分子链已经进入了现代生活的方方面面，从服装、颜料和包装到给药、3D打印和自愈材料。那么下一步聚合物会走向何方呢？最近，美国国家科学基金会组织了一场为期10年的盛会，试图观察出现了哪些新领域，它可能会回答这个问题。
永恒的聚合物
聚合物存在于各个地方，这也是问题所在。“我们日常生活中使用的聚合物大多来自石油产品，它们非常耐用，但它们的废物会持久。明尼苏达大学可持续聚合物中心（CSP）Marc主任 Hillmyer说。据报道，86%的塑料包装在一次使用后被丢弃，大量的塑料垃圾堆积在水道和垃圾填埋场，释放的污染物危及野生动物的生存。
这就是过去10年可再生资源和易生物降解聚合物研究热潮爆发的原因。目前，基于天然淀粉的聚合物已经在市场上看到，包括丙交酯或乳酸加工的合成聚合物（PLA），后者可见于茶袋和医疗埋植体。
然而，可持续聚合物占塑料总市场份额的不到10%，Hilmyer表示。其中一个障碍是成本过高；另一个问题是，天然淀粉的单分子体结构模块比石油化石氢碳化合物含有更多的氧原子。这将影响聚合物的特性。如果材料变硬，很难直接更换价格低廉、灵活的塑料，如聚苯乙烯和聚乙烯。
其中一种选择是将其与传统聚合物混合，加强PLA等环境可持续聚合物。但这种方法有明显的缺点，比如降低一些塑料的透明度。CSP研究人员通过添加5%的低成本石油聚合物(含有一些易溶于水的成分)来克服这个问题。在不降低透明度的情况下，这些添加的物质形成了球形结构，可以显著提高PLA的耐久性。
聚合物膜中的利益
在这个由混合物组成的世界里，聚合物可以恢复一定的秩序。聚合物膜已被用作分子“筛”来分离气体、海水脱盐和隔离燃料细胞中的分子。它们将在未来产生更大的影响，Lodge说：“有很多问题可以通过更好的薄膜来解决。”
膜分离混合物的能量比蒸馏要低得多。它还可以比使用洗涤器（通过化学反应困住污染物的设备）节省更多的空间。聚合物制成的薄膜不仅可以实现大规模的廉价生产，而且可以覆盖大面积，没有错误分子通过的结构缺陷。
可分离气体的薄膜已应用于工业，可分离天然气中的氢和二氧化碳。改进后的薄膜可以处理更困难的任务，如区分类似的碳氢化合物丙烷和丙烯。更强的化学薄膜可以在更高的温度下工作，以去除烟气中的二氧化碳。
得克萨斯大学奥斯汀分校膜化学家Benny Freeman希望改进天然气压裂项目的废水处理方法。这些项目中的水通过压力灌入岩石中裂开，从而释放天然气。使用后的水会变脏，标准过滤膜会堵塞，所以水必须在很大的压力下通过，使用的膜也必须用化学物质清洗，这会缩短其使用寿命。
然而，Freeman发现了一种避免这个问题的方法：模仿让蛤蜊粘在岩石上的防水胶，并在薄膜上添加一层像蝉翼一样薄的仿生聚多巴胺膜表面。该团队在倾倒舱底部的含油污水之前，已将这些膜用于美国海军的一些结构单元进行净化。
聚合物前沿
聚苯乙烯和聚乙烯等广泛使用的聚合物在一个方面非常单调：它们会重复相同的单体结构。与DNA的“四声道交响乐”相比，这种单调特别无聊，后者由四个单体编码基因组组组成；它比复杂的蛋白质杰作更单调，一种蛋白质是由23种氨基酸组成的复杂三维结构。
聚合物最具挑战性的前沿之一是以相同的精度切割合成聚合物，使化学家能够调整其产品的电子和物理特性。”在过去的五年里，它变得非常时尚。”法国斯特拉斯堡大学的大分子化学家杰伦-Francois Lutz说。由序列控制的聚合物可以按照预定的顺序包含单体，形成特定长度的纤维。
与传统的半导体技术相比，控制序列的聚合物也可以以更紧凑、更便宜的方式存储数据，每个单个分子代表1比特信息。在8月初，Lutz显示了一系列可以编码32比特的不同聚合物纤维的信息。
聚合物信息存储正在积极发展。今年4月，美国资助科学界高风险研究机构情报先进研究计划署（IARPA）召集生物技术、半导体和软件行业的专家参加研讨会。“这个领域充满活力，研究人员越来越强大。”帮助组织研讨会的IARPA技术顾问David Markowitz说。
然而，这种方法仍然面临着巨大的技术挑战，目前的合成技术仍然过于缓慢和昂贵。解决数据存储和聚合物前沿领域许多其他问题的关键是研究更好的方法来预测聚合物的特性，并调整相关的生产。这将需要各方的合作。”我们需要与物理学家、材料学家和理论化学家合作。”“我们需要创造一个新的领域。”
