计算机模型解开塑料的“基因密码”

2011-10-04 22:31 来源: 中国科学院
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  人们的生活离不开塑料。但迄今为止,工业上还是先开发出一种塑料,然后才去发现它的用途,或试验几百种不同的“配置”看看哪种管用,既费时又费钱。据美国物理学家组织网9月30日(北京时间)报道,最近,英国利兹大学和杜伦大学解决了这一难题,他们开发出一种计算机模型,能在化学水平预测各种高分子成型时的形状,让人们能够按需生产具有特殊用途的塑料产品,这一成果将彻底改变开发新型塑料的方式。研究论文发表在9月29日出版的《科学》杂志上。

  新研究属于微观高分子加工项目的一部分,这一项目是学术界和工业界专家之间的一项长达10年的合作,旨在研究如何更好地制造巨型“高分子”。塑料的基本成分就是一些长长的、互相纠缠的高分子,它们的属性是在生产、融化、流动和成型过程中决定的。

  研究人员将两部分计算机编码结合在一起,开发出了一套数学模型。第一部分能预测聚合物在它们线绳一样的分子之间是怎样流动的,第二部分能在化学水平预测制造出来的分子会变成什么形状。他们用该模型实验合成了一种“完美聚合物”,同时也对模型进行了检验和改进。

  领导该研究的利兹大学数学学院博士丹尼尔·里德说,这一突破将给专家带来一本高技术“菜谱”,让他们能按照自己的心意,生产调配出特殊性质和用途的完美塑料,并提高人们对塑料的回收利用能力。这对工业和环境都有巨大的利益。

  另一位研究领导人、利兹大学前任教授汤姆·麦克利什说:“经过多年的试验,在各种化学方法中仅有少数能带来有用的产品。新研究为工业制造提供了一个工具包,能更快、更有效地带来新型材料以满足市场需求。开发新塑料过程中的‘试验与失败’阶段现在已经被超越了。只要在计算机编码中改变两三个数字,我们就能调整所有预测,生成一种新的生物高分子材料。”

  参与相关项目的工业界代表伊恩·罗宾逊博士说:“这种方法让人们所看到的,就好比解开了塑料的DNA(脱氧核糖核酸)密码。”