第三节 纳米材料
纳米材料是20世纪80年代中期发展起来的一种新型材料。1nm是1m的十亿分之一，一个基本的碳纳米管只有1.4nm，因此，科学家又把它们称为“超微粒”材料和21世纪新材料。
纳米材料的起源是一个叫格莱特的德国科学家在澳大利亚的大沙漠上旅游中的联想。那是1980年的一天，当时他独自驾车横穿沙漠，空旷、寂寞和孤独的环境使他的思维特别活跃和敏锐。他长时间从事晶体的研究，知道晶体微粒大小对材料性能有极大影响。他想，如果组成材料的晶粒细到只有几个纳米那么大，材料将会是什么样子呢？这个想法令他兴奋不已，回国后立即开始实验，经过近4年的努力，终于在1984得到了几个纳米大的超细粉末。而且他发现任何材料都可制成纳米大小的细微粉末，且性能发生了很大的变化，不管原来是什么颜色，现在都变为黑色，熔点也显著降低。
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由于哪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是人类牦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。
第四节 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
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。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碳酸（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，苯酚和甲醛反应nC6H5OH＋nHCHO→
（2）聚乙烯塑料
聚乙烯是当今世界上产量最大的塑料品种之一，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
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，几乎任何有粘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，很快成为了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：①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。②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，它的这种性能是其它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。不过，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。1776年，英国化学家黑立桑和用松节油和乙醇的混合液溶解已凝固的胶乳，得到一种粘稠的浆液，把这种浆液涂在布上，等到溶剂挥发以后，得到一种质量比印第安人的制品好得多的防水布。由于黑立桑和解决了已凝固的胶乳的加工问题，橡胶工业开始发展了。而橡胶真正得到广泛应用还是古利特发现橡胶硫化后的事情。在这之前，生产出来的橡胶产品仍存在着较大的缺陷，如它们遇热变软，容易发粘；遇冷又会变硬，弹性变差；橡胶有一股难闻的气味。
1844年，美国工程师古利特从焦炭炼钢中得到启示：钢的性能比铁好，只是因为在铁中添加了其它元素。那么，在橡胶的加工过程中添加其它物质，会不会也使橡胶的性能得到改善呢？经过许多次试验后，最后发现把硫磺加到热橡胶中，发生剧烈反应后的生成物受热后不发粘并具有良好的弹性，这种技术就是橡胶硫化。硫化作用实际上是对橡胶分子进行一种化学改性，利用硫磺做交联剂，把线型的天然橡胶分子变成三维网状结构的大分子，使橡胶制品变得不粘不脆，坚韧而有弹性。
（2）合成橡胶
随着工业技术和科学技术的发展，橡胶制品得到了更广泛的应用。而橡胶树的种植需要占用大面积的土地，橡胶树的生长又具有一定的区域性，天然橡胶的产量已经远远不能满足需要，化学家开始研究合成橡胶。人工合成橡胶的思路首先来自对天然橡胶的剖析和仿制。19世纪20年代，英国化学家和物理学家法拉第首先对天然橡胶进行了分析，确定了橡胶的化学式是C5H8。1860年，英国化学家威廉斯从天然橡胶的热裂解产物中分离出C5H8，它是一种不饱和烃，叫异成二烯。还发现异成二烯在空气中易被氧化，变成白色的弹性体。1879年，法国化学家布恰特先用热裂解法制得异戊二烯，又把异戊二烯重新合成为弹性体。尽管这种弹性体的结构、性能与天然橡胶存在着一些差别，但必竟在探索从低分子单体合成橡胶的可能性上取得了成功。1900年，德国化学家孔达科夫用2，3－二甲基－1，3－丁二烯为原料聚合成了皮革状弹性体，解决了德国缺少天然橡胶的问题。之后，科学家们陆续用其它原料合成了各种不同类型的橡胶。
通用合成橡胶是指性能和天然橡胶差不多的常用橡胶。主要有以下几个品种：
①顺丁橡胶 顺丁橡胶是由1，3－丁二烯为原料聚合成的，具有弹性好、耐低温、耐热和粘结性差的特点，可制轮胎、运输带、胶管等。
②丁苯橡胶 丁苯橡胶是由1，3－丁二烯和苯乙烯为原料聚合成的，具有热稳定性、电绝缘性和抗老化性能，可制轮胎、电绝缘材料等。
③氯丁橡胶 氯丁橡胶由2－氯－1，3－丁二烯为原料聚合成的，具有耐日光、耐磨、耐老化、耐酸、耐碱、热耐油性好的特点，可制电线包皮、运输带、化工设备的防腐衬里、粘胶剂等。
特种合成橡胶是指能在特殊场合（如高温、低温、辐射、高空、特殊介质等）使用的橡胶。主要品种有：
④丁腈橡胶 丁腈橡胶由1，3－丁二烯和丙烯腈为原料聚合成的，具有抗老化性、耐油性好和耐高温的特点，可制耐油、耐热的橡胶制品，飞机油箱衬里等。
⑤硅橡胶 当今世界上既耐高温又不怕低温的弹性材料并不多，而硅橡胶就是一种冷热不怕的弹性体。硅橡胶是由有机硅（如八甲基环四硅氧烷）部分水解后缩聚而成。它的高分子主链由硅、氧原子交替组成（－Si—O—Si—O－），在硅原子上带有有机基团。硅橡胶的最大特点是具有宽广的温度使用范围，能耐300℃高温和－100℃低温。另外还具有其它一系列优异性能，如优良的电绝性、耐臭氧氧化性、无味、无毒、生理论性和耐老化等。所以硅橡胶的应用十分广泛：①电器工业。主要用于制造电线电缆、电器设备的耐热绝缘，电子设备的包覆、灌注等。②航空工业。主要用于机舱密封、保护罩、发动机的胶管、火箭燃油门、动力源电缆井盖涂层等。③医疗用品。由于人体对硅橡胶的排异性小，因此用硅橡胶制作的人体组织器官可长期且安全地承担起机体功能。硅橡胶可用于人造血管、人造瓣膜、人造心脏等。
⑥氟橡胶 氟橡胶是一种在高分子中含有氛原子的合成橡胶。由于氟橡胶中的碳氟键的键能比一般高聚物理化学键的健能要大得多，因此，氟橡胶具有一些独特的性能：①对化学试剂具有高度的抗耐性。不但能耐酸、碱的腐蚀，还能抵御高热无机试剂和有机试剂的进攻。一般高聚物“敬而远之”的有机溶剂，如苯及同系物、氟烃、醇、酯等，对氟橡胶毫无办法。②具有高熔融点和高抗热解性。一般高聚物遇到高热往往变性，甚至化为灰烬，而氟橡胶在500℃时仍能保持自己的特性。
氟橡胶在军事工业、航空工业和化学工业上的应用比较广泛。用做飞机、火箭、发动机以及其它机器设备上的密封垫圈、密封带，气体泵和热空气用的薄膜、输送热液用的胶管，火箭里各种复杂的液压和风动系统零件。制造石油工业上各种与溶剂、流体接触的密封件，氟橡胶可保证设备在苛刻条件下长期正常运行。
3．化学纤维
纤维是一种分子的长度比直径大很多倍，并且有柔软性的高分子材料。纤维都有一定的强度、弹性和吸湿性能，但不溶于水。纤维可分为两大类：一类是天然纤维，如棉花、羊毛、蚕丝、麻等；另一类是化学纤维，位学纤维是用天然高分子化合物或人工合成的高分子化合物为原料，经过制备纺丝原液、纺丝和后处理等工序制得的具有组织性能的纤维，如涤纶、尼龙、维纶、腈纶等。根据原料的不同，化学纤维又分为人造纤维和合成纤维两大类。
（1）人造纤维
人造纤维是科学家模仿蜘蛛吐丝结网和蚕吐丝的自然过程，利用自然界中纤维素作原料，用人工的方法进行化学处理与机械加工制得的纤维。如利用纤维素（木材、棉短绒等）作原料制得的纤维为纤维素纤维，利用蛋白质（牛奶、大豆、花生、玉米等）作原料制得的纤维为蛋白质纤维。
第一种人造丝是1855年制成的。奥德马尔把硝酸纤维素溶解在乙醇和乙醇的混合溶液里，得到一种粘稠液体，通过毛细管把这种溶液挤出，溶剂在空气中挥发后，就凝固成光亮柔韧的细丝。
第二种人造丝是铜氨人造丝。1857年，施韦策尔发现纤维素（如棉花中的纤维素）很容易溶解在铜氨溶液里。1890年，弗雷梅里和乌尔班发现，溶解了纤维素的铜氨溶液遇到酸以后，就会被分解，使已经溶解的纤维素重新凝固出来。他们利用这一性质，通过细孔把溶解了纤维素的铜氨溶液喷射到稀酸中，使纤维素凝固成细丝，并可进一步纺成非常细、质地柔软、强度很高的人造丝。
1884年，墨塞尔又发现，用减浸泡纤维素，能得到一种有丝光的碱纤维。1892年，克劳斯和比万将碱纤维跟二硫化碳反应，纤维便溶解在二硫化碳中，形成纤维素磺酸钠溶液，当这种溶液遇到酸时，纤维素磷酸钠便被分解，重新产生出纤维素。但是，这时产生的纤维素不同于原来的粗纤维素，它很细，质地柔软，很适合于纺丝。由于纤维素磺酸钠溶液的粘度很高，因此用这种溶液生产出来的纤维叫做粘胶纤维，可用来生产服装和轮胎工业中的帘子线。
（2）合成纤维
人造纤维只能在一定程度上满足人们的需要，而化学家总会思考如何用纯粹人工合成的方法大规模地生产合成纤维。合成纤维是利用煤、石油、天然气及农副产品作原料，经过化学合成与机械加工等制得的纤维。合成纤维品种繁多，按用途和性能又可将合成纤维分为通用合成纤维和特种合成纤维。
通用合成纤维主要有以下几种：
①聚酯纤维 1930年，美国杜邦公司的卡罗瑟斯指导他的助手希尔用二元酸和二元醇进行缩合聚合反应，生成酯和水，酯又能聚合成长链的聚酯。当时，希尔发现在烧杯中生成一层厚厚的浆糊状物质，当他从烧杯中取出玻璃搅拌器时，搅拌器上挂了很长的细丝，冷却后细丝很快固化。更重要的是他还发现，细丝能像橡胶一样拉伸，细丝还具有弹性。敏锐的观察力使他意识到，拉伸作用能够使高分子化合物变成平行的线束，跟丝和其它天然纤维的结构一样，有可能用来纺纱，这就是聚酯纤维。聚酯纤维是由二元酸和二元醇缩聚制得聚酯树脂，而后将这种树脂进行熔融纺丝和加工处理制成的合成纤维。因为这类纤维的分子是由酯化反应合成的，所以化学名称叫聚酯纤维。目前，这类纤维的主要品种是聚对苯二甲酸乙二酯纤维，是由对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯和乙二醇缩聚而成。这种纤维的商品名称，国内叫涤纶，而目前市场上通称为“的确良”。
聚酯纤维耐热性好，弹性模数高，耐冲击强度高，保形性好吸水性低。其原料来自石油、煤焦油。
②聚酰胺纤维 1937年，卡罗瑟斯用已二胺和乙二酸为原料，通过缩合反应，制得了聚酰胺。聚酸胺能在熔融状态下拉成细丝，在室温下，这种细丝能拉伸到原来长度的3～4倍。在拉伸以前，聚酸肢的长链分子是不规则的，但在拉伸之后，它的分子链会沿着纤维的轮平行排列，这就大大增加了聚酰胺纤维的强度和弹性。卡罗瑟斯把这种聚酰胺纤维叫做尼龙－66，其中第一个6表示已二酸中有6个碳原子，第二个6表示己二胺中也有6个碳原子。尼龙－66是世界上第一种合成纤维，是高分子化学中的一项重大发明。它的优异的性能使它很快占领了袜子行业的市场，新型的尼龙林既薄又轻，而且很结实，比丝袜便宜得多。尼龙绳的强度也可以跟钢媲美，还可织成渔网，具有强度高、质量轻、耐海水腐蚀等优点。聚酸胶纤维的品种很多，主要有尼龙－66，聚酰胺－6，聚酰胺－1010等，由于它们的分子结构中都含有一个相同的酰胺键（－CONH－），因此，这类纤维的学名叫聚酰胺纤维。
聚酰胺纤维是世界上最先工业生产的合成纤维品种，它的产量在世界合成纤维谷品种中居首位。聚酰胺纤维的商品名称，国内叫锦纶，目前市场上通称为“尼龙”，具有强度高、耐冲击性好、弹性高、耐磨性好、比重小、耐腐蚀、不发霉、不怕虫蛀、耐酸碱、染色性良好。由于聚酰胺纤维具有优异的性能，所以应用非常广泛。维聚酰胺纤维的主要原料来自石油、煤焦油。目前市场上销量最大的聚酰胺－6，它的单体是己内酸胺。
③聚丙烯腈纤维 聚丙烯腈纤维是合成纤维中主要品种之一，其产量仅次于聚酰胺纤维与聚酯纤维。它的商品名叫腈纶，由于它的性质极似羊毛故又称它为“人造羊毛”。聚丙烯腈纤维具有许多优良的性能，如短纤维蓬松、卷曲、柔软，极似羊毛，而且有些指标已超过羊毛。如纤维强度比羊毛高1～2.5倍，织成衣料比羊毛耐穿；比重比羊毛轻；同时保暖性及弹性均较好。加上原料价廉，工艺过程较简单，它非常广泛地用来代替羊毛或与羊毛混纺，制毛织物、棉织物、针织物、工业用布及毯子等。聚丙烯腈的单体是丙烯腈（CH2＝CHCN），其合成方法很多，如以乙炔为原料。
特种合成纤维主要有以下几种：
④芳纶纤维 芳纶纤维是聚对苯二甲酸对苯二胺一类的芳香族聚酚胺纤维，国外又称它为凯芙拉纤维。它是冷战时期军备竞争的产物，是美国杜邦公司在1965年发明，并在1972年投入工业化生产。
芳纶纤维由于具有重量轻（大约是钢的1/6）、强度高（为钢的6倍）、韧性好、耐疲劳、易于纺织、易机械加工和成型等许多优点。因此，是一种产量最大、用途最广的特种纤维。
航空材料飞机上使用芳纶纤维后，可以使机身的重量减轻。例如美国波音767型飞机使用芳纶纤维和碳纤维制成的复合材料机身，使机身重量减轻了 1t，燃料消耗比波音 727型飞机节省30%。
制防弹器具由于芳纶纤维的高强度、韧性好，用若纶纤维织成的背心，子弹打在上面，冲击力可被吸收并分散到每根纤维上，穿在身上可抵御轻机枪子弹的射击。且由于重量轻（10层劳纶纤维织成的背心，重量仅为700多克）、柔软、穿着舒适、行动方便，因此被许多国家的军队用来制作防弹背心。
制运动器材芳纶纤维可以用来制造赛艇、冲浪板、曲棍球棒、高尔夫球棒等。利用芳纶纤维制作的帆船壳体，不但船身轻巧，而且还能抗冲击。
⑤光导纤维 是一种能传输光线的玻璃纤维，多为高纯度的石英玻璃（无机高分子材料），也有有机高分子纤维。光导纤维是由几至几十微米直径的内芯和0.1～0.2mm直径的外层构成。光通过光纤时，由于内芯玻璃的折射率较高，外层部分的折射率较低，使光线不能透过二者界面，而发生全反射，沿“之”字形向前传播。那么光纤通信是怎样进行的呢？光纤通信是先把声音转换成电信号，然后把它放大，再用电信号来控制激光器发光，这样激光器就把代表声音的电信号转换成相应的光信号，通过光纤把光信号传送到接收设备那一端，接收设备将光信号再转换成电信号，再放大送到听筒，就能听到跟发送时一样的声音。
光纤通信具有许多突出的优点：a.容量大。现在用比两根头发丝还细的光纤，就可使几十万人同时通话而互不干扰。b.成本低廉。制造光纤用的基本材料是地球上到处都有的石英，原料易得，能节约大量宝贵的有色金属铜和铝。c.抗干扰能力强。光纤通信的质量好、稳定，不怕闪电打雷、不怕窃听、不怕潮湿和化学腐蚀。由于光纤通信具有这么多突出的优点，所以各国都在大力发展光纤通信。发达国家把发展光纤通信列为一项重要技术政策，国内长途通信干线及跨国、洲际海底光缆通信系统不断建成并投入使用。据统计现在世界上铺设的通信光纤总长已达1×107多公里。我们有理由相信，随着科学技术的不断发展，光纤通信技术将会日趋完善，一定会在即将到来的信息社会中大显身手。
1993年9月，美国政府宣布“国家信息基础设施计划”，提出了建设全国性信息高速公路的宏伟设想。白宫官员预测，在以后的20年里，建设信息高速公路的费用将达4000亿美元。这种以光缆连接成的“公路网络”一旦完成，将使信息工业发生革命性的变化，使人类的生活方式发生天翻地覆的变化。到那时，人们可以在家里打开电脑，通过信息高速公路到离家成千上万里的“办公室”上班。你想购买商品不需出门，只要点一下鼠标．有关商品的规格、性能、价格等一切资料都会通过信息高速公路清楚地呈现在你的私人电脑上，当你选好商品后，通过计算机、信用卡，便可立即购买，短期内就会有人送货上门。如果你身体不适，可通过信息高速公路将你的体温、血压、脉搏等数据以及其它症状传送到医院，医生的诊断结果和开出的处方也可及时传送给你，如果遇到疑难病症，还可请多个专家进行电视会诊。如果你不想到学校上学，不想去电影院看电影，信息高速公路可把学校、电影院“搬”到你家来。
⑥碳纤维 在纤维家族中，有一位不怕高温的成员，人们称它为“烈火金刚”，它就是碳纤维。碳纤维是由有机高分子聚合物（如聚丙烯睛）经碳化处理制成的无机高分子纤维。
碳纤维的最大特点是强度高、耐高温，它的强度比钢高4倍，使用温度可达1000℃多，且温度越高，强度越大，即使在2000℃以上的高温中，碳纤维仍能保持原来的状态。它的另一特点是密度低，只有钢的1/4，远比各种金属轻。它的主要缺点是耐冲击性较差，与金属复合易发生金属碳化，故需作表面处理（镀镍等）。
碳纤维和金属、陶瓷等一起制成复合材料，是制造宇宙飞船、火箭、和高速飞机的优质材料。哥伦比亚号航天飞机上的火箭推进器的关键部件——喷嘴，以及先进的MX的发射管，还有人造卫星支撑架等，就是用碳纤维复合材料制成的。在民用工业中，碳纤维用于汽车构架、耐腐蚀设备、鱼杆等方面。
合成纤维原料来源丰富易得，又具有许多优良的性能，如强度高、质轻、耐磨擦、高弹性模数、低吸水率、耐酸碱性、电绝缘性和保暖性好、不会霉蛀等，用途非常广泛。我国自1958年建成第一个合成纤维工厂以来，合成纤维工业从无到有，欣欣向荣。目前无论是民用或军工用的主要合成纤维品种，已经赶上和超过了世界先进水平。
4．功能高分子
随着高分子科学的发展，除了继续发展三大会成材料（塑料、合成橡胶、合成纤维）之外，还非常重视对具有特殊功能的高分子化合物的研究，这些特定的功能包括化学活性、光敏性、导电性、催化活性、生物相容性、药理性能、选择分离性能，而这一类高分子化合物就被称为功能高分子，它们是在主链或支链上具有显示某种功能的基团。例如：
（1）感光高分子材料
感光高分子材料能在光的作用下，迅速发生光化学反应，从而引起了物理或化学性质变化，成为制作印刷电路、彩色电视荧光屏、大规模集成电路等不可缺少的材料。
（2）高分子催化剂
高分子催化剂是将具有催化活性的基团（如酶）连接在高分子化合物上，使它具有催化作用。这种催化剂具有很好的稳定性，催化选择性高，催化活性大，反应速度快，产率高且易于回收再次利用，在化工生产中得到广泛应用。
（3）隐身高分子材料
隐身高分子材料实际上是一种吸波材料，能吸收雷达波而避开雷达的追踪。如首次在海湾战争中B－2隐形轰炸机的机身表面大部分由吸波材料的蜂窝夹层结构制成，为减少雷达波散射截面，机翼的前后沿由一连串拇指大小的六角形小室构成，每个小室内填充吸波材料，材料密度从外向内递增，它们用多层吸波材料覆盖，入射的雷达波先投射在机翼的表面上，然后被多层吸波材料吸收，剩余的雷达波进入六角形小室，继续被吸收，几乎可完全消除来自机翼前后雷达的反射，达到“隐身”的目的。
（4）医用高分子材料
高分子材料用在医疗器械上克服了玻璃器械价格贵、性脆易碎等弱点，得到广泛应用。如医院的一次性注射器、整套的输液装置等全部是用高分子材料制成的。在外科上，用高分子材料制造假牙、假眼、骨骼等，使人体的部分组织能用医学高分子制品代替植入。仿生膜研制成功和进步，又使制造人体脏器的研究迈到一个新的阶段。产生了能代替真皮植入人体的人造皮肤，使人造器官的种类扩张到血管、肾、肺和心脏，并逐步发展到感觉器官。有的高分子本身就显示出药理活性；有的虽然没有药理活性，但是可以作为助剂使用。如把阿斯匹林接在高分子载体上制成的缓释阿斯匹林，能持续释放药性，可以用于长期抗血栓治疗。生病后每天要服三次药的惯例也将随着这些高分子新药的诞生而随之改观。