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[!--downpath--]以塑膠、橡膠和纖維三大合成材料為代表的高分子材料給人類生活帶來了翻天覆地的變化。僅以塑膠為例，步入20世紀90年代以來，世界材料結構發生了很大的變化，塑鋼比逐年提升。
塑膠已然成為世界1000年來改變人類生活與面貌的100項重大發明之一。作為高分子材料制造工業迅速發展的國家，我國每年有近億噸的高分子材料須要有效地進行加工成形。
其實我國高分子通用制品的生產能力較強，而且眾多高檔產品的質量和性能卻常年落后于韓國、日本、歐洲等發達國家和地區，非常是一些高技術產品還受制于人，而恰恰這種產品的使用面極廣，涉及國防、信息、醫療、能源、航空航天等領域。
高分子加工成形包括高分子材料熔體/塑化、剪切/拉伸流動和冷卻固化三個基本過程，其核心為高分子熔融的流動與變型。但是，我國薄弱的高分子流體動力學基礎研究成為阻礙高分子材料加工成形技術發展的一個重要困局。
高分子流體動力學的發展歷程
高分子流體動力學是通過不斷吸納數學學和物理的最新研究成果，借助估算科學發展產出的強悍估算能力，理論與實驗研究伴生并行、相互推動，逐步建立和健全自身的理論體系，并將其應用于高分子相關領域中高分子物理實驗第二版，逐漸產生的高分子科學中不可或缺的基礎脾氣學科。其研究過程中積累的知識是人類探求自然規律和非線性黏彈現象的主要手段之一，在解決常年以來存在于高分子材料科學、生命科學、藥物科學等領域中重大挑戰性困局方面發揮了重要作用。
高分子氨水（非常是高分子稀堿液）仍然遭到高分子化學物理家和匯聚態化學學家的廣泛關注，如愛因斯坦（）、德拜（PeterDebye）、弗洛里（PaulJohnFlory）、勞斯（EarlRouse）、齊姆（BrunoZimm）和山川（）等。但是，傳統理論只能采用二體互相作用近似取代高分子鏈與溶劑間的互相作用，難以描述超支化等復雜拓撲結構高分子鏈的流體動力學性質。為此，亟需從單分子水平上理解高分子稀堿液的基本性質，構建一個普適性的高分子稀堿液理論，以滿足超支化等新型高分子鏈拓撲結構和分子量表征的急切需求。
高分子熔融是高分子科學研究的主體。初期人們提出了由理想彈簧（描述彈性性質）與理想黏壺（描述粘性性質）串聯的麥克斯韋模型（model）和并聯的沃伊特-開爾文模型（Voigt-model），以及借助彈簧和黏壺串并聯組成的多元模型。
后來，人們注意到高分子體系的長鏈特點和鏈的不可穿越性（纏結效應），開始從分子水平上理解高分子熔融體系的黏彈行為。在高分子流變學發展早期，人們把纏結高分子流體處理成一種瞬態彈性網路，其后按照高分子體系和其他黏彈性（）材料的具體性質，完善了較成熟的瞬態網路模型（model，TNM）。
20世紀70年代，德熱納（-de）開創性地提出了高分子鏈蠕動（）的概念。此后，土井正男（MasaoDoi）和愛德華茲（）等將高分子鏈間不可穿越性造成的復雜多鏈互相作用等效成一條光滑、無勢壘的管線對測試分子鏈的限制作用，并完善了描述纏結高分子流體的管子模型（tubemodel）。
值得強調的是，精典管子模型還能挺好地描述纏結高分子流體的平衡態和近平衡態性質。但是，近日實驗與計算機模擬研究發覺，一些重要的非線性流變學現象（非常是在快速、大形變條件下）卻不能基于管子模型來解釋。而大多數高分子材料的加工成形都是在快速、大形變條件下進行的，因而亟需構建就能描述快速、大形變條件下的纏結高分子流體非線性流變學理論。
盡管上述問題在幾六年前就得到法國、美國、日本等國家或地區杰出數學物理家和化學學家的高度關注，然而因為遭到當時實驗技術和計算機模擬技術等限制，始終沒有達到預期目標。隨著單分子示蹤技術與高性能計算機軟硬件技術的發展，未來10～20年必定成為高分子流體動力學研究的黃金時期，我國應當捉住同期“起跑”、實現新材料研制跨越式發展的歷史機遇，明顯提高高分子材料研制的原始創新能力高分子物理實驗第二版，縮小我國新材料研制和法國、美國、日本等發達國家或地區的差別。
高分子流體動力學的戰略價值
高分子流體動力學所暗含的基礎知識早已溶入科學技術和經濟社會發展的眾多方面。通常來說，高分子加工成形就是控制高分子熔融的流動和變型。為此，發展高分子新材料低端加工成形技術的學科基礎是高分子流體動力學（流變學）。
但是，我國薄弱的高分子流體動力學（流變學）基礎研究漸漸成為阻礙高分子材料加工成形技術發展的一個重要困局。非常是，為滿足日漸嚴苛的性能需求，將高分子與其他高分子或填料進行共混合復合是一種簡單而有效的策略。針對高分子縮聚體系，其性能除了與其相結構和熱力學性質相關，還依賴于（界面處）高分子鏈間的纏結結構及動力學行為。
針對高分子與納米粒子的復合體系，一方面，其性能的提升與納米粒子在高分子碳化物中的分散程度、納米粒子自身特點、納米粒子擴散動力學行為、高分子鏈段松馳動力學行為等誘因有關；另一方面，在加工成形過程中，其經歷的快速、大形變過程使高分子鏈構型和納米粒子的空間分布遠離平衡態，將造成高分子與納米粒子的復合體系呈現出與經歷熱力學平衡的體系迥然不同的性質。
更重要的是，納米粒子的運動與高分子鏈纏結網絡互相影響，其動力學行為互相耦合，呈現出復雜的時空多尺度特點。目前，我國國防與重大基礎前沿領域存在高分子及其復合材料設計和加工成形的眾多重要問題，如高端配套產品相對較少，高技術、高附加值產品相對稀缺，產品質量不穩定等。這種問題嚴重阻礙了我國相關技術的發展和產品的競爭力。為此，須要舉辦跨學科、跨領域的研究，以理論/估算/實驗/數據庫相融合的協同創新研制方式為基本理念，通過與相關企業深入合作，實現將實驗室的高新技術向產業轉移，解決技術應用及產業化過程中的困局問題，最終產生自主知識產權，促使我國新材料研制領域的跨越式發展。
高分子流體動力學的發展現況與發展態勢
現代科學處在一個既高度分化又高度綜合的時代，高分子流體動力學是一門既相對古老又繼續充當高分子科學重大前沿領域，并促使高分子科學與產業結合的基礎性科學。在國家投入降低和科研隊伍迅速壯大的情況下，我國高分子流體動力學研究在過去十幾年中有了長足的進步，已逐漸發展成為實驗、模擬、理論三方面協同的科學。
其進步主要表現在三個方面：一是研究對象從簡化模型向真實復雜體系和真實過程逐漸迫近；二是研究目標從對問題的定性剖析邁向定量剖析；三是研究方式早已從唯象描述性研究階段轉變為對復雜現象的分子機制和普適性規律進行探求，并借助這種機制和規律服務于國民經濟發展與國家重大需求。但是，我國高分子流體動力學與法國、美國、日本等發達國家或地區還存在較大的差別，主要表現在：原創性研究成果不多，處于國際前沿、在所在領域有重要影響的頂級學者較少，立足于我國國情的系統性與獨創性基礎仍未筑牢，存在急于求成、急功近利的短時觀念。
從發展態勢來看，高分子流體動力學關注高分子材料結構與性能的關系，微觀與宏觀高分子流體動力學之間互相滲透和融合；研究重心從靜態結構逐漸轉向動態過程，從平衡態研究逐漸轉向非平衡態研究，從簡單單一模式逐漸轉向多模式、多場的耦合；開始高度關注生物大分子的動力學過程，與生命現象相關的復雜動力學過程成為研究焦點。
高分子流體動力學的發展思路與發展方向
高分子流體動力學是不同空間尺度和時間尺度互相耦合、跨學科的基礎科學，是復雜體系的重要分支之一。從質的方面講，高分子流體動力學目前早已具備處理更復雜的實際問題的能力，才能對好多體系和過程的估算結果給出可靠的偏差恐怕；從量的方面講，高分子流體動力學在高分子科學中發揮的作用在逐漸擴大，科研人員采用實驗、模擬與理論估算緊密結合的研究方式已成為常態。
因而，其科學內容和發展目標主要彰顯在以下三個層面：①觀測和發覺高分子流體的復雜現象；②針對不同高分子流體體系完善確切描述其運動規律的模型或理論，為建立高分子材料戰略性新興產業奠定理論基礎；③探索高分子流體體系的通常運動規律，使之成為高分子科學和生命科學發展的奠基性理論之一。本書結合高分子流體動力學未來5～10年的發展趨勢，提出了五個可能的突破口和新的學科生長點，分別是：①纏結高分子流體的鏈-鏈互相作用與鏈拓撲結構的演變；②纏結高分子流體流變學的動態自洽場理論；③非高斯鏈的數值估算方式與理論；④復雜高分子流體微結構演變及其流變性能；⑤受限高分子流體的動力學。
高分子流體動力學的核心內容與關鍵科學問題
因為塑膠、橡膠和纖維等高分子材料在基礎研究中的重大意義和在經濟社會發展中不可取代的戰略地位，高分子科學得到迅猛發展，同時在發展中也形成了一系列與之相關的數學問題，亟需深入認識與解決。
在實驗方面，過去很長時間的研究都集中在線性黏彈性及其方式方面，重點研究高分子材料的一些唯象模型，之后提出類似描述橡膠彈性網路的定性水平的分子圖象。針對高分子熔融，我國大多數研究組的研究重點在探求怎樣描述離位或原位剪切/拉伸變型與流動場的有效方式，以及怎樣具體地清除某種材料的邊界不穩定性、內撓度等。但是，人們常常沒有真正關注復雜流變過程、纏結高分子流體的纏結演變過程和拉伸過程中所伴隨的幾何壓縮效應、應變硬化、剪切分層等，以及擠出、擠壓與拉伸過程中出現的應變局域化和受損等典型問題。
在模擬與估算方面，人們在過去幾六年中發展了不同尺度的計算機模擬方式。但是，從近年發表的研究工作來看，這種模擬方式越來越成為驗證實驗與理論結果并預言新的實驗現象的有效手段。非常是，我國目前多以計算機模擬發覺具體的流變學現象為主，更深層次的化學問題甚少涉及，且甚少處理工業界真正高度關注的問題。理論估算結果一般不能作為獨立的科學論點，只能作為重要的旁證或佐證。對復雜體系研究的估算結果與實驗結果不一致時，難以判定是化學模型有缺陷還是實驗方式或實驗儀器本身存在問題。
另外，超大尺度的空間和時間模擬估算量極大，估算量與精度無法兼具。發展高效率、高精度、低估算量、誤差可控的理論估算方式是高分子流體動力學的核心攻堅任務。在模型與理論方面，現有的研究體系大多只關注非帶電、柔性高分子體系。對于帶電高分子體系，靜電互相作用致使高分子鏈不再是柔性鏈；隨著鏈剛性的降低，在相同聚合度的條件下，高分子鏈纏結漸漸降低，高分子熔融的流變行為將發生明顯的變化，好多柔性鏈模型和規律不再適用。現有的研究工作甚少提出具有實質內涵的新概念，大多是對傳統概念的建立或重新定義；大多數高分子流體動力學工作只關注具體、特定的研究體系。近些年來，甚少發展具有普適意義的通常性理論，因而促使高分子流體動力學理論研究沒有一條清晰的發展主線，而有向繁雜發展的趨勢。
按照學科的發展規律，結合我國高分子流體動力學的研究基礎與國家需求，本書針對高分子流體動力學的若干重大科學問題，在全書各章分別進行了深入的剖析與討論。主要涉及以下五個關鍵性科學問題。
（1）高分子稀堿液：稀堿液中不同鏈剛性、帶電性和拓撲結構高分子鏈的氫鍵性質與氨水動力學性質之間的關系及其普適性規律。
（2）高分子亞濃氨水：不同時空尺度下，擴散與多松馳模式的數學本質，以及外場作用和含量對高分子動力學行為的影響機制。
（3）高分子濃氨水與熔融：在快速、大形變條件下，復雜高分子流體鏈纏結的本質，以及微觀結構與宏觀流變性質的關系。
（4）支化高分子流變學：高度支化高分子材料的黏彈性機制、制備與功能開發。
（5）高分子流體動力學的應用：高分子多相多組分體系的結構設計與動力學行為調控。
有利于高分子流體動力學發展的捐助機制與新政建議
我國除了是高分子材料生產大國，也是高分子材料消耗大國。經過幾代人的努力，我國高分子流體動力學從無到有，不斷發展壯大，為國民經濟和國防建設作出了眾多貢獻。近些年來，高分子流體動力學在社會需求的強烈推動下快速發展，在一些高分子材料加工成形技術的“點”上取得了實質性的進步。當前及未來10年是我國經濟和科學技術發展的重要戰略機遇期，也是高分子流體動力學學科發展的重要戰略機遇期。因而，高分子流體動力學的發展目標是：在未來5～10年內，我國能否成為國際上最重要的幾個高分子流體動力學研究中心之一，在2～3個方向具有國際領先或主導地位。為了實現這個目標，本書提出了有利于高分子流體動力學學科發展的有效捐助機制與新政建議。
完善多樣化激勵機制，鼓勵協同創新
構建并保持一支穩定的高分子流體動力學人才隊伍，對其進行相對穩定的持續支持；優先支持具有重大意義的高分子流體動力學學科前沿研究；加強高分子流體動力學科研成果的科普宣傳力度，調動工業部門的積極性和參與度，聯合重點相關企業和重點應用單位，舉辦協同創新，推動研究成果的工程轉化速率。
推進實驗、模擬、理論研究一體化，推動成果轉化
本著高分子流體動力學理論估算/實驗（制備和表征）/數據庫互相融合、協同創新的研制方法和理念，選定符合國家重大戰略需求或在基礎研究領域具有重大意義的研究方向進行突破；促使高分子流體動力學與估算物理的高度融合，闡述高分子流體動力學領域中一些重要概念和模型的物理化、定量化處理思路；構建以企業為主體、市場為導向、產學研用深度融合的技術創新體系。
加強青年人才的扶植力度，讓更多有志者普惠、受益
加強青年科研人員的扶植力度，以保護她們繼續攀越科學高峰的探求精神；吸引一批數理功力扎實的青年學者參與高分子流體動力學前沿研究與討論，培養一支頗具創新精神和協同創新能力的高素養人才隊伍，使新一代青年科技骨干人才與戰略科學家脫穎而出。
推動國際合作與交流，產生開放科研格局
進一步改善科研環境，在人才評價、學科評估、項目評審中，應充分考慮高分子流體動力學自身的特性，采用高分子流體動力學國際通行做法，引入頂尖科學家評價、推薦制度；通過較高硬度的持續、穩定支持，構建開放式協同創新平臺。
本文摘編自《中國學科發展戰略·高分子流體動力學》，由國家自然科學基金委員會、中國科大學組織研究編撰，內容有刪減，標題和內容有調整。語音播報為智能生成，如有疑惑請以文本為準。科學創造未來，人文溫暖世界。在科技推動發展的時代，與您共同關注科技史、科技哲學、科技前沿與科學傳播，關注人類社會的可持續發展。科學人文在線，創造有價值的閱讀！歡迎關注、點贊、留言、轉發、參與捐書活動，聯系郵箱：。
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內容簡介
本書系統論述了高分子流體動力學的科學意義與戰略價值、發展現況與發展態勢、發展水平與發展規律、發展思路與發展方向，并在此基礎上給出了有利于高分子流體動力學發展的捐助機制與新政建議，瞄準國際學術前沿，立足國家重大需求，匯聚相關科學與技術問題。全書總結了5個方面的內容，分別是高分子稀堿液、高分子亞濃氨水、高分子濃氨水與熔融、支化高分子流變學和高分子流體動力學的應用。
本書適宜高層次的戰略和管理專家、相關領域的研究人員、高等高校師生閱讀，是科技工作者和社會公眾了解高分子流體動力學發展現況和趨勢的權威讀本，同時也是科技管理部門重要的決策參考書籍。