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[!--downpath--]以塑胶、橡胶和纤维三大合成材料为代表的高分子材料给人类生活带来了翻天覆地的变化。仅以塑胶为例，步入20世纪90年代以来，世界材料结构发生了很大的变化，塑钢比逐年提升。
塑胶已然成为世界1000年来改变人类生活与面貌的100项重大发明之一。作为高分子材料制造工业迅速发展的国家，我国每年有近亿吨的高分子材料须要有效地进行加工成形。
其实我国高分子通用制品的生产能力较强，而且众多高档产品的质量和性能却常年落后于韩国、日本、欧洲等发达国家和地区，非常是一些高技术产品还受制于人，而恰恰这种产品的使用面极广，涉及国防、信息、医疗、能源、航空航天等领域。
高分子加工成形包括高分子材料熔体/塑化、剪切/拉伸流动和冷却固化三个基本过程，其核心为高分子熔融的流动与变型。但是，我国薄弱的高分子流体动力学基础研究成为阻碍高分子材料加工成形技术发展的一个重要困局。
高分子流体动力学的发展历程
高分子流体动力学是通过不断吸纳数学学和物理的最新研究成果，借助估算科学发展产出的强悍估算能力，理论与实验研究伴生并行、相互推动，逐步建立和健全自身的理论体系，并将其应用于高分子相关领域中高分子物理实验第二版，逐渐产生的高分子科学中不可或缺的基础脾气学科。其研究过程中积累的知识是人类探求自然规律和非线性黏弹现象的主要手段之一，在解决常年以来存在于高分子材料科学、生命科学、药物科学等领域中重大挑战性困局方面发挥了重要作用。
高分子氨水（非常是高分子稀碱液）仍然遭到高分子化学物理家和汇聚态化学学家的广泛关注，如爱因斯坦（）、德拜（PeterDebye）、弗洛里（PaulJohnFlory）、劳斯（EarlRouse）、齐姆（BrunoZimm）和山川（）等。但是，传统理论只能采用二体互相作用近似取代高分子链与溶剂间的互相作用，难以描述超支化等复杂拓扑结构高分子链的流体动力学性质。为此，亟需从单分子水平上理解高分子稀碱液的基本性质，构建一个普适性的高分子稀碱液理论，以满足超支化等新型高分子链拓扑结构和分子量表征的急切需求。
高分子熔融是高分子科学研究的主体。初期人们提出了由理想弹簧（描述弹性性质）与理想黏壶（描述粘性性质）串联的麦克斯韦模型（model）和并联的沃伊特-开尔文模型（Voigt-model），以及借助弹簧和黏壶串并联组成的多元模型。
后来，人们注意到高分子体系的长链特点和链的不可穿越性（缠结效应），开始从分子水平上理解高分子熔融体系的黏弹行为。在高分子流变学发展早期，人们把缠结高分子流体处理成一种瞬态弹性网路，其后按照高分子体系和其他黏弹性（）材料的具体性质，完善了较成熟的瞬态网路模型（model，TNM）。
20世纪70年代，德热纳（-de）开创性地提出了高分子链蠕动（）的概念。此后，土井正男（MasaoDoi）和爱德华兹（）等将高分子链间不可穿越性造成的复杂多链互相作用等效成一条光滑、无势垒的管线对测试分子链的限制作用，并完善了描述缠结高分子流体的管子模型（tubemodel）。
值得强调的是，精典管子模型还能挺好地描述缠结高分子流体的平衡态和近平衡态性质。但是，近日实验与计算机模拟研究发觉，一些重要的非线性流变学现象（非常是在快速、大形变条件下）却不能基于管子模型来解释。而大多数高分子材料的加工成形都是在快速、大形变条件下进行的，因而亟需构建就能描述快速、大形变条件下的缠结高分子流体非线性流变学理论。
尽管上述问题在几六年前就得到法国、美国、日本等国家或地区杰出数学物理家和化学学家的高度关注，然而因为遭到当时实验技术和计算机模拟技术等限制，始终没有达到预期目标。随着单分子示踪技术与高性能计算机软硬件技术的发展，未来10～20年必定成为高分子流体动力学研究的黄金时期，我国应当捉住同期“起跑”、实现新材料研制跨越式发展的历史机遇，明显提高高分子材料研制的原始创新能力高分子物理实验第二版，缩小我国新材料研制和法国、美国、日本等发达国家或地区的差别。
高分子流体动力学的战略价值
高分子流体动力学所暗含的基础知识早已溶入科学技术和经济社会发展的众多方面。通常来说，高分子加工成形就是控制高分子熔融的流动和变型。为此，发展高分子新材料低端加工成形技术的学科基础是高分子流体动力学（流变学）。
但是，我国薄弱的高分子流体动力学（流变学）基础研究渐渐成为阻碍高分子材料加工成形技术发展的一个重要困局。非常是，为满足日渐严苛的性能需求，将高分子与其他高分子或填料进行共混合复合是一种简单而有效的策略。针对高分子缩聚体系，其性能除了与其相结构和热力学性质相关，还依赖于（界面处）高分子链间的缠结结构及动力学行为。
针对高分子与纳米粒子的复合体系，一方面，其性能的提升与纳米粒子在高分子碳化物中的分散程度、纳米粒子自身特点、纳米粒子扩散动力学行为、高分子链段松驰动力学行为等诱因有关；另一方面，在加工成形过程中，其经历的快速、大形变过程使高分子链构型和纳米粒子的空间分布远离平衡态，将造成高分子与纳米粒子的复合体系呈现出与经历热力学平衡的体系迥然不同的性质。
更重要的是，纳米粒子的运动与高分子链缠结网络互相影响，其动力学行为互相耦合，呈现出复杂的时空多尺度特点。目前，我国国防与重大基础前沿领域存在高分子及其复合材料设计和加工成形的众多重要问题，如高端配套产品相对较少，高技术、高附加值产品相对稀缺，产品质量不稳定等。这种问题严重阻碍了我国相关技术的发展和产品的竞争力。为此，须要举办跨学科、跨领域的研究，以理论/估算/实验/数据库相融合的协同创新研制方式为基本理念，通过与相关企业深入合作，实现将实验室的高新技术向产业转移，解决技术应用及产业化过程中的困局问题，最终产生自主知识产权，促使我国新材料研制领域的跨越式发展。
高分子流体动力学的发展现况与发展态势
现代科学处在一个既高度分化又高度综合的时代，高分子流体动力学是一门既相对古老又继续充当高分子科学重大前沿领域，并促使高分子科学与产业结合的基础性科学。在国家投入降低和科研队伍迅速壮大的情况下，我国高分子流体动力学研究在过去十几年中有了长足的进步，已逐渐发展成为实验、模拟、理论三方面协同的科学。
其进步主要表现在三个方面：一是研究对象从简化模型向真实复杂体系和真实过程逐渐迫近；二是研究目标从对问题的定性剖析迈向定量剖析；三是研究方式早已从唯象描述性研究阶段转变为对复杂现象的分子机制和普适性规律进行探求，并借助这种机制和规律服务于国民经济发展与国家重大需求。但是，我国高分子流体动力学与法国、美国、日本等发达国家或地区还存在较大的差别，主要表现在：原创性研究成果不多，处于国际前沿、在所在领域有重要影响的顶级学者较少，立足于我国国情的系统性与独创性基础仍未筑牢，存在急于求成、急功近利的短时观念。
从发展态势来看，高分子流体动力学关注高分子材料结构与性能的关系，微观与宏观高分子流体动力学之间互相渗透和融合；研究重心从静态结构逐渐转向动态过程，从平衡态研究逐渐转向非平衡态研究，从简单单一模式逐渐转向多模式、多场的耦合；开始高度关注生物大分子的动力学过程，与生命现象相关的复杂动力学过程成为研究焦点。
高分子流体动力学的发展思路与发展方向
高分子流体动力学是不同空间尺度和时间尺度互相耦合、跨学科的基础科学，是复杂体系的重要分支之一。从质的方面讲，高分子流体动力学目前早已具备处理更复杂的实际问题的能力，才能对好多体系和过程的估算结果给出可靠的偏差恐怕；从量的方面讲，高分子流体动力学在高分子科学中发挥的作用在逐渐扩大，科研人员采用实验、模拟与理论估算紧密结合的研究方式已成为常态。
因而，其科学内容和发展目标主要彰显在以下三个层面：①观测和发觉高分子流体的复杂现象；②针对不同高分子流体体系完善确切描述其运动规律的模型或理论，为建立高分子材料战略性新兴产业奠定理论基础；③探索高分子流体体系的通常运动规律，使之成为高分子科学和生命科学发展的奠基性理论之一。本书结合高分子流体动力学未来5～10年的发展趋势，提出了五个可能的突破口和新的学科生长点，分别是：①缠结高分子流体的链-链互相作用与链拓扑结构的演变；②缠结高分子流体流变学的动态自洽场理论；③非高斯链的数值估算方式与理论；④复杂高分子流体微结构演变及其流变性能；⑤受限高分子流体的动力学。
高分子流体动力学的核心内容与关键科学问题
因为塑胶、橡胶和纤维等高分子材料在基础研究中的重大意义和在经济社会发展中不可取代的战略地位，高分子科学得到迅猛发展，同时在发展中也形成了一系列与之相关的数学问题，亟需深入认识与解决。
在实验方面，过去很长时间的研究都集中在线性黏弹性及其方式方面，重点研究高分子材料的一些唯象模型，之后提出类似描述橡胶弹性网路的定性水平的分子图象。针对高分子熔融，我国大多数研究组的研究重点在探求怎样描述离位或原位剪切/拉伸变型与流动场的有效方式，以及怎样具体地清除某种材料的边界不稳定性、内挠度等。但是，人们常常没有真正关注复杂流变过程、缠结高分子流体的缠结演变过程和拉伸过程中所伴随的几何压缩效应、应变硬化、剪切分层等，以及挤出、挤压与拉伸过程中出现的应变局域化和受损等典型问题。
在模拟与估算方面，人们在过去几六年中发展了不同尺度的计算机模拟方式。但是，从近年发表的研究工作来看，这种模拟方式越来越成为验证实验与理论结果并预言新的实验现象的有效手段。非常是，我国目前多以计算机模拟发觉具体的流变学现象为主，更深层次的化学问题甚少涉及，且甚少处理工业界真正高度关注的问题。理论估算结果一般不能作为独立的科学论点，只能作为重要的旁证或佐证。对复杂体系研究的估算结果与实验结果不一致时，难以判定是化学模型有缺陷还是实验方式或实验仪器本身存在问题。
另外，超大尺度的空间和时间模拟估算量极大，估算量与精度无法兼具。发展高效率、高精度、低估算量、误差可控的理论估算方式是高分子流体动力学的核心攻坚任务。在模型与理论方面，现有的研究体系大多只关注非带电、柔性高分子体系。对于带电高分子体系，静电互相作用致使高分子链不再是柔性链；随着链刚性的降低，在相同聚合度的条件下，高分子链缠结渐渐降低，高分子熔融的流变行为将发生明显的变化，好多柔性链模型和规律不再适用。现有的研究工作甚少提出具有实质内涵的新概念，大多是对传统概念的建立或重新定义；大多数高分子流体动力学工作只关注具体、特定的研究体系。近些年来，甚少发展具有普适意义的通常性理论，因而促使高分子流体动力学理论研究没有一条清晰的发展主线，而有向繁杂发展的趋势。
按照学科的发展规律，结合我国高分子流体动力学的研究基础与国家需求，本书针对高分子流体动力学的若干重大科学问题，在全书各章分别进行了深入的剖析与讨论。主要涉及以下五个关键性科学问题。
（1）高分子稀碱液：稀碱液中不同链刚性、带电性和拓扑结构高分子链的氢键性质与氨水动力学性质之间的关系及其普适性规律。
（2）高分子亚浓氨水：不同时空尺度下，扩散与多松驰模式的数学本质，以及外场作用和含量对高分子动力学行为的影响机制。
（3）高分子浓氨水与熔融：在快速、大形变条件下，复杂高分子流体链缠结的本质，以及微观结构与宏观流变性质的关系。
（4）支化高分子流变学：高度支化高分子材料的黏弹性机制、制备与功能开发。
（5）高分子流体动力学的应用：高分子多相多组分体系的结构设计与动力学行为调控。
有利于高分子流体动力学发展的捐助机制与新政建议
我国除了是高分子材料生产大国，也是高分子材料消耗大国。经过几代人的努力，我国高分子流体动力学从无到有，不断发展壮大，为国民经济和国防建设作出了众多贡献。近些年来，高分子流体动力学在社会需求的强烈推动下快速发展，在一些高分子材料加工成形技术的“点”上取得了实质性的进步。当前及未来10年是我国经济和科学技术发展的重要战略机遇期，也是高分子流体动力学学科发展的重要战略机遇期。因而，高分子流体动力学的发展目标是：在未来5～10年内，我国能否成为国际上最重要的几个高分子流体动力学研究中心之一，在2～3个方向具有国际领先或主导地位。为了实现这个目标，本书提出了有利于高分子流体动力学学科发展的有效捐助机制与新政建议。
完善多样化激励机制，鼓励协同创新
构建并保持一支稳定的高分子流体动力学人才队伍，对其进行相对稳定的持续支持；优先支持具有重大意义的高分子流体动力学学科前沿研究；加强高分子流体动力学科研成果的科普宣传力度，调动工业部门的积极性和参与度，联合重点相关企业和重点应用单位，举办协同创新，推动研究成果的工程转化速率。
推进实验、模拟、理论研究一体化，推动成果转化
本着高分子流体动力学理论估算/实验（制备和表征）/数据库互相融合、协同创新的研制方法和理念，选定符合国家重大战略需求或在基础研究领域具有重大意义的研究方向进行突破；促使高分子流体动力学与估算物理的高度融合，阐述高分子流体动力学领域中一些重要概念和模型的物理化、定量化处理思路；构建以企业为主体、市场为导向、产学研用深度融合的技术创新体系。
加强青年人才的扶植力度，让更多有志者普惠、受益
加强青年科研人员的扶植力度，以保护她们继续攀越科学高峰的探求精神；吸引一批数理功力扎实的青年学者参与高分子流体动力学前沿研究与讨论，培养一支颇具创新精神和协同创新能力的高素养人才队伍，使新一代青年科技骨干人才与战略科学家脱颖而出。
推动国际合作与交流，产生开放科研格局
进一步改善科研环境，在人才评价、学科评估、项目评审中，应充分考虑高分子流体动力学自身的特性，采用高分子流体动力学国际通行做法，引入顶尖科学家评价、推荐制度；通过较高硬度的持续、稳定支持，构建开放式协同创新平台。
本文摘编自《中国学科发展战略·高分子流体动力学》，由国家自然科学基金委员会、中国科大学组织研究编撰，内容有删减，标题和内容有调整。语音播报为智能生成，如有疑惑请以文本为准。科学创造未来，人文温暖世界。在科技推动发展的时代，与您共同关注科技史、科技哲学、科技前沿与科学传播，关注人类社会的可持续发展。科学人文在线，创造有价值的阅读！欢迎关注、点赞、留言、转发、参与捐书活动，联系邮箱：。
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内容简介
本书系统论述了高分子流体动力学的科学意义与战略价值、发展现况与发展态势、发展水平与发展规律、发展思路与发展方向，并在此基础上给出了有利于高分子流体动力学发展的捐助机制与新政建议，瞄准国际学术前沿，立足国家重大需求，汇聚相关科学与技术问题。全书总结了5个方面的内容，分别是高分子稀碱液、高分子亚浓氨水、高分子浓氨水与熔融、支化高分子流变学和高分子流体动力学的应用。
本书适宜高层次的战略和管理专家、相关领域的研究人员、高等高校师生阅读，是科技工作者和社会公众了解高分子流体动力学发展现况和趋势的权威读本，同时也是科技管理部门重要的决策参考书籍。