科学探索|“不太化学”的诺贝尔化学奖今年将花落谁家？( 二 ) “不太化学”的诺贝尔化学奖

首先，各种聚合物到最后并非形成一个大分子，而是很多个链状分子形成的网络。每个链中，包含的平均单体分子数目叫做平均聚合度。普通的聚合反应中，各链之间，聚合度变化很大，有些链特别长，有些链则没几个单体就断开了。
其次，更让人挠头的是，由于瞬间产生的自由基太多，有些单体带着自由基瞎跑乱窜，结果可能会把本来连得好好的直链接的乱七八糟，纵横交错。
聚合物在结构上有个特点，单体排列越规整，各链间分子量差距越小，密度就越大，强度也就越高。
还是以聚乙烯为例，日常生活中低密度的聚乙烯呈现透明状，质轻而成本低，常常作为超市食品称重前的包装。而高密度聚乙烯则呈现乳白色，成本跟强度相对高一些，常常作为购物袋使用。
也就是说，如果能够把自由基聚合的过程控制好，让反应顺着人们的意志和设计进行，我们就能够得到各种各样符合期望的产品，高分子聚合物的种类也可能大大增加。这一愿望是美好的，但是它实在是简约而不简单，人类一直到90年代中期才实现这一美好的愿望。
1995年，克日什托夫·马蒂亚谢夫斯基提出了原子转移自由基聚合（ATRP）。同期日本京都大学的泽本光男也独立提出了类似的反应概念。此后，埃齐奥·里扎多也提出了可逆加成断裂链转移（RAFT）和氮氧化物介导自由基聚合（NMP）。
这些反应的具体机理当然都比较复杂，但是他们的出发点都是降低自由基聚合反应的速率，让其处于可控状态。
原理上来说，可控自由基聚合反应中，往往要在聚合物体系中额外添加一些特殊的化合物，它能与活性种链自由基进行可逆的链终止或链转移反应。说白了就是，自由基被这种特殊的化合物给缠上了，没法像以前一样自由地到处乱扎，但是它并非完全失去自由，而是在这种化合物的引导和安排下进行反应。

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普通自由基聚合形成的支链结构（左）和可控自由基聚合形成的规整结构（右）
最终的结果就是，可控自由基聚合反应可以根据人的意志生成各种不同聚合度的分子，同时还可以调控分子结构，避免形成杂乱的支链，而是形成彼此长度接近的直链。
此外，它还给新型分子结构的设计带来了极大的自由。例如，我们可以以某个球形结构为中心，让长度高度一致的长线状的分子像刺猬一样从球面上长出来。
聚合反应不可控的时代，这类分子很难制作，因为分子的长度不一，朝向也歪七扭八，想做个刺猬结果却成了随机线团。
可控自由基聚合的技术路径一经提出，立刻吸引了全球实验室和各大化工厂商的关注，目前它的发展潜力还完全看不到边界。如果可控自由基聚合研究获得诺奖的话，也算是众望所归。

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各种“刺猬”分子示意图
Part.2
都听说过光刻机，你知道光刻胶吗？
光刻机恐怕是每一个国人心中的痛，这种机器让我们吃尽了技术封锁的苦头。可以说，光刻机是整个半导体工业中的核心设备之一。正是随着光刻机技术的不断改良，半导体工业才能在几十年间延续摩尔定律的发展势头。
不过，你可能不知道的是，在光刻相关技术的发展过程中，曾经因为材料无法及时改良而差点陷入瓶颈。这一关键材料，就是化学放大光刻胶。
了解光刻胶之前，我们先来说说光刻工艺。在集成电路的制造过程中，光刻是非常重要的步骤。芯片从晶圆上线到包装出厂，中间要经历多次光刻。具体来说，光刻就是用特定波长的光照射需要加工的芯片晶圆，在照射之前晶圆表面会涂覆一层光刻胶，光刻胶会均匀地附着在晶圆表面，形成一层薄膜。

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