二 杂化材料超功能出现的条件

功能材料的最好范例是生物。生物的结构与性能值得我们学习研究的方面还很多，如能动输送、神经传递、五官感应、酶作用等等。功能材料的开发，目标是模拟生物功能：分子合成和分子的集合态。作为杂化材料，主要是模拟分子的集合态，最终目标是追求“超功能”。

怎样的材料才具有超功能呢？山田瑛提出了下列指导思想：

  1. 分子集合构成中具有各向异性的场 从具有旋光性的光学活性分子来看，可以知道：由不对称的手性分子组成的材料是发现旋光功能的基本条件，光学活性分子的结晶没有对称面和对称中心。如果将这种各向异性的结晶概念推而广之，对于材料，具有几何上各向异性是通往功能性材料的首要道路。也就是说，在材料中形成各向异性的场是必要的。这样的材料中即使分子、原子的集合态或组织的存在几率具有不均匀的各向异性分配也是好的。

  2. 短距离内不同种的素材或构造互相对立 由各向同性构成的单体材料虽然可以作为能量传递的功能材料，但却不能作为能量变换的功能材料。不同种素材、构造间存在能量差，以及使能量能够移动的距离是必要的。这个距离的长度在分子间作用范围的延达距离以内，光激发的能量移动或者隧道效应的距离是小于 5nm，而对于通过静电作用的材料，也只能在数百纳米之内有效。

  3. 不同种分子、原子集合态或素材间的分子相互作用 不同素材之所以能形成新的材料，是由于分子间相互作用的缘故，另外分子间的凝聚能与平衡也是应该考虑的。

  4. 材料中的分子、原子集合态中存在着异常的键长、键角、化 学键缺损或缺电子键 这样的异常状态以某种几率以上存在着是必要

的。联想到酶活性部位的异常距离、固体催化剂的活性中心、p 型半导体的空穴等就比较容易理解了。

对于人工物质和材料，出现功能的条件，从原子-分子水平上来看， 不可能在均质、整齐的地方，特别是超功能材料的设计，更应该超越经典的分子模型，创造新的化学、物理，这样才可能获得。