自組合創新

自組合創新是全新的一種創新方法。它伴隨科技創新的微觀化、自動化和智慧型化程度不斷提高發展而來。其創新作用日顯突出，套用範圍日益擴大，因此，引起人們普遍關注和重視。

基本介紹

• 中文名：自組合創新
• 屬性：全新的一種創新方法
• 相關：科技創新
• 特徵：自組合法

自組合創新的實際運用

創造學上有一種創新方法叫做自組合法。人們在科技創新活動中運用該法創造出千姿百態的新產品。從最簡單的帶橡皮頭的鉛筆到最複雜的阿波羅登月飛船。據統計，近代科技創新成果中60%—70%與組合創新有關。但是，隨著科學技術的不斷發展與深化，人們對物質的研究與認識不斷地從巨觀轉向微觀。微觀化、智慧型化和自動化的研究內容已提上日程。於是，人們開始探求關於自組合創新的思路。

實際上，在自然界和社會實踐中普遍存在著自組合過程。例如，任何生物體都必須不斷與周圍環境進行物質、能量和信息的交換，才能不斷進行新陳代謝，以維持生命的生存和延續。大家熟知的植物的光合作用就是綠色植物把吸收的陽光、二氧化碳和水通過葉綠素轉化為澱粉和氧。這個過程完全是光催化和酶催化反應構成的自組合反應的結果。科學家受此啟發，正在模仿這種“光一化”自組合反應，擬在實驗室條件下，利用陽光、二氧化碳和水製作“麵包”。

當代在高科技研究中，納米科技成為熱門。納米科技是在隧道顯微鏡的發明和套用之後才拉開序幕的。納米是一個長度單位，l納米是十億分之一米。納米科技就是在納米尺度範圍內直接操縱分子和原子，針對不同研究對象開展的科技活動。對於納米級的研究對象使用任何工具對它進行組裝似乎都顯得太大了。只有通過物理、化學和生物的方法進行自組合才是好辦法。據報導，科學家正在利用自組合技術製造納米級的小顆粒醫療器，使它進入人體起到自動檢測、自動釋放藥物和自動醫療作用。

由此可見，自組合創新的提出，是科技活動不斷深化、認識不斷提高、創新模式不斷轉換的結果。一句話，自組合創新已提上創新的日程。

自組合創新原理

自然界分成兩大系統：一個是非生命系統，另一個是生命系統。兩大系統分別遵守各自的規律進行演變。非生命系統通常是遵循熱力學第二定律。即該系統總是從有序到無序，熵值不斷增大，自發地趨於平衡。當熵值達到極大值時，該系統亦將趨於消亡。然而生命系統卻與此相反，它遵循生物進化的規律，從簡單到複雜，從低級到高級，並能自發地形成新的有序穩定態，產生新物質。從理論上看，這兩個大系統似乎是矛盾的，其實是熱力學第二定律把非生命系統認定為孤立系統的結果。實際上，自然界絕對封閉的孤立系統是不存在的。即使是非生命系統若創造條件通過物理、化學、生物等各種渠道與環境進行物質、能量和信息交換，非生命系統也會“活化”。這便是著名的耗散結構和協同論理論。耗散結構和協同論是指—個開放系統不斷與環境進行物質、能量和信息的交換，使之處於非平衡狀態。通過系統內部相互制約、相互作用、相互競爭、協調一致，在能量漲落，非線性相干效應作用下，自發地組織起來，形成有序結構，產生新的物質。由此可見，耗散結構和協同論便是自組合的理論依據。

實踐證明，在許多科學實踐中確實存在著耗散結構和自組合現象。例如，金屬在凝固結晶過程中，隨著溫度不斷下降，當達到熔點時，並不立即結晶，而是繼續下降產生一個過冷度，在低於熔點以下一定溫度才開始結晶。這是因為金屬凝固結晶成核長大過程中存在一個生成晶核的“臨界半徑”值。當凝固結晶生成的晶核超過“臨界半徑”時，晶核才能生存長大。否則，晶核便會重新熔化。結晶成核長大所需能量則來自過冷度。來自過冷度所提供的能量漲落，以及非線性相：於：效應所產生的自組合作用。

雷射器的發明便是依據耗散結構和協同論原理進行自組合創新的結果。雷射器是一個開放系統，當向雷射器輸入的光源能量達到產生雷射的監界值時，通過相互競爭，互相協調，自發地組織起來，使無序運動變為有序運動，由多色光形成單光雷射。

由此可見，自組合現象不僅有理論依據，而且還有科學試驗結果。

自組合創新原則

根據自組合原理，自組合創新的原則是：

1、正確選題。

選題是科技創新的起點，而且對創新過程有著重要影響。它關係到自組合模式、系統設計、參數選擇和最後的創新結果。因此，選題時要充分了解課題性質、發展動向、作用和意義。並且要經過認真分析評估後，制定計畫開展研究。正確的選題才能導向正確的結果。

2、選擇模式。

根據課題性質，選擇自組合模式。包括物理、化學、生物，巨觀、宏微觀、微觀，相變、催化、分子力等模式。自組合模式是設計自組合系統、制定系統參量和工藝的依據。

3、開放系統。

自組合反應必須在開放系統中進行。因此，系統設計必須是開放式的。以保證該系統與環境有充分的物質、能量和信息交換，使系統參量達到或超過某臨界值。有足夠能量使之發生自組合反應。所以，開放系統是自組 合反應所需能量的保證。

4、非平衡態。

非平衡態是使系統由無序向有序轉變的先決條件。開放系統與環境的能量交換，使之遠離平衡態，因為只有遠離平衡態而處於非平衡態的系統最具活力，最有可能使系統向著時間、空間和功能上的有序轉化。

5、相干效應。

在非平衡態下，通過功能一結構一漲落機制產生相干效應促使自組合反應發生，創造出新的物質結構。

自組合創新的特點

自組合創新可以說是組合創新的升級。因此，它除了含有組合創新的時代性、多樣性和廣泛性外，更突出了微觀化、智慧型化和自動化的特點。

l、微觀化。

納米技術將成為21世紀重點發展的高新科技，因為它只有原子、分子大小，只有用分子自組裝技術才能對它施工。只有通過化學鍵、氫鍵或靜電力才能使它們自組裝起來創造出新東西。例如，科學家用分子自組裝技術研製成了聚合物與Ti0：納米粒子自組裝複合材料。在信息儲存、磁流體、磁分離以及光器件方面具有重要的套用前景。

又如，科學家把二氧化鈦的光輻照殺菌效套用於生態環保技術。二氧化鈦在光輻照下會產生“電子對”。電子對能將吸附在二氧化鈦表面上的有機物如細菌、油污和有害氣體進行氧化，產生滅菌、除臭和淨化的自清亨吉作用。這種以二氧化鈦為載體的催化與氧化作用相結合產生的自淨化新技術對於污水處理和淨化空氣等生態環保方面具有廣泛的套用前景。

2、智慧型化。

有些建築物對室內溫度和濕度有嚴格的要求，如展覽館、博物館等。為了控制室內溫度和濕度，科學家利用沸石中0．3納米一0．9納米的孔隙對於水分子和氣體的選擇性吸附作用研製成功了自動調節環境濕度的水泥複合材料。溫度上升時放濕，溫度下降時吸濕。這種智慧型化水泥用於製作美術館的內牆，能收到很好的效果。

又如，衣服的作用是保暖禦寒。為此，傳統服裝要隨季節的變化，夏穿單，冬穿棉，一年四季不斷變換。即使如此，天氣突變，衣著稍不及時，就會生病。如果衣服能夠恆溫，這個問題便解決了。於是人們利用自組合技術積極開發恆溫智慧型服裝。一種可相變的輕質纖維可在32℃—38℃之間隨著人的體溫自動發生相變，並且又能發生熱縮冷脹的減薄和增厚效果起到恆溫作用。將它製成服裝，當人的活動量增加，溫度升高時，這種服裝就會發生相變，衣服就會減薄降溫。反之，就會增厚升溫。這種冬暖夏涼，隨機變化的恆溫智慧型服裝將給人們生活帶來巨大方便。

3、自動化。

不鏽鋼是大家非常熟悉，並且廣泛套用的一種材料。原因是它不生鏽。不鏽鋼之所以不生鏽，是因為在該材料中含有能在不鏽鋼表面生成一層緻密氧化膜防止氧化生鏽的合金元素。不鏽鋼在使用過程中生成保護膜防止生鏽。若表面受到損傷時，那些抗氧化的合金元素就會自動地擴散到受損表面，重新生成一層緻密的氧化膜把材料保護起來。

又如，形狀記憶合金能夠記住在某溫度下自己的形狀，這也是相變機理產生的效果。當使用習二境溫度發生變化達到某溫度時，它會按原來設定的形狀自動伸展開採。太空飛行器上所使用的太陽能電池帆板便是用形狀記憶合金製作的。當太空飛行器升空後受到太陽輻照，溫度升到某值時自動展開，進行工作。

科學家對“太空電梯”發生極大興趣。構想如果在太空中架起“太空電梯”人們便可以乘坐它方便地往返於天地之間。根據科學家的構想，將一根長10萬公里的電纜搭在天地之間。上掛在人造地球同步衛星上，下接在地球某位置，電梯運行其中。但是，若長的電纜用鋼材製作，僅材料自身重量即可把電纜拉斷。科學家擬用碳納米管制作電纜，碳納米管的比重僅為鋼的l/6，強度是鋼的100倍。因此，用碳納米管制造太空電纜是可行的。但是，製造碳納米管靠巨觀的人工方法難以勝任。只有靠微觀自組合方法才有可能。據報導，科學家運用碳納米管的親水性的自動聚合特性，研製出一種高密度碳納米管的生產技術。這樣一來，使“太空電梯”向現時靠近了—步。

長生不老是人們——種願望。從理論上講，人的壽命是無限的。人在中途夭折是因為疾病所致。事實也是如此。在科技不發達時代，醫療水平低—卜，人的壽命僅有30多歲。人的平均壽命隨著科技進步延到70多歲。人的壽命像一座建築物一樣，建築物使用年限的長短除與建築物本身質量有關外，也與其不斷的維修有關。人體如果能夠通過治療或更換有病器官，同樣可以長壽。幹細胞是一種萬能細胞，它可以在不同條件下受控自組合成不同的人體器官。用自己的幹細胞培育自己所需修復或更換的器官，既無排異性問題，又無供求問題。幹細胞技術的研究與發展將給醫療事業帶來嶄新的變化。

綜上所述，自組合創新是—一種具有微觀、智慧型和自動化特點的時代性、多樣性和廣泛性的創新方法，在知識經濟和高科技突飛猛進的時代，一定會引起高度重視，得到推廣套用，從而發明出更多更好的新產品，滿足人類的廣泛需要。