自组合创新

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　　自组合创新是全新的一种创新方法。它伴随科技创新的微观化、自动化和智能化程度不断提高发展而来。其创新作用日显突出，应用范围日益扩大，因此，引起人们普遍关注和重视。

　　创造学上有一种创新方法叫做自组合法。人们在科技创新活动中运用该法创造出千姿百态的新产品。从最简单的带橡皮头的铅笔到最复杂的阿波罗登月飞船。据统计，近代科技创新成果中60％—70％与组合创新有关。但是，随着科学技术的不断发展与深化，人们对物质的研究与认识不断地从宏观转向微观。微观化、智能化和自动化的研究内容已提上日程。于是，人们开始探求关于自组合创新的思路。

　　实际上，在自然界和社会实践中普遍存在着自组合过程。例如，任何生物体都必须不断与周围环境进行物质、能量和信息的交换，才能不断进行新陈代谢，以维持生命的生存和延续。大家熟知的植物的光合作用就是绿色植物把吸收的阳光、二氧化碳和水通过叶绿素转化为淀粉和氧。这个过程完全是光催化和酶催化反应构成的自组合反应的结果。科学家受此启发，正在模仿这种“光一化”自组合反应，拟在实验室条件下，利用阳光、二氧化碳和水制作“面包”。

　　当代在高科技研究中，纳米科技成为热门。纳米科技是在隧道显微镜的发明和应用之后才拉开序幕的。纳米是一个长度单位，l纳米是十亿分之一米。纳米科技就是在纳米尺度范围内直接操纵分子和原子，针对不同研究对象开展的科技活动。对于纳米级的研究对象使用任何工具对它进行组装似乎都显得太大了。只有通过物理、化学和生物的方法进行自组合才是好办法。据报导，科学家正在利用自组合技术制造纳米级的小颗粒医疗器，使它进入人体起到自动检测、自动释放药物和自动医疗作用。

　　由此可见，自组合创新的提出，是科技活动不断深化、认识不断提高、创新模式不断转换的结果。一句话，自组合创新已提上创新的日程。

　　自然界分成两大系统：一个是非生命系统，另一个是生命系统。两大系统分别遵守各自的规律进行演变。非生命系统通常是遵循热力学第二定律。即该系统总是从有序到无序，熵值不断增大，自发地趋于平衡。当熵值达到极大值时，该系统亦将趋于消亡。然而生命系统却与此相反，它遵循生物进化的规律，从简单到复杂，从低级到高级，并能自发地形成新的有序稳定态，产生新物质。从理论上看，这两个大系统似乎是矛盾的，其实是热力学第二定律把非生命系统认定为孤立系统的结果。实际上，自然界绝对封闭的孤立系统是不存在的。即使是非生命系统若创造条件通过物理、化学、生物等各种渠道与环境进行物质、能量和信息交换，非生命系统也会“活化”。这便是著名的耗散结构和协同论理论。耗散结构和协同论是指—个开放系统不断与环境进行物质、能量和信息的交换，使之处于非平衡状态。通过系统内部相互制约、相互作用、相互竞争、协调一致，在能量涨落，非线性相干效应作用下，自发地组织起来，形成有序结构，产生新的物质。由此可见，耗散结构和协同论便是自组合的理论依据。

　　实践证明，在许多科学实践中确实存在着耗散结构和自组合现象。例如，金属在凝固结晶过程中，随着温度不断下降，当达到熔点时，并不立即结晶，而是继续下降产生一个过冷度，在低于熔点以下一定温度才开始结晶。这是因为金属凝固结晶成核长大过程中存在一个生成晶核的“临界半径”值。当凝固结晶生成的晶核超过“临界半径”时，晶核才能生存长大。否则，晶核便会重新熔化。结晶成核长大所需能量则来自过冷度。来自过冷度所提供的能量涨落，以及非线性相：于：效应所产生的自组合作用。

　　激光器的发明便是依据耗散结构和协同论原理进行自组合创新的结果。激光器是一个开放系统，当向激光器输入的光源能量达到产生激光的监界值时，通过相互竞争，互相协调，自发地组织起来，使无序运动变为有序运动，由多色光形成单光激光。

　　由此可见，自组合现象不仅有理论依据，而且还有科学试验结果。

　　根据自组合原理，自组合创新的原则是：

　　1、正确选题。

　　选题是科技创新的起点，而且对创新过程有着重要影响。它关系到自组合模式、系统设计、参数选择和最后的创新结果。因此，选题时要充分了解课题性质、发展动向、作用和意义。并且要经过认真分析评估后，制定计划开展研究。正确的选题才能导向正确的结果。

　　2、选择模式。

　　根据课题性质，选择自组合模式。包括物理、化学、生物，宏观、宏微观、微观，相变、催化、分子力等模式。自组合模式是设计自组合系统、制定系统参量和工艺的依据。

　　3、开放系统。

　　自组合反应必须在开放系统中进行。因此，系统设计必须是开放式的。以保证该系统与环境有充分的物质、能量和信息交换，使系统参量达到或超过某临界值。有足够能量使之发生自组合反应。所以，开放系统是自组 合反应所需能量的保证。

　　4、非平衡态。

　　非平衡态是使系统由无序向有序转变的先决条件。开放系统与环境的能量交换，使之远离平衡态，因为只有远离平衡态而处于非平衡态的系统最具活力，最有可能使系统向着时间、空间和功能上的有序转化。

　　5、相干效应。

　　在非平衡态下，通过功能一结构一涨落机制产生相干效应促使自组合反应发生，创造出新的物质结构。

　　自组合创新可以说是组合创新的升级。因此，它除了含有组合创新的时代性、多样性和广泛性外，更突出了微观化、智能化和自动化的特点。

　　l、微观化。

　　纳米技术将成为21世纪重点发展的高新科技，因为它只有原子、分子大小，只有用分子自组装技术才能对它施工。只有通过化学键、氢键或静电力才能使它们自组装起来创造出新东西。例如，科学家用分子自组装技术研制成了聚合物与Ti0：纳米粒子自组装复合材料。在信息储存、磁流体、磁分离以及光器件方面具有重要的应用前景。

　　又如，科学家把二氧化钛的光辐照杀菌效应用于生态环保技术。二氧化钛在光辐照下会产生“电子对”。电子对能将吸附在二氧化钛表面上的有机物如细菌、油污和有害气体进行氧化，产生灭菌、除臭和净化的自清亨吉作用。这种以二氧化钛为载体的催化与氧化作用相结合产生的自净化新技术对于污水处理和净化空气等生态环保方面具有广泛的应用前景。

　　2、智能化。

　　有些建筑物对室内温度和湿度有严格的要求，如展览馆、博物馆等。为了控制室内温度和湿度，科学家利用沸石中0．3纳米一0．9纳米的孔隙对于水分子和气体的选择性吸附作用研制成功了自动调节环境湿度的水泥复合材料。温度上升时放湿，温度下降时吸湿。这种智能化水泥用于制作美术馆的内墙，能收到很好的效果。

　　又如，衣服的作用是保暖御寒。为此，传统服装要随季节的变化，夏穿单，冬穿棉，一年四季不断变换。即使如此，天气突变，衣着稍不及时，就会生病。如果衣服能够恒温，这个问题便解决了。于是人们利用自组合技术积极开发恒温智能服装。一种可相变的轻质纤维可在32℃—38℃之间随着人的体温自动发生相变，并且又能发生热缩冷胀的减薄和增厚效果起到恒温作用。将它制成服装，当人的活动量增加，温度升高时，这种服装就会发生相变，衣服就会减薄降温。反之，就会增厚升温。这种冬暖夏凉，随机变化的恒温智能服装将给人们生活带来巨大方便。

　　3、自动化。

　　不锈钢是大家非常熟悉，并且广泛应用的一种材料。原因是它不生锈。不锈钢之所以不生锈，是因为在该材料中含有能在不锈钢表面生成一层致密氧化膜防止氧化生锈的合金元素。不锈钢在使用过程中生成保护膜防止生锈。若表面受到损伤时，那些抗氧化的合金元素就会自动地扩散到受损表面，重新生成一层致密的氧化膜把材料保护起来。

　　又如，形状记忆合金能够记住在某温度下自己的形状，这也是相变机理产生的效果。当使用习二境温度发生变化达到某温度时，它会按原来设定的形状自动伸展开采。航天器上所使用的太阳能电池帆板便是用形状记忆合金制作的。当航天器升空后受到太阳辐照，温度升到某值时自动展开，进行工作。

　　近来科学家对“太空电梯”发生极大兴趣。设想如果在太空中架起“太空电梯”人们便可以乘坐它方便地往返于天地之间。根据科学家的设想，将一根长10万公里的电缆搭在天地之间。上挂在人造地球同步卫星上，下接在地球某位置，电梯运行其中。但是，若长的电缆用钢材制作，仅材料自身重量即可把电缆拉断。科学家拟用碳纳米管制作电缆，碳纳米管的比重仅为钢的l／6，强度是钢的100倍。因此，用碳纳米管制造太空电缆是可行的。但是，制造碳纳米管靠宏观的人工方法难以胜任。只有靠微观自组合方法才有可能。据报导，近来科学家运用碳纳米管的亲水性的自动聚合特性，研制出一种高密度碳纳米管的生产技术。这样一来，使“太空电梯”向现时靠近了—步。

　　长生不老是人们——种愿望。从理论上讲，人的寿命是无限的。人在中途夭折是因为疾病所致。事实也是如此。在科技不发达时代，医疗水平低—卜，人的寿命仅有30多岁。现在人的平均寿命随着科技进步延到70多岁。人的寿命像一座建筑物一样，建筑物使用年限的长短除与建筑物本身质量有关外，也与其不断的维修有关。人体如果能够通过治疗或更换有病器官，同样可以长寿。干细胞是一种万能细胞，它可以在不同条件下受控自组合成不同的人体器官。用自己的干细胞培育自己所需修复或更换的器官，既无排异性问题，又无供求问题。干细胞技术的研究与发展将给医疗事业带来崭新的变化。

　　综上所述，自组合创新是—一种具有微观、智能和自动化特点的时代性、多样性和广泛性的创新方法，在知识经济和高科技突飞猛进的时代，一定会引起高度重视，得到推广应用，从而发明出更多更好的新产品，满足人类的广泛需要。