聚合物及液晶是什麼樣的物質?
軟物質
合成代謝是一系列合成型代謝進程的總稱。一般而言，用於組成細胞結構的複雜分子都是從小且簡單的前體一步一步地構建而來。合成代謝包括三個基本階段：首先生成前體分子，如胺基酸、單醣、類異戊二烯和核苷酸；其次，利用三磷酸腺苷水解所提供的能量，這些分子被活化而形成活性形式；最後，它們被組裝成複雜的分子，如蛋白質、多醣、脂類和核酸。不同的生物體所需要合成的各類複雜分子也互不相同。自營生物，如植物，可以在細胞中利用簡單的小分子，如二氧化碳和水，來合成複雜的有機分子如多醣和蛋白質。異營生物則需要更複雜的物質來源，如單醣和胺基酸，來生產對應的複雜分子。生物體還可以根據它們所獲得的能量來源的不同而被細分為：獲取光能的光能自營生物和光能異營生物，以及從無機物氧化過程或的能量的化能自營生物和化能異營生物。
聚合物這個詞首先出現在1833年，同一時刻，亨利·布拉科諾率先製造出纖維素的衍生物，或許這是高分子化學最早最重要的實驗。在接下來的19世紀，硫化法可以改進自然的聚合物橡膠的耐久性，意味著第一個半合成的聚合物問世了。第一個完全合成的聚合物，電木是在1909年，由利奧·貝克蘭所發現並命名的。直到1920年，儘管在聚合物的合成和特性有重大的進展，對於聚合物的分子結構卻沒有一個適當的認識。在那之前，科學家相信聚合物是一群小的分子聚在一起，沒有明確的分子量，透過一種稱之為結合理論的未知力量結合在一起。1922年，赫爾曼·施陶丁格提出聚合物是由共價鍵結合成長鏈，爾後十年，此一想法並沒有獲得大多數的認同，但他最終還是獲得了諾貝爾獎。接下來的時間中，尼龍、聚乙烯、聚四氟乙烯和矽氧樹脂這些合成聚合物材料，建立發展的聚合物的基礎。合成聚合物廣泛應用在生活中與工業上，像是黏著劑和潤滑劑等，還有從小孩的玩具到航空器材的結構上。而聚甲基丙烯酸甲酯可用在半導體製程中的光阻和微處理器上的低介電常數材料。未來的應用包含以聚合物為主體，可彎曲的顯示器材，還有可隨時間分解讓人吸收的藥品。
液晶，即液態晶體，是相態的一種，因為具有特殊的理化與光電特性，20世紀中葉開始被廣泛應用在輕薄型的顯示技術上。人們熟悉的物質狀態為氣、液、固，較為生疏的是電漿和液晶。液晶相要具有特殊形狀分子組合時會產生，它們可以流動，又擁有結晶的光學性質。液晶的定義，現在已放寬而囊括了在某一溫度範圍可以實現液晶相，在較低溫度為正常結晶之物質。而液晶的組成物質是一種有機化合物，也就是以碳為中心所構成的化合物。同時具有兩種物質的液晶，是以分子間力量組合的，它們具有特殊的光學性質，又對電磁場敏感，極有實用價值。1850年，普魯士醫生魯道夫·菲爾紹等人發現神經纖維的萃取物中含有一種不尋常的物質。1877年，德國物理學家奧托·雷曼運用偏光顯微鏡首次觀察到了液晶化的現象，但他對此現象的成因並不瞭解。1888年3月14日，奧地利布拉格德國大學的植物生理學家弗里德里希·萊尼澤藉由在植物內加熱苯甲酸膽固醇脂研究膽固醇，觀察到膽固醇苯甲酸酯在熱熔時的異常表現。該物質在145.5℃時熔化，產生了帶有光彩的混濁物，溫度升到178.5℃後，光彩消失，液體透明。此澄清液體稍微冷卻，混濁又復出現，瞬間呈現藍色。萊尼澤反覆確定他的發現後，向德國物理學家奧托·雷曼請教。當時雷曼建造了一座具有加熱功能的顯微鏡去探討液晶降溫結晶之過程，後來更加上了偏光鏡，成為深入研究萊尼澤的化合物的重要儀器。從那時開始，雷曼的精力完全集中在該類物質。他開始以為這種物質是軟晶體，然後改稱晶態流體，最後深信偏振光性質為該物質特有，流動晶體的名字才算正確。此名稱與液晶已經十分相近。萊尼澤和雷曼因此被譽為液晶之父。
由丹•謝赫特曼發現的准晶體是晶體學的一項創舉。1982年，謝赫特曼觀察到一些金屬合金出現異乎尋常的繞射圖譜。這些繞射圖譜顯示這些合金的結構是有序的，但卻不具備平移對稱性。在准晶體被發現後，國際晶體學聯合會考慮到非周期性結構調整了對於晶體的定義。對於軟物質的研究在二十世紀下半葉也取得了一些重大的進展。其中值得一提的是保羅•弗洛里及皮埃爾-吉勒•德熱納等人對於像聚合物及液晶這樣的軟物質的熱力學平衡研究。自從發現超導現象後以來，物理學者不斷嘗試提升其轉變溫度。1986年，卡爾•米勒與約翰內斯•貝德諾爾茨發現了首個高溫超導體，轉變溫度為35K溫度。後來物理學家發現它是強相關材料的一種。高溫超導體的發現引起了物理學界對於強相關材料的興趣。在這種材料中，電子間的交互作用對於材料的特性有很大的影響。但目前，物理學家仍不能從理論上得到對於高溫超導體性質完善的解釋，而強相關材料也將在一段時期裡會是研究熱點之一。