新型高分子材料有什么特殊功能

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离子交换树脂，膜分离（L-B膜、液体膜，单分子层膜），感光性树脂。光致变色、光致导电高分子高分子，导电高分子，压电，热电材料啦，还有高分子的液晶（树状高分子液晶）~~

应用么，智能变色体统啦、军事隐身材料啦，大脑探针……

恩，取了点老师的课件，希望对你有所帮助~

功能材料(Functional materials)的概念是美国Morton 于1965年首先提出来的。功能材料是指具有一种或几种特定功能的材料，如磁性材料、光学材料等，它具有优良的物理、化学和生物功能，在物件中起着“功能”的作用。从广义来看，结构材料实际上是一种具有力学功能的材料，因此也是一种功能材料。但由于对应于力学功能的机械运动是一种宏观物体的运动，与对应于其他功能的微观物体的运动有着显著的区别。故习惯上不把结构材料包括在功能材料范畴之内。这样，一般就把材料分成结构材料和功能材料两大类。

(1)功能材料的功能对应于材料的微观结构和微观物体的运动，这是最本质的特征。

(2)功能材料的聚集态和形态非常多样化，除了晶态外，还有气态、液态、液晶态、非晶态、准晶态、混合态和等离子态等。除了三维体相材料外，还有二维、一维和零维材料。除了平衡态外，还有非平衡态。

(3)结构材料常以材料形式为最终产品，而功能材料有相当一部分是以元件形式为最终产品，即材料元件一体化。

(4)功能材料是利用现代科学技术，多学科交叉的知识密集型产物。

(5)功能材料的制备技术不同于结构材料用的传统技术，而是采用许多先进的新工艺和新技术，如急冷、超净、超微、超纯、薄膜化、集成化、微型化、密积化、智能化以及精细控制和检测技术。

1.2 功能材料的现状和展望

(1)单功能材料如导电材料、介电材料、铁电材料、磁性材料、磁信息材料、发热材料、储热材料、隔热材料、隔声材料、发声材料、光学材料、发光材料、激光材料、非线性光学材料、示色材料、红外材料、光信息材料等。

(2)功能转换材料如压电材料、光电材料、热电材料、磁光材料、声光材料、声能转换材料、电光材料、电流变材料、电色材料、磁敏材料、磁致伸缩材料等。

(3)多功能材料如防振降噪材料、三防(防热、防激光和防核)材料、耐热密封材料、电磁材料等。

(4)复合和综合功能材料如形状记忆材料、隐身材料、电磁屏蔽材料、传感材料、智能材料、环境材料、显示材料、分离功能材料等。

(5)新形态和新概念功能材料，如液晶材料、非晶态材料、梯度材料、纳米材料、非平衡态材料等。

(1)开发高技术所需的新型功能材料,特别是尖端领域(航空航天、分子电子学、高速信息、新能源、海洋技术和生命科学等)所需和在极端条件(超高压、超高温、超低温、高烧蚀、高热冲击、强腐蚀、高真空、强激光、高辐射、原子氧、核爆炸等)下工作的高性能功能材料。

(2)功能材料的功能从单功能向多功能和复合功能发展，从低级功能(如单一的物理功能)向高级功能(如人工智能、生物功能和生命功能等)发展。

(3)功能材料和器件的一体化、高集成化、超微型化、高密积化和超分子化。

(4)功能材料和结构材料兼容，即功能材料结构化，结构材料功能化。

(5)进一步研究和发展功能材料的新概念、新设计和新工艺，已提出的新概念有梯度化、低维化、智能化、非平衡态、分子组装、杂化、超分子化和生物分子化等; 已提出的新设计有化学模式识别设计、分子设计、非平衡态设计、量子化学和统计力学计算法等; 已提出的新工艺有激光加工、离子注入、等离子技术、分子束外延、固相外延、生物技术及在特定条件下(如高温、高压、高真空、微重力、强辐射、急冷和超净等)的工艺技术。

(6)完善和发展功能材料检测和评价的方法。

(7)加强功能材料的应用研究，扩展功能材料的应用领域，特别是尖端领域和民用高技术领域。并把成熟的研究成果迅速推广，以形成生产力。

1.3 功能材料学科的内容和相关学科

(1)功能材料学是研究功能材料的成分、结构、性能、应用及其间的关系，在此基础上，研究功能材料的设计和发展途径。

(2)功能材料工程学是研究功能材料的合成、制备、提纯、改性、储存和使用的技术和工艺。

(3)功能材料的表征和测试技术是研究一般通用的理化测试技术在功能材料上的应用和各类功能材料特征功能的测试技术和表征。

特点

1.4 功能高分子材料概述

性能(Performance)：是指材料对外部刺激(如外力、热、光等物理刺激或化学药品的化学刺激)产生的抵抗(resistance)。如：材料的强度、耐热性、弹性、塑性、透明度、耐腐蚀性。

性能和功能

功能(Function)：是指对某物质输入一信号时，物质因发生质和量的变化而产生的输出作用。功能是指物质(材料)对输入信号的响应(response)。

如：材料在受到外部光的输入时，材料可以输出电，称为材料的光电功能；材料在受到多种介质作用时，能有选择地分离出其中某些介质，称为材料的选择分离功能。此外，如热电效应、压电效应、药物缓释放性等，都属于功能的范畴。

结构高分子材料和功能高分子材料

结构高分子材料最基本的特性是具有高的比刚度和比强度，可替代金属作结构材料。利用了力学性能。如：工程塑料和聚合物基复合材料。

功能高分子材料：指除了具有一定的力学性能外，还具有特定功能的材料叫功能高分子材料。如：离子交换树脂

功能高分子材料和功能高分子

A：结构型功能高分子材料（如苯乙烯系阳离子resin的结构）

*功能高分子是指这类材料中的高分子

B：复合型功能高分子材料（高分子基体+特定功能其他材料复合，如导电橡胶）

（2）功能高分子材料的分类

①力学功能材料

强化功能材料，如超高强材料、高结晶材料

弹性功能材料，如热塑性弹性体

②化学功能材料

分离功能材料，如分离膜、离子交换树脂

反应功能材料，如高分子催化剂、高分子试剂

生物功能材料，如固定化酶、生物反应器

功能高分子材料的分类

③物理化学功能材料

耐高温高分子，高分子液晶

电学功能材料，如导电性高分子、超导性高分子

光学功能材料，如感光性高分子、光敏性高分子

能量转换功能材料，如压电性高分子

④生物化学功能材料

人工脏器用材料，如人工肾（心肺）等

高分子药物，如药物活性高分子、缓释性高分子药物等

生物分解材料，如可降解性高分子材料等

①反应性高分子材料：包括高分子试剂、高分子催化剂和染料等

②光敏型高分子：包括各种光稳定剂、光刻胶、感光材料、非线性光学材料、光导材料、光致变色材料、光降解高分子材料等

③电磁功能高分子材料：包括导电高分子材料（导电聚合物、高分子电解质）、电致发光和电致变色高分子材料、高分子压电材料、磁功能高分子材料（塑料磁体）

国内的分类

④高分子分离材料：如各种高分子分离膜、缓释膜和其他半透性膜材料、离子交换树脂、高分子螯合剂、高分子絮凝剂等

⑤高分子吸附材料：如高吸水性树脂、高吸油性树脂等

⑥高分子智能材料：如高分子形状记忆材料、信息存贮材料和光、磁、pH、压力感应材料等

⑦医药用高分子材料：如医用高分子材料、药用高分子材料和医药用辅助材料等

⑧高性能工程材料：如高分子液晶材料、耐高温高分子材料、高强度高模量高分子材料、阻燃性高分子材料和功能纤维材料、生物降解高分子材料等

金属材料--长盛不衰

金属材料与人类文明

从神秘的形状记忆合金到未来能源材料之星--储氢合金

古老的陶瓷--旧貌换新颜

从一个古老的材料王国到现代无机材料的再度辉煌.

威力无比的先进结构陶瓷到奇妙无穷的功能陶瓷.

年轻的高分子材料--千姿百态

20世纪新兴的材料王国--现代生活的高分子材料

功能高分子各显神通

先进的复合材料--巧夺天工

新型功能材料--人类文明进步的阶梯

生物材料,信息材料,环境材料,纳米材料,能源材料和智能材料

材料-人类社会文明大厦的基石

材料科学技术几个活跃领域

1.生物材料:包括生物医用材料和仿生材料.

2.智能材料:如压电陶瓷和形状记忆合金.

3.环境材料; 4 .纳米材料

5.功能高分子材料: 吸水性高分子,导电高分子,发光有机高分子,高分子形状记忆,高分子电解质,高分子压电,有机非线性光学材料,可降解高分子及高分子液晶等.

6.计算机模拟与材料设计: 通过计算机模拟来预测材料的结构,性能及其间的关系,从而达到材料设计,形成了一门"计算材料科学".

高分子科学既是一门应用学科,也是一门基础学科,它是建立在有机化学,物理化学,生物化学,物理学和力学等学科的基础上逐渐发展而成的一门新兴学科.

高 分 子 科 学

高 分 子 化 学

研究聚合反应和高分子化学反应原理,选择原料,确定路线,寻找催化剂,制订合成工艺等.

研究聚合物的结构与性能的关系,为设计合成预定性能的聚合物提供理论指导,是沟通合成与应用的桥梁.

高 分 子 物 理

高 分 子 加 工

研究聚合物加工成型的原理与工艺.

高分子科学

l 1839年美国人Goodyear发明了天然橡胶的硫化.

l 1855年英国人Parks制得赛璐璐塑料(硝化纤维+樟脑).

l 1883年法国人de Chardonnet发明了人造丝.

l 高分子(Macromolecular,Polymer)概念的形成和高分子科学的出现始于20世纪20年代.

l 1920年德国Staudinger发表了他的划时代的文献"论聚合",提出高分子长链结构的概念.

一,高分子科学的发展

1909年贝克兰合成酚醛树脂

1911年英国马修斯合成聚苯乙烯

1912年聚氯乙烯被合成

1927年合成出聚甲基丙烯酸甲酯

1933年高压聚乙烯问世

1938年四氟乙烯被聚合…

1953年齐格勒在低压条件下合成聚乙烯,随后纳塔合成出聚丙烯,1963齐格勒,纳塔获得诺贝尔化学奖.

聚合产生的奇迹

塑料的发现

1869年31岁的印刷工人约翰 海阿特发明赛璐珞

1909年贝克兰发明酚醛树脂

现代生活中的高分子材料-塑料

现代生活中的高分子材料-工程塑料

橡胶的发展

橡树之泪

丑却受宠的合成橡胶

现代生活中的高分子材料-橡胶

1855年瑞士人奥蒂玛斯把纤维素放在硝酸中得到硝化纤维素溶液,制得第一根人造纤维;

1884年查唐纳脱把硝化纤维素放在酒精和乙醚中得到溶液,得到人造丝;

纤维的发展

功能高分子材料的发展

功能高分子材料于20世纪60年代末开始得到发展.

功能高分子是指具有化学反应活性,催化性,光敏性,导电性,磁性,生物相容性,药理性,选择分离性,或具有转换或贮存物质,能量和信息作用等功能的高分子及其复合材料.

目前已达到实用化的功能高分子有:离子交换树脂,分离功能膜,光刻胶,感光树脂,高分子缓释药物,人工脏器等等.

高分子敏感元件,高导电高分子,高分辨能力分离膜,高感光性高分子,高分子太阳能电池等功能高分子材料,即将达到实用化阶段.

功能高分子材料-高吸水性树脂

高吸水性树脂就是一种功能高分子材料,它具有优异的吸水,保水功能,可吸收自身重量几百倍,上千倍,被冠予"超级吸附剂"的桂冠.

主要类型有聚丙烯酸酯类,聚乙烯醇类,醋酸乙烯共聚物类,聚氨酯类,淀粉接校共聚物类等.聚丙烯酸酯类以丙烯酸和烧碱为主要原料,采用逆向聚合法而制得.

可以做成妇女卫生巾,婴幼儿纸尿布以及纸餐巾等,此外还可用作室内空气芳香剂,蔬菜,水果的保鲜剂,防霉剂,阻燃剂,防潮剂以及吸水后体积膨胀的儿童玩具等.

目前,全世界总生产能力已经超过130万吨/年,其中日本触媒化学公司是目前世界上最大的生产公司,生产能力达到25万吨/年.

高分子膜是指那些由具有特殊分离功能的高分子材料制成的薄膜,能有选择地分离物质.目前应用于海水淡化,反渗透,膜萃取,膜蒸馏等技术领域.

高分子分离膜

建于沙特阿拉伯的基塔自来水厂,是世界上最大的海水淡化厂,日供应淡水12000吨,主要使用醋酸纤维素分离膜装置.

光敏高分子材料以光敏树脂为代表,主要用于照相,印刷制版,印刷集成电路等.

印刷工业应用聚乙烯醇酸酯,光照时交联而不溶而保留下来,得到凸版.

光解性的光刻胶,重氮醌接到酚醛树脂上,光作用下重氮醌分解,图像被保留,分辨率达10纳米.

光敏高分子材料

1950年人们逐渐开始配戴材质是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的隐形眼镜,具有优越的光学特性,又能矫正角膜性散光.1960年捷克学者利用十年的时间发明了软性隐形眼镜的材料,就是一直延用至今的聚甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA).

功能高分子材料-隐形眼镜

在塑料中加入蓄光型发光材料经加工就可制成发光塑料.发光塑料是近年来兴起的一种高附加值新型功能材料.其产品如:交通领域通道标识,楼梯标识,标志线;发光涂料,发光开光,发光壁纸,工艺品,玩具,体育休闲用品.

功能高分子材料--发光材料

导电高分子自发现之日起就成为材料科学的研究热点.目前,它已成为一门新型的多学科交叉的研究领域,并在世界范围内吸引了一大批材料设计专家.

功能高分子材料-导电高分子材料

液晶高分子作为一类新型的高性能材料,极大地引起了科学界和工业界的关注,得到了广泛的应用,并发展为高分子科学中最活跃的领域之一.

液晶高分子

竹子地板

地毯则可以选择耐久的羊毛制品或者PET地毯

主要采用水性涂料,粉末涂料和辐射固化涂料等

用于户外美化环境的产品:可以回收的塑料做成长椅,桌子和交通标志牌.

绿色建材

生物降解高分子材料

目前自然界的污染存在"白色"(塑料)和"黑色"(橡胶)垃圾.发展可生物降解的产品是必要而且急需的,但许多具体问题不能解决.

1,可降解塑料袋承重能力低; 2,可降解塑料袋色泽暗淡发黄,透明度低;3,是价格偏高,成本难以接受.

一次性医疗用品如输液管,药品瓶,医用胶粘剂等.诊断仪器如听疹器,内窥镜及各种其他诊断仪器.

体外装置如人工假肢,血液透析或灌注装置等.

人体器官如心脏导管,心脏补片,人工心脏泵材料,气管导管,人工膀胱,人工脑膜,动脉补片,人工血管及人工关节等.

整形外科手术材料如面部整形植入物等.

生物降解材料是指那些可由体液,酶或微生物的作用而引起分解的材料,用于缝线,人体植入,控释药物等.

医用高分子材料的种类

人造心脏

生物材料

人造关节

人工肾

别具特色的复合材料

碳纤维复合材料

玻璃钢复合材料

至今高分子科学诺贝尔奖获得者

H. Staudinger (德国) : 把"高分子"这个概念引进科学领域,并确立了高分子溶液的粘度与分子量之间的关系(1953年诺贝尔奖)

K.Ziegler (德国), G.Natta (意大利) : 乙烯,丙烯配位聚合 (1963年诺贝尔奖)

P. J. Flory (美国): 聚合反应原理,高分子物理性质与结构的关系(1974年诺贝尔奖).

H. Shirakawa白川英树(日本), Alan G. MacDiarmid (美国), Alan J. Heeger (美国) :对导电聚合物的发现和发展(2000年诺贝尔奖).

de Gennes(法国):软物质,普适性,标度,魔梯.

2. 我国高分子的科学发展

l 我国高分子研究起步于50年代初,唐敖庆于1951年,发表了首篇高分子科学论文.

l 长春应化所1950年开始合成橡胶工作(王佛松,沈之荃);

l 冯新德50年代在北京大学开设高分子化学专业.

l 何炳林50年代中期在南开大学开展了离子交换树脂的研究.

l 钱人元于1952年在应化所建立了高分子物理研究组,开展了高分子溶液性质研究.

l 钱保功50年代初在应化所开始了高聚物粘弹性和辐射化学的研究.

l 徐僖先生50年初成都工学院(四川大学)开创了塑料工程专业.

l 王葆仁先生1952年上海有机所建立了PMMA,PA6研究组.

我国与高分子领域的中科院院士:王葆仁 冯新德 何炳林 钱保功 钱人元 于同隐 徐 僖 王佛松 程镕时 黄葆同 卓仁禧 沈家骢 林尚安 沈之荃 白春礼 周其凤 曹 镛 杨玉良等.

二十一世纪的高分子科学

在人类历史上,几乎没有什么科学技术象高分子科学这样对人类社会做出如此巨大的贡献.在二十一世纪来临之际,高分子科学及其相关技术面临着新的机遇和挑战.

面临机遇和挑战的一些领域:

1.催化过程和新的聚合方法

2.非线性结构聚合物

3.超分子组装和高度自组织的大分子

4.聚合物结晶和形态工程

5.刺激-响应聚合物

6.聚合物的循环利用和处理

高分子材料的发展方向

1.高性能化

2.高功能化

3.复合化

4.精细化

5.智能化

我们应注重学习,学科交叉,独立思考,独立创新,为国民经济发展,解决生产实践中存在的学术问题,提高高分子科学的学术水平.

从上面所叙述材料的发展可以看到,科学发展是无止境的,一时的满足和安于现状就会导致落后,不断进取,不断创新才更有所作为.

人类需求是推动科学发展的动力

高分子物理教学内容为揭示高分子材料结构与性能之间的内在联系及其基本规律.

高分子结构是高分子性能的基础,性能是高分子结构的反映,高分子的分子运动是联系结构与性能的桥梁.即通过分子运动的理解建立结构与性能的内在联系,掌握结构与性能的关系,通过合成,改性,加工改善聚合物的性能,满足需要,为聚合物的分子设计和材料设计打下科学基础,为高分子材料的合成,加工,成型,检测及应用等提供理论依据.

二,高分子物理的教学内容

高分子的链结构

高分子的凝聚态结构

高分子溶液

分子量及分子量分布

聚合物的转变与松弛

橡胶弹性

聚合物的粘弹性

聚合物的屈服与断裂

聚合物的流变性能

聚合物的其它性能

二,高分子物理的教学内容

高分子的结构:包括高分子链的结构和凝聚态结构,链段,柔顺性,球晶,片晶,分子量和分子量分布, θ溶液概念.

高分子材料的性能:力学性能,热,电,光,磁等性能.力学性能包括拉伸性能,冲击性能等,银纹,剪切带,强度,模量.

高分子的分子运动:玻璃化转变,粘弹性,熵弹性,结晶动力学,结晶热力学,熔点,流变性能,粘度,非牛顿流体.

WLF方程,Avrami方程,橡胶状态方程,Boltzmann叠加原理.

高分子物理的重点内容

聚合物结构与性能的关系

HOW 研究方法

结构:长链,柔性,缠结,链段运动

性能:质轻,易着色,韧性,耐腐蚀,

易加工,减震,生物兼容,易剪裁

WHY 研究的目的

指导大分子设计

指导加工

发展高分子材料

1.高聚物结构的特点(与小分子相比)

①高分子的链式结构:高分子是由很大数目(103—105 数量级)的结构单元组成的.

②高分子链的柔顺性:高分子链的内旋转,产生非常多的构象(如:DP=100的PE,构象数1094),可以使主链弯曲而具有柔性.

③高分子结构具有多分散性,不均一性.

④高分子凝聚态结构的复杂性:晶态,非晶态,球晶,串晶,单晶,伸直链晶等.其聚集态结构对高分子材料的物理性能有很重要的影响.

聚合物材料(塑料,橡胶,纤维,)具有以下优点:

①质量轻,相对密度小.LDPE (0.91),PTFE(2.2)

②良好的电性能和绝缘性能.

③优良的隔热保温性能,绝热材料.

④良好的化学稳定性,耐化学溶剂.

⑤良好的耐磨,耐疲劳性质.橡胶是轮胎不可替代的材料.

⑥良好的自润滑性,用于轴承,齿轮.

⑦良好的透光率.树脂基光盘,树脂镜片.

⑧宽范围内的力学可选择性.

⑨原料来源广泛,加工成型方便,适宜大批量生产,成本低.

⑩漂亮美观的装饰性.可任意着色,表面修饰.

2.高分子材料的性能特点

性 质 和 用 途

塑 料

纤 维

橡 胶

涂 料

胶粘剂

功能高分子

以聚合物为基础,加入(或不加)各种助剂和填料,经加工形成的塑性材料或刚性材料.

具有可逆形变的高弹性材料.

纤细而柔软的丝状物,长度至少为直径的100倍.

涂布于物体表面能成坚韧的薄膜,起装饰和保护作用的聚合物材料

能通过粘合的方法将两种以上的物体连接在一起的聚合物材料

具有特殊功能与用途但用量不大的精细高分子材料

3. 高分子材料的应用

农用塑料:①薄膜 ②灌溉用管

建筑工业:①给排水管PVC,HDPE ②塑料门窗 ③涂料油漆

④复合地板,家具人造木材,地板 ⑤PVC天花板

包装工业:①塑料薄膜:PE,PP,PS,PET,PA等

②中空容器:PET,,PE,PP等

③泡沫塑料:PE,PU等

汽车工业:塑料件,仪表盘,保险机,油箱内饰件,坐垫等

军工工业:飞机和火箭固体燃料(低聚物),复合纤维等

3. 高分子材料的应用

高分子材料遍及各行各业,各个领域:包装,农林牧渔,建筑,电子电气,交通运输,家庭日用,机械,化工,纺织,医疗卫生,玩具,文教办公,家具等等.

电气工业:①绝缘材料(导热性,电阻率)等,导电高分子

②电子:通讯光纤,电缆,电线,光盘,手机,电话

③家用电器:外壳,内胆(电视,电脑,空调)等

医疗卫生中的应用: 人工心脏,人工脏器,人工肾(PU),

人工肌肉,输液管,血袋,注射器,

可溶缝合线,药物释放等.

防腐工程:耐腐蚀性,防腐结构材料.如水管阀门(PTFE):

230～260℃长期工作,适合温度高腐蚀严重的产品.

功能高分子:离子交换树脂,高分子分离膜,高吸水性树脂,

光刻胶,感光树脂,医用高分子,液晶高分子,

高导电高分子,电致发光高分子等.

3. 高分子材料的应用

4.高分子物理知识解决实际生产问题

①分子量,分子量分布影响高分子材料性能:

分子量大:材料强度大,但加工流动性变差,分子量要适中.

分子量分布:a纤维,分布窄些,高分子量组分对强度性能不利.

b橡胶:平均分子量大,加工困难,所以经过塑炼,降低分子量,使分布变宽起增塑作用.

②凝聚态结构影响高分子材料性能:

结晶使材料强度↑,脆,韧性↓.

另外球晶大小也影响性能,球晶不能过大.

可加成核剂,减小球晶尺寸;改变结晶温度,多成核.

③ 加工工艺影响高分子材料性能:

粘度低,加工容易. 聚碳酸酯,改变温度,降低粘度.而聚乙烯:改变螺杆转速,提高注射压力和剪切力→降低粘度.

5.如何学好高分子物理

高分子物理内容多,概念多,头绪多,关系多,数学推导多.紧紧抓住高聚物结构与性能关系这一主线,将分子运动和热转变作为联系结构与性能关系的桥梁,把零散的知识融合成一体.

课堂内认真听讲,注意概念,方法,总结规律.

我们要注重培养自学能力,在课堂上和课外能够认真看书.独立思考,亲自动手推演例题和习题.

以启发式为主导的教学方法,废除以往注入式的教学方法 .

[1]何曼君,陈维孝,董西侠,《高分子物理》,上海,复旦大学出版社,1990年.

[2]马德柱,何平笙等,《高聚物的结构与性能》,北京,科学出版社,1995年.

[3]B.Wunderlich, Macromolecular Physics, Academic Press, New York, 1973.

[4]P. J. Flory, Principles of Polymer Chemistry, Cornell Uni. Press, New York, 1953.

[5]de Genes P. G., Scaling Concepts in Polymer Physics, Cornell Uni. Press, New York, 1979.

[6]G. R. Strobl, The Physics of Polymer, Springer,1996.

祝君好运！！

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