我对高分子未来的想象课件

start我对高分子未来的想象胡玉斌张俊琪尹杰肖宇斐Contents目录拥有“生命”的智能高分子形状记忆聚合物让时间倒流医用高分子材料重塑人体器官高分子复合材料实现以塑代钢石墨烯合成电池突破电池技术瓶颈橡胶般柔软的显示器再也不怕摔坏PartOne拥有“生命”的智能高分子01Intelligentpolymer德国著名的化学康采思巴斯夫公司正在研制一种智能塑料，它可以按人们的需要时而变硬时而变软.这种名为“施马蒂斯”的塑料是由这家公司的工程师舒勒发明的。他在烧杯中倒人一种乳白色流体，用一根金属棒搅拌，液体渐渐变稠，最后成为硬块，接着硬块又在顷刻之间变成液体。如果急速把金属棒从液体中抽出，那么液体就会象胶水一样把棒拉住，只有非常缓慢地提起，才能抽出金属棒。据舒勒说，造成这种现象的原理是，这种塑料的溶剂是水，其微小的颗粒排列整齐时呈液体状，受到干扰时就呈固体状。因而人们可通过各种外因来变换它的物理状态。这种塑料能自行消除外来的撞击，特别适合于车辆的缓冲器,用这种塑料制成的油箱即使被坦克压过也不会破裂）用于建房则抗震性能特强，如果在桥梁钢架上套上一层用这种塑料制成的微型管道网，其中储存有防锈剂，一旦钢架生锈，管道会自行熔解，释放出防锈剂。以此制成的胶囊丸服用后，可到体内指定部位才释放出药物。1-1智能塑料被称作柔性电子领域的突破之举，来自新加坡国立大学的研究人员研发出了一种“智能”塑料，在数据存储和处理能力方面拥有前所未有的优越性能。而且这种PET材料柔性足够弯曲成管状，且不会损坏内部植入电子。新加坡国立大学的研究人员和多方学术机构合作，共同成功植入一款强大的PET材质磁性记忆芯片，这种技术可让显示设备的隧道电阻效应高达300%，柔性电子在不久未来会成为常态，所有的新电子元件应该和柔性电子兼容。1-2智能塑料1-3智能塑料IntelligentpolymerIntelligentpolymer把高分子材料和传感器结合起来，已成为智能材料的一个新的特点。意大利在研制有“感觉”功能的“智能皮肤”，已处于世界领先地位。1994年，意大利比萨大学工程专家德·罗西根据人类皮肤有表皮和真皮（外层和内层）组织的特点，为机器人制造了一种由外层和内层构成的人造皮肤，这种皮肤不仅富有弹性，厚度也和真的皮肤差不多，为了使人造皮肤能“感知”物体表面的质感细节,德·罗西的研究小组还研制了一种特殊的表皮，这种表皮由两层橡胶薄膜组成，然后在两层橡胶薄膜之间到处放置只有针尖大小的传感器，这些传感器是由压电陶瓷制成的，在受到压力时，就产生电压，受压越大，产生的电压也就越大。据报道，德·罗西制成的这种针尖大小的压电陶瓷传感器很灵敏，对纸张上凸起的斑点也能感觉到，铺上德·罗西研制的人造皮的机器人，可以灵敏地感觉到一片胶纸脱离时产生的拉力，或灵敏地感觉到一个加了润滑剂的发动机轴承脱离时摩擦力突然变化的情况，迅速作出握紧反应。1-4智能皮肤智能纤维织物是指具备传感、控制和驱动3个基本要素,能通过自身的感知进行信息处理,发出指令,并执行完成动作,从而实现自身的检测、诊断、监控、校正、修复和适应等多种功能。智能纤维织物可以在现有纤维织物的改性、功能化、智能化基础上进行组合设计,如日本提出的干涉发色纤维［17]和中国的结构生色彩虹丝［18］,模仿生物功能的自振动高分子凝胶［19］,太阳光蓄热保温纤维［20］,吸湿发热素材［21］,日本小松精练公司开发的保温纤维［22］等等。将这些单功能和多功能纤维组合一起,就可以设计出智能化织物或智能化系统服装。什么是智能纤维？

Intelligentpolymer1-5智能纤维Intelligentpolymer智能是生物体所特有的现象,生物体的最大特点是对环境的适应。细胞是生物体的基础,可视为具有传感、处理和执行3

种功能的融合材料,人们可以用仿生学的原理,以细胞作为智能材料的蓝本,开发出向生物体的多重功能逼近、功能上接近甚至超过生物体组织的智能高分子材料1-7仿生高分子形状记忆塑料是一种新型的热敏性功能材料。它是在室温以上―定温度下变形，并能在室温下固定形变且长期存放，当再升温至某一特定温度时，它能很快恢复到变形前形状的高分子材料。形状记忆塑料的技术特点在于控制形状记忆材料中具记忆功能的分子链段的形变温度在一定范围内，并通过调节形状记忆材料的非记忆功能分子链段，使最终制品的形变温度在一定的温度范围内调节，从而在稍高于室温的温度条件下即可产生形变和形变恢复。形状记忆塑料是一类能够暂时固定在临时形状，受到外界刺激后回复到初始形状的智能材料，在柔性电子、生物医学和航空航天等领域展示了越来越广的应用前景。形状记忆高聚物简介Memorypolymer工业形状记忆高分子材料已在电线电缆、化工管道的连接与保护中广泛使用，在仪表保护、家用电器、汽车，电子，化工，包装，玩具，日用品等领域都有应用。医学可用于制造外科医疗器械或介入诊疗器材，用于血管修复，矫形外科器械，创伤部位固定材料等应用领域

010203Memorypolymer航天形状记忆聚合物在空间展开结构、变形结构、智能轴、光学反射镜以及智能放置面料等领域有着广泛的应用PartThree医用高分子材料重塑人体器官03Medicalpolymer生物医用高分子材料

医用高分子材料是指用以制造人体内脏、体外器官、药物剂型及医疗器械的聚合物材料，其来源包括天然生物高分子材料和合成生物高分子材料。天然医用高分子材料来源于自然，包括纤维素、甲壳素、透明质酸、胶原蛋白、明胶及海藻酸钠等；合成医用高分子材料是通过化学方法，人工合成的用于医用的高分子材料，目前常用的有聚氨酯、硅橡胶、聚酯纤维、聚乙烯基吡咯烷酮、聚醚醚酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚乳酸、聚乙烯等。3-1生物医用高分子Medicalpolymer医用高分子材料多用于人体，直接关系到人的生命和健康，一般对其性能的要求是：①安全性：必须无毒或副作用极少。这就要求聚合物纯度高，生产环境非常清洁，聚合助剂的残留少，杂质含量为ppm级，确保无病、无毒传播条件。同时其高分子化合物本身以及单体杂质、降解或磨损产物不对身体产生不良影响。基本要求甲壳素广泛存在于低等植物菌类、虾、蟹、昆虫等甲壳动物的外壳、高等动物的细胞壁等，是地球上仅次于纤维素的第二大可再生资源，是一种线型的高分子多糖，也是唯一的含氮碱性多糖。胶原是动物体内含量最多、分布最广的蛋白质，占哺乳动物体内蛋白质总量的25%-30%，它是细胞外基质四大组分之一，广泛分布于结缔组织、皮肤骨骼、内脏细胞间质及肌腔、韧带、巩膜等部位。硅橡胶是一种以Si-O-Si为主链的直链状高分子量的聚有机硅氧烷为基础，添加某些特定组分，按照一定的工艺要求加工后，制成具有一定强度和伸长率的橡胶态弹性体。常用种类Medicalpolymer与生物体组织不直接接触的材料；如药剂容器、血浆袋、输血输液用具、注射器、化验室用品、手术室用品等与皮肤、粘膜接触的材料，如手术用手套、麻醉用品（吸氧管、口罩、气管插管等）、诊疗用品（洗眼用具、耳镜、压舌片、灌肠用具、肠、胃、食道窥镜导管和探头、腔门镜、导尿管等）、绷带、橡皮膏等及人体整容修复材料（假肢、假耳、假眼、假鼻等）与人体组织短期接触的材料，如：人造血管、人工心脏、人工肺、人工肾脏、渗析膜人造皮肤等长期植入体内的材料，如脑积水症髓液引流管、人造血管、人工瓣膜、人工气管、人工尿道、人工骨骼、人工关节、手术缝合线及组织粘合剂等；药用高分子，包括大分子化药物和药物高分子。大分子化药物是指将传统的小分子药物大分子化，如聚青霉素；药物高分子是指本身就有药理功能的高分子，如阴离子聚合物型的干扰素诱发剂。不同用途的医用高分子材料需要根据使用环境以及对材料的物理、化学及生物学性能要求选用合适的材料。3-2生物医用高分子Compositepolymer目前，与全球42%的改性塑料用于汽车行业相比，在我国仅为10%左右，预计未来几年汽车行业将成为工程塑料消费量增速最快的领域。其中汽车塑料保险杠的需求日益增长，以塑代钢深入人心。以塑代钢是汽车轻量化的常用方案，部分汽车部件使用汽车专用塑料，代替金属件，不仅能有效减重，提高汽车的燃油率，还能降低汽车造价成本。塑料不仅可减轻零部件约四成的质量，而且还可以使采购成本降低百分之四十左右。这是为什么国内外很多车企的汽车保险杠都选用塑料。如今“以塑代钢”和“以塑代木”的观念逐渐深入人心，人们对汽车保险杠的理解和认可也在不断提升。轻量化是汽车行业发展的重要课题，相关研究数据显示，汽车车身自重约消耗70%的燃油，若整车质量减轻10%，燃油效率可提高6%~8%;汽车整车质量每减轻100kg，其每行驶100km可节省0.3~0.6L燃油。换言之，广泛采用轻量化技术，能使汽车在拥有高效动力的同时兼具杰出的燃油经济性。

4-1复合轻量高分子4-2复合轻量高分子Compositepolymer随着排放及油耗法规的进一步加严，汽车减重愈加具有现实意义。援引相关数据，车重每减小10%，油耗可降低6%-8%，排放量可降低5%-6%。同时据高盛集团预测，到2025年，整车制造企业（OEMs）生产的每辆车将减重约200公斤以满足相应需求。而在众多减重方案中，“以塑代钢”以及其它塑料替代方案已经开始为业界所接受，并逐渐流行起来。盖世汽车搜集的资料显示，目前，德国、美国、日本等国的汽车塑料用量已达到10%～15%，有的甚至达到了20%以上。从现代汽车使用的材料来看，无论是外装饰件、内装饰件，塑料用量都在不断地增加。且随着工程塑料硬度、强度、拉伸性能的不断提高，塑料车窗、车门、骨架乃至全塑汽车已逐步出现。以塑代钢的重要意义4-4复合轻量高分子4-3复合轻量高分子我国是木材资源匮乏的国家，人口占全世界22%，森林蓄积仅占世界总量的3.2%。随着城乡建设快速发展和人民生活水平不断提高，木材消费呈钢性增长，供需矛盾日益突出。随着国家“天保”工程和国有林区禁止天然林商业性采伐政策的实施，国产木材供应量将近一步缩减，难以满足国民经济发展需要。我国又是塑料生产和消费大国，2015年仅PVC产能就达到2216万吨。相关调查显示，建材、包装、家装等木材主要耗费行业推动“以塑代木”工作将对国民经济绿色发展起到带动示范作用。国家住建部明确指出：在建筑行业，用塑料模板替代木胶合板模板，并对废旧塑料模板进行再生利用，可以节约大量的木材资源，符合国家循环经济减量化、再利用和资源化的发展方向，也是实现建筑业转型升级和可持续发展的重要工作之一。Compositepolymer以塑代木，推进可持续发展4-6复合轻量高分子PartFive石墨烯合成电池突破电池技术瓶颈05Graphenepolymers传统锂离子聚合物电池5-1锂离子高聚物5-2锂离子高聚物Graphenepolymers石墨烯超级电容电池技术美国俄亥俄州的Nanotek仪器公司利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性，开发出一种新的电池。这种新的电池可把数小时的充电时间压缩至短短不到一分钟。分析人士认为，未来一分钟快充石墨烯电池实现产业化后，将带来电池产业的变革，从而也促使新能源汽车产业的革新。最近美国加州大学洛杉矶分校的研究人员就开发出一种以石墨烯为基础的微型超级电容器，该电容器不仅外形小巧，而且充电速度为普通电池的1000倍，可以在数秒内为手机甚至汽车充电，同时可用于制造体积较小的器件。Graphenepolymers

小体积石墨烯电容外形小巧，没有巨大的体积

高速度石墨烯电容的充电速度是锂电池的上千倍低成本技术成熟后可以用常见的DVD刻录机制造微型电容，成本低

高容量石墨烯电容具有极高的容量PartSix橡胶般柔软的显示器再也不怕摔坏06Flexibledisplay柔性显示器由柔软的材料制成，可变形可弯曲的显示装置。像纸一样薄，及时切掉电源，内容也不会消失，也被叫做“电子纸”.柔性显示屏使用了PHOLED磷光性OLED技术，这种技术的特点是，低功耗，体积小，直接可视柔性。简介

6-1柔性显示器Flexibledisplay柔性显示屏可以弯曲成任意形状而不损坏6-2柔性显示器6-3柔性显示器Flexibledisplay柔性显示器可用于各种手持设备，使得手持设备再也不用担心会把屏幕摔碎了，而且可以通过任意扭曲得到不同的视角观看体验柔性显示器用于穿戴设备时不再拘于人体而不能做到足够大的显示屏，柔性显示屏可根据人体形状而