第一章--功能材料概论..ppt

1、1，功能高分子，北京理工大学珠海学院化工与材料学院，2，主要参考文献，1，姚主编的功能高分子，化学工业出版社，2007年2月，赵、主编的功能高分子材料化学(第二版)，化学工业出版社，2003年9月。3.功能高分子材料，马建彪、李梣溪主编，化学工业出版社，2000年5月。1986年，中国制定了高技术发展规划纲要，入选的7个技术集团是生物技术、信息技术、激光技术、航天技术、自动化技术、新能源技术和新材料技术。一般认为，新材料包括晶须材料、非晶材料、超塑性合金、形状记忆材料、功能陶瓷、功能有机材料、超导材料、碳纤维和能量转换材料。新材料开发的重点已经从结构材料转向功能材料。功能材料被认为是21世纪人

2、类文明的重要支柱。5.随着时代的发展，人类将进入一个信息时代。为了解决生产的高速发展和能源、环境等一系列问题，需要用高科技的方法和手段生产新的功能性产品，以获得各种优异的综合性能。近年来，新型功能材料层出不穷，并取得突破性进展。第一章是绪论。6.日本、欧美国家非常重视新型功能材料的研究，因为功能材料是能源、计算机、通信、电子、激光等现代科学的基础，对未来社会发展具有重大的战略意义。近十年来，功能材料已经成为材料科学与工程领域中最活跃的部分。年增长率超过5%，相当于每年有12500种新材料问世。未来，世界需要更多性能优异的功能材料，功能材料正渗透到现代生活的各个领域。8、功能高分子：具有明显不同

3、的物理化学性质和一些特殊功能(如化学活性、光敏性、导电性、催化活性、生物相容性、药理性质、选择性分类性质等)的高分子聚合物。)。1.1 .1功能高分子材料的定义和研究内容，9。功能聚合物和高性能聚合物的性能：材料对外部作用或外部刺激的表征和抵抗力。例如，对外力的抵抗表现在材料的强度和模量上；耐热性就是耐热性；对光、电和化学物质的抵抗力表现在材料的耐光性、绝缘性和耐腐蚀性上。10、功能：下图是材料功能显示示意图。是指将一定的能量和信息输入到物质中所产生的输出特性，物质或其中任何一种的定性和定量变化(通过物质的储存、传递或转化等过程)。)。例如，当一种材料被外部光输入时，该材料可以输出电特性，这被

4、称为该材料的光电功能；当一种材料受到多种介质的作用时，其中一些介质可以被选择性地分离，这就是所谓的材料的选择性分离。此外，如压电、药物缓释等。都属于功能范畴。11，1.1.2功能高分子材料的特点，一是产量小，产值高，制造工艺复杂；第二，它具有明显不同于常规聚合物的物理和化学性质，并具有一些特殊的功能；第三，它可以单独使用或与其他材料复合制成结构件，从而实现结构/功能一体化。12、根据功能的显示过程，材料的功能可分为一级功能和二级功能。13，当输入到材料中的能量和从材料中输出的能量属于同一形式时，材料充当能量传递部件。材料的这种功能被称为基本功能。具有主要功能的材料也称为载体材料。主要功能，14

5、，主要功能主要有以下八种。机械功能。例如惯性、粘度、流动性、润滑性，如硬磁、软磁和半硬磁。灯光功能。如遮光、透光、折射、反射、光吸收、偏振、分光、聚光等。化学功能。如吸附、气体吸收、催化、生化反应、酶反应等。其他功能。如辐射特性、电磁波特性等。16，当输入到材料中的能量和从材料中输出的能量属于不同的形式时，材料充当能量转换部件，并且材料的这种功能被称为二次函数或更高阶函数。有些人认为这种材料是真正的功能材料。二级功能，17，二级功能根据能量转换系统可分为以下五类。光能和其他形式的能量的转换；电能和其他形式能量的转换；磁能和其他形式的能量之间的转换；热能和其他形式能量的转换；机械能和其他形式的能

6、量之间的转换。18，如光合反应、光解反应、光化学反应、光致抗蚀剂、化学发光、光敏反应、光拉伸、光电效应和光电导效应。19、光能和其他形式能量的转换，如电磁效应、电阻热效应、热电效应、光电效应、电化学效应和电光效应等。20、电能和其他形式能量的转换，磁能和其他形式能量的转换，如光磁效应、热磁效应、磁冻结效应和磁转换效应。21、热能和其他形式能量的转换，如激光加热、热刺激发光、热化学反应等。22，机械能和其他形式的能量之间的转换。例如形状记忆效应、热弹性效应、机械化学效应、压电效应、电致伸缩、光压力效应、声光效应、光弹性效应和磁致伸缩效应。23，功能高分子材料应至少具备：-物理功能：导电性、热电性

7、、压电性、超导性、形状记忆性、磁化性、光致变色性等-化学功能：离子交换、催化、光解等化学和物理之间的功能：吸附、膜分离、高吸水性、表面活性等生物或生理功能：组织适应性、血液适应性等-24，功能高分子其主要研究内容：功能高分子的分子结构、二级结构和更高级结构的设计以及这些层次的结构与高分子功能和性能之间的关系；功能高分子材料的合成原理和制备方法：各种功能结构的复合加工技术；各种功能和性能的表征和研究方法；25.1.1.3功能高分子材料分类。(1)按功能，主要分为：物理功能高分子、化学功能高分子、生物功能高分子和医用高分子、其他功能高分子材料，26；(2)按其性质和功能，反应功能高分子材料有9种类

8、型：光敏功能高分子：电活性高分子材料：膜高分子材料：吸附高分子材料：高性能工程材料：高分子智能材料：医用高分子：其他功能高分子，27；(3)按实际用途，高分子材料如医用、分离、高分子化学反应试剂和高分子染料分为：它们具有多种功能；不同的功能相互转换和交叉；智力的特征。功能高分子材料的结构和性能之间有着密切的关系。聚合物的化学组成、分子结构、微观形态、聚集态和宏观形态直接影响材料的宏观结构和功能。研究功能高分子材料的结构与功能之间的关系，可以指导开发更先进、更新颖的功能高分子材料。1.2功能高分子材料的结构和功能之间的关系，29。功能高分子材料的结构可分为以下结构层次：(1)功能高分子的元素组成

9、；功能聚合物的官能团结构；功能高分子的链结构和分子结构；功能聚合物的微观构象和聚集态；功能高分子的宏观结构；1.2.1功能性聚合物材料的结构水平，30。在功能高分子材料中，官能团通常起以下作用：1 .官能团的性质在聚合物的功能中起主要作用；2.官能团与聚合物骨架的协同作用；3.聚合物骨架本身具有官能团的功能；4.功能组起辅助作用。1.2.2化学成分和官能团与功能之间的关系，31。物理效应：挥发性、溶解性、熔点和沸点降低。支持效果：使功能组的密度可调。模板效应：建立独特的局部空间环境。骨架的正交效应包络效应和半渗透性：选择通过其他效应：1.2.3微观结构与功能的关系，32。宏观结构包括聚合物形态

10、。1.2.4宏观结构与功能的关系，33.1。根据已知的结构和功能设计功能性聚合物。用仿生方法设计功能聚合物，1.3设计功能聚合物，34。功能高分子材料的制备通常是指通过物理或化学方法将官能团与聚合物骨架结合的过程。功能高分子材料的制备主要有以下三种基本类型：通过小分子或聚合物的化学反应；普通聚合物与功能材料复合制备复合功能高分子材料；这是通过特殊加工赋予聚合物的功能特性。1.4功能性聚合物材料的制备和加工，35，(1)功能性小分子的聚合，(2)现有通用聚合物材料的功能化，(3)将各种官能团引入功能性聚合物，(1.4.1)功能性聚合物材料的化学制备，36，(1)聚合和包埋方法，(2)现有通用聚合

11、物材料功能化的物理方法，和(3)功能性聚合物再次液体混合，悬浮，乳化或注射成型固体-粉碎技术，造粒技术，薄膜，型材表面处理技术等。1.4.3功能高分子材料加工，38、复合是将两种以上组分材料组合成新材料的方法；杂交的基本思想是将几埃到几千埃数量级的原子和分子团结合起来。复合与杂化，39、杂化是在纳米量级上进行的，因此原料之间的相互作用力不同于整个复合物，从而引起量子效应、表面能效应等。这些现象对材料中的载流子输运过程有很大的影响，使得杂化材料的电学性质不再是原材料电学性质的平均值，而是可以说是倍增的结果。可能出现各向异性和超导性。40，例如，薄金属层被镀在绝缘聚合物膜的表面上，该绝缘聚合物膜用

12、作吡咯电解聚合的电极，同时产生的聚吡咯在聚合物膜中形成导电路径，从而获得导电膜。利用混合技术，还可以制备具有特殊功能的非线性光学有机薄膜。混合技术可以应用于聚合物科学和其他领域。41，1.5功能高分子材料的发展和前景，虽然特殊和功能高分子材料的发展可以追溯到很久以前，如光敏高分子材料和离子交换树脂有很长的历史。然而，作为一门独立而完整的学科，功能聚合物在20世纪80年代后期开始发展。最早的功能聚合物可以追溯到1935年离子交换树脂的发明。20世纪50年代，美国人开发了用于印刷工业的光敏聚合物，后来发展到电子工业和微电子工业。聚乙烯咔唑的光电导性在1957年被发现，这打破了聚合物材料多年来只能作

13、为绝缘体的观念。1966年，利特尔提出了超导聚合物模型，预测了聚合物材料超导和高温超导的可能性，并于1975年发现了氮化硫的超导性。1993年，俄罗斯科学家报告称，经过长期氧化，在聚丙烯体系中发现了室温超导体，这是迄今为止唯一报道的超导有机聚合物。20世纪80年代，聚合物传感器、人工器官、聚合物分离膜等技术发展迅速。尼龙11的铁电性于1991年被发现，塑料柔性太阳能电池于1994年在氩实验室成功研制，1997年发现聚乙炔掺杂了金属导电剂，导致聚苯胺和聚吡咯等一系列导电聚合物的出现。所有这些都反映了功能聚合物的快速发展。其中，20世纪50年代发展起来的光敏聚合物化学在光聚合、光交联、光降解、荧光

14、和光导机理等方面取得了重大突破，特别是近20年来发展迅速，在工业上得到广泛应用。例如，光敏涂层、光致抗蚀剂、光稳定剂、光降解材料、光致抗蚀剂、光敏树脂以及光致发光和光致变色聚合物材料都已经工业化。近年来，聚合物非线性光学材料也取得了突破性进展。活性聚合物是有机合成和生物化学领域的重要成果。许多新的聚合物试剂和聚合物催化剂被开发出来并应用于科学研究和生产，为提高合成反应的选择性、简化工艺流程和绿色化学工艺做出了贡献。更重要的是，发展起来的固相合成方法和固定化酶技术开创了有机合成机械化、自动化和方向化的新时代，在分子生物学研究中发挥了关键作用。电活性聚合物材料的发展导致了导电聚合物、聚合物电解质和

15、聚合物电极的出现。此外，超导、电致发光和电致变色聚合物也是近年来的重要研究成果，其中由电致发光材料制成的彩色显示器已由日本和美国公司成功开发，并有望成为新一代显示器件。此外，化学传感器和分子电子器件的许多发明也受益于电活性聚合物和修饰电极技术的发展。聚合物分离膜材料和分离技术的发展在复杂系统的分离技术中有着独特的途径，开辟了气体分离、苦咸水淡化和液体消毒等快速、简便、低耗的新型分离替代技术，也为电化学工业和制药工业提供了新的选择性渗透和缓释材料。目前，聚合物分离膜已成为海水淡化的主导产品，并有能力制备18万吨/天的纯水设备。医用功能高分子是目前发展迅速的领域。高分子药物、人工组织器官和医用材料在靶向给药、器官替代、整形外科和扩大治疗范围方面做出了巨大贡献。功能高分子材料是一门新兴的边缘学科，涉及面广，涉及许多学科，包括有机化学、无机化学、光学、电学、结构化学、生物化学、电子学甚至医学。这是目前国内外非常活跃的研究领域。可以说，功能高分子材料在高分子科学中的地位相当于