功能高分子-概述
功能高分子材料发展现状及展望
功能高分子材料发展现状及展望
一、引言
功能高分子材料是指具有特殊性能的高分子材料，如导电、阻燃、自修复等。随着科技的不断进步和人们对环境保护和生活质量的要求越来越高，功能高分子材料在各个领域得到了广泛应用。本文将从功能高分子材料的定义、发展历程、应用领域以及未来展望等方面进行探讨。
二、功能高分子材料的定义
功能高分子材料是指在普通高分子材料中加入一些特殊成分或经过改性后，使其具有某种特殊性能的新型高分子材料。这些特殊性能可以是导电、阻燃、自修复、形状记忆等。这些新型高分子材料不仅具有传统高分子材料的优点，如重量轻、耐腐蚀等，还具有更多的优势。
三、功能高分子材料的发展历程
1. 20世纪50年代至60年代初期：以聚氯乙烯为主要原料生产出各种塑胶制品。
2. 60年代中期至70年代初期：出现了聚碳酸酯、聚酰亚胺等新型高分子材料。
3. 70年代中期至80年代初期：出现了聚苯乙烯、聚苯乙烯共聚物等新型高分子材料。
4. 80年代中期至90年代初期：出现了聚丙烯、聚乙烯等新型高分子
材料。
5. 21世纪以来：功能高分子材料得到了广泛应用，如导电高分子材料、阻燃高分子材料、自修复高分子材料等。
四、功能高分子材料的应用领域
1. 导电高分子材料：主要应用于电池、太阳能电池板等领域。
2. 阻燃高分子材料：主要应用于建筑材料、电器设备等领域。
3. 自修复高分子材料：主要应用于汽车制造、飞机制造等领域。
4. 形状记忆高分子材料：主要应用于医学器械、智能纺织品等领域。
五、功能高分子材料的未来展望
1. 研发更多的功能性高分子材料，满足不同领域的需求。
功能高分子资料
1.功能高分子概述
功能高分子材料是指那些具有独特物理特性（如光，电，磁灯）或化学特性（如反应，催化等）或生物特性（治疗，相容，生物降解等）的新型高分子材料
主要研究目标和内容：新的制备方法研究，物理化学性能表征，结构与性能的关系研究，应用开发研究。2高分子化学试剂与普通试剂相比优缺点
优点:（1）简化操作过程。高分子化的高分子反应试剂和催化剂在反应体系中仅能溶胀，不能溶解，这样有利于使其与小分子的原料和产物分离（2）有利于贵重试剂和催化剂的回收和再生（3）可以提高试剂的稳定性和安全性（4）所谓的固相合成工艺可以提高化学反应的机械化和自动化度（5）提高化学反应的选择性（6）可以提供在均相反应条件下难以达到的反应环境
缺点：1增加试剂生产的成本2降低化学反应速度
氧化还原型高分子试剂：含醌式结构的高分子试剂，含硫醇结构的高分子试剂，含吡啶结构的高分子试剂，含二茂铁结构高分子试剂，含多核杂环芳烃结构高分子试剂
高分子氧化试剂：高分子过氧酸，高分子硒试剂
高分子还原试剂：高分子锡还原剂，高分子磺酰肼反应试剂
高分子卤化试剂：二卤化磷型，Ｎ－卤化酰亚胺型，三价碘型
高分子酸碱催化剂的特点：1、网状结构2、难溶（水、酸、碱、有机溶剂）3、稳（热、机械、化学）4、含活性基团（-SO3 H、-COOH）提供-H或者-OH基团催化反应。
3反应型高分子应用特点
反应型功能高分子材料是指具有化学活性，并且应用在化学反应过程中的功能高分子材料，包括高分子试剂和高分子催化剂。
应用特点：具有不溶性，多孔性，高选择性和化学稳定性，大大改进了化学反应的工艺过程，且可回收再用。
功能高分子材料的合成及应用
功能高分子材料的合成及应用在现代化社会中，材料科学作为工程领域的一个重要方面，已经逐渐成为人们关注的热点。功能高分子材料的合成与应用一直是材料科学研究的方向之一，其在生产、医疗、汽车、航空、航天等多个领域都有广泛的应用。在这篇文章中，我们将探讨这些材料的合成及真正的应用。
一、功能高分子材料的概述
功能高分子材料是一种新型材料，其能够在不同的条件下改变自身的结构和性质。通常，这种高分子材料会发生形态变化、吸附分子、电离、发光、化学反应等一系列现象。这些特性可以通过精确的化学合成方法和物理控制方法实现。目前，这些材料已经应用于生命科学、医学、纳米技术、信息技术、光电子学以及环境保护等领域。
二、功能高分子材料的合成
功能高分子材料的合成是一个艰巨的过程，需要精巧的设计和合成技术。下面是常见的合成方法：
1.聚合方法
在这种方法中，它是通过合成可以发生自组装行为的初始单体，如异丙基丙烯酸甲酯（iPrMA）和异丁烯酰亚胺（IBA）等单体来
制备聚合物。这种方法可以得到分子间相互作用强烈的大分子，
用于制备高效的功能高分子材料。
2.交叉聚合法
交叉聚合是一种用于制备功能高分子材料的聚合方式。其利用
两种单体预先交错状分散在微区，然后经过反应产生的材料。在
这个过程中，功能高分子的基本结构决定了材料功能的性质。
3.自组装法
自组装法是制备一些功能高分子材料的另一种方法。它是一种
将分子有序排列以形成自组装结构的方法。这个结构在后续化学
反应中可以被保留；通过这种方法，可以制备一些新型的有特殊
功能性的高分子材料。
三、功能高分子材料的应用
简述功能高分子材料的特点
简述功能高分子材料的特点
摘要：
一、功能高分子材料的定义与分类
二、功能高分子材料的特点
1.分子结构的多样性
2.功能的多样性
3.材料的可持续性
4.应用的广泛性
三、功能高分子材料的应用领域
四、我国在功能高分子材料研究与发展现状及前景
正文：
功能高分子材料是一类具有特殊功能和性质的高分子化合物。它们在材料科学、化学、生物学等领域具有广泛的应用。功能高分子材料的特点如下：
一、分子结构的多样性
功能高分子材料的分子结构丰富多样，可以分为线性、支链、交联等结构。这种多样性使得功能高分子材料在物理、化学和生物性能方面表现出独特的特点。
二、功能的多样性
功能高分子材料具有多种功能，如导电、磁性、光学、生物活性等。这使得功能高分子材料在电子、能源、医疗等领域具有广泛的应用前景。
三、材料的可持续性
功能高分子材料通常具有可降解、可再生和可回收的特点，这使得它们在环保和可持续发展方面具有重要价值。例如，生物降解塑料可以减少环境污染，太阳能电池材料可以促进清洁能源的发展。
四、应用的广泛性
功能高分子材料在各个领域均有广泛应用，如电子信息、新能源、生物医药、环境保护等。它们在电子产品、医疗器械、生物降解塑料、光学薄膜等方面发挥着重要作用。
功能高分子材料在我国的研究与发展已取得了显著成果。在政策支持下，我国功能高分子材料产业呈现出快速发展的态势。未来，我国将继续加大研发力度，推动功能高分子材料在更多领域中的应用，以满足国家经济和社会发展的需求。
总之，功能高分子材料具有独特的特点和广泛的应用前景。
功能高分子的分类及用途
（2）按物理功能分为导电性高分子，高介电性高分 子，高分子光电导体等 用途：以导电高分子材料为例 该材料兼有高分子材料的易加工性和金属的 导电性，与金属相比，导电高分子材料具有加工 性好，工艺简单，耐腐蚀，电阻率可调范围大， 价格低等优点。应用主要有：电磁波屏蔽，微波 吸收材料，隐身材料等。
（3）按复合功能分为高分子吸附剂，高分子絮凝剂， 高分子表面活性剂，高分子染料，高分子稳定剂 等 用途：以高分子吸附剂为例 ①吸水性高分子吸附剂具有吸水速度快的特点 ②吸油性高分子吸附剂少则可吸自重பைடு நூலகம்几倍，多则 近百倍的吸油量，吸油速度快且保油能力强，在 工业的废液处理以及环境保护方面具有广泛的用 途。
功能高分子的分类及用途
靖江市斜桥中学 季鋆
一.何为功能高分子？
定义:具有传递、转换或储存物质、能量和信 息作用的高分子及其复合材料。 特点：具有化学反应活性、光敏性、导电性、 催化性、生物相容性、药理性等
二.功能高分子的分类
（1）按化学功能可分为离子交换树脂，螯合树脂， 感光性树脂，氧化还原树脂，高分子试剂等 用途：以离子交换膜为例 含有H+结构，能交换各种阳离子的叫阳离子 交换膜，含OH-能交换各种阴离子的称为阴离子交 换膜。它们主要用于水的处理，海水淡化，废水 处理，作电解隔膜和电池隔膜。
功能高分子设计及合成
功能高分子设计及合成
随着科技的不断进步，新材料的开发和应用是化学领域的一项重要任务。高分
子材料因其广泛的应用和优异的性能在材料领域中占据了重要地位。然而，传统的高分子材料往往具有固有的缺点，如可溶性差、机械性能不佳、降解速度过慢等。为了克服这些问题，功能高分子的设计和合成已成为当前高分子材料领域研究的重要课题。
一、什么是功能高分子？
功能高分子是一种具有特定功能的高分子，它们广泛应用于医学、电子学、生
物学等领域中。功能高分子的设计和合成要求高分子材料不仅具有基本的结构性能，还要兼具特殊的性质和功能，如生物相容性、药物控释、可降解性、超分子结构、导电性等。
二、功能高分子的设计方法
1. 功能单体的引入
功能高分子的设计中最常见的方法是将具有特殊功能的单体引入高分子链中，
从而赋予高分子链以特殊的功能。例如，将含有酚基、羧基等官能团的单体与传统单体共聚，制备出具有生物可降解性、生物相容性等特殊功能的高分子材料。
2. 嵌段共聚物的制备
嵌段共聚物是由两个或多个具有不同性质的单体所组成的高分子材料。嵌段共
聚物的制备方法相对简单，通过调整不同单体的比例和化学性质，可以控制高分子材料的相分离结构和性能。例如：通过引入含磺酸基的单体和不含磺酸基的单体制备出具有离子交换功能的高分子材料。
三、功能高分子的合成方法
制备功能高分子的方法多种多样，其中常用的合成方法包括：自由基聚合、原
子转移自由基聚合、离子聚合、开环聚合、高锰酸盐催化氧化聚合等。
1. 自由基聚合合成
自由基聚合是一种最常用的高分子合成方法。它通常需要引入一定量的引发剂，如过氧化氢、过氧化二甲酰等，从而采用自由基机理合成高分子材料。自由基聚合方法广泛应用于合成诸如聚烯烃、丙烯酸酯等传统高分子材料。
功能高分子材料1功能高分子概述课件
2024/3/3
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10
第一Байду номын сангаас 功能高分子概述
从实用的角度看，对功能材料来说，人们着眼 于它们所具有的独特的功能；而对高性能材料，人 们关心的是它与通用材料在性能上的差异。
特种高分子和功能高分子是目前高分子 学科中发展最快、研究最活跃的新领域。
功能高分子材料1功能高分子概述
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第一章 功能高分子概述
特种高分子是相对于通用高分子而言的。 通用高分子材料：应用面广量大，价格较低。 根据其性质和用途可分为五个大类：化学纤维、塑 料、橡胶、油漆涂料、粘合剂。 特种高分子材料：带有特殊物理、力学、化学 性质和功能的高分子材料，其性能和特征都大大超 出了原有通用高分子材料的范畴。
功能高分子材料1功能高分子概述
生命科学的要求: 人类对生命奥秘的探索，对 建立一个洁净、安全的世界的渴望，对征服癌症等 疾病的努力，均对高分子材料提出了功能的要求。 例如，生物分离介质的研制成功，使生命组成的各 种组分能得以精细地分级，对生命科学的贡献将是 十分重大的。可降解性高分子材料的问世，将大大 减缓白色公害对人类的危害。
➢ 60年代以后，特种高分子和功能高分子得到发展。 特种高分子：高强度、耐高温、耐辐射、高频绝 缘、半导体等。
功能高分子材料1功能高分子概述
2024/3/3
功能高分子材料介绍
功能高分子材料介绍
功能高分子材料是一类具有特殊性能和功能的材料，它们在各个领域中发挥着重要作用。本文将从几个方面介绍功能高分子材料的特点和应用。
一、超强韧性
功能高分子材料具有超强的韧性，能够承受较大的外力而不易断裂。这种特性使其在建筑、航空航天等领域中得到广泛应用。例如，在建筑领域中，高分子材料可以用于制造高强度的悬挂索，能够承受大风和地震等自然灾害的冲击。
二、耐磨性
功能高分子材料具有出色的耐磨性，能够在摩擦和磨损环境下保持长期的使用寿命。这种特性使其在汽车制造、运动器材等领域中得到广泛应用。例如，在汽车制造领域中，高分子材料可以用于制造车身外壳，能够有效减少车身表面的划痕和磨损。
三、导电性
功能高分子材料具有良好的导电性，能够传导电流和热量。这种特性使其在电子、光电子等领域中得到广泛应用。例如，在电子领域中，高分子材料可以用于制造柔性显示屏，能够实现屏幕的弯曲和折叠。
四、阻燃性
功能高分子材料具有良好的阻燃性，能够在火灾发生时有效阻止燃烧蔓延。这种特性使其在建筑、交通等领域中得到广泛应用。例如，在建筑领域中，高分子材料可以用于制造防火墙，能够有效隔离火势的蔓延。
五、环保性
功能高分子材料具有良好的环保性，能够降低对环境的污染。这种特性使其在环保领域中得到广泛应用。例如，在环保领域中，高分子材料可以用于制造可降解塑料袋，能够减少对自然环境的破坏。
功能高分子材料具有超强韧性、耐磨性、导电性、阻燃性和环保性等特点，并在建筑、汽车制造、电子、环保等领域中发挥着重要作用。随着科技的不断进步和创新，功能高分子材料的应用领域将会更加广泛，为人类的生活和产业发展带来更多的便利和创新。
功能高分子概述
功能高分子的定义
性能：材料对外部作用的抵抗特性。
功能：指从外部向材料输入信号时，材料内部发生质和量的变
化而产生输出的特性。
功能高分子是指当有外部刺激时，能通过化学或物理的方法做
出响应的高分子材料。
4.4.1 功能高分子概述
功能高分子的分类
反应型高分子材料 导电高分子材料
高分子功能膜材料 医用高分子材料
……
4.4.1 功能高分子概述
功能高分子的特点
用量小、品种多
专一性强
可设计性强
4.4.1 功能高分子概述
功能高分子的合成策略
功能性小分子单体聚合
高分子材料的功能化改性
多功能材料的复合4.4.1 功能高分子概述
功能性小分子单体的高分子化
CH 2
CH
O
CH 2O
C
CH 3
CH 3
O
CH 2
CH CH 2
O
+ CH 2
CH COOH
CH 2
CH
OH
CH 2
O
C
CH 3
CH 3
O CH 2
CH CH 2
O
CH 2
CH CO
O
例：将含有环氧基团的低分子量双酚A 与丙烯酸反应，得到含双键的环
氧丙烯酸酯，这种单体在制备功能性粘合剂方面有广泛的应用。
4.4.1 功能高分子概述
C H C H []R
C H C H []C H C H []C H C H []C H C H []C H C H []C H C H
[]O H
C H C H O O C H CO O H
O C O R O C O R O P O H O H O
C H C H O
O
C H
R
已有高分子材料的功能化
4.4.1 功能高分子概述
PS
功能高分子的合成新方法
离子型活性聚合
阴离子活性聚合
阳离子活性聚合
活性离子型开环聚合
基团转移聚合(GTP)
活性自由基聚合
什么是功能高分子材料
什么是功能高分子材料
功能高分子材料是一类具有特殊功能和性能的高分子材料，它们在各个领域都
有着广泛的应用。功能高分子材料通常具有特定的结构和性能，可以通过调整其分子结构和组成来实现特定的功能。在材料科学领域，功能高分子材料已经成为一个研究热点，其在能源、医药、电子、环保等领域的应用也越来越广泛。
首先，功能高分子材料在能源领域具有重要的应用价值。例如，聚合物电解质
是一种重要的功能高分子材料，它被广泛应用于锂离子电池和燃料电池中，可以提高电池的性能和安全性。另外，光敏高分子材料在太阳能电池中也有着重要的应用，可以将太阳能高效地转化为电能。
其次，功能高分子材料在医药领域也具有重要的应用前景。例如，生物可降解
高分子材料可以用于制备缝合线和修复材料，可以在人体内逐渐降解，避免二次手术。另外，聚合物药物传递系统也是功能高分子材料的重要应用之一，可以实现药物的缓释和靶向输送，提高药物的疗效并减少副作用。
此外，功能高分子材料在电子领域也有着重要的应用。例如，导电高分子材料
可以用于制备柔性电子产品，如柔性显示屏、柔性电路板等，可以实现电子产品的轻薄化和柔性化。另外，光电功能高分子材料也可以用于制备光电器件，如光电传感器、光电开关等，可以实现光信号的转换和控制。
最后，功能高分子材料在环保领域也有着重要的应用。例如，吸附高分子材料
可以用于水处理和废气治理，可以有效去除水中的有机污染物和废气中的有害气体。另外，生物降解高分子材料也可以用于替代传统塑料制品，减少对环境的污染。
总的来说，功能高分子材料具有多样的结构和性能，可以通过合理设计和调控
功能高分子材料
高分子化
• 定义：将带有可聚合基团的单体通过聚合反应 转变为高分子树脂，常见的聚合反应有加成聚 合和缩合聚合
• 加成聚合一般是指含有双键、三键分子的加成 和碳氧双键的加成；
• 可分为：均聚、共聚
例如
共聚：由乙烯和丙烯合成乙丙橡胶
• 要使高分子化过程能顺利完成，最关键的是要找到适合的引发剂来引 发反应，并控制好反应条件（温度、粘度）
• 缺点：共混体系不够稳定，在某些使用条件下功能聚合物 容易由于功能型小分子的流失，而逐步失去活性
四 功能高分子材料的运用
吃
行
功能高分子材料
住
穿
以水凝胶为例说明功能高分子在生活中的运用
• 高分子水凝胶是一类智能材料，对温度、pH、水等有良好 的反应性能，分子结构一般含有-COOH、-OH、-CONH2脂基 等疏水或亲水基团
• 当将含有这些基团的材料接枝到纤维表面，形成凝胶纤维， 凝胶纤维是智能纤维，用这种纤维做成的衣服具有很好的 防水、防酸性能，当遇水时能吸水膨胀，填满纤维之间的 空隙，阻止水的进入
• 温敏水凝胶也具有同样的性能，环境温度的改变能引起凝 胶性质的改变
感谢您的关注
• 特点：可选择的高分子广泛，许多高分子材料在一定的条 件下都可以发生接枝反应，如基苯乙烯、聚乙烯醇、纤维 素、淀粉等；相比于第一种制备方法，所制备的功能高分 子材料机械性能较好，不易出现功能基团的掩埋等现象；
功能高分子材料
功能高分子材料
一、本文概述
《功能高分子材料》一文旨在深入探讨和研究功能高分子材料的基本概念、分类、合成方法、性能特点以及在实际应用中的广泛用途。功能高分子材料作为一种重要的材料科学分支，因其独特的物理和化学性质，在现代科技和工业发展中扮演着举足轻重的角色。本文将系统概述功能高分子材料的发展历程、主要类型、性能优化方法以及未来发展趋势，以期为相关领域的研究人员、工程师和学者提供有益的参考和启示。
本文将简要介绍功能高分子材料的基本概念，包括其定义、特点以及与传统高分子材料的区别。接着，文章将重点阐述功能高分子材料的分类，如按照功能性质、应用领域或制备方法等进行分类，并详细分析各类功能高分子材料的性能特点和应用范围。在此基础上，文章将探讨功能高分子材料的合成方法，包括化学合成、物理改性和生物合成等，并分析不同合成方法对材料性能的影响。
本文还将关注功能高分子材料在实际应用中的表现，如在电子信息、生物医学、航空航天、环境保护等领域的应用案例。通过案例分析，我们将展示功能高分子材料如何发挥关键作用，推动相关领域的科技进步和社会发展。文章将展望功能高分子材料的未来发展趋势，
包括新型功能高分子材料的研发、性能优化方法的创新以及应用领域的拓展等。
通过本文的阐述，我们期望能够全面展现功能高分子材料的魅力和潜力，为相关领域的研究和发展提供有益的参考和借鉴。
二、功能高分子材料的分类
功能高分子材料是一类具有特殊功能或性能的高分子化合物，广泛应用于各个领域。根据其功能特性，功能高分子材料可分为多种类型。
首先是导电高分子材料，这类材料具有导电性能，可应用于电子器件、传感器和电池等领域。常见的导电高分子材料包括聚乙炔、聚吡咯和聚苯胺等。
功能高分子定义
功能高分子定义
功能高分子是一种特殊的高分子材料，具有多种优异的性能和功能，广泛应用于各个领域。本文将从定义、分类、特点、应用等方面进行介绍。
一、定义
功能高分子是指经过改性或设计，具有特定性质和功能的高分子材料。它可以通过合成、改性或掺杂等方法来赋予高分子材料新的性能和功能，如电、磁、光、热、机械、化学等多种性质和功能。
二、分类
根据功能高分子的性能和功能，可以将其分为多种类型，如下：
1.电性功能高分子：具有导电、绝缘、储能、放电等性能，如聚苯胺、聚乙烯醇、聚丙烯酸等。
2.磁性功能高分子：具有磁性、磁导率、磁阻等性能，如聚合物磁性材料、磁性纳米粒子等。
3.光学功能高分子：具有透明、发光、荧光、折射、散射等性能，如聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰胺等。
4.热性功能高分子：具有热稳定性、耐热、阻燃、导热、保温等性能，如聚酰亚胺、聚丙烯、聚氨酯等。
5.机械性功能高分子：具有强度、韧性、硬度、弹性等性能，如聚酰胺、聚丙烯、聚氨酯等。
6.生物医用功能高分子：具有生物相容性、生物降解性、药物控制释放等性能，如聚乳酸、聚酯、聚酰胺等。
三、特点
功能高分子具有以下特点：
1.多重性能：功能高分子具有多种性能和功能，可以根据需要进行设计和调整，满足不同领域的需求。
2.可控性：功能高分子的性能和功能可以通过不同方法进行控制和调整，如合成方法、改性方法、掺杂方法等。
3.可再生性：功能高分子具有可再生性和可回收性，可以减少资源浪费和环境污染。
4.应用广泛：功能高分子可以应用于各个领域，如电子、医疗、能源、环保、汽车、建筑等。
第九章 功能高分子
如聚丙烯酰胺侧链上的硫代缩胺基脲汞在光作用下 形成汞的有色络合物。
R N N
CH2 CH CONH Hg
Байду номын сангаас
S
C
N
NH R
R CH2 CH CONH Hg S C N N N H N R
八、电子聚合物
1、聚苯胺
在酸性条件和过氧化物存在下苯胺聚合成
O NH2 H+
n
PAn
聚苯胺具有较高的导电性
NH2
CH3 C CN CH3
CH3
CH3
n
CH3
OH
-
H+ CH3 CH3 C CH CH 2 CH C=O OH n CH 2 CH C=O OH CH 2 CH3 C C=O OH CH3
C=O C=O OH OH
六、高分子药物 1、药理活性高分子
如下式聚合物具有很强的镇痉挛作用。药理活性时 间比小分子长11~18倍，作用强度比小分子高100倍。
CH2 CH CH2 CH N(CH2CH2OH)3
CH2Cl CH2 CH CH2 CH CH2 CH
CH2N+(CH2CH2OH)3Cl-
CH2
CH
两性离子
CH2 CH CH2 CH CH2 CH N(CH3)3 Cl
CH2
CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH N+(CH3)3Cl-
功能高分子概述
一.名词解释部分：
1.导电高分子（conductive polymer）：是指主链为电子高度离域的共扼结构、被电子给体或电子受体掺杂后具有导电功能的高分子。
2.造影剂（contrast agent）：造影剂是指在X射线造影检查中，向人体内特定部位引入某种有密度差异的物质，使有关结构显影。
3.磁共振成像（magnetic resonance imaging）：磁共振成像是以人体在核磁共振过程中所散发的电磁波以及与这些电磁波有关的参数，如质子密度、弛豫时间等作为成像参数进行成像。
4.离子交换树脂（ion exchange resin）：是一种在交联聚合物结构中含有粒子交换基团具有交换、选择、吸附和催化等功能的高分子材料。
5.高分子试剂（polymeric reagent）：通过高分子功能基化的方法或小分子高分子化的方法使高分子骨架与化学反应活性官能团相互连接得到的具有化学试剂功能的高分子化合物。
6.有机高分子磁性材料（magnetic material）：通过适当方法使有机高分子与无机磁性粉末结合起来形成的兼具聚合物特性和磁响应性的高分子材料。
7.生物医用高分子（biomedical material）：是用于对生物体进行诊断、治疗、修复、或替换其病损组织、器官或增进其功能的新型高技术材料。
8.分离膜：是指以特定形式限制和传递流体物质的分离两相或两部分的界面，形式可是固态的，也可以是液态的。
9.靶向药物：将特定的药物与具有特定识别作用（配体受体作用等）或外部响应性（温敏、磁响应等）的载体结合形成的具有对病灶定向输送汇集的新型高效药物。
功能高分子材料
功能高分子材料简介
功能高分子材料主要指那些能对物质、能量和信息具有传递转换或贮存作用的高分子材料。它分为两大类，即结构型功能高分子和复合型功能高分子。
功能高分子按其不同的功能分为：
（1）具有化学活性的功能高分子，如高分子试剂、高分子催化剂、固定酶、离子交换树脂等；
（2）具有光学性能的功能高分子，如感光树脂、光刻胶、液晶高分子等；
（3）具有电学性能的功能高分子，如导电高分子、热电高分子、光电高分子等；
（4）具有导磁性能的高分子，如磁性塑料、磁性橡胶等；
（5）具有声学性能的功能高分子，如声电换能高分子，吸噪声防震高分子等；
（6）具有热响应性能的功能高分子，如形状记忆高分子等；
（7）具有医疗作用的功能高分子，如高分子医药、高分子人工脏器等。
功能高分子材料于20世纪60年代末开始得到发展。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。
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1 概述
1.1 液晶的基本概念
物质在自然界中通常以固态、液态和气态形式存在，即常说的三相态。在外界条件发生变化时（如压力或温度发生变化），物质可以在三种相态之间进行转换，即发生所谓的相变。大多数物质发生相变时直接从一种相态转变为另一种相态，中间没有过渡态生成。例如冰受热后从有序的固态晶体直接转变成分子呈无序状态的液态。
而某些物质的受热熔融或被溶解后，虽然失去了固态物质的大部分特性，外观呈液态物质的流动性，但可能仍然保留着晶态物质分子的有序排列，从而在物理性质上表现为各向异性，形成一种兼有晶体和液体部分性质的过渡中间相态，这种中间相态被称为液晶态，处于这种状态下的物质称为液晶（liquid crystals）。其主要特征是其聚集状态在一定程度上既类似于晶体，分子呈有序排列；又类似于液体，有一定的流动性。
液晶现象是1888年奥地利植物学家莱尼茨尔（F. Reinitzer）在研究胆甾醇苯甲酯时首先观察到的现象。他发现，当该化合物被加热时，在145℃和179℃时有两个敏锐的“熔点”。在145℃时，晶体转变为混浊的各向异性的液体，继续加热至179℃时，体系又进一步转变为透明的各向同性的液体。
研究发现，处于145℃和179℃之间的液体部分保留了晶体物质分子的有序排列，因此被称为“流动的晶体”、“结晶的液体”。1889年，德国科学家将处于这种状态的物质命名为“液晶”（liquid crystals，LC）。研究表明，液晶是介于晶态和液态之间的一种热力学稳定的相态，它既具有晶态的各向异性，又具有液态的流动性。
小分子液晶的这种神奇状态，引起了人们的浓厚兴趣。现已发现许多物质具有液晶特性（主要是一些有机化合物）。形成液晶的物质通常具有刚性的分子结构。导致液晶形成的刚性结构部分称为致晶单元。分子的长度和宽度的比例R>>l，呈棒状或近似棒状的构象。同时，还须具有在液态下维持分子的某种有序排列所必需的凝聚力。这种凝聚力通常是与结构中的强极性基团、高度可极化基团、氢键等相联系的。
按照液晶的形成条件不同，可将其主要分为热致性和溶致性两大类。热致性液晶是依靠温度的变化，在某一温度范围形成的液晶态物质。液晶态物质从浑浊的各向异性的液体转变为透明的各向同性的液体的过程是热力学一级转变过程，相应的转变温度称为清亮点，记为Tcl。不同的物质，其清亮点的高低和熔点至清亮点之间的温度范围是不同的。
溶致性液晶则是依靠溶剂的溶解分散，在一定浓度范围形成的液晶态物质。
除了这两类液晶物质外，人们还发现了在外力场（压力、流动场、电场、磁场和光场等）作用下形成的液晶。例如聚乙烯在某一压力下可出现液晶态，是一种压致型液晶。聚对苯二甲酰对氨基苯甲酰肼在施加流动场后可呈现液晶态，因此属于流致型液晶。
根据分子排列的形式和有序性的不同，液晶有三种结构类型：近晶型、向列型和胆甾型。（见图12—1）。
近晶型向列型胆甾型
图12—1 液晶结构示意图
（1）近晶型液晶（smectic liquid crystals，S）
近晶型液晶是所有液晶中最接近结晶结构的一类，因此得名。在这类液晶中，棒状分子互相平行排列成层状结构。分子的长轴垂直于层状结构平面。层内分子排列具有二维有序性。但这些层状结构并不是严格刚性的，分子可在本层内运动，但不能来往于各层之间。因此，层状结构之间可以相互滑移，而垂直于层片方向的流动却很困难。
这种结构决定了近晶型液晶的粘度具有各向异性。但在通常情况下，层片的取向是无规的，因此，宏观上表现为在各个方向上都非常粘滞。
根据晶型的细微差别，近晶型液晶还可以再分成9个小类。按发现年代的先后依次计为SA、SB 、……SI。
近晶型液晶结构上的差别对于非线性光学特性有一定影响。（2）向列型液晶nematic liquid crystals，N）
在向列型液晶中，棒状分子只维持一维有序。它们互相平行排列，但重心排列则是无序的。在外力作用下，棒状分子容易沿流动方向取向，并可在取向方向互相穿越。因此，向列型液晶的宏观粘度一般都比较小，是三种结构类型的液晶中流动性最好的一种。
（3）胆甾型液晶(Cholesteric liquid crystals，Ch)
在属于胆甾型液晶的物质中，有许多是胆甾醇的衍生物，因此得名。但实际上，许多胆甾型液晶的分子结构与胆甾醇结构毫无关系。但它们都有导致相同光学性能和其他特性的共同结构。在这类液晶中，分子是长而扁平的。它们依靠端基的作用，平行排列成层状结构，长轴与层片平面平行。
层内分子排列与向列型类似，而相邻两层间，分子长轴的取向依次规则地扭转一定的角度，层层累加而形成螺旋结构。分子长轴方向在扭转了36 °以后回到原来的方向。两个取向相同的分子层之间的距离称为螺距，是表征胆甾型液晶的重要参数。由于扭转分子层的作用，照射在其上的光将发生偏振旋转，使得胆甾型液晶通常具有彩虹般的漂亮颜
色，并有极高的旋光能力。
构成上面三种液晶的分子其刚性部分均呈长棒型。现在发现，除了长棒型结构的液晶分子外，还有一类液晶是由刚性部分呈盘型的分子形成。在形成的液晶中多个盘型结构叠在一起，形成柱状结构。这些柱状结构再进行一定有序排列形成类似于近晶型液晶。这一类液晶通常记为D。
这类盘状液晶根据其结构上的细微不同又可分
为4类，其中Dhd型液晶表示层平面内柱与柱之间呈六边形排列，分子的刚性部分在柱内排列无序；而Dho型液晶分子的刚性部分在柱内的排列是有序的。Drd型液晶分子在层平面内柱与柱之间呈正交型排列。Dt型液晶所形成的柱结构不与层平面垂直，而是倾斜成一定角度。盘状分子形成的柱状结构如果仅构成一维有序排列，也可以形成向列型液晶，通常用Nd来表示。
1.2 高分子液晶及其分类
某些液晶分子可连接成大分子，或者可通过官能团的化学反应连接到高分子骨架上。这些高分子化的液晶在一定条件下仍可能保持液晶的特征，就形成高分子液晶。
高分子液晶的结构比较复杂，因此分类方法很
多，常见的可归纳如下：
按液晶的形成条件，与小分子液晶一样，可分
为溶致性液晶、热致性液晶、压致型液晶、流致型
液晶等等。
按致晶单元与高分子的连接方式，可分为主链型液晶和侧链型液晶。主链型液晶和侧链型液晶中根据致晶单元的连接方式不同又有许多种类型。表12—1列举了其中的一些类型。
根据高分子链中致晶单元排列形式和有序性的不同，高分子液晶可分为近晶型、向列型和胆甾型等。至今为止大部分高分子液晶属于向列型液晶。
主链型液晶大多数为高强度、高模量的材料，
侧链型液晶则大多数为功能性材料。
按形成高分子液晶的单体结构，可分为两亲型和非两亲型两类。两亲型单体是指兼具亲水和亲油和亲有机溶剂）作用的分子。非两亲型单体则是一些几何形状不对称的刚性或