《功能高分子材料》PPT课件

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近10年来，功能材料成为材料科学和工程领 域中最为活跃的部分。每年以5％以上的速度增 长，相当于每年有1.25万种新材料问世。未来世 界需要更多的性能优异的功能材料，功能材料正 在渗透到现代生活的各个领域。
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功能材料的概念与分类
一、功能材料的概念 功能材料是指通过光、电、磁、热、化学、生化等作用
50年代，Ziegler和Natta发明配位聚合催化剂，制得 高密度PE和有规PP，低级，美国人Szwarc发明活性阴离子聚合，开创 了高分子结构设计的先河。
50年后期至60年代，大量高分子工程材料问世。聚 甲醛（1956），聚碳酸酯（1957），聚砜（1965）， 聚苯醚（1964），聚酰亚胺（1962）。
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（3）物理化学功能
①电学功能材料：如超导体，导电高分子等； ②光学功能材料：如光导纤维、感光性高分子等； ③能量转换材料：如压电材料、光电材料。
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(4)生物化学功能
①医用功能材料：人工脏器用材料如人工肾、人工心肺， 可降解的医用缝合线、骨钉、骨板等； ②功能性药物：如缓释性高分子，药物活性高分子，高分 子农药等； ③生物降解材料
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材料的特定的功能与材料的特定结构是相联系的。 如对于导电聚合物来说，它一般具有长链共轭双键； 金属结构中由于弹性马氏体相变能产生记忆效应， 因此出现了形状记忆合金；压电陶瓷晶体必须有极 轴等。
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功能高分子的特点
1.用途特殊，专一性强 2.品种多，用量不大 3.质量轻（与其它功能材料相比） 4.制备途径多，可设计性强
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。
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功能高分子：分离材料（离子交换树脂、分离膜
等）、导电高分子、感光高分子、高分子催化剂、
高吸水性树脂、医用高分子、药用高分子、高分 子液晶等。
80年代以后，新的聚合方法和新结构的聚合物不 断出现和发展。
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高分子溶液理论在30年代建立，并成功测定了聚合 物的分子量。Flory为此获得诺贝尔奖。
40年代，二次大战促进了高分子材料的发展，一大 批重要的橡胶和塑料被合成出来。丁苯橡胶 （1937），丁腈橡胶（1937），丁基橡胶（1940）， 有机氟材料（1943），ABS（1947），涤纶树脂 （1940～1950）。
后具有特定功能的材料。 在国外，常将这类材料称为功能材料(Functional
Materials)、特种材料(Speciality Materials))或精细材料 (Fine Materials)。
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功能材料涉及面较广，具体包括光、电功能， 磁功能，分离功能，形状记忆功能等。
这类材料相对于通常的结构材料而言，一般除 了具有机械特性外，还具有其他的功能特性。
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电活性高分子材料
电活性高分子材料的发展导致了导电聚合物， 聚合物电解质，聚合物电极的出现。此外超导、电 致发光、电致变色聚合物也是近年来的重要研究成 果，其中以电致发光材料制作的彩色显示器已经被 日本和美国公司研制成功，有望成为新一代显示器 件。此外众多化学传感器和分子电子器件的发明也 得益于电活性聚合物和修饰电极技术的发展。
第五章 功能高分子材料
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高分子材料科学的历史回顾
高分子的概念始于20世纪20年代，但应用更早。 1839年，美国人Goodyear发明硫化橡胶。 1855年，英国人Parks用硝化纤维素与樟脑混合制
得赛璐珞。 1889年，法国人De Chardonnet（夏尔多内）发明
人造丝。 1907年，酚醛树脂诞生。
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二、功能材料的分类
随着技术的发展和人类认识的扩展，新型的功能材料 不断被开发出来，因此对其也产生了许多不同的分类方 法。从功能的不同考虑，可将功能材料分为以下四类。
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(1)力学功能
主要是指强化功能材料和弹性功能材料，如高 结晶材料、超高强材料等。
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(2)化学功能
①分离功能材料：如分离膜，离子交换树脂、高分子络合物； ②反应功能材料；如高分子试剂、高分子催化剂； ③生物功能材料：如固定化菌，生物反应器等。
新的聚合方法：阳离子活性聚合、基团转移聚合、 活性自由基聚合、等离子聚合等等；
新结构的聚合物：新型嵌段共聚物、新型接枝共
聚物、星状聚合物、树枝状聚合物、超支化聚合
物、含C60聚合物等等。
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高分子的发展方向：
通用高分子的高性能化和高分子的多功能化
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功能高分子
偏光显微镜下的高分子液晶
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电致发光高分子
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1920年，德国人Staudinger发表了“论聚合”的论 文，提出了高分子的概念，并预测了聚氯乙烯和聚 甲基丙烯酸甲酯等聚合物的结构。
1935年，Carothes发明尼龙66，1938年工业化。 30年代，一系列烯烃类加聚物被合成出来并工业化，
PVC（1927～1937），PVAc（1936），PMMA （1927～1931），PS（1934～1937），LDPE （1939）。自由基聚合发展。
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功能材料概论
随着时代的发展，人类将进入一个信息时代。为了解决 生产高速发展以及由此所产生的能源、环境等一系列的问题， 更需要用高科技的方法和手段来生产新型的、功能性的产品， 以获得各种优良的综合性能。近年来新型功能材料层出不穷， 得到了突破性的进展。
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日本和欧美各国对新型功能材料的研究十分 注意，这是因为功能材料是能源、计算机、通讯、 电子、激光等现代科学的基础，功能材料在未来 的社会发展中具有重大战略意义。
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反应型高分子材料
反应型高分子是在有机合成和生物化学领域的 重要成果，已经开发出众多新型高分子试剂和高分 子催化剂应用到科研和生产过程中，在提高合成反 应的选择性、简化工艺过程以及化工过程的绿色化 方面做出了贡献。更重要的是由此发展而来的固相 合成方法和固定化酶技术开创了有机合成机械化、 自动化、有机反应定向化的新时代，在分子生物学 研究方面起到了关键性作用。
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高分子分离膜材料
高分子分离膜材料与分离技术的发展在复杂体 系的分离技术方面独辟蹊径，开辟了气体分离、苦 咸水脱盐、液体消毒等快速、简便、低耗的新型分 离替代技术，也为电化学工业和医药工业提供了新 型选择性透过和缓释材料。目前高分子分离膜在海 水淡化方面已经成为主角，已经拥有制备18万吨/日 纯水设备的能力。