第1章绪论之2功能高分子概述

1.1 功能高分子的定义
高性能高分子和功能高分子 都属于特种高分 子材料的范畴。 特种高分子是相对于通用高分子而言的。
特种高分子材料 ： 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。 应用面广量大，价格较低。 通用高分子材料： 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。
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1.1 功能高分子的定义
是指当有外部刺激时，能通过化学或物理的方法 功能高分子 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 做出响应的具有特定功能基团的高分子材料。 1）对来自外界或内部的各种信息，如负载、应力、 分两类： 分两类：1 应变、振动、光、电、磁、热、化学等信号的变化具有感 —— 敏感材料； 知能力 知能力—— ——敏感材料； 2）对外界环境变化时能做出适当反应并产生相应动作的材 机敏材料，如变色镜片 料 —— ——机敏材料，如变色镜片 —— 在感受环境条件变化的信息后，能进行 智能高分子材料 智能高分子材料—— ——在感受环境条件变化的信息后，能进行 判断、处理并做出反应，以改变自身的结构与功能，使之 与外界环境相协调的具有自适应性的高分子材料。 外界刺激因素包括温度、压力、声波、离子、电场、磁场、 溶剂、等；响应包括相态、形状、光电力学性能、体积、 5 5 表面积等。
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功能。如 放射特性 、电磁波特性 等。 ⑧其他 其他功能。如 功能。如放射特性 放射特性、 电磁波特性等。
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材料功能的细分
材料功能的细分
� 二次功能按 能量的转换系统 可分为如下四类：光 /电/磁/机械 二次功能按能量的转换系统 能量的转换系统可 � ①光能与其他形式能量的转换；
反应、 光分解 反应、 光化 反应、 光致抗蚀 、化学发光 ， 如光合成 光合成反应、 反应、光分解 光分解反应、 反应、光化 光化反应、 反应、光致抗蚀 光致抗蚀、 化学发光， 反应， 光致伸缩 ，光生伏特 效应和 光导电 效应。 感光 感光反应， 反应，光致伸缩 光致伸缩， 光生伏特效应和 效应和光导电 光导电效应。 � ②电能与其他形式能量的转换； 如电磁 效应、 电阻发热 效应、 热电 效应、 光电 效应、 场致发光 效 电磁效应、 效应、电阻发热 电阻发热效应、 效应、热电 热电效应、 效应、光电 光电效应、 效应、场致发光 场致发光效 电化学 效应和 电光 效应等。 应、 应、电化学 电化学效应和 效应和电光 电光效应等。 � ③磁能与其他形式能量的转换； 效应、 热磁 效应、 磁冷冻 效应和 磁性转变 效应等。 如光磁 光磁效应、 效应、热磁 热磁效应、 效应、磁冷冻 磁冷冻效应和 效应和磁性转变 磁性转变效应等。 能与其他形式能量的转换。 � ④机械 机械能与其他形式能量的转换。 效应、 热弹性 效应、 机械化学 效应、 压电 效应、 电致 如形状记忆 形状记忆效应、 效应、热弹性 热弹性效应、 效应、机械化学 机械化学效应、 效应、压电 压电效应、 效应、电致 、光压 效应、 声光 效应、 光弹性 效应和 磁致伸缩 效应等。 伸缩 伸缩、 光压效应、 效应、声光 声光效应、 效应、光弹性 光弹性效应和 效应和磁致伸缩 磁致伸缩效应等。
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Ｂ、二次功能
输入的能量 和从材料 输出的能量 属于 当向材料 当向材料输入的能量 输入的能量和从材料 和从材料输出的能量 输出的能量属于 时，材料起 能量的转换 部件作用，材料的 不同形式 不同形式时，材料起 时，材料起能量的转换 能量的转换部件作用，材料的 二次功能 或高次功能 。有人认为这种 这种功能称为 这种功能称为二次功能 二次功能或 高次功能。有人认为这种 材料才是真正的功能材料。
材料功能的细分
一次功能主要有下面的八种 功能。如 惯性 、粘性 、流动性 、润滑性 、成型性 、超塑性 、恒弹性 、高 ①力学 力学功能。如 功能。如惯性 惯性、 粘性、 流动性、 润滑性、 成型性、 超塑性、 恒弹性、 、振动性 和防震性 。 弹性 弹性、 振动性和 防震性。 隔音 性、 吸音 性。 ②声功能。如 功能。如隔音 隔音性、 性、吸音 吸音性。 ③热功能。如 传热 性、 隔热 性、 吸热 性和 蓄热 性等。 功能。如传热 传热性、 性、隔热 隔热性、 性、吸热 吸热性和 性和蓄热 蓄热性等。 导电 性、 超导 性、 绝缘 性和 电阻 等。 ④电功能。如 功能。如导电 导电性、 性、超导 超导性、 性、绝缘 绝缘性和 性和电阻 电阻等。 硬磁性 、软磁性 、半硬磁性 等。 ⑤磁功能。如 功能。如硬磁性 硬磁性、 软磁性、 半硬磁性等。 遮光性 、透光性 、折射光性 、反射光性 、吸光性 、偏振光性 、分 ⑥光功能。如 功能。如遮光性 遮光性、 透光性、 折射光性、 反射光性、 吸光性、 偏振光性、 、聚光性 等。 光性 光性、 聚光性等。 功能。如 吸附作用 、气体吸收性 、催化作用 、生物化学反应 、酶反应 等。 ⑦化学 化学功能。如 功能。如吸附作用 吸附作用、 气体吸收性、 催化作用、 生物化学反应、 酶反应等。
高性能高分子则是对外界刺激有特别强的抵抗能力的高分子材料。
指从外部向材料输入信号时，材料内部发生质和量的 功能： 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。 -输出电性能 -光电功能；受到多种介质作用 如外部光输入 如外部光输入---输出电性能 输出电性能---光电功能；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 离性。此外，如压电性、药物缓释放性等，都属功能范畴。
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用途特殊，专一性强 1. 1.用途特殊，专一性强 2. 品种多，用量不大 2.品种多，用量不大 质量轻（与其它功能材料相比） 3. 3.质量轻（与其它功能材料相比） 制备途径多，可设计性强 4. 4.制备途径多，可设计性强
1.3 功能高分子材料的类型 3. 物理化学功能材料 ，高分子液晶等； 1) 耐高温高分子 耐高温高分子，高分子液晶等； ，如导电性、超导，感电子性等； 2) 电学功能材料 电学功能材料，如导电性、超导，感电子性等； ，如感光、导光性，光敏性等； 3) 光学功能材料 光学功能材料，如感光、导光性，光敏性等； ，如压电性、热电性等。 4) 能量转换功能材料 能量转换功能材料，如压电性、热电性等。 4. 生物化学功能材料 ，如人工肾、人工心肺等； 1) 人工脏器用材料 人工脏器用材料，如人工肾、人工心肺等； ，如药物活性高分子、缓释性高分子 2) 高分子药物 高分子药物，如药物活性高分子、缓释性高分子 药物、高分子农药等； ，如可降解性高分子材料等。 3) 生物分解材料 生物分解材料，如可降解性高分子材料等。
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1.1 功能高分子的定义 IUPAC definition : (International Union of Pure and Applied Chemistry ) Functional polymer: 1. Polymer that bears specified chemical groups 2. polymer that has specified physical, chemical, biological, pharmacological, or other uses which depend on specific chemical groups. 功能高分子是指高分子主链或侧链上具有特定官能团， (物理，化学或生物活性等 )功能 的大分子 . 具有特定 具有特定( 物理，化学或生物活性等) 功能的大分子 的大分子.
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1.3 功能高分子材料的类型
国内一般采用按其性质、功能或实际用途划分特种和功能高分 子材料的划分普遍采用的方法，可分为 8种主要类型。 高分子吸附材料 ，包括高分子吸附性树脂、高吸水性高分子、 1. 1.高分子吸附材料 高分子吸附材料， 高吸油性高分子等。 反应性高分子材料 ，包括高分子试剂、高分子催化剂和高分 2. 2.反应性高分子材料 反应性高分子材料，包括高分子试剂、高分子催化剂和高分 子染料，特别是高分子固相合成试剂和固定化酶试剂等。 高分子分离材料 ，包括各种分离膜、缓释膜和其他半透性膜 3. 3.高分子分离材料 高分子分离材料， 材料、离子交换树脂、高分子螯合剂、高分子絮凝剂等。 光敏型高分子 ，包括各种光稳定剂、光刻胶，感光材料、非 4. 4.光敏型高分子 光敏型高分子， 线性光学材料、光导材料和光致变色材料等。 电性能高分子材料 ，包括导电聚合物、能量转换型聚合物、 5. 5.电性能高分子材料 电性能高分子材料， 电致发光和电致变色材料以及其他电敏感性材料等。 16
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材料的 功能显示过程 是指向材料输入某种能量，经过材料 材料的 材料的功能显示过程 功能显示过程是指向材料输入某种能量，经过材料 的传输或转换等过程，再作为输出而提供给外部的一种作用。
功能的显示过程 又可分为 功能材料按其 功能材料按其功能的显示过程 功能的显示过程又可分为 和二次功能材料 。 一次功能材料 一次功能材料和 二次功能材料。
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输输输输入入入入
材材材材料料料料
输输输输出出出出
材料功能的细分 Ａ、一次功能
输入的能量 和从材料 输出的能量 属于 当向材料 当向材料输入的能量 输入的能量和从材料 和从材料输出的能量 输出的能量属于 时，材料起到 能量传输 部件的作用。材 同一种形式 同一种形式时，材料起到 时，材料起到能量传输 能量传输部件的作用。材 料的这种功能称为一次功能。 载体材料 。 以一次功能为使用目的的材料又称为 以一次功能为使用目的的材料又称为载体材料 载体材料。
6 6Baidu Nhomakorabea
1.1 功能高分子的定义
功能的细分 材料 材料功能的细分 � 下图为材料显示功能的示意图
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。
1.1 功能高分子的定义
功能高分子概述
� 功能高分子也称为精细高分子或特种高分子，至今还
传递 、转换 或贮 没有一个准确的定义，一般是指具有 没有一个准确的定义，一般是指具有传递 传递、 转换或 、能量 和信息 作用的高分子及其复合材料，或 存物质 物质、 能量和 信息作用的高分子及其复合材料，或 具体地指在原有力学 性能 的基础上，还具有特殊的物 具体地指在原有力学性能 性能的基础上，还具有特殊的物 功能 的高分子及其复合材料。 理和化学等 理和化学等功能 功能的高分子及其复合材料。 光敏性 、导电性 、能量 � 这些物理功能和化学功能包括 这些物理功能和化学功能包括光敏性 光敏性、 导电性、 、磁性 、选择分离性 、化学反应活性 、催化性 、 转换性 转换性、 磁性、 选择分离性、 化学反应活性、 催化性、 、药理性 等。 生物兼容性 生物兼容性、 药理性等。
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1.1 功能高分子的定义
� 功能高分子与高性能高分子
：材料对外部作用表现出的抵抗特性。 性能 性能： -材料强度、模量等；对热的抵抗 -耐热性； 外力抵抗 外力抵抗---材料强度、模量等；对热的抵抗 --耐热性； -材料的耐光性、绝缘性、防腐蚀性等。 光、电、化学药品 光、电、化学药品---材料的耐光性、绝缘性、防腐蚀性等。
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1.2 功能高分子的特点
1.3 功能高分子材料的类型 日本著名功能高分子专家中村茂夫教授认为， 功能高分子可从以下几个方面分类。（力学、化学、 物理化学、生物化学） 1. 力学功能材料 ，如超高强材料、高结晶材料等； 1) 强化功能材料 强化功能材料， ，如热塑性弹性体等。 2) 弹性功能材料 弹性功能材料，如热塑性弹性体等。 2. 化学功能材料 ，如分离膜、离子交换树脂、高分 1) 分离功能材料 分离功能材料，如分离膜、离子交换树脂、高分 子络合物等； ，如高分子催化剂、高分子试剂； 2) 反应功能材料 反应功能材料，如高分子催化剂、高分子试剂； ，如固定化酶、生物反应器等。 3) 生物功能材料 生物功能材料，如固定化酶、生物反应器等。