,材料科学与工程学院,功能高分子材料,功能高分子材料,目 录,第一章 绪论,第二章 化学功能高分子材料,第三章 光功能高分子材料,第四章 电功能高分子材料,第五章 高分子液晶,第六章 其它功能高分子材料,目 录第一章 绪论,材 料 发 展,天然材料,冶金材料,合成材料,复合功能材料,新石器时代,铜器和铁器时代,塑料,(1924),、橡胶,(1931),离子交换树脂(,1935,),材 料 发 展天然材料冶金材料合成材料复合功能材料新石器时代,第一章 绪论,1.1,功能高分子材料的发展,1.2,功能高分子材料的概念和分类,1.3,功能高分子材料的功能设计原理和方法,第一章 绪论1.1 功能高分子材料的发展,1.1,功能高分子材料的发展,20,世纪,30,50,年代,60,70,年代,80,年代至今,吸附分离功能材料(离子交换树脂、螯合树脂、高分子分离膜)、高分子负载催化剂,光电活性材料(导电高分子、感光高分子)、生物医用高分子材料(抗凝血高分子、医用硅橡胶)、吸附树脂、吸附性碳纤维,信息相关高分子材料(高分子液晶、感光高分子、非线性光学高分子材料、电致发光高分子材料)、生命科学相关高分子(生物吸收性高分子、环境敏感高分子材料、药物控制释放高分子材料),1.1 功能高分子材料的发展20世纪6070年代80年代至,除了具有一定,力学性能,以外,还具有特定功能的高分子材料。如具有,导电性、光敏性、化学性、催化性、生物活性,等。,高的,比强度,和,比刚度,,可代替金属作为结构材料,高分子材料,结构,高分子材料,功能,高分子材料,1.2,功能高分子材料的概念和分类,除了具有一定力学性能以外,还具有特定功能的高分子材料。如具有,1.2,功能高分子材料的概念和分类,1.2 功能高分子材料的概念和分类,1.2,功能高分子材料的概念和分类,功能特点,主要类型,化学功能高分子材料,离子交换树脂、高分子催化剂、高分子试剂、螯合树脂、高分子絮凝剂、高吸水性树脂,光功能高分子材料,感光高分子(光致刻蚀剂)、光导材料、光致变色材料、光电材料、光记录材料,电磁功能高分子材料,导电高分子材料、超导电高分子材料、压电和热电高分子材料、高分子驻极体、磁功能高分子材料,声功能高分子材料,吸音功能高分子材料、声电功能高分子材料,生物医用高分子材料,人工器官材料、骨科和牙科材料、药物高分子材料、固定酶、仿生高分子材料、传感器医用黏合剂、可吸收缝合材料,1.2 功能高分子材料的概念和分类功能特点主要类型化学功能高,具有抗菌功能的高分子制成的衣架,具有电功能的高分子制成的元器件,具有抗菌功能的高分子制成的衣架具有电功能的高分子制成的元器件,1.3,功能高分子材料的功能设计原理和方法,材料分子中具有,特殊功能,的,基团,和,分子结构,材料功能,向材料输入某种能量,经过材料的,传输,或,转换,等过程,再向外部输出的一种作用,决定因素,涵义,1.3 功能高分子材料的功能设计原理和方法材料分子中具有特殊,Functional Polymer Group,Functional Polymer Group,功能高分子结构,功能高分子结构,当向材料输入的能量和输出的能量,形式不同时,,材料起,能量转换,作用,材料功能,二次功能,一次功能,当向材料输入的能量和材料输出的能量,同种形式,时,即材料仅起到,能量传送,作用,1.3,功能高分子材料的功能设计原理和方法,当向材料输入的能量和输出的能量形式不同时,材料起能量转换作用,一次功能,类型,声学功能,吸音性、隔音性,热学功能,隔热性、传热性、吸热性,电磁学功能,导热性、磁性,光学功能,透光性、遮光性、反射和折射光性、偏振光性、聚光性、分光性,化学功能,催化作用、吸附作用、生化作用、酶反应、气体吸收,其它功能,电磁波特性、放射特性,1.3,功能高分子材料的功能设计原理和方法,一次功能类型声学功能吸音性、隔音性热学功能隔热性、传热性、吸,二次功能,电能,光能,磁能,化学能,热能,机械能,压电效应,反压电效应,摩擦发光效应,光弹性效应,声光效应,磁致伸缩效应,反磁致伸缩效应,机械化学效应,摩擦发热效应,热弹性效应,电能,光电效应,电磁效应,电化学效应,电阻发热效应,热电效应,光能,光磁效应,光化学反应,光致刻蚀,光合成反应,光分解反应,化学发光,激光加热,热刺激发光,磁能,热磁效应,磁冷冻效应,化学能,热化学反应,1.3,功能高分子材料的功能设计原理和方法,二次功能电能光能磁能化学能热能机械能压电效应摩擦发光效应磁致,1.3,功能高分子材料的功能设计原理和方法,主要方法:,通过,分子设计,合成功能高分子,通过,特殊加工,赋予高分子的功能特性,通过二种或二种以上的具有,不同功能或性能的材料进行复合,功能设计,赋予高分子材料以一次功能或二次功能特性的科学方法,涵义,1.3 功能高分子材料的功能设计原理和方法主要方法:功能设计,1.3.1,通过分子设计合成功能高分子,功能基含量高,、在分子链上分布,均匀,合成困难,、,成本高,含有功能基的单体经过加聚或缩聚等反应制取,优点,缺点,1.3.1 通过分子设计合成功能高分子功能基含量高、在分子链,1.3.1,通过分子设计合成功能高分子,原料来源广、价格低廉,功能基含量低、分布不均匀,优点,缺点,利用现有的合成或天然高分子,通过高分子化学反应引入预期的功能基,1.3.1 通过分子设计合成功能高分子原料来源广、价格低廉功,在高分子结构中引入,感光功能基团,,可以合成感光高分子。,在高分子结构中引入感光功能基团,可以合成感光高分子。,梳形功能高分子,梳形功能高分子,不同,基团,赋予高分子不同的,功能,不同基团赋予高分子不同的功能,1.3.2,通过特殊加工赋予高分子的功能特性,高分子材料通过,薄膜化,可制得各种分离膜,应用于反渗透、透析、超过滤等膜分离工艺中,在一定温度下,高分子薄膜,置于直流电场,中可制得驻极体,某些高分子材料,纤维化,可制得光导纤维(塑料光纤),1.3.2 通过特殊加工赋予高分子的功能特性 高分子材料通过,功能高分子纤维,功能高分子纤维,1.3.3,通过二种或二种以上的具有不同功能或性能的材料进行复合,工艺简单、材料来源丰富、价格低廉,是目前制造功能材料,广泛采用,的方法,优点,并入,磁性填料,(如铁氧体或稀土类磁粉)可制得高分子磁性材料,在绝缘高分子材料中并入,导电填料,(碳黑、金属粉末)可制得导电高分子材料,在共轭共聚物(如聚乙炔)中加入少量的,掺杂剂,(如,I,2,、,AsF,5,、,Na,等),其电导率有很大的增加,以致具有导体的性能。,1.3.3 通过二种或二种以上的具有不同功能或性能的材料进行,高分子材料与无机有机功能复合材料,高分子材料与无机有机功能复合材料,87x87um polymer functional surface,polymer layers,功能高分子复合,87x87um polymer functional sur,