有机高分子材料的应用范文篇1

摘要：

综述了硬质无机粒子(RIP)填充聚丙烯(PP)复合材料的増韧机理及其定量判据。大量的研究表明，最典型的增韧机理有逾渗模型理论、银纹化微观增韧机理和柔性界面层理论。在定量分析RIP填充PP复合材料的增强机理方面，主要阐述了两种判据:基体层厚度判据和界面黏结强度判据;并利用所述判据分析了相关文献的数据，得出了如下结论:当RIP平均粒径d＜临界粒径dc，体积分数Φf＞临界体积分数ΦfC，或平均基体层厚度L＜临界基体层厚度Lc;界面相互作用参数B值在［1，2.6］之间时，RIP增强填充PP复合材料的韧性的机会较大。

关键词：

硬质无机粒子；聚丙烯；复合材料；增韧机理；定量判据

聚丙烯(PP)是一种热塑性通用树脂，因其相对密度低，来源丰富，价格低廉，电绝缘性和耐疲劳性好，耐化学腐蚀性优良，力学性能良好，耐热性较高，可采用挤出和注塑以及与这两种加工方法相关的吹塑成型加工等优点，被广泛应用于生产航空制品、薄膜、汽车、家用电器等领域。但是，PP存在着低温脆性大、刚性低、收缩率大和容易老化等严重缺点，从而限制了其应用。为此，人们常通过共聚［1－2］、共混［3－5］、填充［6－9］等改性技术改善PP的使用性能。填充改性由于其低成本，工艺简单、可控等优点而被广泛应用［6－12］，其中弹性体填充改性一直被视为是提高PP韧性最有效的途径［13］，然而弹性体改性不可避免地带来基体材料刚性和强度的降低。1984年，Kurauchi和Ohta［14］首先提出了有机刚性粒子增韧塑料的新概念，并用“冷拉机理”解释了共混物韧性提高的原因:拉伸后分散相的球状结构发生了伸长变形，变形幅度大于100%，最高可达400%，因协同应变使其周围的基体也产生同样大的形变，在受力过程中吸收了更多的能量，进而使共混物的韧性得以提高。自此，这种非弹性增韧在提高聚合物基体韧性的同时又提高了材料的强度、模量以及耐热性，解决了传统工艺上出现的难题。三十年来的研究表明，在一定条件下，硬质无机粒子，如碳酸钙［12］、高岭土［15］、矾土［15］、云母［16］、碳粉［17］、中空粒子［18］、三氧化二铝［15］和氧化镁［19］等，不但可使材料的强度、模量得以提高，同时也使韧性得以改善，显示了增韧增强的复合效应。

1增韧理论及其增韧条件

除上述“冷拉机理”理论外，还产生了一些符合解释RIP增强增韧PP复合材料机理的理论。

1.1逾渗模型理论

当基体层厚度小于某一临界厚度时，相邻粒子间的相互作用增强，导致应力场交叠，引发大量的剪切屈服区出现，使能量耗散，填充体系发生脆韧转变。如图1所示。图1中1、2、3区分别表示脆性区、脆韧转变区和韧性区。1区和3区分别对应基体产生银纹和基体发生剪切屈服。其中的坐标变量X轴可以是第二相体积分数，也可以是温度、应变速率等其它变量，而Xc值即对应于发生脆韧转变的临界值———逾渗阈值，Y轴为韧性S［20－23］。

1.2银纹化微观增韧机理

聚合物受力变形时产生应力集中，在硬质无机粒子周围引发基体屈服(空化、银纹、剪切带)，吸收了大量的变形能，产生裂纹二次引发效应，阻碍裂纹的扩展，界面部分脱黏形成空化，从而使裂纹钝化而不致发展成破坏性开裂，从而产生增韧作用。因此，只有基体具有一定的塑性变形能力，才使复合材料在受到外力条件时产生屈服和塑性变形［24－27］。

1.3微观机理模型理论

1998年，Kim等［28］模仿橡胶粒子增韧塑料的空穴化机理，提出了硬质粒子必须脱黏并产生亚微米尺度的自由体积才能增韧塑料的微观机理模型，如图2所示。由图2可知，硬质粒子的增韧机理包括三个阶段:(1)应力集中:由于硬质粒子与基体树脂之间的弹性性能的差别，在受到外力时，无机粒子的加入成为复合材料内部的应力集中物;(2)脱黏:应力集中效应使硬质粒子周围产生三维应力，并导致粒子－基体界面层脱黏;(3)剪切屈服:由脱黏产生的空洞使其周围基体的应力状态重新分布，并在一定条件下诱导基体产生大范围内的屈服，最终使材料在断裂过程中吸收大量能量，其韧性得以提高。针对上述模型，Chan等［29］认为，在外力条件下，大量的Nano-CaCO3粒子成为应力集中点，并激发粒子－基体周围产生空穴，空穴的产生使塑性约束得以释放，进而使基体引发大量塑性形变，最终提高材料韧性。从其阐述可知，Nano-CaCO3粒子增韧PP亦可用微观机理模型解释。Zuiderduin等［30］认为无机粒子做为增韧剂时需满足5个条件:(1)粒子的粒径较小(一般小于5μm)，否则，在脱黏过程中产生的空洞会成为断裂萌发点。这也有利于稳定自由体积的产生;(2)粒子的长径比一定要均一，以防产生强烈的应力集中;(3)为了使粒子周围基体的应力状态发生改变，粒子的脱黏应先于基体树脂的剪切应变;(4)填充粒子在树脂内均匀分布以避免产生萌发裂纹的团聚体;(5)粒子与树脂的脱黏不妨碍粒子周围树脂的塑性形变的产生。

1.4柔性界面层理论

对刚性粒子进行表面处理，使表面处理剂在基体与填料之间形成一个弹性过渡层，可有效传递和松弛界面上的应力，更好地吸收与分散外界冲击能，从而提高复合材料的韧性［31－33］。

2增韧机理的定量判据

2.1基体层厚度判据

1985年，Wu［34］提出一种橡胶填充聚合物增韧机理公式:L=dπ6•V()f13[－1](1)式中:d为填充粒子的平均粒径;Vf为填充粒子的体积分数;L为相邻两粒子表面之间的基体层厚度，简称粒间距。式(1)最先应用于研究橡胶粒子增韧聚合物，Wu认为当基体层厚度小于临界厚度(Lc)时，复合材料发生脆－韧转变，该临界值不依赖于橡胶粒子的体积分数、粒度，仅与一定模型、温度、形变速率条件下基体的性能有关。Zhang［35］认为该式亦可用于计算无机粒子填充PP复合材料的基体层厚度。研究发现，随着粒子含量的增加，复合材料的基体层厚度减小，其冲击强度增加，当基体层厚度为0.1μm时，复合材料的冲击强度急剧增加。由于橡胶粒子和矿物粒子的弹性差异以及粒子－聚合物界面条件的不同，当基体层厚度相同时，PP/EOC共混物的冲击强度较PP/CaCO3复合材料的大，且基体层厚度越小，相差越明显，最大可相差1.2倍以上。1988年，wu［20］研究认为，无机粒子粒度分布影响复合材料的应力分布，也影响着粒子间树脂基体层厚度，并将粒径分布具有多分散性，符合对数正态分布的粒子的分散度引入橡胶填充聚合物的基体层厚度公式(2)，改进后的公式为:L=dπ6•V()f13[－1]exp(ln2σ)(2)式中:σ表示填充粒子分散度，对于单一分散的粒子，σ=1，多分散性粒子，σ＞1;式中lnσ可由下式预测:lnσ=∑N1ni(lndi－lnd)2∑N1n槡i(3)式中:di为第i个粒子的粒径;ni为粒径为di的粒子的个数;d为平均粒径。Liu等［36］认为式(1)忽略了粒子粒度分布对基体层厚度的影响，式(2)虽考虑到粒子粒度分布的影响，但其对基体层厚度的影响估计过低，用其估算复合材料基体层厚度的误差较大，重新建立了复合材料基体层厚度预测公式:L=dπ6•V()f13exp(1.5ln2σ)－exp(0.5ln2σ[)](4)同时，用式(1)、(2)、(4)预测了复合材料的基体层厚度，对比分析了不同公式的预测值与实验测量值，结果发现式(4)预测的具有相对较小的误差。Kwok等［22］应用式(4)计算了PP/GB复合材料的基体层厚度，并讨论了基体层厚度与复合材料的冲击强度的关系。研究发现，与橡胶粒子增韧机理不同，在相同的工艺条件下，PP/GB复合材料存在2条脆－韧转变曲线。这说明，平均基体层厚度不是控制复合脆－韧转变的唯一参数。

2.2界面黏结强度判据

Turcsanyi等［37］认为粒子的粒度分布及界面黏结强度也是影响复合材料力学性能的重要参数，将界面相互作用参数()首次引入无机粒子填充复合材料拉伸屈服强度预测的经验公式。经转换后，有:B=1Φflnσc(1+2.5Φf)σm(1－Φf[])(5)分析式(5)的量纲可知，界面相互作用参数无直接的物理意义，但是该参数反应了特定复合材料的界面特性，且依赖于粒子的体积分数及基体树脂的屈服强度，其值越大，说明粒子与基体之间的黏结越强。对PP/CaCO3和PP/SiO2复合材料的界面相互作用参数的研究［20］发现，不同类型的CaCO3填充PP复合材料的界面相互作用参数不相同，一般位于区间［0.791，1.932］之间，PP/SiO2复合材料的界面相互作用参数一般都＞6。研究最后认为，该参数亦可用于定量表征无机粒子－聚合物界面的相互作用。Pukanszky等［38］对比分析了在模压成型和注射成型条件下，无机粒子与PP基体之间的黏结强度，结果发现不同的成型方式只能改变基体树脂的力学性能，复合材料的值不变。用式(5)计算相关文献［39］报道的数据可知，mPP改性及未改性CaCO3填充PP复合材料的值分别为2.24、3.16，且其SI'均小于1，材料未能增韧;0.2μmGB，1μm、3μm、8μm、25μmAl(OH)3填充PP复合材料的B值分别为3.77、1.42、1.04、0.94及0.67，比较分析复合材料相对缺口冲击强度发现，B值较大的0.2μmGB填充复合材料的SI'值随体积分数的增加急剧下降，值较小的8μm、25μmAl(OH)3填充PP复合材料，在体积分数＜10%时，随体积分数提高，其SI'值约有提高，但均接近1，当体积分数＞10%时，SI'值明显减小，B值适中的1μm、3μmAl(OH)3填充PP复合材料在体积分数＜10%时，随体积分数提高，其SI'值迅速增加，当体积分数＞10%时，SI'值有所下降，但直到体积分数超过40%时，SI'值才＜1，增韧效果明显。Kwok等［40］对不同偶联剂处理GB填充PP复合材料的B值的研究表明，经钛酸盐偶联剂处理过的GB填充PP复合材料具有较大的B值，为2.3，硅烷偶联剂的为1.0，且二者都具有增韧效果。Leong等［41］计算了PP/Talc、PP/高岭土及PP/CaCO3复合体系的B值分别为5.34、3.99、1.12，比较填充复合体系的冲击强度的发现，前二者的冲击强度随填充粒子质量分数的增加而降低;后者冲击强度增加，有明显的增韧效果。Metin等［42］测算了聚二乙烯(PEG)、氨丙基三乙氧基硅烷(AMPTES)、3－巯丙基三氧甲基硅烷(MPTMS)、甲基三乙氧基硅烷(MTES)改性天然沸石粒子填充PP复合体系中无机粒子与PP界面黏结强度发现，当体积分数为3%时，AMPTES和MPTMS改性天然沸石填充PP复合材料的B值分别为2.15、1.7，与文献［43］报道的AMPTES改性CaCO3填充PP复合材料的B值相近，扫描电镜观察其断面发现，基体在承载外力的过程中发生了明显的塑性形变，复合材料表现出韧性断裂特性;未改性、PEG和MTES改性天然沸石填充PP复合材料的B值相对较小，且前二者的B为负值，这说明未改性、PEG和MTES改性的天然沸石在PP基体内呈不均匀分布，粒子与基体之间的黏结强度较弱，复合材料断面的扫描电镜图片进一步表明，材料在断裂过程中未发生塑性形变，断面较为平整，表现出脆性断裂特征。计算文献［29］和［44］报道的PP/CaCO3复合材料的B值，并考察B值与PP/CaCO3复合材料的SI'值的关系，如图3所示。由图3可知，复合材料的B值处于1～7之间时，复合材料的比冲击强度都大于1，无机粒子起到了一定增韧的效果。对比分析数据可以看出，当B值介于［1，3］区间时，无机粒子的增韧效果显著，当B值＞3时，增韧效果较差，SI'值一般都小于1.5，且B值越大，SI'值接近1;再对比分析文献［40－42，45－46］报道的结果发现，复合材料的B值均落在上述区间内，即当B值落在区间［1，2.6］内时，其冲击强度较纯PP可能提高1.5以上，最高可达4.5左右。

3结论

阐述了无机粒子改性聚合物复合材料的增韧机理、增韧条件和定量判据，结果发现，综上所述，无机粒子填充PP增韧应满足的条件为:(1)分散相形态:与橡胶增韧聚合物条件相同，当平均粒径d＜临界粒径dc，体积分数Φf＞临界体积分数Φfc，或平均基体层厚度L＜临界基体层厚度Lc;(2)界面相互作用:B值在［1，2.6］之间，即适当的界面黏结强度范围内，最有可能增强PP/无机粒子复合材料的韧性。

参考文献：

［23］杨瑞成，羊海棠，彭采宇，等.逾渗理论及聚合物脆韧转变逾渗模型［J］.兰州理工大学学报，2005，31(1):26－30.

［27］于杰，金志浩，周惠久.银纹萌生机制及判据［J］.高分子材料科学与工程，1997，13(11):98－103.

［31］欧玉春，方晓萍，施怀球，等.界面改性剂在聚丙烯/高岭土二相复合体系中的作用［J］.高分子学报，1996(1):59－64.

［32］欧玉春.刚性粒子填充聚合物的增强增韧与界面相结构［J］.高分子材料科学与工程，1998，14(2):12－15.

有机高分子材料的应用范文

关键词：新型高分子材料

1、新型高分子材料的分类

1.1高分子分离膜

高分子分离膜是用高分子材料制成的具有选择透过的半透性薄膜。与以温度梯度、压力差、电位差或浓度梯度为动力,使液体混合物、气体混合物或有机物、无机物的溶液等分离技术相比,具有高效、省能和洁净的特点,因而被认为是支撑新技术革命的重大技术。膜的形式有多种,一般用的是空中纤维和平膜。应用高分子分离膜的推广可以获得巨大的经济效益和社会效益。

1.2高分子磁性材料

高分磁性材料是人类在开拓磁与高分子聚合物新应用领域的同时,赋予磁与高分子传统应用以新的涵义和内容的材料之一。早期的磁性材料源于天然磁石,后来才利用磁铁矿烧结或铸造成为磁性体。现在工业常用的磁性材料有稀土类磁铁、铁氧体磁铁和铝镍钻合金磁铁等三种。它们的缺点是硬且脆加工性差。为了克服这些缺陷,将磁粉混炼于橡胶或塑料中制成的高分子磁性材料。这样制成的复合型高分子磁性材料,不仅比重轻，容易加工成复杂形状、尺寸精度高的制品,还能与其它的元件一体成型。因而这样的材料越来越受到人们的关注。高分子磁性材料主要可分为结构型和复合型两大类。目前具有实用价值的主要是复合型。

1.3光功能高分子材料

所谓光功能高分子材料指的是能够对光进行吸收、透射、转换、储存的一类高分子材料。这类材料主要包括光记录材料、光导材料、光加工材料、光转换系统材料、光学用塑料、光导电用材料、光合作用材料、光显示用材料等。光功能高分子材料可以制成品种繁多的线性光学材料,像普通的安全玻璃、各种棱镜、透镜等。利用高分子材料曲线传播的特性,又以开发出非线性的光学元件,如塑料光导纤维等。先进的信息储存元件光盘的基本材料就是高性能的聚碳酸脂和有机玻璃。

2、开发新型高分子材料的重要意义

从高分子材料的出现到现代，世界工业科学不再只是对基础高分子材料的开发研究。从90代开始，科学家们就将注意力转到了高智能的高分子材料的开发上。现代工业对于新型高分子材料的需求日益增加。新型高分子材料的开发主要集中在制造工艺的改进上，以提高产品的性能，节约资源，减少环境的污染。就目前而言，以茂金属催化剂为代表的新一代聚烯烃催化剂的开发仍是高分子材料技术开发的热点之一。开发应用领域在不断扩大。在开发新聚合方法方面,着重于基团转移聚合、阴离子活性聚合和微乳液聚合的工业化。与此同时，我们要重视在降低和防止高分子材料在生产和使用过程中造成的环境污染。我们应该大力进行有利于保护环境的可降解高分子材料的研究开发。新型高分子材料的开发，不但能够满足现代工业发展对于材料工业的高要求，更重要的是能够促进能源与资源的节约，减少环境的污染，提高生产的能力，体现现代科技的高速发展。

有机高分子材料的应用范文篇3

关键词：导热高分子材料；研究；应用

一、导热高分子材料的技术研究

1.导热高分子材料的导热机理。在高分子基体和导热填料的相互作用下，导热高分子材料才能体现出优良的导热性能。导热填料在导热高分子材料中起着重要的作用，要达到高分子材料的导热性能需要在高分子基体中加入一定量的量，使填料之间能够进行充分的接触并产生相互作用，同时会产生一种类似网状或链状的导热网链，从而实现高分子材料优良的导热性能。

2.导热高分子材料的导热理论模型。曾经有众多研究者关于填充型导热高分子材料的导热率提出采用各种不同的模型进行研究并做出预测。但是，理论模型研究的填充量都比较小，通常填充体积在10%～30%，而对高填充量以及超高填充量的情况就甚少提到。之后，由Agar提出了一种理论模型，是一种比较适用于高分子材料的高填充量和超高填充量的理论模型。该理论模型指出：在聚合物中若所有的填充粒子汇聚成的传导块和聚合物传导块的热流方向保持平行的状态，就会体现出较强的导热性能；若是两者的热流方向处于垂直状态时，则会体现出相反的结果。因此得出下面的理论等式：

lgλ1=VfC2lgλ3+（1-Vf）lg（C1λ2）

备注：λ1――高分子复合材料的热导率，W/（m・K）；

Vf――高分子材料中填料的体积分数，%；

C2――填料形成导热链的自由因子；

λ2――聚合物的热导率，W/（m・K）；

λ3――复合材料中填料的导热率，W/（m・K）；

C1――影响聚合物结晶度和尺寸的因子。

在导热高分子材料的深入研究中，高分子材料中所添加的填料有单一的种类向多种类发展，原有的理论模型已经不适用于这种预测。因此，Agar等人又研制出了一种适用于多项体系聚合物的理论模型，并做出相应的计算公式：

lgλ1=Vf（X2C2lgλ3+X3C3lgλ4+…）+（1-Vf）lg（C1λ2）

备注：λ2――聚合物的热导率，W/（m・K）；

λ3、λ4――填料粒子的导热率，W/（m・K）

Vf――高分子材料中填料的体积分数，%；

λ1――高分子复合材料的热导率，W/（m・K）；

X2、X3――在聚合物中填料中各种粒子占混合粒子的统计分数。

Privalko等人则表示先前的模型中都是在两相界面无限薄的情景中进行假设的，而忽略了两相界面去对导热性能的影响。在实际运用中，填料量的不断增加，两相界面会出现一种互穿网络状态，而导致预测结果的偏差。由于此项原因，他提出了一种计算机模型，该模型运用了逾渗模型和等价元素模型，实现了很好的预测。

二、导热高分子材料的运用

1.硅橡胶复合导热材料。导热对硅橡胶材料的导热性能是由硅橡胶基体、导热填料以及其加工工艺三个因素共同决定的，其中填料因素的导热性能和其在硅橡胶基体中的分散情况对整个硅橡胶材料的导热性能有着很大的影响。硅橡胶具有较好的绝缘和减震性能，其导热性能很差，只能达到0.2W/(m・K)左右的导热率。因此，此材料的导热性能中填料起到了决定性作用。但是在填料的使用过程中要注意填料的用量和填料粒子的分布情况。因此，在此方面的应用和研究主要是对填料的表面处理和改性还有填料粒径的分布。现使用新型的导热填料结合新型的填料复合技术来提高导热高分子材料的导热性能。如朱毅把铜粉经过抗氧化和抗团簇的预处理后，作为填料加入到硅胶材料基体中，经过加工工艺得到导热率为1.6～1.7W／（m・K）的导热高分子材料，能很好地满足计算机和电源供应的需求。

2.聚乙烯（PE）复合导热材料。聚乙烯具有较强的综合性能且成本较低，是一种应用最为广泛的塑料产品。近年来，由于线性低密度的聚乙烯的导热性能较好以及其较强的物理性能而受到广泛的应用。聚乙烯复合导热材料通常用在注塑、挤塑、吹塑、涂覆、热成型、热焊接等热塑性成型工艺中。

在现代的生产应用中，导热高分子复合材料主要是用在太阳能热水器、导热管等器件中。同时在电子电器行业和化工生产行业中也起到了重要的作用。随着导热高分子材料研究的不断深入以及具有的优良特性，在未来的发展中将在更广泛的领域得到应用和发展。

有机高分子材料的应用范文1篇4

关键词：纳米材料特性应用

纳米科技是21世纪快速发展的主流科技之一，交叉性、综合性很强，在国民经济和科学技术等方面有着广阔的应用前景。纳米材料是纳米科技发展的基础，被称为“二十一世纪新材料”，在很多领域都有广泛的应用价值，成为人们目前研究的重点领域之一。纳米材料基本组成单元的尺寸在1～100纳米范围内，而且基本单元至少有一维处于纳米尺度范围，同时具有常规材料不具备的优异性能[1]。纳米材料特殊的力学、光学、电学、磁学、热学等特性，已经在当前高速发展的各个科技领域中得到了广泛应用，产生了巨大的经济效益和社会影响。本文阐述了纳米材料的基本特性，介绍了纳米材料在各个领域中的应用，并展望了其未来发展趋势。

一、纳米材料的特性

1.表面效应

表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的减小而急剧增大的现象[2][3]。由于表面原子数增多，表面能高，原子配位数不全，存在严重的缺位状态，很不稳定，活性极高，极易与其他原子结合，从而产生一些新颖的效应。如利用这一特性，金属超微颗粒可以作为新一代具有高催化活性和产物选择性的催化剂。

2.量子尺寸效应

当粒子的尺寸小到某一数值时，费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象就是量子尺寸效应[4][5]。相邻电子能级EF为费米能级。对于大粒子或宏观物体包含无限个原子，即宏观物体的能级间距几乎为零，即能级是连续的；而对于纳米粒子而言，其包含的原子数十分有限，N值很小，于是δ就有一定的数值，即能级是分裂的，呈现为离散能级。因此，当能级间距大于热能、磁能、光子的能量等时，就要考虑量子尺寸效应，导致纳米粒子与宏观物体的特性显著不同。如在超细颗粒态下的金属导体可以成为绝缘体，谱线发生蓝移。

3.小尺寸效应

当纳米粒子的尺寸与光波波长、传导电子的德布罗意波长及超导态的相干长度或磁场穿透深度相当或更小时，晶体周期性边界条件将被破坏，非晶态纳米粒子表面层附近的原子密度减小，导致声、光、电、磁、热、力学等特性出现特殊变化，这就是纳米粒子的小尺寸效应[6]。如在纳米尺寸下，材料熔点降低、微波吸收增强等。

4.宏观量子隧道效应

纳米粒子的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等可以穿越宏观系统的势垒而产生变化，也就是说微观粒子具有贯穿势垒的能力称为纳米粒子的宏观量子隧道效应[7]。量子尺寸效应、宏观量子隧道效应将会是未来微电子、光电子器件发展的基础。

二、纳米材料的应用领域

纳米材料的基本特性使其在力、光、电、磁、热等方面呈现出常规材料不具备的一系列新颖的物理和化学特性。因此纳米材料在催化、陶瓷、化工、环境、生物和医学、军事等各个领域具有非常重大的应用价值。

1.在催化领域中的应用

纳米粒子表面原子密度大，表面活性中心多，作为催化剂对催化反应如氧化、还原、裂解等反应都有很高的活性和选择性，能加快反应速率，使难以进行的反应顺利进行。例如，使用纳米Ni粉催化火箭燃料，可以提高燃烧效率达100倍以上。

2.在环保领域中的应用

随着工业的发展和人口的快速增长，环境污染也越来越严重，而纳米光催化技术在环境保护中的应用研究日益受到重视，如醇与烃的氧化，无机离子氧化还原，固氮反应，水净化处理，等等。纳米光催化剂光催化作用机理一般是在一定波长的光波照射下，产生光生电子―空穴对，这些电子和空穴能使空气中的氧或水中的溶解氧活化，产生活性氧及自由基等高活性基团，反应关系式如下：

3.在生物医学领域中的应用

纳米材料在生物医学中检测诊断、靶向药物输送、生物分子检测、磁共振成像增强及健康预防等许多方面都有广阔的应用前景。如利用具有独特孔状结构特性的碳纳米管能够实现药物可控释放；以光感应器做开关的纳米机器人，可以疏通脑血管中的血栓，杀死癌细胞等。在医学领域中，纳米材料最成功的应用是作为药物载体（如纳米胶囊）、生物芯片、纳米生物探针和制作人体材料，如人工肾脏、人工关节等。

4.在军事领域中的应用

纳米技术和其他所有技术一样，将在未来战争中发挥着不可估量的作用。例如：纳米机器人、纳米飞机、蚊子导弹等许多无人化设备将在侦察预警、指挥控制和精确打击等方面发挥着越来越重要的作用；纳米卫星组成的卫星监视网，可以实时观察到地球上的每一个角落，使战争变得更加透明；纳米隐身技术可以最大限度地隐藏自己，同时千方百计地寻找和发现敌人，起到武器装备隐身的目的，如用做隐形飞机涂料的纳米ZnO对雷达电磁波具有很强的吸收能力。

5.在精细化工领域中的应用

纳米材料在精细化工，如橡胶、塑料、涂料等领域也扮演着重要角色。例如，掺杂纳米SiO2可以提高橡胶的抗紫外辐射能力。而为了提高塑料的强度、韧性、致密性、防水性等，生产时通常在塑料中添加一定的纳米材料。

6.在陶瓷工业领域中的应用

陶瓷材料在日常生活及工业生产中起着举足轻重的作用。传统陶瓷材料质地较脆，韧性、强度较差，而纳米陶瓷可以克服传统陶瓷材料的缺陷，使陶瓷具有像金属一样的柔韧性和可加工性，并在超高温、强腐蚀等苛刻的条件下起到其他材料不可替代的作用，应用较为广泛。

7.在其他领域中的应用

除了在上述领域中的应用外，纳米材料在诸如电子计算机和电子工业、航空航天、机械工业、纺织工业、化妆品工业等其他领域也有着广泛应用。

三、展望

“谁输掉了纳米，谁就输掉了未来”，这已经成为世界各国的共识。正如钱学森院士所预言的那样：“纳米科技将是21世纪的又一次产业革命”，由此可见纳米科技的重要性。纳米材料是整个纳米科技的基础，在各个领域得到了广泛应用。但从纳米材料的基础研究和实际应用来看，目前其研究还面临很多问题和严峻挑战。如合成方法复杂、单分散的纳米粒子或纳米线的可控制备、生长机制还不完全清楚、缺乏系统的性能研究，等等。但我们有理由相信，随着科学技术的不断进步，制备和改性技术的不断完善，纳米材料在未来将会在更多领域中得到更加广泛的应用。

参考文献：

[1]张立德，李爱莉，端夫编著.奇妙的纳米世界（第1版）[M].北京：化学工业出版社，2004.

[2]王大志.纳米材料结构特征[J].功能材料，1993，24（4）：303-306.

[3]张立德，牟季美编著.纳米材料学[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，1994.

[4]KuboR.Electronicpropertiesofmetallicfineparticles[J].Phys.Soc.ofJap.，1962，17（6）：975-986.

[5]LiJB，Wangparisonbetweenquantumconfinementeffectsofquantumwiresanddots[J].Chem.Matter.，2004，16（21）：4012-4015.

[6]张立德，牟季美编著.纳米材料和纳米结构（第1版）[M].北京：科学出版社，2001.

有机高分子材料的应用范文1篇5

【分类号】X50

1纳米技术

纳米（nm）技术是指在0.1-100nm范围内，研究电子、原子和分子内在规律和特征，并用于制造各种物质的一门崭新的综合性科学技术。纳米尺度的物质颗粒接近原子大小，此时量子效应开始影响到物质的性能和结构。由纳米级结构单元构成的纳米材料，在机械性能、磁、光、电、热等方面与普通材料有很大不同，具有辐射、吸收、催化、吸附等新特性。人类通过在原子、分子和超分子水平上控制了纳米结构来发现纳米材料的奇异特征，以及学会有效地利用这些特定功能产品，最终能够仿照自然生态中非常复杂的过程，这也是纳米科技的最终目的。

纳米技术包含下列四个主要方面：

（1）纳米材料：当物质到纳米尺度以后，大约是在1-100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。过去，人们只注意原子、分子或者宇宙空间，常常忽略这个中间领域，而这个领域实际上大量存在于自然界，只是以前没有认识到这个尺度范围的性能。第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家，他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子，并通过研究它的性能发现：一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后，它就失去原来的性质，表现出既不导电、也不导热。人们就正式把这类材料命名为纳米材料。

（2）纳米动力学：主要是微机械和微电机，或总称为微型电动机械系统，用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统，特种电子设备、医疗和诊断仪器等，用的是一种类似于集成电器设计和制造的新工艺。特点是部件很小，刻蚀的深度往往要求数十至数百微米，而宽度误差很小。这种工艺还可用于制作三相电动机，用于超快速离心机或陀螺仪等。虽然它们目前尚未真正进入纳米尺度，但有很大的潜在科学价值和经济价值。

（3）纳米生物学和纳米药物学：如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定dna的粒子，在二氧化硅表面的叉指形电极做生物分子间互作用的试验，磷脂和脂肪酸双层平面生物膜，dna的精细结构等。新的药物，即使是微米粒子的细粉，也大约有半数不溶于水；但如粒子为纳米尺度（即超微粒子），则可溶于水。

（4）纳米电子学：包括基于量子效应的纳米电子器件、纳米结构的光/电性质、纳米电子材料的表征，以及原子操纵和原子组装等。当前电子技术的趋势要求器件和系统更小、更快、更冷。更小是指响应速度要快。更冷是指单个器件的功耗要小。但是更小并非没有限度。

纳米技术是建设者的最后疆界，它的影响将是巨大的。

2纳米技术在环境邻域的应用

纳米材料的比表面积大，表面活性中心多，是催化剂的必要条件。国际上已将纳米材料作为新一代催化剂进行研究和开发。近年来的发展方向是纳米复合化，例如，氟石结构的纳米Ce2-x和Cu组成纳米复合材料，可用于汽车尾气中SO2、CO的消除。已有生产厂家开发出可以用来代替汽车中的金属构件的纳米粒子增强型复合材料，这种纳米复合材料的广泛使用可能使汽油的燃烧量每年减少15亿升，二氧化碳的排放量每年至少减少50亿千克。我国山东小鸭电器集团采用纳米复合抗菌除味塑料制作洗衣机的外筒，具有耐高温、耐摩擦、耐冲击、韧性好和硬度高等特点，还有很好的光洁度和很强的除垢能力，不但可以防止污垢在筒壁沉积，随时保持洗衣机内部清洁，还可以防止细菌滋生，解除了衣物交叉感染的可能，开辟了健康洗衣机的新纪元。

用黏土和聚合物的纳米粒子替代轮胎中的炭黑是一项生产环保型、耐磨损轮胎的新技术，利用纳米材料对紫外线的吸收特性而制作的日光灯管不仅可以减少紫外线对人体的损害，而且可以提高灯管的使用寿命。把具有导电性能的纳米颗粒，如炭黑、金属粒子等加入到高聚物中，可以改善高聚物的导电性，节约能源。

3纳米技术在环境领域的潜在突破

3.1有效利用资源

纳米技术是从原子和分子开始制造材料和产品。这种从小到大的制造方式需要的材料较少，造成污染程度较低。纳米复合陶瓷，因其优异的耐高温、高强度等性能，有望应用于高温发动机中，其燃烧热效率可增加一倍，且燃烧完全，污染降低。由于纳米技术导致产品微型化，使所需资源减少，不仅可达到"低消耗、高效益"，而且成本低廉。可以预测，未来资源浪费，造价昂贵的大型机械设备将逐步淘汰，以实现资源消耗率的"零增长"。

3.2用于对水和空气的处理

消除水和空气中最细微的污染物（分别为300nm和50nm），使空气和饮用水更加清洁。新型的纳米级净水剂具有很强的吸附能力，是普通净水剂的10-20倍，可将污水中的悬浮物和铁锈、异味等污物除去。通过纳米孔径的过滤装置，还能把水中的细菌、病毒去除。净化和淡化海水的选择性滤膜，不仅成本低，而且所需量不足目前的十分之一。

3.3监测大气污染

大气中含有的C、N、S等元素的氧化物可导致酸雨和温室效应，因此它们在大气中的含量必须被实时监测。现有监测技术成本高，不便于移动作业，所需温度高，而利用纳米材料的高比表面积能对吸附气体有快速反应，吸附后能改变其物理性质，且反应可逆，具有能再生的特性。研制出可用于监测大气中的有害气体，可在室温下工作、造价低廉、体积小的监测器。

3.4提供有效储氢方式

物理和化学方法储氢，需要昂贵的设备。采用纳米材料可避免大晶粒储氢材料在反复吸收、释放氢气的循环过程中产生的氢脆现象，又可增加吸氢容量和吸氢速率，提供一种有效而清洁的储氢方式，这种材料如果用来制造燃料电池汽车中的氢容器，可有效避免空气污染。

4结束语

纳米技术应用前景十分广阔，经济效益十分巨大，美国权威机构预测，2010年纳米技术市场估计达到14400亿美元，纳米技术未来的应用将远远超过计算机工业。专家指出，纺织、建材、化工、石油、汽车、军事装备、通讯设备等领域，将免不了一场因纳米而引发的"材料革命"现在我国以纳米材料和纳米技术注册的公司有近100个，建立了10多条纳米材料和纳米技术的生产线。加入纳米技术的新型油漆，不仅耐洗刷性提高了十几倍，而且无毒无害无异味。纳米技术正在改善着、提高着人们的生活质量

尽管纳米技术仍有许多问题有待于进一步探索和解决，但它在高科技领域和传统产业中带来的冲击是不可否认的。它将成为新世纪信息时代的核心。随着人们对纳米材料研究的深入，纳米材料必将出现更为广阔的应用前景，纳米材料的大规模工业生产和商业应用也将成为现实。可以相信，纳米技术作为一门新兴科学，必将对环境保护产生出深远的影响，利用纳米技术解决污染问题将成为未来环境保护发展的必然趋势。

参考文献：

[1]曹学军等，神奇的纳米技术，国外科技动态，2010，9（3）；33-36。

有机高分子材料的应用范文篇6

关键词：高分子材料可降解生物

我国目前的高分子材料生产和使用已跃居世界前列，每年产生几百万吨废旧物。如此多的高聚物迫切需要进行生物可降解，以尽量减少对人类及环境的污染。生物可降解材料，是指在自然界微生物，如细菌、霉菌及藻类作用下，可完全降解为低分子的材料。这类材料储存方便，只要保持干燥，不需避光，应用范围广，可用于地膜、包装袋、医药等领域。生物可降解的机理大致有以下3种方式：生物的细胞增长使物质发生机械性破坏；微生物对聚合物作用产生新的物质；酶的直接作用，即微生物侵蚀高聚物从而导致裂解。按照上述机理，现将目前研究的几种主要的可生物可降解的高分子材料介绍如下。

一、生物可降解高分子材料概念及降解机理

生物可降解高分子材料是指在一定的时间和一定的条件下，能被微生物或其分泌物在酶或化学分解作用下发生降解的高分子材料。

生物可降解的机理大致有以下3种方式：生物的细胞增长使物质发生机械性破坏；微生物对聚合物作用产生新的物质；酶的直接作用，即微生物侵蚀高聚物从而导致裂解。一般认为，高分子材料的生物可降解是经过两个过程进行的。首先，微生物向体外分泌水解酶和材料表面结合，通过水解切断高分子链，生成分子量小于500的小分子量的化合物；然后，降解的生成物被微生物摄入人体内，经过种种的代谢路线，合成为微生物体物或转化为微生物活动的能量，最终都转化为水和二氧化碳。

因此，生物可降解并非单一机理，而是一个复杂的生物物理、生物化学协同作用，相互促进的物理化学过程。到目前为止，有关生物可降解的机理尚未完全阐述清楚。除了生物可降解外，高分子材料在机体内的降解还被描述为生物吸收、生物侵蚀及生物劣化等。生物可降解高分子材料的降解除与材料本身性能有关外，还与材料温度、酶、PH值、微生物等外部环境有关。

二、生物可降解高分子材料的类型

按来源，生物可降解高分子材料可分为天然高分子和人工合成高分子两大类。按用途分类，有医用和非医用生物可降解高分子材料两大类。按合成方法可分为如下几种类型。

2.1微生物生产型

通过微生物合成的高分子物质。这类高分子主要有微生物聚酯和微生物多糖，具有生物可降解性，可用于制造不污染环境的生物可降解塑料。如英国ICI公司生产的“Biopol”产品。

2.2合成高分子型

脂肪族聚酯具有较好的生物可降解性。但其熔点低，强度及耐热性差，无法应用。芳香族聚酯(PET)和聚酰胺的熔点较高，强度好，是应用价值很高的工程塑料，但没有生物可降解性。将脂肪族和芳香族聚酯(或聚酰胺)制成一定结构的共聚物，这种共聚物具有良好的性能，又有一定的生物可降解性。

2.3天然高分子型

自然界中存在的纤维素、甲壳素和木质素等均属可降解天然高分子，这些高分子可被微生物完全降解，但因纤维素等存在物理性能上的不足，由其单独制成的薄膜的耐水性、强度均达不到要求，因此，它大多与其它高分子，如由甲壳质制得的脱乙酰基多糖等共混制得。

2.4掺合型

在没有生物可降解的高分子材料中，掺混一定量的生物可降解的高分子化合物，使所得产品具有相当程度的生物可降解性，这就制成了掺合型生物可降解高分子材料，但这种材料不能完全生物可降解。

三、生物可降解高分子材料的开发

3.1生物可降解高分子材料开发的传统方法

传统开发生物可降解高分子材料的方法包括天然高分子的改造法、化学合成法和微生物发酵法等。

3.1.1天然高分子的改造法

通过化学修饰和共混等方法，对自然界中存在大量的多糖类高分子，如淀粉、纤维素、甲壳素等能被生物可降解的天然高分子进行改性，可以合成生物可降解高分子材料。此法虽然原料充足，但一般不易成型加工，而且产量小，限制了它们的应用。

3.1.2化学合成法

模拟天然高分子的化学结构，从简单的小分子出发制备分子链上含有酯基、酰胺基、肽基的聚合物，这些高分子化合物结构单元中含有易被生物可降解的化学结构或是在高分子链中嵌入易生物可降解的链段。化学合成法反应条件苛刻，副产品多，工艺复杂，成本较高。

3.1.3微生物发酵法

许多生物能以某些有机物为碳源，通过代谢分泌出聚酯或聚糖类高分子。但利用微生物发酵法合成产物的分离有一定困难，且仍有一些副产品。

3.2生物可降解高分子材料开发的新方法——酶促合成

用酶促法合成生物可降解高分子材料，得益于非水酶学的发展，酶在有机介质中表现出了与其在水溶液中不同的性质，并拥有了催化一些特殊反应的能力，从而显示出了许多水相中所没有的特点。

3.3酶促合成法与化学合成法结合使用

酶促合成法具有高的位置及立体选择性，而化学聚合则能有效的提高聚合物的分子量，因此，为了提高聚合效率，许多研究者已开始用酶促法与化学法联合使用来合成生物可降解高分子材料

四、生物可降解高分子材料的应用

目前生物可降解高分子材料主要有两方面的用途：（1）利用其生物可降解性，解决环境污染问题，以保证人类生存环境的可持续发展。通常，对高聚物材料的处理主要有填埋、焚烧和再回收利用等3种方法，但这几种方法都有其弊端。（2）利用其可降解性，用作生物医用材料。目前，我国一年约生产3000多亿片片剂与控释胶囊剂，其中70%以上是上了包衣的表皮，其中包衣片中有80%以上是传统的糖衣片，而国际上发达国家80%以上使用水溶性高分子材料作薄膜衣片，因此，我国的片剂制造水平与国际先进水平有很大的差距。国外片剂和薄膜衣片多采用羟丙基甲纤维素，羟丙纤维素、丙烯酸树脂、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸纤维素、邻苯二甲酸醋酸纤维素、羟甲基纤维素钠、微晶纤维素、羟甲基淀粉钠等。

参考文献：

有机高分子材料的应用范文篇7

关键词：形状记忆高分子；记忆机理；材料特性；医疗；纺织

文章编号：1005－6629(2009)02－0053－04中图分类号：O63文献标识码：E

材料、能源、信息分别是现代文明的三大支柱，而材料是人类社会文明发展历史上里程碑式的阶段性标志。所谓的形状记忆材料听上去似乎有点玄乎，给人一种具有生物智能特性的错觉。那么，它究竟是不是真的如此神奇呢？它的神奇之处在哪？

自1981年，有人发现高分子材料聚乙烯具有独特形状记忆功能，至1984年，形状记忆高分子材料(Shapememorypolymers，简称SMP)的概念在日本提出。可以说，SMP是当代材料化学发展的产物。时至今日，其功能已经得到了人们的广泛关注。

1形状记忆高分子的“记忆”机理

形状记忆是指具有初始形状的制品，经形变固定之后，通过加热等外部条件刺激手段的处理，又可使其恢复初始形状的现象。研究最早也最为广泛的是热致形状记忆高分子(简称TSMP)。以此为例来阐述。

1.1橡胶弹性理论对SMP形状记忆特性的解释[1]

图1线形高分子材料的温度与形变的关系图

如图，Tg为玻璃化温度(材料达到玻璃态与橡胶态时的临界温度)，Tt是粘流温度。橡胶在室温下处于高弹态，而塑料是玻璃态。这是由两者分子结构和相对分子质量等因素的不同造成的。如果材料的玻璃化温度高于室温，则材料在室温下处于玻璃态。如果材料的玻璃化温度低于室温，在室温下它就处于高弹态。

橡胶在室温下就处于高弹态，一根橡胶管在适当的外力作用下可伸长数倍而当外力解除之后便可回复到原长。但是，如果把一个橡胶管放在液氮里，它便会失去弹性，拿出来以后进行敲打，它也会像玻璃一样极易被打碎。把它放到室温下，使其温度慢慢升到室温，它仍会恢复为具有弹性的橡胶管。这便是所发现的橡胶的形状记忆功能：橡胶的交联网络起到记忆其原来形状的作用，而其玻璃态具有固定其形变的作用。

一般塑料的加工要先升温到粘流态，吹塑后冷却为一定形状的制品，也是一样的道理。

1.2SMP的形状记忆机理

从分子结构及其相互作用的机理方面加以解释，形状记忆高分子可看作是两相结构,即由记忆起始形状的固定相和随温度变化能可逆的固化和软化的可逆相组成。

固定相的作用在于成形制品原始形状的记忆与回复,而可逆相的作用则是形变的发生与固定。固定相可为聚合物的交联结构、部分结晶结构、超高分子链的缠绕等结构。可逆相可以是产生结晶与结晶熔融可逆变化的部分结晶相,或发生玻璃态与橡胶态可逆转变的相结构。在高分子形状记忆材料中,由于聚合物分子链间的交联作用,即材料中固定相的作用束缚了大分子的运动,表现出材料形状记忆的特性。并且,由于可逆相在转变温度Tg会发生软化-硬化可逆变化,材料才可能在Tg以上变为软化状态,当施加外力时分子链段取向改变,使材料变形。当材料被冷却至Tg以下,材料硬化、分子链段的微布朗运动被冻结、改变取向的分子链段被固定,使得材料定型。当成形的材料再次被加热时,可逆相结晶熔融,材料发生软化,分子链段取向逐渐消除,材料又恢复到了原始形状。

图2图为形状记忆高分子在60℃下,45秒内回复原状[2]

由高分子材料形状记忆原理可知，可逆相对形变特性影响较大，而固定相对于其形状恢复特性影响较大。从这个理论出发,就可以解释为什么凡是既具有固定相又具有可逆相结构的聚合高分子材料,都可显示出一定的形状记忆特性。

2形状记忆高分子的“记忆”分类

形状记忆材料除了形状记忆高分子之外，还包括形状记忆合金(SMA)和形状记忆陶瓷(SMC)。相比较而言，前两者的应用更为广泛。

表1热致形状记忆高分子的类型

而与SMA相比，形状记忆高分子不仅形变量大、赋形容易、形状响应温度便于调整，而且具有保温、绝缘性能好、不锈蚀、易着色、可印刷、质轻价廉等特点。以前的研究着重于对热致形状记忆高分子的研究，笔者按具体的组成物质将其分类，见表1。

随着研究发展的深入，除了热致形状记忆高分子，人们还发现了其他类型的形状记忆高分子。根据回复机理来定义的形状记忆高分子材料类型。具体见表2。

表2形状记忆高分子的分类[4]

3形状记忆高分子的具体应用解析

尽管只有短短27年的发展史，SMP的应用已涉及社会的很多领域。

3.1SMP在医疗装备中的应用[5]

首先，可以利用形状记忆聚合物的记忆特性，制作外科医疗器械或介入诊疗(介入诊断及治疗)器材。比如,美国利弗莫尔国家实验室将聚合物聚氨酯、聚降冰片烯或聚异戊二烯等注射成为螺旋形,加热后拉直再冷却定型,即制得血栓治疗仪中的关键部件――微驱动器。装配到治疗系统上后，利用光电控制系统加热，使其恢复到螺旋形可拉出血栓。这种方法快捷、彻底，没有毒副作用，是治疗血栓的有效途径之一。

其次,利用低温形状记忆特性的聚合物聚氨酯、聚异戊二烯、聚降冰片烯等可以制备用作矫形外科器械或用作创伤部位的固定材料，比如代替传统的石膏绷带。利用聚氨酯塑料的生物降解性能，通过内窥镜可将由形状记忆聚合物制成的器件,如断骨的外套管、血管的内扩管、血液的过滤网等精确地定位植入人体。此类材料在体温的作用下能回复形状,达到治疗目的。这种治疗方法,不仅可以减小放置器件时所需的外切口,而且由于器件本身在人体中可以逐步地通过降解而消失,不需要为取出器件而进行第二次手术，大大降低了危险性。

美国麻省理工学院报道了用形状记忆材料来固定骨折部位的方法。将二次成型后的聚乳酸制件放入带有裂纹的骨髓腔内。利用消毒后的盐水对其进行加热，使骨髓腔内的形状记忆材料恢复到最初的形状，变得较厚，从而和骨髓腔的内表面紧密接触而不会滑移，固定作用良好。

另外，形状记忆高分子材料还在手术缝合，止血、药物释放体系、人工组织及器官以及抗原响应等许多新兴的高技术领域得到应用。

3.2SMP在纺织工业中的应用

形状记忆聚氨酯在纺织品中的应用形式既可以进行纺丝以赋予纱线记忆功能，也可以作为织物涂层剂，或作为整理剂对织物进行功能性整理。利用它的透气性可受温度控制的特性，在室温下就可以改善织物的穿着舒适度。具有良好的防水透气、抗褶皱、耐磨性能。

3.2.1在防水透气织物中的应用[2]

形状记忆聚氨酯的透气性可受温度控制，在响应温度范围附近其透气性有明显的改变：将响应温度设定在室温,则涂层织物能在低温(低于响应温度)时因低透气性起到保暖作用;在高温(高于响应温度)时,因高透气性起到散热作用。聚氨酯的分子间隔随体温的升高或降低而扩张或收缩,正如人体皮肤根据体温张开或闭合毛孔一样,起到调温保暖的作用。薄膜的孔径远远小于水滴平均直径,因此还可起到防水效果,使织物在各种温度条件下都能保持良好的穿着舒适性。日本三菱重工公司已有相关聚氨酯涂层织物“Azekura”的报道。

3.2.2在防皱整理中的应用[6]

利用聚合物的形状记忆恢复功能,以此类织物纱线或经形状记忆整理的织物制成的服装,具有不同于传统意义上的防皱功能。当此类服装具有足够强的形状记忆功能时,服装在常温下形成的折皱可以通过升温来消除折痕,回复至原来的形状。我们甚至可以设计高分子并将响应温度调在室温或人体温度范围内,从而可即刻消除形成的折皱。

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3.3在数码通讯产品中的应用

图3概念手机

如图，这款手机的材料是具有形状记忆功能的聚乳酸复合物（PLA）。聚乳酸(PLA)可称为是一种生物塑料，无毒、无刺激，具有良好的生物相容性，可生物分解吸收，强度高，不污染环境，可塑性好，易于加工成型。应用聚乳酸材料制成的手机等设备不怕摔、挤、压，但是毕竟属于塑料制品，抗腐蚀性会受到一定局限，进一步研究后有待推出市场。

3.4其他应用

3.4.1“光驱动分子阀”

作为光能转变为力能的转换器，光致感应形状记忆高分子凝胶不能产生很大的感应力。但是如果在多孔质的聚乙烯醇薄膜上接枝光致变色分子的凝胶，经此处理过的聚乙烯醇薄膜固定后，根据水的透过速度测定光照效果后我们可以发现：光照前，由于凝胶的小孔堵塞，水的透过速度很小；光照时，由于凝胶膨胀，水的透过速度增大6O倍；光照停止后，水的透过速度又减小。这就表明利用SMP材料的光照效应可制造可控启闭阀。

3.4.2“光缓释剂”

高分子凝胶放入含有药物的水溶液内，药物则浸入凝胶中，然后取出凝胶。依据药物从凝胶向水溶液的释放速度受光照的影响情况来研究光照效果。结果表明，光的存在与否对药物的释放有显著的影响。利用此效应，药物以合适的速率和剂量放到人体病灶位置，可达到更好的医疗效果。

4应用展望

随着SMP技术的愈加成熟，人们开始研制通过加温处理使汽车外壳、机壳和建筑物某些部件自动除去凹痕的制品；同时还萌生了用形状记忆聚合物制造机器人四肢的想法,设想用跳跃来代替机器人现在那种步履蹒跚的行走方式。环保方面,将热致感应形状记忆高分子材料应用于环保,利用其形状记忆特性回收电子产品的新思路也很有意义。设计用SMP材料替代电子产品的紧固件如螺钉、螺纹套管、夹子回收时通过加热的方法自行脱落。解决电子废弃物因体积较小、构造复杂而产生的处理困难的问题，同时实现回收利用,节约成本,减少电子废弃物的环境污染。

参考文献:

[1]杨青，郑百林等.形状记忆高分子材料记忆行为机理的理论分析[J].材料工程，2006年增刊1：492-494.

[2]胡金莲,杨卓鸿.形状记忆高分子材料的研究及应用[J].印染，2004，No.3，44-47.

[3]朱光明.形状记忆聚合物及其在生物医学工程中的应用[J].生物医学工程学杂志，2005，22(5):1082-1084.

[4]徐祖耀等.形状记忆高分子材料[M].上海.上海交通大学出版社，2002年：314-340.

[5]李志宏等.形状记忆高分子材料及其在医疗装备中的应用[J].医疗卫生装备,2007年9月第28卷第9期，26-28.

[6]韩永良等.热致感应型形状记忆高分子材料与纤维[J].合成纤维工业，2005，28.(1).

有机高分子材料的应用范文篇8

关键词：介孔材料；硅基材料；合成机理；结构特点；应用前景

当今世界的新技术革命进行的如火如荼，尤其在新型材料这一方面更是风起云涌，在不断被科学家开发和发现的新型材料中，多孔材料一直被世界各国科学家们广泛关注，由于多孔材料具有多孔结构，而且拥有巨大的表面积，被广泛应用在各个领域。

1介孔的定义和结构特点

最初人们根据材料的吸附功能定义了多孔材料，后来，科学家利用孔的不同来区别多孔材料，根据多孔材料中孔径尺度来分辨，将多孔材料定义三种类型：孔径大小在2nm以下的多孔材料被定义微孔材料；介于2nm与50nm之间的被定义为介孔材料；大于50nm的多孔材料被定义为大孔材料。常见的多孔材料孔径分布见表1所示。

表1多孔材料的分类及其实例

与经典的微孔分子筛相比，介孔材料具有特殊的优点，不仅拥有相对较大的孔径，同时比表面积和孔壁厚度也表现出众，而且具有更强的稳定性；介孔材料孔道的大小在一定范围内连续可调，可用作纳米级的反应场所。

介孔材料是以表面活性剂作为模板剂，通过乳化或微乳、溶胶--凝胶等化学方法，利用无机物和有机物两者间的界面作用，从而组装生成的无机介孔材料。

介孔材料的主要特征有以下几点：具有规则的孔道结构，在X射线衍射图谱上的低角度方向有强的Bragg衍射峰存在；孔径的分布窄，孔径的大小可以在1.5～10nm之间进行调节；具有极大的比表面积，可以高达1000m2/g；通过把合成条件优化或者经后续处理，介孔材料具有良好的热稳定性和较好的水热稳定性；介孔材料具有规则外形，并且可以在微米尺度内保持高度良好的孔道有序性；在介孔材料的表面富含大量的不饱和基团。

2介孔材料的分类

按照化学组成来对介孔材料进行分类，可分为硅基和非硅基介孔材料两个大的种类。例如研究最多的硅基介孔材料MCM系列；非硅基介孔材料主要包含过度金属的氧化物、硫化物和磷酸盐等，例如TiO2、ZnS、Al2O3、磷酸铝铬和磷酸铝铬锆。这些材料一般能够存在多种可变的价态，有着广泛的应用前景。

在1992年，美国首次用在反应体系中添加表面活性剂的方法，成功获得了有序硅基介孔分子筛，开创了材料科学新领域。研制的介孔分子筛具有许多优点，例如：排列有序的结构，规则的介孔孔道分布，大小均一切连续可调节，以及牢固的骨架；而且，这种材料与沸石分子筛相比而言，介孔分子筛相对具有较大的孔径，并且还拥有相对较大的比表面积（约l000m2/g），更大的孔容（0.8cm3/g）和孔径的尺寸大小可以通过改变实验条件来大范围的调节等。因此，该材料被世人发现后，便引起了很多从事催化、吸附、分离等很多领域的科研工作者的极度重视。

继硅基材料之后，以过度金属氧化物为支撑的骨架的介孔分子筛在不同的时间发现，为介孔家族添加了不少的色彩。非硅基介孔材料是众多科学家的研究热点，这些介孔材料除了可以起到吸附和分离以及催化剂载体等作用以外，还能够在电、光、磁等领域发挥独特的作用。

按照结构是否有序对介孔材料进行分类，可分为有序和无序介孔材料两个大类。在无序介孔材料方面，孔径的大小范围变化较大，孔道形状相对来说很不规则。上世纪90年代初，开发了一种新型纳米结构材料，即有序介孔材料，这类介孔材料的孔道形状规则，结构排列方面相对有序，而且孔径的大小相对均一，并且可以改变实验条件让介孔材料在一定尺寸大小的范围内连续调动，例如SBA系列介孔二氧化硅材料，以及非硅基的二氧化钛、二氧化锰等半导体类型的有序介孔材料。

有序介孔材料孔道的孔型分3种类型：平行排列的层状孔型，定向排列的柱形孔型，三维规则排列的多面体孔型。而无序介孔材料的孔型，结构和排列都相对错综复杂、没有规律，并且孔道之间互为连通。

3介孔材料的合成机理

介孔材料在模板剂的使用方面和微孔材料相比，最大的区别是微孔材料以单个有机小分子作为模板剂，而介孔材料以超分子作为模板剂，是表面活性剂作用下形成此结构的。

无机硅源和模板剂是介孔材料合成的两种关键性的原料，而介孔材料的合成原理全部都是围绕两者的反应展开的，液晶模板机理是科学工作者最早提出来的一种合成机理。

通过自组装效应而结合生成的介孔材料，合成机理主要是表面活性剂具有的模板效应发挥着重要作用，比如说电荷匹配机理、液晶模板机理、棒状自组装模型，除此之外还有通过使用非离子表面活性剂来合成介孔材料等效应。这些模型大多认为，在溶液中反应时，通过表面活性剂来引发诱导无机前驱体的反应，即自组装行为。然而，在不同的合成方法和合成线路，所运用的原理并不完全相同，这是因为无机前驱体与表面活性剂之间的反应机理不尽相同。

介孔材料的形成机理有两种代表性的观点。第一种是液晶模板机理，这是Kresge等在1992年提出，通过这种方法一步合成了中孔分子筛系列材料M41S，这种中孔分子筛系列具有细小的孔径分布和规则的孔道结构两大特点。该机理认为，表面活性剂在反应环境下先通过反应，自身合成大量的棒状胶束，然后再形成液晶，然后再往反应体系中加入硅源物种，通过静电作用与有机模板剂结合形成规则的无机墙，再经过焙烧、萃取等方法将体系中的模板剂去除，便留下了具有介孔孔道结构的介孔材料。

第二种是电荷匹配机理。就是有机离子与无机离子在界面处的电荷相互匹配，虽然使用的表面活性剂的量小于棒状胶束，但仍可形成介孔结构。因为在合成过程中，占据主导作用的是离子之间的经典作用力。当使用的表面活性剂带有电荷时，多电荷的聚硅酸根离子首先活性剂的配位反离子与进行离子交换。这些硅酸根离子能够同时与几个表面活性剂离子进行键合，并将表面活性剂亲水头基之间的静电斥力屏蔽，从而在较低浓度下诱导并促使表面活性剂棒状胶团的成型，并按照一定的方式（六方堆积的方式）进行排列，从而形成介孔结构。

科学家对介孔材料的研究在不断深入中，在现今所能查到的各种文献中，都认同：模板剂和无机源物种的自组装在介孔材料的合成过程中起着重要作用。

4介孔材料的应用前景

4.1催化

催化作用是介孔材料最初的主要研究目标。相对于微孔材料来说，介孔材料较大的分子孔径扩大了反应的范围，而且具有良好的环境，利于活性中心的接触；同时，介孔材料的孔径大小连续可调，这就导致了具有极强的可选择性。

4.2择形吸附与分离

介孔材料属于纳米级材料，具有极大的比表面积，同时拥有极其优良的表面凝缩特性，对不同类型的分子，根据不同的特性具有选择性分离和择形吸附的作用，这使得在组装和吸附等方面具有良好的潜能。

4.3纳米反应器

介孔材料，具有大量的孔径，是一个理想的反应场所，由于孔道是纳米级别的，而且具有高度有序的结构，孔道分布均一，孔径大小在一定的范围内连续可调，孔壁的厚度也是纳米级别的，孔径内的孔道空间可以用作纳米级别的反应器。

4.4半导体传感和生物传感

介孔材料具有很多优良性能，通过对介孔材料的组装，掺入生物大分子或者是半导体，从而实现生物传感和对气体的半导体传感作用，如铝磷酸盐薄膜介孔材料，在雷达磁传感定位等方面有巨大的利用价值。

4.5电容、电极、储氢材料

介孔材料具有极其规则的孔道结构，适合粒子在孔道内的迅速扩散，利用这个性质能够制得超电容电极材料。

参考文献

[1]曹杰，何定庚，何晓晓等.pH响应的介孔二氧化硅纳米颗粒的制备及可控释放[J].高等学校化学学报，2012，33（5）：914-918.DOI：10.3969/j.issn.0251-0790.2012.05.009.

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有机高分子材料的应用范文

【关键词】无机非金属材料；分类；前景

当前我国的建筑行业面临着严峻的能源挑战，因此必须寻找可以进行利用的节能材料。经过探寻，发现无机非金属材料在这方面很有优势，是实现节能的理想材料。无机非金属材料的涵盖了除了金属材料和高分子材料之外的几乎所有材料领域，通常无机非金属材料具有抗高温、硬度强以及耐腐蚀等优点，但也会出现强度差、韧性不良等缺点。

1无机非金属材料在经济发展中的作用

1.1为信息技术革命奠基

人类的发展经历了诸多时代，现在正处于一个信息化高度发展的科技时代，每个时期的发展都与材料有着密切的联系。从这个角度讲，材料贯穿了人类的发展进程，是社会发展的标志性因素。在高科技背景下，无机非金属材料成为了社会发展的基础。

1.2支撑现代文明

无机非金属材料具有体轻、硬度和强度较高、抗高温、抵制腐蚀等优良特性，因而具有金属和高分子材料所无法比拟的优势，在航天、微电子以及海洋事业中大放异彩，在高科技的竞争领域中占据重要地位、起到重要的作用。

1.3可以促进经济发展

事实证明，每次无机非金属材料的重大进展都会引发一次重大变革，比如玻璃钢、芳纶纤维等材料的产生，使得火箭的外部材料发生了革新，这种效应也扩散到汽车和飞机等领域。光学纤维的横空出世，让广播电视、邮电通讯以及医学等领域出现了飞跃性的进步，这种推动效应还扩散到了印刷和自动检测等领域当中。

2无机非金属材料的分类

2.1依据分子结构划分

无机非金属材料总体上依据分子结构可以划分晶体和非晶体两大类，晶体可以分为单晶和多晶，两者都可以分为单质和化合物两个类型。单晶的单质具体有单晶硅、金刚石、集成电路材料以及工具材料；单晶的化合物可以分为碲化铋、电子器件以及半导体敏感材料。

多晶的单质可以分为多晶硅、烧结金刚石、光电材料以及工具材料。其在化合物方面可以分为传统陶瓷、新型陶瓷以及自然石料三个方面；传统陶瓷又可以分为日用陶瓷、建筑陶瓷、美术陶瓷以及耐火材料四个方面；新型陶瓷中的结构陶瓷则可以分为耐高温材料、耐腐蚀材料、耐磨损材料、耐冲击材料和硬度材料。其功能陶瓷则可以分为电子功能材料、光学功能材料和生物功能材料；自然石料则可以分为装饰材料、建筑材料以及日用器皿。

非晶体主要指的是玻璃，玻璃可以分为单质玻璃和化合物玻璃。单质玻璃有无定形硅和生物玻璃两种；化合物玻璃则分为日用玻璃和功能玻璃；功能玻璃包括导光透光玻璃、电学功能玻璃、热湿等敏感玻璃以及生物玻璃。

2.2依据化学成分划分

总体可以分为单质和化合物两大类。单质分为单晶硅，如金刚石、集成电路以及工具领域等使用；多晶硅如多晶石墨、光电材料和电极等；单质硒玻璃如敏感材料；无定形碳包括生物膜材料和导电材料等。

化合物则包括氧化物、非氧化物以及多元化合物。氧化物分为二氧化铝和二氧化锆、非氧化物分为氮化硅和氮化铝；多元化合物分为生物玻璃和钛酸钡。

2.3依据功能划分

总体可分为工程材料和功能材料。工程材料可以分为高强高韧材料、耐高温抗热震材料、耐磨耐腐蚀材料各种界面材料以及其他材料；功能材料分为电学材料、光学材料和生物材料三种；电学材料可以分为压电材料、磁性材料、电导材料、热电材料、电子材料以及敏感材料；光学材料可以分为导光材料、透光材料和光信息材料；生物材料则可以分为生物惰性材料、生物体内可控表面活性材料、生物体内可吸收材料。

3无机非金属材料的分类的展望

按照其类型逐一展望。

3.1新型玻璃

新型玻璃应该在传统工艺基础上运用溶胶-凝胶、CVD、超急冷以及失重等工艺，通过各种微观方法实现新型玻璃领域的突破。

3.1.1新型的激光玻璃

未来会生产出输出功率更为强悍、性能品质更加优良的掺饵玻璃以及磷酸盐类型的激光玻璃，还有更新的激光放大纤维等材料。

3.1.2光集成电路玻璃

其制作方法为离子交换法，制成的成品玻璃成分包含Feo、Ce203等，本身能散发出磁光以及热光等效应。

3.1.3超平玻璃

这种玻璃主要的应用范围为光存储器，还可以应用在光磁存储器和大型液晶显等基板上面，对于那些大规模以及特大规模类型的光掩用途模板也起到较大作用。

3.2高性能陶瓷

这种陶瓷材料在性能上体现出极强的优点，比如能够抵抗高温、强度和硬度系数都很高等，因而在航天和电子领域被广泛应用。

3.2.1结构陶瓷

制作材料为碳化硅、氧化铝以及莫来石等，改进措施为增加韧性、改善纤维强度，对材料的内部构成进行调节，使之具有坚硬、耐磨、抗腐蚀等特性，可以对轴承、不锈钢等材料进行更新换代，可直接制作成发动机和电极材料等进行运用，具有使用延长寿命、节能等效果。

3.2.2功能陶瓷

其在功能方面起到的作用为绝缘、坚硬、光敏和热敏等，可以用在压电元件和磁记录存储等领域，使其成为促进信息产品容量扩大、密度增大的有力武器。

3.3人工晶体

这个材料的应用范围很广，而且前进步伐迅速。晶体原有形态和功能以及用途不断被刷新，而且新型的晶体也在不断地取代传统类型晶体，比如金刚石之所以被广泛应用就是因为其在硬度方面体现出超高的性能，其实它还具有高导热的特殊功能，可以利用这个方面将其当做热沉材料进行应用，使其具有半导体功能，让其在信息技术领域得到应用。人造水晶原本是用来发挥压电效能的，但是经过对其功能进行探索，其应用领域也变得开阔，当前还应用在延迟线以及表面波器件之中。另外，可以对辐射产生抵抗功能的水晶还被广泛地应用在航空航天领域，甚至可以在军事领域发挥出很大作用。

4总结

无机非金属材料在高科技领域占有重要地位，是伴随高科技进步而出现的朝阳产业，具有很强的发展潜力和生命力，必定在将来的竞争中脱颖而出，因此已经受到各方面的重视。本文分（下转第129页）（上接第119页）析了无机非金属材料在经济发展中的地位，详细地对其分类进行解读，展望了其应用前景。

【参考文献】

［1］栾志军.材料的分类及优化检索系统的研究与设计[D].青岛大学,2011.

有机高分子材料的应用范文篇10

铁电材料是现代信息存储、微电子、遥感、激光等关乎国民经济及国防的一类不可或缺的智能型重要材料，并且由于其特殊的偶极排列结构和集光、电、磁、热、力等于一体的特性使其具有任何材料都不可代替的特殊应用前景。分子基铁电晶体属于铁电化合物的一支，兼具无机和有机铁电体的特点。虽然以BaTiO3（BTO）为代表的钙钛矿结构（ABO3）的陶瓷铁电材料的发现揭开了铁电历史上里程碑式的时期［1，2］，但是最早发现的铁电体罗息盐、KDP和后来研究比较多的TGS（三甘氨酸硫酸盐）其实都属于分子基铁电体。含铅铁电陶瓷是目前研究最多、性能好、使用最广泛的铁电材料，比如Pb（Zr1－xTix）O3（PZT）。PZT的优良铁电性使之取代Ba－TiO3成为应用最广的铁电功能材料，但是PZT的烧结温度达600—900℃，制备过程中有剧毒物PbO挥发，废弃物回收难，给人类赖以生存的自然环境造成不可恢复的危害。其潜在替代品钽酸锶铋（Sr1－xBi2＋xTa2O9）（SBT）等最大的优点是没有疲劳退化的问题，且不含铅；可它的缺点是工艺温度更高、制备能耗高、剩余极化较小。因此，关于铁电材料的选择是个非常值得探讨的迫切问题。铁电陶瓷和分子基铁电体虽说均属于铁电体物理学研究范畴，可其微观结构和极化机制是不同的，尤其是近期发展起来的构筑模式较为复杂的分子基铁电体体系。一方面，分子基铁电体是由不同的有机和无机构筑块通过超分子堆积的相互作用构筑而成的，具有较高的结构调控性。另一方面，铁电体物理学本身就是与结构和结晶学密切相关的学科，而分子基铁电体的晶体结构恰好是可以通过单晶结构分析准确获得的，这比铁电陶瓷的粉末衍射分析更准确直观。引入朗道的对称性破缺理论，并分析复杂的分子基铁电体结构的铁电—顺电相变关系，进而总结结构变化中偶极变化与铁电性和非线性的关系，由此即可进一步发展结构结晶学在铁电体物理学中的运用。我们以分子基铁电材料为研究对象，充分利用了分子基铁电材料所具备的设计合成可控、环保、轻柔等优良特性以及无铅无重金属环保节能，易于与有机及无机材料整合等突出优点。在研究过程中，我们将分子铁电材料与陶瓷铁电材料进行对比，并借鉴相关研究的新发现、相关理论与重要方法，通过晶体工程进行结构性能调控设计，借助化学、物理和材料学合成与性能分析手段实现对新型分子基铁电材料设计调控与制备的突破，最终合成新型分子铁电材料。分子铁电材料属于软铁电体，分子柔性好，可做成可折叠的柔性存储器件，且矫顽场比无机铁电体小得多，这就有利于制成小型化器件，节省能耗。这类有机－无机杂化的铁电材料从组成上讲就是无机酸或金属离子与有机基团结合的产物，具有许多独特的优点，比如结构可控，兼具铁电、传导性、磁性、非线性、压电性、离子交换等许多物理化学性质。有机分子构筑块的可剪裁性和不对称性，确保了化合物结晶在手性特别是极性的点群中，合成的物质具有靶向可控性。

1小分子铵盐铁电体（二异丙胺卤素盐）

小分子铵盐铁电体主要是二异丙胺卤酸盐高温铁电体的发现（以溴盐和盐酸盐为典型），它们是性能接近或超过经典BTO的不含金属的高性能环保铁电材料。二异丙胺溴盐有两个晶型共三个相（P21，P212121，P21／m），高温相均为P21／m。变温下的倍频效应（SHG）进一步证实了空间群的准确性。铁电相到顺电相转变的居里温度高达426K。我们在研究中通过程序控温悬挂法解决了大尺寸单晶难以制备的困难。溴盐的不同相之间存在非常有趣的转变关系。首先，可以得到正交相，其中正交相可以结晶出大尺寸单晶，然后再通过热致相转变得到空间群为P21的单斜铁电相大单晶。经过定向切割打磨得到的沿极性面的大面积超薄单晶电极，可用于铁电和热释电特性的观察测量与进一步研究。二异丙胺盐酸盐与溴盐类似，居里温度高达440K，是目前已知居里温度最高的分子基铁电材料。此外，用变温X－射线单晶衍射仪对二异丙胺系列铁电晶体相变前后的结构解析，发现在顺电相正电荷中心沿极轴二重无序，总的偶极为零；并且随着外电场的反向而反向，产生固有偶极，表现出铁电和热释电特性。对实验所得到的大块单晶进行晶轴定向，制备成电容，测量其介电铁电性质。实验发现，变温非线性与极性结构相变密切相关。通过不断改进测试技术和方法，我们已经能够测量二异丙胺系列分子铁电材料的光电性能。此外，介电分析表明变温变频介电各向异性非常明显，居里温度附近介电异样非常大。大的介电常数不仅表明其结构具有大的极性变化，同时还可用于制作大容量电容器件。因此，我们从分子铁电的机理出发，设计了正负电荷中心可以沿极轴分离的二异丙胺系列化合物，实验测得盐酸盐和溴盐的饱和极化值均达到近一个数量级的提高。高温铁电体二异丙胺溴盐具有非常高的热释电效应，在铁电相其饱和极化值达到23μC／cm2，已经非常接近钛酸钡的饱和极化值26μC／cm2，也是目前已知的热释电效应最高的分子铁电材料。

2冠醚类的转子—定子型铁电体（4－甲氧基苯胺，DIPA）

分子转子—定子型铁电体实际上是一个分子马达（molecularmotor），它包括一个分子或依靠非价键作用力（如氢键等）而组装的超分子体系。当外界输入一定能量时会发生类似马达的运动，而且这样的运动有较大的变化幅度，能够被检测和识别。我们在研究中设计了一类冠醚超分子体系，其中有机胺（以4－甲氧基苯胺为例）阳离子通过氢原子与冠醚中的氧原子形成的氢键固定，充当分子马达中的定子，而转子是由苯环上的甲氧基作类似流星锤的转动或摆动。当分子处在高温相时（顺电相），分子快速转动，表现为各向同性。这种转动可形象地比喻为陀螺的旋转。若在陀螺的表面标注红黄蓝三种色彩，当陀螺高速旋转时，是无法区别其表面颜色组成的，但当其旋转缓慢，低到一定转速时，颜色即可区分。这样当分子转子降到临界温度（铁电相）以下时，转动变缓至冻结，表现分子各向异性，从而出现极性，铁电性产生。随着新型的低温分子转子—定子型冠醚铁电体应运而生，我们在近期研究中又发现了一类新的有机胺［2，6－二异丙基胺］（DIPA）作为分子转子的铁电体，它与冠醚及高氯酸盐一同构筑了可产生有序－无序低温铁电的主—客体型包合物。从结构上看两种冠醚类的转子—定子型铁电体很相似。DSC、Cp、介电分析和P－E电滞回线测量结果表明，在居里温度Tc时发生的中心对称—非中心对称转变是一种顺电—铁电相变。变温下的倍频效应（SHG）及X射线粉末衍射分析进一步证实了空间群的准确性及分子体系中对称性破缺的发生。这种通过温度依赖的二阶非线性系数（χ2））来确定顺电相的空间群，为研究分子铁电体的对称性破缺提供了一个可靠且灵敏的手段。多数铁电体在发生结构相变时，伴随从中心对称到非中心对称结构的转变。利用χ2）－T曲线，能直观反映非中心对称结构的产生和消失，确定结构相变的特点，以及判断对称性破缺发生与否。

我们在研究中发现，此铁电机理的产生源于高氯酸根平衡离子的线性运动伴随18－冠－6和ClO4－离子的有序—无序相变。室温下，DIPA阳离子的分子间镜面恰好与晶体学镜面重叠，该包合物因18－冠－6分子骨架与DIPA阳离子中的两个异丙基之间的空间位阻作用而形成船式结构。除了排序现象，ITP（中温相）晶体结构与RTP（室温相）晶体结构相似。而LTP的离子间二次轴并不像ITP一样与晶体学二次轴重叠，且沿b轴的晶体学二次轴发生了对称性破缺。由此可见，18－冠－6主体分子和ClO4－平衡离子的有序—无序相变在此低温相变的产生中起到了举足轻重的作用。这与已知的其他主—客体型铁电材料的阳离子摆动／转动诱导相变的机制不同。从长远来看，这为探索和设计新型分子基铁电化合物提供了一个崭新的途径。

3多稳态分子铁电体（咪唑高氯酸盐、咪唑高碘酸盐）

多稳态是指材料的物理性质在一定的外界条件下处于两种或多种稳定状态，且能在热、电、磁、光、压力等外界微扰条件下完成不同状态之间的转换。它们在分子开关、传感器材料、信息存储和记忆材料等领域有广阔的应用前景［1—3］。铁电材料是探索具有多重双稳态性质的材料的理想对象，因为其自发极化值可对外部刺激作出反应并产生丰富的宏观物理性质，如压电、热释电及倍频效应（SHG）等。吡啶及咪唑类铵盐因其独特的铁电机制而变得极为有趣，即通过在平面内重新取向及高于室温的居里温度Tc产生铁电性。咪唑高氯酸分子铁电材料具有大的自发极化、高的相变温度和优良的压电响应特性。以咪唑高氯酸为原料生长具有大面积相同取向的薄膜。其压电响应特性可与无机铁电薄膜媲美。采用简单易行的制备方法，成功地实现了分子铁电薄膜的取向控制生长，为分子铁电薄膜材料在电声、水声和超声换能器件、以及其他传感器和驱动器件方面的应用迈进了坚实的一步，同时也为分子铁电薄膜的基础物性研究工作起到了积极的推动作用。我们的研究在探索多稳态分子铁电体的过程中发现了世界首例五重双稳态分子铁电体材料，这是不合常规的分子基铁电体，即咪唑高碘酸盐（IPI）。该小分子盐不仅具有铁电双稳态，而且随着温度变化在介电、压电、二阶非线性和电—机械耦合等物理特性方面都表现出了明显的双稳态特征。咪唑高碘酸盐（IPI）的多稳态特性与结构相变有关。高温相（HTP）的咪唑阳离子位于反转中心，表现出极为强烈的动力学无序现象［22，23］。这种相变类型让人联想到三甘氨酸硫酸盐TGS［22］典型的顺电—铁电相变，即空间群由P21／m变为P21。根据居里对称原理，P21就是P21／m的一个子群。倒反中心和镜面对称性的缺失原因可能是阳离子的有序－无序变化或阴离子的倾斜摆动，鉴于结构中阳离子的结构变化更为明显，推断该相变应属于有序—无序型相变。阳离子动力学状态的显著变化导致可逆相变中两个显著不同的介电态。通过对其介电常数的测量发现介电常数值表现出明显的温度不相关性和频率相关性，表明发生了介电弛豫现象，这一结果与阳离子的动力学特性相一致［26］。介电响应是可逆的，且加热和冷却过程的曲线围成一个类似窗户的矩形回线，这与其他已知的双稳态材料特性相似。介电分析表明这是一个一级的不合常规的铁电－顺电相变。尽管在很多分子体系中都观察到了双稳态磁化系数，但介电常数的双稳态依然很罕见［27—29］。压电系数对温度的相关性表明IPI同时在压电性质上表现出了双稳态特征，这是与压电激发态和稳定态相对应的。而且该分子体系中的电—机械耦合双稳态特征也是空前的。我们通过此次研究，成功实现了对分子铁电薄膜的取向生长调控，为分子铁电薄膜材料在分子铁电电子器件，以及其他传感器和驱动器方面的应用迈进了坚实的一步，具有重要意义。

4小结

有机高分子材料的应用范文篇11

从19世纪中期开始到现在，经过了这么长时间的不断发展，高分子体系已经从高分子改性逐渐向高分子合成、构筑、光电功能高分子等方向转变。人们的生活也从高分子化学中受益匪浅，小到日常可见的材料、油漆以及涂料等，大到在科研研究方面使用的高分子聚合物、分离膜、酶、树脂等。现在对高分子化学的研究方向已经转向了新功能材料，在目前快速发展的情况下看，高分子化学会和其它学科相互之间相继结合穿插，一定会在纳米材料、智能等一系列研究领域中广泛使用，适应现代化可持续发展的目标，使所有研究项目都向绿色科学方向发展。

一、现如今高分子化学的发展情况

自从20世纪到现在，随着工业技术的快速发展，天然资源已经露出了疲态，科学家们已经开始使用高分子化学进行材料的合成。有数字表明，在之前的40年中，使用材料的速度正在以每10年五倍增长，人类三大合成材料，其中包括塑料、橡胶、纤维，在使用过程中表现出了令人惊讶的增长速度。新型的材料，特别表现在合成材料，在工业、建筑、农业、电子技术方面都被广泛使用，极大的支撑着人类的日常生活，是使国民经济持续发展的必要动力源泉。

二、高分子化学不同领域的使用分析

使用高分子化学的研究都处于高端技术领域，它的发展方向一定会和社会发展的方向和各种行业发展要求相适应。以后的高分子化学一定会其它领域相互融合，高分子材料的使用注定会减少人类对自然资源的依赖程度，逐渐向纳米、绿色和智能等方向转变，在实现可持续发展的目标中占据了非常重要的位置。

2.1使地球更加绿色化

在现在很多工业发达的城市，天空中都会飘着非常浓郁的黑烟，对人们的日常生活有非常严重的污染。绿色，在现在被认为是没有污染、再生性或者可以循环使用。在没有污染方面，我们需要做的就是减少工业废弃物的排放、相对的减少污染源。现在的情况表明，化学行业中具有污染和治理两个方面的性质，可以对绿色使用材料进行研究，也可以继续对环境造成恶化。例如：在研制的过程中使用的催化剂、溶解剂、中间物品等，在生产过程中产生的废气、废渣、废弃液体等都是对环境造成影响的主要元凶，若长期的进行排放，会对环境造成严重的影响，甚至会导致不可逆转的事情发生。

2.2减少的自然资源的使用依赖

目前研究的高分子合成材料对石油具有很强的依赖性，众所周知，石油是经过地球非常漫长孕育才出现的，另外，石油也是现如今人类社会非常重要的能源，石油资源现在正在快速的减少，而且不能快速的进行补充，所以人们现在非常急切的找到可以代替石油使用的资源，这已经成为现在高分子化学研究中非常重要的课题。在对物质中原子和分子的比率进行调节，对物质的微观特性、宏观特性以及表面性质进行加强控制，也许这种物质就会满足一些行业的使用要求，当这种情况出现的时候就可以把这种物质作为材料使用。所以，在对材料进行配置的时候就会减少对不可再生资源的依赖程度，并对使用材料和环境进行相互协调，这是现如今化学研究当中非常重要的领域。现在很多高分子合成材料都非常依赖石油资源。想要解决目前的情况，可以对天然高分子进行利用，这其中也应该包含对无机高分子的不断探索和研究。

现在由石油合成的高分子材料，主要因为原子中以碳为主要元素，其中还含有少量的氮、氧等原子，所以被称为有机高分子。无机高分子是因为主链上的组成原子中不含碳。根据元素的性质进行判断，大约有40～50种元素可以成为长链分子。现在引起科学家高度重视的一种无机高分子，它的主链上都是硅原子，并且含有有机侧链的聚硅烷。

2.3使高分子材料不断纳米化

现在很多高分子化学反应中的原子经过重新排列组合之后的反应空间要比原子的大小大出很多，所以，化学反应的研究要在一个受限空间之中进行。若在有限的空间中，像纳米量级的片层当中，小型分子由于和片层分子相互作用而且还在一个比较受限的空间内进行排列，之后产生单体聚合，聚合之后的产物的拓扑结构不会再受限的空间内进行全部的复制，这种情况和自由空间的结果完全不同。我们也许会在受限制空间内进行聚合反应的分子中提炼出高分子纳米化学的定义。化学的研究对象基本都是纳米量级的分子和原子，但是因为没有精细的方式，没有达到可以在纳米尺度上精确控制分子或者原子的程度，所以现如今很难做到对分子的精准设计，使化学的合成让人感觉非常的粗放。高分子化学在纳米程度上精要精确的按照分子设计，在此基础上确定分子链中的原子配比位置以及相互结合的方式，通过纳米技术对分子、原子和分子链进行非常精确的控制，达到对高分子各级结构的位置确定。这样就可以精确的控制新合成材料的功能和特性。

2.4面向智能材料的高分子化学研究路线

20世纪的人类社会是以合成材料为标志的，在21世纪人类社会的标志将会是智能材料。高分子化学仍然是进入智能材料时期非常重要的组成部分。材料自身具有的功能可以根据外部条件的变化，有意识的进行调节和修复等一系列措施，这就是智能材料的基本定义。现在科学家已经了解高分子有软物质这一特征，简单说就是可以对外场具有反应。

三、结语

随着社会的不断发展，人类把能源、信息以及材料称为支撑科技革命的重要力量，而且材料也是能源以及信息不断发展的基础所在。从出现合成有机高分子材料开始，人类就在不断的进行研究和探索，希望可以找到使用广泛的新型材料，可以广泛的使用在计算机、生物、海洋等一系列领域当中。高分子材料正在向高性能、多功能方向不断前进，正在不断适应快速发展的今天，出现了很多功能非常强健并且广泛使用的高分子材料。

参考文献

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有机高分子材料的应用范文篇12

关键词：高分子复合材料；多泥沙河流；水电机组；过流部件；应用

随着各个学者的不断研究，多年来，相继的出现了很多的防磨蚀的材料，其中比较常见的是环氧金刚砂的技术、尼龙的喷涂技术、金属的热喷涂技术以及高分子材料喷涂技术等等，这些技术和材料在一定的程度上也都取得了一些效果。试验表明：经过高分子材料进行喷涂的过流部件更加具有优良的防磨蚀性能，数据显示，它比不锈钢的防磨蚀性能要提高十倍以上。

1高分子复合材料的制造技术特点

高分子复合材料是指用一种或者集中高分子材料作为基础原料，在必要的机械设备和特定的工艺条件下，使一种或多种的高分子材料在紧密的接触的情况下，增加它们的相容性，再通过一定的物理和化学作用，使其成为兼备其中多种材料特性的复合型高分子材料。

此种材料可以经过不同的填料以及特殊的生产工艺，制成不同的高分子材料，也可以根据不同的用户对于产品的性能、结构特点、生产数量、产品的价格以及使用寿命等特定的因素的要求，更加科学合理地来设计各种高分子复合材料的配方和生产工艺，从而可以保证生产出更加物美价廉和适用的产品，最终的目的是要使其更加的符合用户的实际生产的需要，提高高分子材料的利用率，并降低它的生产成本，使其的使用性能更加可靠。

那么，高分子复合材料在拟订配方的时候，主要是要遵循这样的原则：要根据高性能的通用机械产品和配件的实际应用情况、产品的结构、生产的数量、实际的成本等因素来综合考虑；一般要采用两种或者是两种以上的高分子材料作为它的基础原料，这样做的目的主要是通过发挥各个高分子材料本身的固有特性以及它们之间的相容性，并通过最佳的用量匹配和辅助原料的确定、有效的加工工艺等条件，来确定出最为合理的配方，这样制造出来的复合材料的综合物理机械性能才会更加的优良，制造出来的材料的密封制品才会具有耐磨损、长寿命，并适用于多种介质和温度等情况的特点。

2水电机组过流部件的磨蚀机理

我们都知道，在多泥沙河流中，尤其是在动水的工况之下，高速并且含沙的水流的状态是非常稳定的，那么，水电机组的过流部件在含有泥沙等推移质的高速水流的冲击作用之下，它的腐蚀和磨损通常很容易在某一个固定的位置发生。过流的部件磨蚀的原因和磨损的情况往往是十分复杂的，而且很多情况之下，会出现几种磨蚀同时存在的情况。

其中比较常见的是化学腐蚀，它主要是由于过流部件的金属部件与介质发生的化学作用所产生的腐蚀，一般在这样的作用过程中是没有电流产生的。化学腐蚀往往是由于金属和水中的阴离子之间产生的化学反应。而电化学腐蚀则主要是由于金属的表面与介质所发生的电化学作用而产生的腐蚀，在电化学的作用过程当中会产生一个阴极区和一个阳极区，金属和介质中会有电流的流动产生。

另外，比较常见的还有冲刷磨蚀，它主要是液体的高速流动，使得过流部件与液体中的推移质发生的物理作用而产生的。这种磨蚀往往会在金属的表面上形成槽形、波浪形、峡谷状的凹槽，但一般是没有磨蚀的产物遗留的。

还有一种腐蚀现象是缝隙腐蚀，它一般是发生在处于流体中的金属表面或其他比较屏蔽部位，是一种较为严重的局部腐蚀。发生的主要部位是在金属表面的缝隙之中。

3高分子复合材料在水电机组过流部件上的应用

3.1高分子复合材料在水轮机叶片上的应用

如果用高分子复合材料在水轮机汽蚀磨损比较严重的部位进行涂覆，就会很容易的形成一层耐磨耐汽蚀的涂层，可以起到很好的保护水轮机叶片的作用，经验表明，这种效果还是比较优异的，也是很多的其他材料所不能比拟的。

在早期的时候，往往使用环氧金刚砂材料作为水轮机叶片的耐磨涂层，也起到了一定的效果，但是环氧金刚砂的最大缺点就是抗汽蚀的性能比较差，在水轮机叶片背面的比较严重的汽蚀区，就很难起到应有的效果。

3.2高分子复合材料在水轮机导叶上的应用

高分子复合材料作为水轮机导叶的密封条，在很长的一段时间内基本上已经取代了之前所使用的橡胶密封条，这也是高分子复合材料的更加优异的机械性能及耐磨耐蚀的性能所决定的。经验表明，高分子复合材料在水轮机的导叶上，在水中浸泡五年以上，其性能的下降也不会超过10%，而在五十多年以后才有可能会发生分解。

3.3高分子复合材料在水轮机底环和顶盖上的应用

水轮机的底环抗磨板和顶盖一般是用碳钢或者是不锈钢制造的，这样的材料在多泥沙的河流当中往往会受到比较严重的磨损和汽蚀。那么，为了避免这种情况的发生，在早期的时候，一般采用尼龙抗磨板来代替金属板，这样会使部件具有一定的抗磨强度，但是效果并不是很理想。高分子复合材料与其他的材料相比，抗磨板的效果更好，抗磨和抗汽蚀的性能也要优异得多，而且一般情况下会是金属抗磨板使用寿命的五倍以上。

4结语

在多泥沙的河流当中，水电机组的过流部件的使用寿命主要是看其受到磨蚀的程度怎么样，实践表明：水电机组的过流部件在经过高分子复合材料的防磨蚀处理之后，明显的具有更加优良的抗磨蚀效果，成功的提高了过流部件的使用寿命，所以会逐渐的成为多泥沙河流上所运行的水电机组更加理想的新型的防磨蚀材料。

参考文献