有机高分子材料特点范文篇1

关键词：防水材料；分类；用途；性能

中图分类号：TU57文献标识码：A

引言

防水材料是指涂刷在建筑物表面上，经溶剂或水分的挥发或两种组分的化学反应形成一层薄膜。在防水上，防水材料施工要求严格使建筑物表面与水隔绝，从而起到防水、密封的作用，这些涂刷的粘稠液体称为防水涂料。防水涂料经固化后形成的防水薄膜具有一定的延伸性、弹塑性、抗裂性、抗渗性及耐候性，能起到防水、防渗和保护作用。

1、我国目前防水材料的分类及用途

目前，我国防水材料的品种繁多，按其组成可分为无机防水材料、有机防水材料及金属防水材料等，建筑工程中用量最大的为有机防水材料，其次为无机防水材料，金属防水材料（如镀锌铁皮等）的使用量很小；按其特性又可分为柔性防水材料和刚性防水材料，刚性防水材料主要是指防水混凝土和防水砂浆，柔性防水材料主要是指防水卷材、防水涂料、防水油膏；按其材料组成可分为防水卷材、防水涂料和建筑密封材料三大类，防水卷材又分为普通沥青防水卷材、高聚物改性沥青防水卷材和合成高分子防水卷材，防水涂料主要有乳液型、溶剂型、反应型、水泥类――聚合物型。随着我国科技的进步和人民生活水平的日益提高，防水材料品种不断增多、性能不断增强，既有传统的沥青防水材料（如油毡），也有日新月异的改性沥青防水材料（如SBS改性沥青防水卷材）和合成高分子防水材料（如PVC防水卷材）。纵观国内外防水材料的发展趋势，呈现出由多层防水向单层防水发展，由单一防水材料向复合型多功能防水材料发展，施工手段由热熔法向冷粘贴法或自粘贴法发展。

二、各防水材料性能优劣比较分析

1、防水卷材

防水卷材是建筑防水材料重要品种，它是具有一定宽度和厚度，并可卷曲的片状定型防水材料。目前防水卷材有沥青防水卷材、高聚物改性沥青防水卷材和合成高分子防水卷材等三大系列。如果说沥青防水卷材代表传统卷材的话，那么后两个系列卷材可以说是代表新生代卷材，性能较普通沥青防水材料更优异，是防水卷材的发展方向。防水卷材必须具备耐水性、温度稳定性、机械强度、延伸性和抗断裂性、柔韧性和大气稳定性这几个满足建筑防水要求的基本性能。

2、防水涂料

2.1高弹防水

高弹防水涂料是以高档丙烯酸乳液为基料，添加多种助剂、填充剂经科学加工而成的高性能防水涂料。它是普通防水涂料的升级产品，由于添加了多种高分子助剂，使得该产品的防水性能比普通防水产品更优，同时又具有高强度拉伸延展性，能覆盖裂缝。其具有的优良性能特点有以下几点：其一，高度弹性，能抵御建筑物的轻微震动，并能覆盖热胀冷缩、开裂、下沉等原因产生的小于8mm的裂缝；其二，可在潮湿基面上直接施工，适用于墙角和管道周边渗水部位；其三，粘结力强，涂料中的活性成份可渗入水泥基面中的毛细孔、微裂纹并产生化学反应，与底材融为一体而形成一层结晶致密的防水层；其四，环保、无毒、无害，可直接应用于饮用水工程；其五，耐酸、耐碱、耐高温，具有优异的耐老化性能和良好的耐腐蚀性；并能在室外使用，有良好的耐候性。

2.2高分子聚合物

高分子聚合物高耐火防水复合材料系列是专门针对建筑设施缝隙的防渗柔性薄膜材料，因其具有极强的粘着性能和延展率（延展率达到600%），在水泥、沥青等表面涂上后只能用机械的方法清除，能适应最恶劣的环境和气候，在技术厚度下使用寿命最少10年。其具有的优良性能特点有以下几点：其一，方便性：开桶就能用，不需要底漆，可以用毛刷或磙子涂抹；其二，快速性：涂一层0.25mm材料2小时就可以防水（温度不低于4.5度情况下）；其三，粘着力：几乎可以同时粘着于所有坚硬表面（金属、混凝土、玻璃、塑料等），一旦涂上，几乎只有用械力才能打掉；其四，老化性：有机高分子材料，抗老化性极好。而且对微小裂缝能自然愈合，具有自我修复裂缝的防水效果；其五，防腐性：具有极好的耐油、耐臭氧和其它多种介质等防腐性能；其六，延展率：延展率达到600%，能适应最恶劣的环境和气候。

2.3聚氨酯防水

聚氨酯防水涂料是一种液态施工的单组分环保型防水涂料，是以进口聚氨酯预聚体为基本成份，无焦油和沥青等添加剂。它是空气中的湿气接触后固化，在基层表面形成一层坚固的坚韧的无接缝整体防水膜。其具有的优良性能特点有以下几点：其一，能在潮湿或干燥的各种基面上直接施工；其二，与基面粘结力强，涂膜中的高分子物质能渗入到基面微细细缝内，追随型强；其三，涂膜有良好的柔韧性，对基层伸缩或开裂的适应性强，抗拉性强度高；其四，绿色环保，无毒无味，无污染环境，对人身无伤害；其五，耐候性好，高温不流淌，低温不龟裂，优异的抗老化性能，能耐油、耐磨、耐臭氧、耐酸碱侵蚀；其六，涂膜密实，防水层完整，无裂缝，无针孔、无气泡、水蒸气渗透系数小，既具有防水功能又有隔气功能；其七，施工简便，工期短，维修方便。

2.4JS复合防水

JS复合防水涂料又称为水泥基聚合物防水涂料、弹性水泥防水涂料。是由有机液料和无机粉料复合而成的双组份防水涂料。具有有机材料弹性和无机粉料耐久性的双重优点，是建设部推广的新型绿色环保产品。其具有的优良性能特点有以下几点：其一，水性涂料，无毒、无害，无污染，环保性能优异；其二，涂膜具有较高抗拉强度，耐水性、低温柔性及抗裂性；其三，涂膜弹性大、强度高、基层附着好、耐紫外线优异，可以对变形的部位、阴阳角和异形部位进行无缝刷涂，形成整体无接缝的封闭层；其四，维修方便，只要少量防水材料修补裂缝和损伤部位即可，不必重做防水层；其五，使用便捷，配料简单，操作方便，快速冷涂，工效高、工期短，适用于不规则屋面的防水处理，亦可在雨后的屋面立即施工。

2.5丙凝防水

丙凝又叫丙凝防水防腐材料，环保无毒型，是一种高聚物分子改性基高分子防水防腐系统。由引入进口环氧树脂改性胶乳加入国内丙凝乳液及聚丙稀酸脂、合成橡胶、各种乳化剂、改性胶乳等所组成的高聚物胶乳。加入基料和适量化学助剂和填充料，经塑炼、混炼、压延等工序加工而成的高分子防水防腐材料、选用进口材料和国内优质辅料，按照国家行业标准最高等级批示生产的优质产品，列为国家建设部重点推广产品，国家小康住宅建设推荐产品，寿命长、施工方便、长期浸泡在水里寿命在50年以上。其具有的优良性能特点有以下几点：其一，可在潮湿面进行施工，这是国内一般溶剂型防水防腐材料难以奏效的；其二，施工可采用搅拌混凝土内施工，由于物体对施工基面产生冲击力，增加了涂层对混凝土的粘结力，同时由于丙凝防水防腐材料环保无毒型充填了砂浆中的孔隙和细微裂缝，使涂层肯有良好的抗渗性能；其三，粘结力比普通水泥砂浆高3-4倍，抗折强度比普通水泥砂浆高3倍以上，所以该砂浆抗裂性能更好；其四，可在迎水面、背水面、坡面、异形面防水防腐防潮；其五，粘接力强，不会产生空鼓、开裂、窜水等现象；其六，丙凝防水防腐材料环保无毒型既可用于防水防腐，也可用于堵漏、修补；其七，可无找平层、保护层、一日内可完工，工期短，综合造价低；其八，丙凝防水防腐材料环保无毒型具有氯丁橡胶的通性：力学性能优良，耐日光、臭氧及大气、和海水老化，耐油、酯、酸、碱及其它化学药品腐蚀，耐热，不延烧、能自熄，抗变形、抗震动、耐磨、气密性和抗水性好，总粘合力大。

2.6防水透气膜

防水透气膜是一种新型的高分子透汽防水材料。从制作工艺上讲，防水透汽膜的技术要求要比一般的防水材料高的多；同时从品质上来看，防水透气膜也具有其他防水材料所不具备的功能性特点。防水透气膜在加强建筑气密性、水密性的同时，其独特的透汽性能，可使结构内部水汽迅速排出，避免结构孳生霉菌，保护物业价值，并完美解决了防潮与人居健康；水汽迅速排出，保护维护结构热工性能，是一种健康环保的新型节能材料。其具有的优良性能特点有以下几点：其一，高分子薄膜材料中导入亲水基，使薄膜不但防水好，更具良好的透汽性能，保证材料的耐久性与使用年限。其二，坡屋顶防水透气膜加强建筑水密性的同时，使结构水汽迅速排出，保护围护结构热工性能，避免屋面霉菌孳生，改善居室空气质量；其三，坡屋顶防水透气膜铺设于保温层与顺水条之上，两顺水条之间防水透汽膜自然下垂，钉眼在至高点，雨水不易窜入，防水更有保障；其四，坡屋顶防水透气膜保护保温层，保温层之上不需要再做细石混凝土，可降低屋面造价。

3、PVC防水油膏

PVC防水油膏即聚氯乙烯塑料防水油膏，是以聚氯乙烯、煤焦油加以适量改性材料等，经塑化制成的一种新型的建筑防水涂料和防水嵌缝材料。适应性广，粘结度强，具有良好的防水性、弹塑性，较好的耐寒性、耐腐蚀和抗老化性能。其具有的优良性能特点更是有以下几点：其一，有良好的耐热，耐寒性能。炎热不流滴，不粘脚；寒冬有弹性，以用温度范围在80℃――20℃，使用年限十年以上不老化；其二，有良好的粘结，延伸性能，适应屋面基层，因热涨冷缩，振动，沉降等原因而引起的变化；其三，抗老化性，有一定的耐酸碱、耐油能力。

结束语

总而言之，各类防水材料都有自身的优势与不足，要充分利用各种防水材料需从材料性能以及建筑本身的特点等角度考虑，寻出最佳组合。随着我国当今防水材料行业不断发展，特别是在新型防水材料领域。尽管有一些传统防水材料在市场上还占据着很大的空间，但是，随着新时代下，人们对建筑提出的环保、节能、经济等方面的要求越来越多，新型防水材料也会得到人们的认可与欢迎。

参考文献：

[1]靳萍.防水材料性能及用途[J].黑龙江科技信息,2010(10).

有机高分子材料特点范文篇2

关键词：高分子材料新型材料市场应用农业领域

1.前言

随着社会的发展，我国的科技有了崭新的发展机会以及广阔的发展平台，高分子材料科学也处于飞速发展的状态。经过多年的发展，高分子材料已经在我国市场上的多个领域得到了十分广泛的应用。值得一提的是，合成高分子材料凭借着其独特的优良性质以及相对良好的使用性能，在市场上已经占据了比较重要的地位。伴随着时代的持续发展，人们对新型高分子材料也相应的提出了更高的要求，因此，为了适应人类的需要，对新型高分子材料的研究便十分重要。

2.高分子材料简述

高分子化合物是高分子材料的组成基础，构成高分子化合物的基本成分是聚合物。所以，高分子材料所具有的性质便是其构成基础聚合物所具有的性质了，其含有的主要材料所具有的特性，便是这种高分子材料的特征性能。目前，高分子材料和无机非金属材料以及金属材料是在当前的市场上应用的材料主体，是应用性材料科学的主要内容。在三者当中，属高分子材料最受欢迎，由于其优良的性能得以广泛的应用，在整体的新型材料的市场上都占据着重要的地位。在全球范围内的材料市场上，高分子材料的发展一直都没有停止，反而是以高速的发展形态展现在人类的面前。例如，合成树脂的数量在十年之内几乎增加了一百倍，高分子材料的飞速发展，给人类的生活带来了极大的便利以及翻天覆地的变化。塑料便是一种典型的高分子材料，塑料的用途广泛，传统的木材和水泥的年产量加起来也远远没有塑料的产量高。合成橡胶的产量也大于天然橡胶的产量，合成纤维一年的产量几乎达到了羊毛和棉花等人造纤维或者天然纤维总产量的二倍之多。还要合成树脂的发展等等。但是，即使高分子材料在我国取得了很大的研究进展以及生产应用，但是相比于世界上的发达国家，我国的科技仍然是较为落后，与各大发达国家存在着较大的距离。

高分子材料于一九三零年问世，至今已经发展了将近九十年的时间。但是一直到二十世纪末期，高分子材料才正式收到人类的重视和研究。科技处于不断的进步当中，人类对新型高分子材料的需求也在不断增加。例如大家都熟知的纳米材料，纳米高分子材料是一种聚合物基材以及纳米微粒的复合材料，这种材料具有独特的优良性质，在研究纳米材料的时候，要以其潜在的性质为依托，寻找最有效、迅速的开发方式。

2.新型高分子材料的应用概述

高分子材料作为材料市场的后起之秀，发展速度十分迅速。并且在整个材料市场上的应用十分广泛，在各行各业，在我们生活中的各个角落都能见到高分子材料的身影。例如在功能材料方面随处可见高分子材料，在结构材料方面高分子材料也表现出其难以比拟的优势。新型高分子材料的主要分类为：光功能材料和高分子分离膜，高分子复合材料以及该分子磁性材料。所谓光功能材料即是指这种材料能够对光进行吸收和转换，或者透射和储存。所谓高分子分离膜材料，其本身是一种薄膜性质的材料，即是利用高分子材料来制作成的一种具有半透性质的过滤膜，它的典型特征是选择透过性。这种材料对环保工作等做出了重要贡献，并且分离效率高，使用条件好。所谓高分子复合材料是指有多种具有不同的性质的物质所复合而成的多相材料。这种材料聚集了多种材料的特征，优势十分明显，例如复合材料能够同时具备耐高温和高强度等多种优点。所谓高分子磁性材料是指磁性材料于高分子材料的一种复合形式，也属于高分子复合材料的一种。这些新兴的高分子材料已经渗透进了人类生活的各个领域，在医疗行业以及工业行业都做出了重大的贡献

3.举例说明新型材料在农业领域的应用

科技的进步无疑大大促进了农业的发展，我国是一个农业大国，新兴材料在农业领域的应用，对促进农业的发展发挥了很大的作用。

在我国农业以及工业的生产领域，木塑复合材料的应用十分常见，木塑复合材料大多应用在农业领域，这种高分子材料具有以下优点：韧性好，较高的强度，可再生性好并且能够耐腐蚀。因此，木塑复合材料能够在一定程度上取代传统的钢铁材料，故在我国农业领域具有广泛的应用前景。在我国大片的庄稼地中，大量存在着秸秆这种新型材料，我国对秸秆加以利用的研究已经投入了很大的精力。秸秆用于沼气发电，秸秆用于提取纤维素制作高能燃料等，将秸秆作为一种重要的新型材料仍然需要研究。部分农作物的生长需要在温室中进行，因此温室大棚便是农业领域当中的必需品。新型温室大棚保温材料能够在白天充分吸收阳光，并自动进行恒温工作的处理，在夜晚能够使大棚内维持同样的温度和空气中的湿度。这种采用新型温室大棚保温材料的温室能够使植物自然生长，提高了农业产量和质量。对于温室材料的研究，最主要的研究性能便是其保温性能。新型温室保温材料的研究意义重大。

4.新型材料的发展前景

我们现在共同的目标是可持续发展，新型材料的开发能够满足人类对可持续发展目标的推进，新型材料能够凭借其优良的性能以及可重复利用的特点为人类社会的发展做出重要贡献。但是，我们要时刻铭记，新型高分子材料的发展要坚持以下原则：首先，新型高分子材料的使用不能对环境产生污染，其次，新型高分子材料要尽量追求成本低廉，能够满足大部分人的需求。目前我国所研究出的新型高分子材料大多价钱昂贵，因此，寻找廉价的基础材料作为高分子材料的生产成本至关重要，原材料的选取和加工工艺的选择都是未来新型高分子材料的研究重点问题之一，人类也从未停止过对新型高分子材料的探究工作。同时，要对新型高分子材料进行宣传，让大家都有所了解，才能提高高分子材料的利用率。最后再次强调，不能以牺牲环境为代价去发展新型高分子材料，才能让这种高分子材料对我们的社会发展发挥重要的作用。

参考文献：

[1]谭志坚，王朝云，易永健，等.可生物降解材料及其在农业生产中的应用[J].塑料科技，2014，42（2）：83-89.

[2]祁春媛，方东辉，任小杰.木塑复合材料在农业机械上的应用

[J].黑龙江水利科技，2014，42（5）：149-151.

有机高分子材料特点范文篇3

高分子材料：以高分子化合物为基础的材料，高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料，由千百个原子彼此以共价键结合形成相对分子质量特别大、具有重复结构单元的有机化合物。

高分子的分子量从几千到几十万甚至几百万，所含原子数目一般在几万以上，而且这些原子是通过共价键连接起来的。高分子化合物中的原子连接成很长的线状分子时，叫线型高分子(如聚乙烯的分子)。如果高分子化合物中的原子连接成网状时，这种高分子由于一般都不是平面结构而是立体结构，所以也叫体型高分子。

二、高分子材料的结构特征

高分子材料的高分子链通常是由103~105个结构单元组成，高分子链结构和许许多多高分子链聚在一起的聚集态结构形成了高分子材料的特殊结构。因而高分子材料除具有低分子化合物所具有的结构特征(如同分异构体、几何结构、旋转异构)外，还具有许多特殊的结构特征。高分子结构通常分为链结构和聚集态结构两个部分。链结构是指单个高分子化合物分子的结构和形态，所以链结构又可分为近程和远程结构。近程结构属于化学结构，也称一级结构，包括链中原子的种类和排列、取代基和端基的种类、结构单元的排列顺序、支链类型和长度等。远程结构是指分子的尺寸、形态，链的柔顺性以及分子在环境中的构象，也称二级结构。聚集态结构是指高聚物材料整体的内部结构，包括晶体结构、非晶态结构、取向态结构、液晶态结构等有关高聚物材料中分子的堆积情况，统称为三级结构。

三、高分子材料按来源分类

高分子材料按来源分，可分为天然高分子材料、半合成高分子材料（改性天然高分子材料）和合成高分子材料。

天然高分子材料包括纤维素、蛋白质、蚕丝、橡胶、淀粉等。合成高分子材料以及以高聚物为基础的，如各种塑料，合成橡胶，合成纤维、涂料与粘接剂等。

四、生活中的高分子材料

生活中的高分子材料很多，如蚕丝、棉、麻、毛、玻璃、橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基复合材料等。下面就以塑料和纤维素举例说明。

（一）、塑料

塑料是一种合成高分子材料，又可称为高分子或巨分子，也是一般所俗称的塑料或树脂，可以自由改变形体样式。是利用单体原料以合成或缩合反应聚合而成的材料，由合成树脂及填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色料等添加剂组成的，它的主要成分是合成树脂。

塑料主要有以下特性：①大多数塑料质轻，化学性稳定,不会锈蚀；②耐冲击性好；③具有较好的透明性和耐磨耗性；④绝缘性好，导热性低；⑤一般成型性、着色性好，加工成本低；⑥大部分塑料耐热性差，热膨胀率大，易燃烧；⑦尺寸稳定性差，容易变形；⑧多数塑料耐低温性差，低温下变脆；⑨容易老化；⑩某些塑料易溶于溶剂。塑料的优点1、大部分塑料的抗腐蚀能力强，不与酸、碱反应。2、塑料制造成本低。3、耐用、防水、质轻。4、容易被塑制成不同形状。5、是良好的绝缘体。6、塑料可以用于制备燃料油和燃料气，这样可以降低原油消耗。塑料的缺点1、回收利用废弃塑料时，分类十分困难，而且经济上不合算。2、塑料容易燃烧，燃烧时产生有毒气体。3、塑料是由石油炼制的产品制成的，石油资源是有限的。

塑料的结构基本有两种类型：第一种是线型结构，具有这种结构的高分子化合物称为线型高分子化合物；第二种是体型结构，具有这种结构的高分子化合称为体型高分子化合物。线型结构（包括支链结构）高聚物由于有独立的分子存在，故有弹性、可塑性，在溶剂中能溶解，加热能熔融，硬度和脆性较小的特点。体型结构高聚物由于没有独立的大分子存在，故没有弹性和可塑性，不能溶解和熔融，只能溶胀，硬度和脆性较大。塑料则两种结构的高分子都有，由线型高分子制成的是热塑性塑料，由体型高分子制成的是热固性塑料。

塑料的应用：透明塑料制成整体薄板车顶。薄板车顶的新概念基于透明灵活的聚碳酸酯或硅树脂材料，可以被永久性地塑造成单个的聚碳酸酯薄板，也可作为可折叠铰链和封条。拜耳材料科技研发的原型总共配备了四个灵活的薄板部件，形成了四扇“顶窗”，每扇窗都可单独打开和关闭。导轨用于连接薄板部件，形成一个牢固、透明的聚碳酸酯车顶外壳。一个同样透明的管子沿车顶结构中央纵向放置，在“顶窗”打开后用来调节折叠薄板。这样可以形成三维立体结构，组件比平坦的薄板更加牢固。同时也大大降低了单个组件的数量。

（二）、纤维素

纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖。不溶于水及一般有机溶剂。是植物细胞壁的主要成分。纤维素是世界上最丰富的天然有机物，占植物界碳含量的50%以上。纤维素是自然界中存在量最大的一类有机化合物。它是植物骨架和细胞的主要成分。在棉花、亚麻和一般的木材中，含量都很高。

纤维素的结构：纤维素是一种复杂的多糖，分子中含有约几千个单糖单元，即几千个（c6h10o5）；相对分子质量从几十万至百万；属于天然有机高分子化合物；纤维素结构与淀粉不同，故性质有差异。

有机高分子材料特点范文篇4

【关键词】材料发展金属材料无机非金属材料高分子材料

人类社会的发展历程,是以材料为主要标志的。历史上，材料被视为人类社会进化的里程碑。对材料的认识和利用的能力，决定着社会的形态和人类生活的质量。历史学家也把材料及其器具作为划分时代的标志：如石器时代、青铜器时代、铁器时代、高分子材料时代……

100万年以前，原始人以石头作为工具，称旧石器时代。1万年以前，人类对石器进行加工，使之成为器皿和精致的工具，从而进入新石器时代。现在考古发掘证明我国在八千多年前已经制成实用的陶器，在六千多年前已经冶炼出黄铜，在四千多年前已有简单的青铜工具，在三千多年前已用陨铁制造兵器。我们的祖先在二千五百多年前的春秋时期已会冶炼生铁，比欧洲要早一千八百多年以上。18世纪，钢铁工业的发展，成为产业革命的重要内容和物质基础。19世纪中叶，现代平炉和转炉炼钢技术的出现，使人类真正进入了钢铁时代。与此同时，铜、铅、锌也大量得到应用，铝、镁、钛等金属相继问世并得到应用。直到20世纪中叶，金属材料在材料工业中一直占有主导地位。20世纪中叶以后，科学技术迅猛发展，作为发明之母和产业粮食的新材料又出现了划时代的变化。首先是人工合成高分子材料问世，并得到广泛应用仅半个世纪时间，高分子材料已与有上千年历史的金属材料并驾齐驱，并在年产量的体积上已超过了钢，成为国民经济、国防尖端科学和高科技领域不可缺少的材料。其次是陶瓷材料的发展。陶瓷是人类最早利用自然界所提供的原料制造而成的材料。50年代，合成化工原料和特殊制备工艺的发展，使陶瓷材料产生了一个飞跃，出现了从传统陶瓷向先进陶瓷的转变，许多新型功能陶瓷形成了产业，满足了电力、电子技术和航天技术的发展和需要。

现在人们也按化学成分的不同将材料划分为金属材料，无机非金属材料和有机高分子材料三大类以及他们的复合材料。

金属材料科学主要是研究金属材料的成分组织、结构、缺陷与性能之间内在联系的一门学科。金属材料科学与工程的工作者还要研究各种金属冶炼和合金化的反应过程和相的关系，金属材料的制备方法和形成机理，结晶过程以及材料在制造及使用过程中的变化和损毁机理。对其按化学成份进行分类可以分为钢铁、有色金属以及复合金属材料。按用途分类包括结构材料和功能材料。

金属基复合材料（MMC）因其良好的性能而得到了人们广泛的关注。它是一类以金属或合金为基体，以金属或非金属线、丝、纤维、晶须或颗粒状组分为增强相的非均质混合物，其共同点是具有连续的金属基体。目前，特别是航空航天部门推进系统使用的材料，其性能已经达到了极限。因此，研制工作温度更高、比刚度和比强度大幅度增加的金属基复合材料，已经成为发展高性能结构材料的一个重要方向。1990年美国在航天推进系统中形成了3250万美元的高级复合材料（主要为MMC）市场，年平均增长率16%，远高于高性能合金的年增长率1.6%。

无机非金属材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。在晶体结构上，无机非金属的晶体结构远比金属复杂，并且没有自由的电子。具有比金属键和纯共价键更强的离子键和混合键。这种化学键所特有的高键能、高键强赋予这一大类材料以高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基本属性，以及宽广的导电性、隔热性、透光性及良好的铁电性、铁磁性和压电性。无机非金属材料已从传统的水泥、玻璃、陶瓷发展到了新型的先进陶瓷、非晶态材料、人工晶体、无机涂层、无机纤维、半导体材料以及光学材料。由于新型无机非金属材料除具有传统无机非金属材料的优点外，还有某些特征如：强度高、具有电学、光学特性和生物功能等,因此它们已成为现代新技术、新产业、传统工业技术改造、现代国防和生物医学所不可缺少的物质基础。

高分子材料为有机合成材料，亦称聚合物。自20世纪20年代德国著名科学家斯托丁格开创这一学科以来，高分子科学和技术的发展极为迅猛，如今已形成非常庞大的高分子工业。它具有较高的强度，良好的塑性，较强的耐腐蚀性能，很好的绝缘性能，以及重量轻等优良性能，在是工程上的发展最快的一类新型结构材料。高分子材料按其分子链排列有序与否，可分为结晶聚合物和无定型聚合物两类。结晶聚合物的强度较高，结晶度决定于分子链排列的有序程度。工程上通常根据机械性能和使用状态将其分为三大类：塑料、橡胶以及合成纤维。其中，我国的合成纤维、合成树脂和合成橡胶已分别居世界产能的第一、二和三位。

参考文献

[1]谢盛辉．《材料科学发展史》．课程构想及教学纲要．2006：26（5）

[2]许顺生．金属材料科学概述．中国科学院上海冶金研究所

有机高分子材料特点范文

关键词：高分子材料高分子的环境因素老化变现老化机理高分子材料的研究进展

所谓的高分子材料就是相对分子量较高的化合物构成的材料。早在人类文明发展开始阶段，高分子材料就被人们充分利用，利用蚕丝织布，用秸秆、木材造纸等；高分子材料发展历史之久远，而发展至今——高科技时代，高分子材料在人们日常生活中更是比比皆是，如橡胶、塑料、涂料、纤维等。然而影响高分子材料的环境因素有很多，如日光照射，温湿度，外部机械受力等，这些都不同程度导致了高分子材料的老化，缩短了使用寿命，虽然科学研究领域在高分子材料上有了实质性的进步和一定的效果，如各种光稳定剂，抗氧化剂等产品，但这些也只能延缓高分子材料的使用寿命，仍不能完全杜绝高分子材料的老化，迄今高分子材料老化问题仍是科学界无法攻克的难题。

一、影响高分子材料老化的环境因素

1.太阳光对高分子的影响

目前太阳光是影响高分子材料老化的主要原因，而且是不可避免的，太阳光中含有大量的紫外线，是最容易被高分子材料中的醛基和酮基所吸收，从而产生复杂的化学反应；另一部分太阳光中的红外线，红外线接触高分子材料后，使得高分子材料吸收温度迅速上升，这就加剧了高分子材料的热老化性，从而降低了使用寿命。

2.空气中氧对高分子的影响

氧无处不在，而且属于极活泼气体，在高分子材料表面受到太阳光照射后极易发生氧化反应，像我们平时看到的铜绿，所谓的铜绿就是铜在光的照射下发生氧化反应而形成表面的一层保护介质。这样的现象还有很多，并且为无法避免不可逆的，然而高分子材料和我们息息相关，在日常的加工、运输、使用过程中都不可避免的接触氧，所以氧也是导致高分子材料老化的主要因素。

3.外部作用——机械力对高分子材料的影响

高分子材料在使用过程中不可避免的接触外部因素作用，外部作用在一定程度下导致了高分子材料的老化进程。例如汽车轮胎，它属于高分子材料橡胶，橡胶的突出特点是分子链柔性好，在外部车轮和车承载力的作用下，易发生较大程度的变形，由于它特殊的分子原理可迅速恢复，如果长时间施加机械力，橡胶内的分子链受到破坏发生变形导致龟裂，加速了高分子材料的老化过程。

4.水和电对高分子材料的影响

由于高分子材料的分子内部结构特殊，含有一种亲和水性很好的物质，在高分子材料遇到水后易破坏分子结构而易被水解；高分子内部的组织键对电的反应更加敏感，一旦接通电源，分子就形成了大量不规则运动而剧烈反应，有效的破坏了分子弱键，导致高分子材料失效电解游离。

二、高分子材料老化的具体表现

高分子材料老化顾名思义就是通过外部作用破坏了高分子内部结构，分子量变小，生成新的物质或发生降解的过程。一般分为物理老化和化学老化，物理老化可逆转比较好恢复，例如，一些高分子材料在外部压力作用下产生变形，但去除外力后即可恢复原状。还有一些高分子材料受潮后绝缘性降低，表现为失效，但干燥后即可利用。化学老化就较复杂了，它是高分子内部键和键之间发生的不可逆现象，较能控制和恢复。老化后的材料强度降低、韧性、稳定性、耐热性及颜色等各方面都出现不同程度的破坏和降低，影响其正常使用功能。高分子材料老化外观主要表现为颜色变淡，出现斑点、龟裂、粉化等现象；内部老化则表现为水解、电解、冲击强度、抗拉强度等减低，从而达到高分子材料的疲劳极限，丧失其使用价值。

三、缓解老化的具体措施

现阶段，研究高分子材料老化和抗老化问题是一个实际关键性问题，由于高分子材料内部结构比较复杂，反应条件成熟，反应机理无法避免，所以对高分子研究领域内还无法真正杜绝其老化现象，只能对老化做辅的延缓作用，从而增加高分子材料的使用寿命。

1.物理防护措施

物理防护就是应用外部因素影响高分子的作用，它可以完全控制一般的物理老化，对实质性的化学老化起到一定的延缓作用。例如，常年暴晒和雨淋的大棚塑料薄膜，经日照后分子受热发生氧化，促使透明度降低，薄膜脆化，如何延长塑料薄膜的使用寿命，增大农民的经济效益，人们利用在薄膜上覆盖草栅，降低塑料薄膜和日光接触时间，从而达到了延长塑料寿命的目的。其次，在高分子材料中加一种延缓剂、防老剂来增加抗老化机理。例如，机械设备一般都是用机械材料（铁、铜、钢等）通过键槽连接组成的一个具有规范运动的主体，但因长期暴露在空气中，设备表面经常看到锈迹斑斑，影响了设备的美观，人们就针对此现象发明了油漆，油漆涂在设备表面有效阻止了设备与空气接触的面积，起到了使之无法氧化的目的。像运用物理方法保护高分子材料老化的现象还有很多，它成本低实施简单，现已被人们广泛利用。

2.改变高分子本身易老化的特点

引起高分子材料老化的最主要原因是其本身的弱键或不饱和双键，由于分子内部存在弱键、不饱和键使得高分子材料特别不稳定，易于和空气中的氢键氧键发生反应生成新的物质，如改变其不稳定键使之成为饱和键，那它抗老化性就大大增加。例如橡胶中的碳-碳键极易与空气发生臭氧老化和光氧老化。针对这一现象，在橡胶中加入氯原子键，氯原子键有很好的吸附电子基功能，从而提高了橡胶的抗老化性。举一反三，像这种在高分子材料中加入键基减少支链使其稳定，也是我们提高抗老化的有力措施。

四、结束语

随着现代科技的进步和经济领域的复苏，高分子材料的应用越来越广泛，对高分子材料的研究备受关注，对有效的降低高分子材料的老化性，合理的提高使用寿命是我们面临的首要任务，虽然我们在不同领域取得了一些成绩，但面对复杂浩瀚的高分子老化技术方面我们还需要再接再厉，同时也是对我们科技领域的巨大挑战，我们对探究高分子领域的研究追求永无止境。

参考文献

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有机高分子材料特点范文篇6

关键词:梯度功能材料,复合材料,研究进展

TheAdvanceofFunctionallyGradientMaterials

JinliangCui

(Qinghaiuniversity,XiningQinghai810016,china)

Abstract:Thispaperintroducestheconcept，types，capability，preparationmethodsoffunctionallygradedmaterials.Baseduponanalysisofthepresentapplicationsituationsandprospectofthiskindofmaterialssomeproblemsexistedarepresented.ThecurrentstatusoftheresearchofFGMarediscussedandananticipationofitsfuturedevelopmentisalsopresent.

Keywords:FGM；composite；theAdvance

0引言

信息、能源、材料是现代科学技术和社会发展的三大支柱。现代高科技的竞争在很大程度上依赖于材料科学的发展。对材料,特别是对高性能材料的认识水平、掌握和应用能力,直接体现国家的科学技术水平和经济实力,也是一个国家综合国力和社会文明进步速度的标志。因此,新材料的开发与研究是材料科学发展的先导,是21世纪高科技领域的基石。

近年来,材料科学获得了突飞猛进的发展[1]。究其原因,一方面是各个学科的交叉渗透引入了新理论、新方法及新的实验技术;另一方面是实际应用的迫切需要对材料提出了新的要求。而FGM即是为解决实际生产应用问题而产生的一种新型复合材料，这种材料对新一代航天飞行器突破“小型化”，“轻质化”，“高性能化”和“多功能化”具有举足轻重的作用[2]，并且它也可广泛用于其它领域，所以它是近年来在材料科学中涌现出的研究热点之一。

1FGM概念的提出

当代航天飞机等高新技术的发展，对材料性能的要求越来越苛刻。例如：当航天飞机往返大气层，飞行速度超过25个马赫数，其表面温度高达2000℃。而其燃烧室内燃烧气体温度可超过2000℃，燃烧室的热流量大于5MW/m2,其空气入口的前端热通量达5MW/m2.对于如此大的热量必须采取冷却措施，一般将用作燃料的液氢作为强制冷却的冷却剂，此时燃烧室内外要承受高达1000K以上的温差,传统的单相均匀材料已无能为力[1]。若采用多相复合材料,如金属基陶瓷涂层材料,由于各相的热胀系数和热应力的差别较大,很容易在相界处出现涂层剥落[3]或龟裂[1]现象，其关键在于基底和涂层间存在有一个物理性能突变的界面。为解决此类极端条件下常规耐热材料的不足，日本学者新野正之、平井敏雄和渡边龙三人于1987年首次提出了梯度功能材料的概念[1]，即以连续变化的组分梯度来代替突变界面,消除物理性能的突变,使热应力降至最小[3],如图1所示。

随着研究的不断深入，梯度功能材料的概念也得到了发展。目前梯度功能材料(FGM)是指以计算机辅助材料设计为基础，采用先进复合技术，使构成材料的要素（组成、结构）沿厚度方向有一侧向另一侧成连续变化，从而使材料的性质和功能呈梯度变化的新型材料[4]。

2FGM的特性和分类

2.1FGM的特殊性能

由于FGM的材料组分是在一定的空间方向上连续变化的特点如图2,因此它能有效地克服传统复合材料的不足[5]。正如Erdogan在其论文[6]中指出的与传统复合材料相比FGM有如下优势:

1)将FGM用作界面层来连接不相容的两种材料,可以大大地提高粘结强度;

2)将FGM用作涂层和界面层可以减小残余应力和热应力;

3)将FGM用作涂层和界面层可以消除连接材料中界面交叉点以及应力自由端点的应力奇异性;

4)用FGM代替传统的均匀材料涂层,既可以增强连接强度也可以减小裂纹驱动力。

图2

2.2FGM的分类

根据不同的分类标准FGM有多种分类方式。根据材料的组合方式，FGM分为金属/陶瓷，陶瓷/陶瓷，陶瓷/塑料等多种组合方式的材料[1]；根据其组成变化FGM分为梯度功能整体型（组成从一侧到另一侧呈梯度渐变的结构材料），梯度功能涂敷型（在基体材料上形成组成渐变的涂层），梯度功能连接型（连接两个基体间的界面层呈梯度变化）[1]；根据不同的梯度性质变化分为密度FGM，成分FGM，光学FGM，精细FGM等[4]；根据不同的应用领域有可分为耐热FGM，生物、化学工程FGM，电子工程FGM等[7]。

3FGM的应用

FGM最初是从航天领域发展起来的。随着FGM研究的不断深入,人们发现利用组分、结构、性能梯度的变化,可制备出具有声、光、电、磁等特性的FGM,并可望应用于许多领域。FGM的应用[8]见图3。

图3FGM的应用

功能

应用领域材料组合

缓和热应

力功能及

结合功能

航天飞机的超耐热材料

陶瓷引擎

耐磨耗损性机械部件

耐热性机械部件

耐蚀性机械部件

加工工具

运动用具:建材陶瓷金属

陶瓷金属

塑料金属

异种金属

异种陶瓷

金刚石金属

碳纤维金属塑料

核功能

原子炉构造材料

核融合炉内壁材料

放射性遮避材料轻元素高强度材料

耐热材料遮避材料

耐热材料遮避材料

生物相溶性

及医学功能

人工牙齿牙根

人工骨

人工关节

人工内脏器官:人工血管

补助感觉器官

生命科学磷灰石氧化铝

磷灰石金属

磷灰石塑料

异种塑料

硅芯片塑料

电磁功能

电磁功能陶瓷过滤器

超声波振动子

IC

磁盘

磁头

电磁铁

长寿命加热器

超导材料

电磁屏避材料

高密度封装基板压电陶瓷塑料

压电陶瓷塑料

硅化合物半导体

多层磁性薄膜

金属铁磁体

金属铁磁体

金属陶瓷

金属超导陶瓷

塑料导电性材料

陶瓷陶瓷

光学功能防反射膜

光纤;透镜;波选择器

多色发光元件

玻璃激光透明材料玻璃

折射率不同的材料

不同的化合物半导体

稀土类元素玻璃

能源转化功能

MHD发电

电极;池内壁

热电变换发电

燃料电池

地热发电

太阳电池陶瓷高熔点金属

金属陶瓷

金属硅化物

陶瓷固体电解质

金属陶瓷

电池硅、锗及其化合物

4FGM的研究

FGM研究内容包括材料设计、材料制备和材料性能评价。FGM的研究开发体系如图4所示[8]。

设计设计

图4FGM研究开发体系

4.1FGM设计

FGM设计是一个逆向设计过程[7]。

首先确定材料的最终结构和应用条件,然后从FGM设计数据库中选择满足使用条件的材料组合、过渡组份的性能及微观结构,以及制备和评价方法,最后基于上述结构和材料组合选择,根据假定的组成成份分布函数,计算出体系的温度分布和热应力分布。如果调整假定的组成成份分布函数,就有可能计算出FGM体系中最佳的温度分布和热应力分布,此时的组成分布函数即最佳设计参数。

FGM设计主要构成要素有三:

1)确定结构形状,热—力学边界条件和成分分布函数;

2)确定各种物性数据和复合材料热物性参数模型;

3)采用适当的数学—力学计算方法,包括有限元方法计算FGM的应力分布,采用通用的和自行开发的软件进行计算机辅助设计。

FGM设计的特点是与材料的制备工艺紧密结合,借助于计算机辅助设计系统,得出最优的设计方案。

4.2FGM的制备

FGM制备研究的主要目标是通过合适的手段,实现FGM组成成份、微观结构能够按设计分布,从而实现FGM的设计性能。可分为粉末致密法:如粉末冶金法(PM),自蔓延高温合成法(SHS);涂层法:如等离子喷涂法,激光熔覆法,电沉积法,气相沉积包含物理气相沉积(PVD)和化学相沉积(CVD);形变与马氏体相变[10、14]。

4.2.1粉末冶金法(PM)

PM法是先将原料粉末按设计的梯度成分成形,然后烧结。通过控制和调节原料粉末的粒度分布和烧结收缩的均匀性,可获得热应力缓和的FGM。粉末冶金法可靠性高,适用于制造形状比较简单的FGM部件,但工艺比较复杂,制备的FGM有一定的孔隙率,尺寸受模具限制[7]。常用的烧结法有常压烧结、热压烧结、热等静压烧结及反应烧结等。这种工艺比较适合制备大体积的材料。PM法具有设备简单、易于操作和成本低等优点,但要对保温温度、保温时间和冷却速度进行严格控制。国内外利用粉末冶金方法已制备出的FGM有:MgC/Ni、ZrO2/W、Al2O3/ZrO2[8]、Al2O3-W-Ni-Cr、WC-Co、WC-Ni等[7]。

4.2.2自蔓延燃烧高温合成法(Self-propagatingHigh-temperatureSynthesis简称SHS或CombustionSynthesis)

SHS法是前苏联科学家Merzhanov等在1967年研究Ti和B的燃烧反应时,发现的一种合成材料的新技术。其原理是利用外部能量加热局部粉体引燃化学反应,此后化学反应在自身放热的支持下,自动持续地蔓延下去,利用反应热将粉末烧结成材，最后合成新的化合物。其反应示意图如图6所示[16]：

图6SHS反应过程示意图

SHS法具有产物纯度高、效率高、成本低、工艺相对简单的特点。并且适合制造大尺寸和形状复杂的FGM。但SHS法仅适合存在高放热反应的材料体系,金属与陶瓷的发热量差异大,烧结程度不同,较难控制,因而影响材料的致密度,孔隙率较大,机械强度较低。目前利用SHS法己制备出Al/TiB2,Cu/TiB2、Ni/TiC[8]、Nb-N、Ti-Al等系功能梯度材料[7、11]。

4.2.3喷涂法

喷涂法主要是指等离子体喷涂工艺,适用于形状复杂的材料和部件的制备。通常,将金属和陶瓷的原料粉末分别通过不同的管道输送到等离子喷枪内,并在熔化的状态下将它喷镀在基体的表面上形成梯度功能材料涂层。可以通过计算机程序控制粉料的输送速度和流量来得到设计所要求的梯度分布函数。这种工艺已经被广泛地用来制备耐热合金发动机叶片的热障涂层上,其成分是部分稳定氧化锆(PSZ)陶瓷和NiCrAlY合金[9]。

4.2.3.1等离子喷涂法(PS)

PS法的原理是等离子气体被电子加热离解成电子和离子的平衡混合物,形成等离子体,其温度高达1500K,同时处于高度压缩状态,所具有的能量极大。等离子体通过喷嘴时急剧膨胀形成亚音速或超音速的等离子流,速度可高达1.5km/s。原料粉末送至等离子射流中,粉末颗粒被加热熔化,有时还会与等离子体发生复杂的冶金化学反应,随后被雾化成细小的熔滴,喷射在基底上,快速冷却固结,形成沉积层。喷涂过程中改变陶瓷与金属的送粉比例,调节等离子射流的温度及流速,即可调整成分与组织,获得梯度涂层[8、11]。该法的优点是可以方便的控制粉末成分的组成,沉积效率高,无需烧结,不受基体面积大小的限制,比较容易得到大面积的块材[10],但梯度涂层与基体间的结合强度不高,并存在涂层组织不均匀,空洞疏松,表面粗糙等缺陷。采用此法己制备出TiB2-Ni、TiC-Ni、TiB2-Cu、Ti-Al[7]、NiCrAl/MgO-ZrO2、NiCrAl/Al2O3/ZrO2、NiCrAlY/ZrO2[10]系功能梯度材料

图7PS方法制备FGM涂层示意图[17]（a）单枪喷涂（b）双枪喷涂

4.2.3.2激光熔覆法

激光熔覆法是将预先设计好组分配比的混合粉末A放置在基底B上,然后以高功率的激光入射至A并使之熔化,便会产生用B合金化的A薄涂层,并焊接到B基底表面上,形成第一包覆层。改变注入粉末的组成配比,在上述覆层熔覆的同时注入,在垂直覆层方向上形成组分的变化。重复以上过程,就可以获得任意多层的FGM。用Ti-A1合金熔覆Ti用颗粒陶瓷增强剂熔覆金属获得了梯度多层结构。梯度的变化可以通过控制初始涂层A的数量和厚度,以及熔区的深度来获得,熔区的深度本身由激光的功率和移动速度来控制。该工艺可以显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热及电气特性和生物活性等性能,但由于激光温度过高,涂层表面有时会出现裂纹或孔洞,并且陶瓷颗粒与金属往往发生化学反应[10]。采用此法可制备Ti-Al、WC-Ni、Al-SiC系梯度功能材料[7]。

图8同步注粉式激光表面熔覆处理示意图[18]

4.2.3.3热喷射沉积[10]

与等离子喷涂有些相关的一种工艺是热喷涂。用这种工艺把先前熔化的金属射流雾化,并喷涂到基底上凝固,因此,建立起一层快速凝固的材料。通过将增强粒子注射到金属流束中,这种工艺已被推广到制造复合材料中。陶瓷增强颗粒,典型的如SiC或Al2O3,一般保持固态,混入金属液滴而被涂覆在基底,形成近致密的复合材料。在喷涂沉积过程中,通过连续地改变增强颗粒的馈送速率,热喷涂沉积已被推广产生梯度6061铝合金/SiC复合材料。可以使用热等静压工序以消除梯度复合材料中的孔隙。

4.2.3.4电沉积法

电沉积法是一种低温下制备FGM的化学方法。该法利用电镀的原理,将所选材料的悬浮液置于两电极间的外场中,通过注入另一相的悬浮液使之混合,并通过控制镀液流速、电流密度或粒子浓度,在电场作用下电荷的悬浮颗粒在电极上沉积下来,最后得到FGM膜或材料[8]。所用的基体材料可以是金属、塑料、陶瓷或玻璃,涂层的主要材料为TiO2-Ni,Cu-Ni,SiC-Cu,Cu-Al2O3等。此法可以在固体基体材料的表面获得金属、合金或陶瓷的沉积层,以改变固体材料的表面特性,提高材料表面的耐磨损性、耐腐蚀性或使材料表面具有特殊的电磁功能、光学功能、热物理性能,该工艺由于对镀层材料的物理力学性能破坏小、设备简单、操作方便、成型压力和温度低,精度易控制,生产成本低廉等显著优点而备受材料研究者的关注。但该法只适合于制造薄箔型功能梯度材料。[8、10]

4.2.3.5气相沉积法

气相沉积是利用具有活性的气态物质在基体表面成膜的技术。通过控制弥散相浓度,在厚度方向上实现组分的梯度化,适合于制备薄膜型及平板型FGM[8]。该法可以制备大尺寸的功能梯度材料,但合成速度低,一般不能制备出大厚度的梯度膜,与基体结合强度低、设备比较复杂。采用此法己制备出Si-C、Ti-C、Cr-CrN、Si-C-TiC、Ti-TiN、Ti-TiC、Cr-CrN系功能梯度材料。气相沉积按机理的不同分为物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)两类。

化学气相沉积法(CVD)是将两相气相均质源输送到反应器中进行均匀混合,在热基板上发生化学反应并使反映产物沉积在基板上。通过控制反应气体的压力、组成及反应温度,精确地控制材料的组成、结构和形态,并能使其组成、结构和形态从一种组分到另一种组分连续变化,可得到按设计要求的FGM。另外,该法无须烧结即可制备出致密而性能优异的FGM,因而受到人们的重视。主要使用的材料是C-C、C-SiC、Ti-C等系[8、10]。CVD的制备过程包括：气相反应物的形成；气相反应物传输到沉积区域；固体产物从气相中沉积与衬底[12]。

物理气相沉积法(PVD)是通过加热固相源物质,使其蒸发为气相,然后沉积于基材上,形成约100μm厚度的致密薄膜。加热金属的方法有电阻加热、电子束轰击、离子溅射等。PVD法的特点是沉积温度低,对基体热影响小,但沉积速度慢。日本科技厅金属材料研究所用该法制备出Ti/TiN、Ti/TiC、Cr/CrN系的FGM[7~8、10~11]

4.2.4形变与马氏体相变[8]

通过伴随的应变变化,马氏体相变能在所选择的材料中提供一个附加的被称作“相变塑性”的变形机制。借助这种机制在恒温下形成的马氏体量随材料中的应力和变形量的增加而增加。因此,在合适的温度范围内,可以通过施加应变(或等价应力)梯度,在这种材料中产生应力诱发马氏体体积分数梯度。这一方法在顺磁奥氏体18-8不锈钢(Fe-18%,Cr-8%Ni)试样内部获得了铁磁马氏体α体积分数的连续变化。这种工艺虽然明显局限于一定的材料范围,但能提供一个简单的方法,可以一步生产含有饱和磁化强度连续变化的材料,这种材料对于位置测量装置的制造有潜在的应用前景。

4.3FGM的特性评价

功能梯度材料的特征评价是为了进一步优化成分设计,为成分设计数据库提供实验数据,目前已开发出局部热应力试验评价、热屏蔽性能评价和热性能测定、机械强度测定等四个方面。这些评价技术还停留在功能梯度材料物性值试验测定等基础性的工作上[7]。目前,对热压力缓和型的FGM主要就其隔热性能、热疲劳功能、耐热冲击特性、热压力缓和性能以及机械性能进行评价[8]。目前,日本、美国正致力于建立统一的标准特征评价体系[7~8]。

5FGM的研究发展方向

5.1存在的问题

作为一种新型功能材料,梯度功能材料范围广泛,性能特殊,用途各异。尚存在一些问题需要进一步的研究和解决,主要表现在以下一些方面[5、13]:

1）梯度材料设计的数据库（包括材料体系、物性参数、材料制备和性能评价等）还需要补充、收集、归纳、整理和完善；

2）尚需要进一步研究和探索统一的、准确的材料物理性质模型，揭示出梯度材料物理性能与成分分布，微观结构以及制备条件的定量关系，为准确、可靠地预测梯度材料物理性能奠定基础；

3）随着梯度材料除热应力缓和以外用途的日益增加，必须研究更多的物性模型和设计体系，为梯度材料在多方面研究和应用开辟道路；

4）尚需完善连续介质理论、量子（离散）理论、渗流理论及微观结构模型，并借助计算机模拟对材料性能进行理论预测，尤其需要研究材料的晶面（或界面）。

5)已制备的梯度功能材料样品的体积小、结构简单,还不具有较多的实用价值;

6)成本高。

5.2FGM制备技术总的研究趋势[13、15、19-20]

1）开发的低成本、自动化程度高、操作简便的制备技术；

2）开发大尺寸和复杂形状的FGM制备技术；

3）开发更精确控制梯度组成的制备技术（高性能材料复合技术）；

4）深入研究各种先进的制备工艺机理，特别是其中的光、电、磁特性。

5.3对FGM的性能评价进行研究[2、13]

有必要从以下5个方面进行研究：

1）热稳定性，即在温度梯度下成分分布随时间变化关系问题；

2）热绝缘性能；

3）热疲劳、热冲击和抗震性；

4）抗极端环境变化能力；

5）其他性能评价，如热电性能、压电性能、光学性能和磁学性能等

6结束语

FGM的出现标志着现代材料的设计思想进入了高性能新型材料的开发阶段[8]。FGM的研究和开发应用已成为当前材料科学的前沿课题。目前正在向多学科交叉,多产业结合,国际化合作的方向发展。

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有机高分子材料特点范文1篇7

关键词：机械电子工程；GMM应用

GMM的磁致伸缩系数非常大，由于这种材料大都是由稀土构筑，因此业内人士也称之为超磁致伸缩材料。GMM材料有几个重要的特点，耐热性能非常好，极高的磁致伸缩性，除此之外，GMM材料在正常室温下就可以保持很高的机械能，同时还可以进行电能方面的转换，体积小而能量密度大，因此在这一领域有绝对的优势，下面就对其做进一步分析。

1GMM材料的基本情况分析

上文也对GMM材料特点进行了表述，在外磁场的变化中，超磁致伸缩材料的实际尺寸也会对应的进行变化，这和传统材料对比有很大优势。除此之外，在1971年美国海军做表面武器试验过程中，在寻找磁致伸缩材料时发现了其他的材料，例如DyFe2、TbFe2、SmFe2等材料，这些材料的磁致伸缩系数也非常大，通过试验得知这些材料在非常大的磁场下就可以进行驱动，因此在一定程度上也约束了这种材料广泛的使用。在此之后，又有一些新的合金材料被发现出来，其居里温度非常高，与此同时还可以加强磁致伸缩性能，在后来这种材料就被广泛的使用了。

2GMM材料的特点

在正常情况下，GMM就拥有非常好的机械能转电能的转换率，而且反应速度快，非常可靠，能量密度大，单方面就能有效控制和驱动，因此受到技术人员的青睐，在此基础上，人们对振动系统、传感系统、电子信息系统等做了有效改革，GMM的磁致伸缩系数要比Fe、Ni这些材料高度几十倍，因此应用效果非常好，这种材料能量转换大约可以达到49%到56%，超过了压电陶瓷的转换率，因此在一些高性能的机电产品中得到应用。GMM拥有强大的输出力，能够带动高强度的荷载，而且GMM材料的工作频带比较宽，能够在高频使用，同时也能在几百赫兹以下的低频状态使用。除此之外，即使是在功率比较大的情况下工作，不会由于器件过热导致磁致伸缩失效，保证了整体的工作质量，因此一定要大力使用。

3机械电子工程中GMM的应用分析

3.1GMM在液压阀中的应用分析

液压阀是在液压传动系统中的一个控制元件，其在机械电子工程方面有非常重要的意义，其作用就是对系统中的流体进行控制，对系统中的流动压力进行调节，同时有效控制流量。在这种液压阀中主要包括比例阀、微型开关阀、单极电液伺服阀等，为了达到有关的技术要求，这些阀门中都要利用超磁致伸缩材料。先对微型开关阀进行分析，在机械电子工程中，需要使用薄膜伸缩效应控制有关的阀，例如如果外界的磁场是30mT时，能够让开关阀达到最大的开口量，这种方式能够有效降低驱动磁场。如果是在比例阀的使用方面，主要是利用了磁致伸缩棒来控制比例阀，当磁场频率是300z的时候，阀芯位置会达到0.1221毫寸，在这其中最高的驱动信号频率是5kHz。除此之外，在单极电液伺服阀的使用中，有效利用了闭环控制的方式，不仅让整个结构达到了紧凑，而且紧密度也有所提升。在挡板型伺服阀中使用GMM，能够有效扩大挡板型伺服阀的控制范围，这样其反应速度也有所提高。

3.2液压泵中使用GMM分析

到目前为止，像电池一样密闭性非常强的GMM液压泵已经得到了广泛的使用，这就是磁致伸缩泵，其工作原理是使用较大的磁场强度，令其在GMM轴线位置均匀分布，然后能够直接进行液压泵活塞驱动，如果外界的磁场变化频率达到了2kHz时，这种装置就可以把泵输出流量提高到10L/min，除此之外，一些发达国家还研制出了GMM声纳换能器，可以在水下通信中使用，例如做好渔船的跟踪定位，这都是GMM所取得的巨大作用，在以后的发展中，GMM还会被大量的使用，而且作用效果也变得越来越强。

3.3蠕动位移机械中GMM的应用分析

这里分析的蠕动位移机械就是可以进行连续步行运动的机械设备，例如像蝴蝶幼虫一样的运动方式，一般情况下设计的移动距离最小为4纳米，运动速度在毫秒级别，这种装备大量使用在对距离的测量方面，在机器人方面也有应用。除此之外，有很多国外的研究人员让GMM和压电晶体结合，谐振型的马达就是在其基础上研制而成的，这种马达的工作频率在300Hz以上，虽然我国在这方面发展的比较慢，但是到目前为止也已经发明出了蠕动位移机械成品，随着科学技术的不断技术，再加上GMM的应用技术越来越成熟，其发展空间还是非常大的。

3.4新型电动机中GMM的应用分析

蠕动电机、直线电机、以及Recherche马达是研发的GMM的新型电动机，其中有一款称之为超磁致伸缩直线电机，其能量转化率非常高，而且具备了所有超磁致伸缩材料的特点，例如这款电机耐高温，温度范围非常广，反应速度快，因此操作灵活方便，除此之外，这有非常好的耐用性，在长时间工作下不会发生疲劳退化问题，在能源供应上，不需要消耗太多的能源，因此其使用范围非常广，因此有很大的市场空间。

3.5GMM在未来的使用情况分析

超磁致伸缩材料在外磁场作用下，其位移和长度会随着整个磁场的变化而变化，因此反映出其做功功能非常强，如果是将其放到交变磁场中，这种材料在磁场变化作用下会进行反复的伸缩，同时还会产生声波和振动，电磁能就可以利用超磁致伸缩材料发出的声波和振动，将其直接转化成声音能和机械能。以此类推，由于能量守恒定律就可知，也能够利用振动和声波把机械能转化成电磁能，这两方面的能量转换率都是非常高端，损失的能力都非常低，因此利用这些特点，可以把超磁致伸缩材料完美的应用在机械电子工程中，根据有关人士的调查分析，到目前为止，世界上已经有1100多种的和GMM有关的器件产生，而且还在不断的发展，其所使用的范围覆盖了国防军事、航空航天、电子生产等很多领域，该技术的成熟运用不仅能够促进这些产业技术的提升，同时也提高了国家的综合实力，推动国家经济的发展。

总结：随着生活水平的不断提高，人们对GMM运用在机械电子工程中的要求也变得越来越高，因此在以后的发展中，应用GMM的领域会得到进一步扩展，例如现在已经开始把GMM使用在高精度自动控制行业和电子工业上，在海洋领域也有所应用，例如对海下地质的分析，对整地大陆架和岛礁地貌的探查等，在未来石油领域也会应用，因此国家和有关部门一定要予以高度的重视。

参考文献：

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有机高分子材料特点范文篇8

关键词：磁性高分子聚合物；吸附；重金属

1磁性高分子聚合物l展现状

1.1磁性高分子聚合物的合成方法

复合型磁性高分子材料主要是指在塑料或橡胶中添加磁粉和其他助剂，均匀混合后加工而成的一种复合型材料。复合型磁性高分子材料根据磁性填料的不同可以分为：铁氧体类、稀土类和磁性高分子聚合物晶磁粒类。根据不同方向上的磁性能的差异，又可以分为各向同性和各向异性磁性高分子材料。能够作为功能材料应用的主要有磁性橡胶、磁性塑料、磁性高分子微球、磁性聚合物薄膜等。复合型磁性高分子材料中的磁性无机物主要是铁氧体类磁粉和稀土类磁粉。稀土永磁材料是近年来备受关注的磁性材料，其粘结磁体的磁性可超过烧结铁氧体及其他金属合金，从第一代的SmCo系到第二代的NdFeB系，发展非常迅速。目前我国的NdFeB产量居世界前列，质量逐步提高，并且已有一些自己的专利技术。20世纪90年代以后，又出现了新型稀土磁性材料，如稀土金属间化合物，稀土永磁材料及磁性高分子聚合物及纳米晶复合交换耦合永磁材料等。

稀土磁粉出现后，树脂粘结磁体飞速发展。作粘结剂的高分子主要是橡胶、热固性树脂和热塑性树脂。橡胶类粘结剂包括天然橡胶和合成橡胶，主要用于柔性复合磁体的制造，但与塑料相比，一般成型加工困难。热固性粘结剂一般用环氧树脂、酚醛树脂。热塑性粘结剂主要为聚酞胺、聚丙烯、聚乙烯等，聚酞胺P（A）类最为常见，综合考虑机械加工性、耐热性、吸湿性，目前最常用的PA基体是Nylon6、Nylon66等。除了上述这些聚合物基体外，刘颖等还用结构型的磁性高分子-二茂金属高分子铁磁体（OPM）粉作粘结剂与快淬NdFeB磁粉复合制成磁性高分子粘结NdFeB磁性材料，其磁性能比环氧树脂粘结NdFeB的磁性能高。磁性高分子微球所采用的高分子材料主要是蛋白质、生物多糖、脂类等生物高分子和人工合成的兼有各式各样功能基团的合成高分子。将合成高分子作为微球壳层的研究报导较多，同时，考虑到生物高分子的优良特性，近年来对生物磁性高分子微球的研究也正成为新型生物材料领域的研究热点。可以用于制备磁性聚合物膜的聚合物基体较多，原则上能用于制备高分子膜的聚合物都可以，如纤维素、氟碳塑料、聚醋、聚酞胺等。作者曾用聚偏氟乙烯和醋酸纤维素作基体膜，在其中分散磁性氧化铁粒子用于气体分离。聚醋磁性薄膜多用来制成磁带。目前国内外研究较多的是以核径迹蚀刻膜为基板的磁性高分子聚合物磁性材料，它实际上是采用模板法，以聚碳酸酷核径迹蚀刻膜为基体，在其中电沉积磁性粒子，利用其规整膜孔来控制得到的有序磁性高分子聚合物磁性材料。

1.2磁性高分子聚合物的功能

复合型高分子磁性材料分为树脂基铁氧体类高分子共混磁性材料和树脂基稀土填充类高分子共混磁性材料两类，简称为铁氧体类高分子磁性材料和稀土类高分子磁性材料，目前以铁氧体类高分子磁性材料为主。以高分子化学和无机磁学为基础发展起来的磁性高分子材料，是高分子功能材料研究的热点。复合型磁性高分子材料，由于其具有高磁性、易加工和成本低等优点，使它广泛应用于微型电机、办公用品、家电用品和自动控制等领域，但如何提高磁性微粒在高分子基体材料中的分散度是提高其磁性能的关键。结构型磁性高分子材料，由于其具有轻质、低磁损、常温稳定、易加工及抗辐照等优点，且其介电常数、介电损耗、磁导率和磁损耗基本不随频率和温度变化，其适合制造轻、小、薄的高频、微波电子器件，广泛应用于军工、通讯、航天等高技术领域，改进合成方法以提高它的磁性能是以后研究的重点。磁性高分子微球作为一种新型的有机一单倍线无机复合功能材料，由于其兼具高分子的众多特性和磁响应性，它被用做酶、细胞、药物等的载体广泛地应用到了生物医学、细胞学和生物工程等领域。对于磁性高分子微球，如何制得高磁响应性、高比表面和单分散性好的微球，以及高分子结构的精细化和功能化是以后研究的热点。随着新技术的广泛应用，高分子磁性材料必将会有更广泛的应用和发展前景。

2传统重金属的处理

2.1传统处理方法

2.1.1化学法

臭氧接触池的臭氧投加采用布气帽投加方式，均设有尾气破坏装置，避免臭氧泄漏污染大气。纯水具有接近7的pH（既不是碱性的也不是酸性的）。海水的pH值范围为7.5至8.4（中等碱性）。如果水是酸性的（低于7），可以加入石灰、苏打灰或氢氧化钠以在水净化过程中提高pH。石灰加入增加了钙离子浓度，从而提高了水的硬度。对于高度酸性的水，强制通风脱气器可以通过从水中去除溶解的二氧化碳，这是提高pH的有效方式。使水成为碱性有助于凝结和絮凝过程有效地工作，并且还有助于最小化铅从管道和管道配件中的铅焊料中溶解的风险。足够的碱度还降低水对铁管的腐蚀性。在某些情况下，可将酸加入碱性水中以降低pH。碱性水（高于pH7.0）不一定意味着来自管道系统的铅或铜不会溶解到水中。水沉淀碳酸钙以保护金属表面并降低有毒金属溶解在水中的可能性。所有高级氧化工艺（AOP）的特征在于具有共同的化学特征，在驱动氧化过程中利用HO自由基的高反应性的能力，其适合于实现完全减弱和通过甚至更少反应性污染物的转化。处理的目的是去除水中不需要的成分，并使其安全饮用或适合于工业或医疗应用中的特定目的。广泛的技术可用于去除污染物，如固体、微生物和一些溶解的无机和有机材料或环境持久的药物污染物。方法的选择将取决于被处理的水的质量，处理过程的成本和处理水的预期质量标准。

2.1.2物理法

重金属处理系统可以包括砂或砂粒通道或室，调节进入的污水的速度以允许沙子、砂砾、石头和碎玻璃的沉降。这些颗粒被去除，因为它们可能损坏泵和其他设备。对于小型下水道系统，可能不需要砂粒室，但是在较大的工厂需要除去砂粒。砂粒室有3种类型：卧式砂粒室，充气砂粒室和涡流砂粒室，该过程称为沉降。流动均衡澄清剂和机械化二级处理在均匀流动条件下更有效。均衡池可用于临时存储日间或潮湿天气流量峰值。盆地提供在工厂维护期间临时保持进入的污水的地方，以及稀释和分配可能抑制生物二级处理的有毒或高强度废物的排放。对废水沉淀后的污泥进行离心脱水，形成泥饼委托专业的公司处理。水厂处理是从海水或者其他水源中中去除污染物的过程。它包括物理、化学和生物过程，以去除这些污染物并产生可以安全使用的水。水厂处理的副产品通常是称为污水污泥的半固体废物或浆料，其在适于处置或土地应用之前必须进行进一步处理。水厂处理也可以称为净水处理，其也可以应用于处理工业农业废水。

2.1.3生物法

与单功能离子交换树脂不同，生物重金属处理法含有多种功能性位点，包括羧基，咪唑，巯基，氨基，磷酸酯，硫酸酯，硫醚，苯酚，羰基，酰胺和羟基部分。生物重金属处理法是更便宜，更有效的替代方法，用于从水溶液中除去金属元素，特别是重金属。广泛应用于重金属去除的生物重金属处理法，主要集中在细胞结构，生物吸附性能，预处理，修饰，再生/再利用，生物吸附建模（等温和动力学模型），新型生物重金属处理法的开发，旨在提高吸附能力的生物重金属处理法的预处理和改性。分子生物技术是解释分子水平机制的有力工具，并构建具有较高生物吸附能力和目标金属离子选择性的工程生物。尽管生物吸附应用面临着巨大的挑战，但金属去除的生物吸附过程的发展有两个趋势。一种趋势是使用混合技术去除污染物，特别是使用活细胞。另一个趋势是使用固定技术开发商业生物重金属处理法，并改善生物吸附过程，包括再生/再利用，使生物重金属处理法可以进行大力市场开发。

2.2存在的不足

重金属的常规处理有着众多的不足，物理法通过吸附进行处理，大部分时候采用活性炭，但是近年来，活性炭有被滥用的嫌疑，因其表面积并没有所宣传的那样效果，同时活性炭价格较高，因此在重金属处理中并不十分合算。化学法采用大量化学物质进行沉淀与pH调整，但是这样会使得水质受到破坏，这样得到的水源可能无法有着更加合适的用途。

2.3改进方向

使用磁性高分子聚合物净化池具有以下优点：增加净化池的可用功率，减少净化所需的时间。这些是通过用磁性高分子聚合物颗粒涂覆电极的表面来实现的，这样增加了电极的表面积，从而允许更多的电流在电极和净化池内部的化学物质之间流动。当净化池不使用时，磁性高分子聚合物材料可用作⒌缂与净化池中液体分开的涂层。在当前的净化池技术中，液体和固体相互作用，导致低电平放电，这降低了净化池的使用寿命。磁性高分子聚合物技术在净化池中的应用也存在着一些问题，磁性高分子聚合物颗粒具有低密度和高表面积。表面积越大，空气表面越容易发生氧化反应，这可能使净化池中的材料不稳定。由于磁性高分子聚合物颗粒的低密度，存在较高的颗粒间电阻，降低了材料的导电性。磁性高分子聚合物材料难以制造，增加成本。虽然磁性高分子聚合物材料可能大大提高净化池的能力，但它们可能成本高昂。

3磁性高分子聚合物在重金属处理中的应用

3.1作用机理

主要依靠顺磁性进行重金属吸附，顺磁是一种磁性的形式，其中某些材料被外部施加的磁场吸引，并且在所施加的磁场的方向上形成内部感应的磁场。与此相反，抗磁材料被磁场排斥，并在与所施加的磁场相反的方向上形成感应磁场。顺磁材料包括大多数化学元素和一些化合物，它们具有大于或等于1的相对导磁率（即非负磁化率），因此被吸引到磁场。施加场诱发的磁矩在场强中呈线性，相当弱。通常需要敏感的分析天平来检测效应，并且常规用SQUID磁强计进行顺磁材料的现代测量。顺磁材料对磁场具有较小的敏感性。这些材料被磁场略微吸引，并且当外部场被去除时材料不保持磁性。顺磁特性是由于存在一些不成对的电子，以及由外部磁场引起的电子路径的重新排列。顺磁材料包括镁，钼，锂和钽。与铁磁体不同，在没有外部施加的磁场的情况下，辅助磁铁不会保留任何磁化，因为热运动使自旋取向随机化。一些顺磁性材料即使在绝对零度下仍保持旋转紊乱，这意味着它们在基态下是顺磁性的，即在没有热运动的情况下。因此，当施加的场被去除时，总磁化强度降至零。即使在场的存在下，只有很小的感应磁化，因为只有一小部分的自旋将被场取向。这个分数与场强成正比，这解释了线性相关性。铁磁材料的吸引力是非线性的，而且更加强烈。通过细乳液聚合制备的磁性聚合物磁性高分子聚合物球的表面改性和定量表征的新颖有效的方案。由聚合物涂覆的氧化铁磁性高分子聚合物颗粒组成的复合磁性高分子聚合物球通过甲基丙烯酸甲酯和二乙烯基苯在磁性流体存在下的细乳液聚合制备。使用磁性聚合物与聚（乙二醇）（PEG）的表面改性反应获得亲水羟基官能化的磁性磁性高分子聚合物球。然后将亲和染料CibacronblueF3G-A（CB）共价偶联以制备磁性无孔亲和吸附剂。通过透射电子显微镜和振动样品磁强计检查所获得的聚合物磁性高分子聚合物球的形态和磁性。基于IC-O-C/IC=O的强度比和PEG的含量之间的线性关系，通过使用扩散反射傅立叶变换红外光谱定量测量表面改性的含量。X射线光电子能谱（XPS）用于检测磁性磁性高分子聚合物球的表面同时比较与CB配体偶联的染料涂覆的和未涂覆的磁性磁性高分子聚合物球的XPS光谱，发现效果较好。

3.2效果分析

以水厂净化为例，通过水厂的净水、输水管、取水泵三部分入手。对于净水厂的产能评估，应该着重于预臭氧的接触区域的进水量评估。因其采用石灰投入来改变酸碱性，因此对于水池中的水量进行预估是极为重要的，通过石灰投放量投入的调研可以正确预估净水部分的产能。在输水管道的输送过程中，可以对其流量进行监测与分析，通过进出水的流量与出水的沉淀物数值、pH值、微生物量来确定净水能力的实际水平。在取水泵的环节，通过对原水浑浊度、pH值与电导率的测定，对其洁水能力作出预估与在线的检测。在深度处理环节，对高压放电方式进行调研，对臭氧接触池的运行速率进行分析。在中央监控系统，可以直观地看到目前正在进行的各个环节的处理过程，进出水量、水的各种理化数值，系统还可以对其进行预估，预测未来可能出现的水量变化并加以提前控制。在中控室可以更好地计算水厂的实际产能，并且与各个环节进行比较，推断数据的真实性与有效性，对水厂的净水产能进行精确的复核。完善的中央监控系统：可以对现场设备、供配电系统、视频监控、管网压力等方面进行全面监控，可以及时发现管网参数的异动，借助自动化的控制来进行反馈与解决，从而最小化故障的波及范围，保证水质的要求。采取稳定高效的通信管理，使得工作人员可以在较短的时间内发现故障并且上报与解决。集成化的中央自动控制管理也是现代工厂的重要方向。

4发展前景

通过采用磁性高分子聚合物，工作人员可以加强净水环节中的重金属处理能力，可以利用高新的技术进行产能的提升与设备的改进。净水效率的提升是一条光明而曲折的路，在这条路上会出现很多难题与挑战，这个任务长期而又艰巨，需要结合实际生产经验，不断地进行总结归纳。为实现自身的长远发展而进行大胆革新，利用创新思维进行现代化建设，从而大踏步地走向科学高效的重金属处理目标。

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有机高分子材料特点范文

Polyhedraloligomericsilsesquioxanes(POSS),asanewkindoforganic-inorganichybridmaterials,hasattractedgreatattentioninthelastdecade.Inthispaper,theapplicationsforthesepolymernanocompositeswereintroducedandforecasted.ThethermalpropertiesofPOSS-basedpolymerandrelatedflameretardantwereilluminated.Themechanismofincreasingtheflameretardantandthermalpropertieswasalsodiscussed.Additionally,thedevelopingtrendsofPOSSpolymernanocompositesinthefuturewerediscussed.

火灾严重威胁着人民生命财产安全，引起火灾的原因主要是易燃物品导致的火灾蔓延。这些材料若不具有阻燃性，将会增加火势蔓延，并在燃烧过程中释放有毒烟雾和易燃气体。因此，为了降低火灾威胁及损失，阻燃性已经成为对材料性能的重要要求之一。笼型倍半硅氧烷是一种新型硅系阻燃剂，它在赋予基材优异的阻燃性能外，还能改善基材的其他性能（如加工性能、机械性能、耐热性能、生态友好性等）。

20世纪90年代，多面低聚倍半硅氧烷（POSS，又称笼型倍半硅氧烷）由美国空军研究实验室首先开发研制出来，它是倍半硅氧烷的一个重要分支。国外发达国家对POSS的研究呈上升趋势，根据美国ScifinderScholar数据库统计，相关文献和专利在2000年为53篇，2005年增加到200篇，2006年上半年为163篇，研究的重点主要在POSS改性聚合物复合材料方面，该材料是一类新型的有机/无机杂化材料，不但结合了聚合物和无机材料的优点，而且还具有一些新颖的性能，如阻燃性、低介电性等。作为光固化树脂，是一种优秀的齿科材料；利用氢倍半硅氧烷和含双键的倍半硅氧烷间的硅氢化加成反应来制备多孔材料，用于改性高分子材料，制作耐热阻燃材料等方面。

1POSS的结构特点

（1）分子内杂化结构。POSS分子具有纳米结构无机框架核心，由有机基团包围。因此POSS分子本身就是一个分子水平上的有机/无机分子内杂化体系。这种结构不仅综合了有机和无机组分各自优越性，还由于两者协同效应产生新性能。

（2）纳米尺寸效应。POSS本身是一种具有纳米尺寸的化合物，在其六面体结构中，可获得小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，并表现出特殊的热学、光学、磁学和声学性质。

（3）结构可设计性。位于顶角上的Si原子均可通过化学反应带上各种反应性或非反应性的基团，赋予反应性与功能性，从而形成所需要的不同性能的POSS单体。

（4）良好的溶解性。一般情况下，大多数POSS单体可溶于普通的有机溶剂，如四氢呋喃、甲苯与氯仿，却不溶于环已烷、四氯化碳及异丁醚。

（5）高的热稳定性及阻燃性。POSS具有很好的热稳定性。其无机硅氧骨架结构使其在高温下仍有稳定的结构。在分解温度下，POSS会迅速被氧化成为SiO2形成“痂”，隔绝进一步氧化反应的发生。

（6）高反应性。功能性POSS可在熔融状态下与有机化合物或高分子进行共混，也可通过自由基聚合、缩聚聚合以及开环聚合等方法引入到聚合物中，形成有机/无机杂化聚合物。

POSS改性聚合物的研究应用于热塑性材料较多。POSS单体的尺寸与最细小的硅粉颗粒相近，POSS的作用相当于纳米尺度的增强纤维，从而产生了极强的抗热变形能力，同时与其他的硅粉，有机硅化合物及填充剂相比，POSS外部的活性基团大大提高了与聚合物的化学相容性，可以通过化学键与聚合物链相连。当加入单体形式具有活性的共聚物形式的树脂后，POSS的分子会粘结在聚合物链的两端，形成一个连续的大分子链，并在整个材料中形成网状结构。因此POSS的接入将会给聚合物的性能带来革命性的变化。

2POSS应用于聚合物阻燃整理研究现状

不含卤素阻燃高分子是目前阻燃高分子的发展方向，各种倍半硅氧烷杂化高分子构成了这种类型的阻燃剂中的一大类。功能性倍半硅氧烷可以含有环氧基、氨基、烯基或其他反应性基团，分解温度都可达到225～300℃左右。T8（六面体倍半硅氧烷）在结构上类似于一个小小的“沸石”，因而一般都有非常好的耐热性，T8受热分解后的残余物为二氧化硅，并且二氧化硅的含量非常高，有些甚至达到87%（质量分数），因而阻燃性能非常好。一般的含有双键或环氧基的笼型倍半硅氧烷大分子的单体固化后，分解温度都可达到225～300℃左右。

最近有报道称，由Q8M8H和4乙烯基环己烯的部分加成产物在200～250℃固化，在空气中可稳定到400℃，更可贵的是这种材料透明、柔韧，有望作为耐高温的垫圈或窗玻璃。A.Fina和D.Tabuanib等人研究了含有甲基、乙烯基和苯基的POSS与聚苯乙烯共混时，POSS在聚合物中的分布以及对机械性能的影响，并确定了POSS的加入可以显著提高聚苯乙烯的热稳定性，降低其燃烧性能。NagendiranS.和M.Alagar等研究发现与POSS共聚的环氧树脂的玻璃化温度比不加入POSS的温度高，并且加入3%的POSS时，环氧树脂就具有明显的阻燃性能。EricDevaux等利用POSS与PU共混制备POSS/PU复合材料，从而大大提高了PU的热稳定。最近，KXie和SWKuo采用官能团为―CH2OH的反应性POSS对天然纤维进行处理，研究了对纤维的热降解性能的影响，结果表明处理后的织物的耐热性明显高于未处理的织物。YCWu等合成了含有多个苯并嗪的POSS单体，并将其应用于聚酰胺、PVP和PC材料上，分析了在焙烘过程中，POSS单体发生自交联的情况。结果显示，其可以在高聚物的表面形成一层膜，使得材料的表面能降低，玻璃化温度提高。

高钧驰等利用笼型八苯基硅倍半氧烷（OPS）与三元乙丙橡胶（EPDM）制成新型复合材料，结果表明，OPS复合EPDM与纯EPDM相比，氧指数有所提高，释热速率降低，热稳定性提高，力学性能得到明显的改善。刘磊等以离子型八（四甲基铵）笼型倍半硅氧烷（OctaTMA-POSS）作为聚苯乙烯（PS）的添加剂制备POSS/PS复合材料，一定量的POSS可以在PS中形成纳米纤维并呈网状分布，使复合材料的热释放速率峰值、CO和CO2释放速率峰值和浓度峰值降低。刘磊、王文平等发现纯的PMMA在410℃时就分解完全，而POSS/聚合物和纯POSS仍然有残留，其中纯POSS残留最多。POSS/PMMA和嵌段聚合物POSS/PMMA/PS分解温度Td比纯PMMA分别高出60℃和151℃。宋晓艳、程博闻合成了一种同时含有金属和双键的磁性多面体齐聚倍半硅氧烷，并制备了聚苯乙烯/POSS纳米复合材料。热分析表明PS/POSS纳米材料较纯PS热稳定性增加，PS/POSS纳米材料的玻璃化转变温度较纯PS明显提高。

3POSS阻燃机理分析

所谓阻燃是指降低材料在火焰中的可燃性，减缓火焰蔓延速度，当火焰移去后能很快自熄，减少燃烧。从燃烧过程看，要达到阻燃目的，必须切断由可燃物、热和氧气等3要素构成的燃烧循环。阻燃作用的机理有物理的、化学的及二者结合作用等多种形式。现阶段，对POSS阻燃机理的一般有以下两个观点。

3.1特殊的成炭过程

一般认为，在高温下，POSS在加热温度450～650℃之间，聚合物放出大量的气体后，倍半硅氧烷“笼型”结构开始丢失。对剩余炭化物进行分析后表明其化学成分主要为SiO2、SiOxCy、SiC，这意味着POSS单元可能在燃烧过程中有一个特殊的成炭过程，这对POSS结构提高聚合物阻燃性机理的研究有指导意义。

3.2纳米增强作用

POSS单体本身是一种具有纳米尺寸的化合物，由于纳米尺寸效应，使得POSS基体与聚合物结合得比较紧密，这样就限制了聚合物链的运动，从而提高聚合物的热稳定性，另一方面POSS单体本身具有较高的热稳定性。

POSS基聚合物对于阻燃的贡献，主要是POSS可以与其它聚合物或单体接枝、共聚，在分子水平上对聚合物进行增强，进而提高聚合物的热稳定性。POSS基聚合物燃烧时能够在聚合物的表面形成一层致密的陶瓷型炭层，该炭层能隔热、隔氧，有效保护聚合物基体。成炭率是判断材料阻燃性好坏的一个重要指标。

通过以上两种观点，可以总结得出影响聚合物/POSS纳米复合材料热性能的主要因素有：POSS的纳米尺寸效应、分子间作用力、稀释效应和交联效应。分子间作用力包括POSS与POSS间的作用力、POSS与材料中有机链段基团间的作用力、有机链段间的作用力。有机链段间的作用通常表现为均聚物性能的保持，同时均聚物的性能也是检验复合材料性能的重要标准；共聚复合材料中POSS与POSS间的作用力主要体现为物理聚集作用；POSS与有机链段间的作用力主要体现为偶极偶极作用或氢键作用等。交联作用表现为分子间作用力导致的物理交联（共混复合材料）和化学键连接产生的化学交联（共聚复合材料）作用。

自由体积增大和稀释效应导致热性能降低，纳米POSS的尺寸效应、交联作用、偶极偶极作用、氢键等对链段运动的限制，有效增强材料的热稳定性。

4POSS发展趋势

POSS具有的独特的笼型立体三维结构和分子可设计性为各种新型材料的开发提供了良好的载体。为了更加充分发挥POSS分子在改性聚合物方面的优势，结合笼型倍半硅氧烷的研究现状，POSS未来的发展方向主要集中在以下几个方面。

（1）改进生产工艺，降低生产成本，为大规模工业化应用打下坚实的基础，需要深入研究如何有效控制水解反应及开发新的合成路线，探寻水解反应的机理，以及制备更多不同种类的POSS，同时也可以降低制备POSS的成本。

（2）继续深入理论的研究和探索，如计算机模拟POSS合成，探究合成过程中的反应条件和化学环境对POSS结构形成的影响；建立更合理的模型，更深入地研究和探索POSS对聚合物的改性机理。

（3）研究POSS基材料的结构与性能的关系，这样可以制备新型的材料和拓宽POSS的使用领域，深入研究POSS的物理、化学、生物和其它特殊性能，合成在光、电、磁、催化等方面有特定效果的功能化POSS改性材料。

得到成本更低、性能更优、能满足特定使用需要的POSS改性材料将是今后一个大的发展方向，POSS的实用化、产业化必将给新材料和相关领域带来新的机遇。

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有机高分子材料特点范文1篇10

论文摘要：高分子化学是研究高分子化合物的合成、化学反应、物理化学、物理、加工成型、应用等方面的一门新兴的综合性学科。那么，高分子化学具体内容及高分子与生活、高科技的发展关系如何呢？以下作简单介绍。

人类从一开始即与高分子有密切关系，自然界的动植物包括人体本身，就是以高分子为主要成分而构成的，这些高分子早已被用作原料来制造生产工具和生活资料。人类的主要食物如淀粉、蛋白质等，也都是高分子。只是到了工业上大量合成高分子并得到重要应用以后，这些人工合成的化合物，才取得高分子化合物这个名称。但提到合成高分子材料（聚合物）的应用与发展，人们在想到它们极大地方便我们的生活的同时，很多人会想到“白色污染”，甚至将水污染、大气污染等各种环境问题的产生怪罪于高分子，这说明他们对高分子并不十分了解。当今社会高分子的功用无处不在，而人们认识高分子时，往往忽略了它带给人类生活的巨大变化和种种利益，不了解它为人类文明做出的贡献是巨大的。

一、高分子化学的内涵

1．何为高分子化学

顾名思义，高分子就是相对分子质量很高的分子，它是高分子化合物的简称。高分子化合物，又称聚合物或高聚物，是结构上由重复单元（低分子化合物—单体）连接而成的高相对分子质量化合物。高分子的相对分子质量非常的大，小到几千，大到几百万、上千万的都有。我们有时将相对分子质量较低的高分子化合物叫低聚物。高分子化学作为化学的一个分支，同样也是从事制造和研究分子的科学，但其制造和研究的对象都是大分子，即由若干个原子按一定规律重复地连接成具有成千上万甚至上百万质量的、最大伸直长度可达毫米量级的长链分子，称为高分子、大分子或聚合物。

2．高相对分子质量与高强度

相对分子质量和物质的性质是密切相关的，是决定物质性质的一个重要因素。只有相对分子质量高的化合物才有一定的机械力学性能，才能作为材料使用。例如乙烷、辛烷、廿烷、聚乙烯、超高分子量聚乙烯，都是直链的烷烃化合物，但是分子量变化很大，其机械力学性能因而也有极大的区别。

3．高分子科学的主要内容

既然高分子化学是制造和研究大分子的科学，对大分子的反应和方法的研究，显然是高分子化学最基本的研究内容。高分子科学不仅是研究化学问题，也是一门系统的科学。高分子科学的主要内容有：如何将低分子化合物连

接成高分子化合物，即聚合反应的研究。高分子化合物的结构与性质关系。不同性质的高分子，其结构必然是不同的。为了得到不同性质的高分子，就要去合成具有特殊结构的高分子。

二、高分子材料化学的应用

材料是人类社会文明发展阶段的标志，是人类赖以生存和发展的物质基础。它是指经过某种加工，具有一定结构、组分和性能，并可应用于一定用途的物质。上世纪半导体硅、高集成芯片、高分子材料的出现和广泛应用，把人类由工业社会推向信息和知识经济社会。可以说某一种新材料的问世及其应用，往往会引起人类社会的重大变革，材料是人类文明的重要标志。如果说现在人人离不开高分子材料，家家离不开高分子材料，处处离不开高分子材料，是一点也不过分的。高分子化合物的最主要的应用是以高分子材料的形式出现的，高分子材料包括了塑料、纤维、橡胶三大传统合成材料，另外许多精细化工材料也都是高分子材料。

第一，塑料：一类是通用塑料，如容器、管道、家具、薄膜、鞋底与泡沫塑料等等；另一类叫工程塑料，其强度大，如汽车零部件、保险杠、洗衣机内的滚筒、电器的外壳等。

第二，纤维：人们开发出聚酯、尼龙、腈纶、维尼纶等高分子化合物，通过不同的加工，生产出了各种纤维制品，极大地满足着人类的需要。

第三，橡胶：天然橡胶的种类和品质都受到很大的限制，于是科学家们不断开发出了各种人造橡胶，如丁苯橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶、氟橡胶、硅橡胶等。

第四，精细化工：比如使得我们的世界变得丰富多彩的各种涂料产品，如家具漆、内外墙乳胶漆、汽车漆、飞机漆等。女孩子用的指甲油，使牙齿变白的增白剂也都是涂料。还有万能胶、建筑用胶、医用胶、结构胶等黏合剂，以及各种吸水树脂等都是高分子产品。

三、高分子化学与高科技的结合

当今社会，人们将能源、信息和材料并列为新科技革命的三大支柱，而材料又是能源和信息发展的物质基础。自从合成有机高分子材料的那一天起，人们始终在不断地研究、开发性能更优异、应用更广泛的新型材料，来满足计算机、光导纤维、激光、生物工程、海洋工程、空间工程和机械工业等尖端技术发展的需要。高分子材料向高性能化、功能化和生物化方向发展，出现了许多产量低、价格高、性能优异的新型高分子材料。

随着生产和科学技术的发展，许多具有特殊功能的高分子材料也不断涌现出来，如分离材料、光电材料、磁性材料、生物医用材料、光敏材料、非线性光学材料等等。功能高分子材料是高分子材料中最活跃的领域，下面简单介绍特种高分子材料：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相应反应的高分子材料；高性能高分子则是对外力有特别强的抵抗能力的高分子材料。它们都属于特种高分子材料的范畴；特种高分子材料是指带有特殊物理、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（化学纤维、塑料、橡胶、油漆涂料、粘合剂）的范畴。

第一，力学功能材料：强化功能材料，如超高强材料、高结晶材料等；)弹材料，如热塑性弹性体等。

第二，化学功能材料：分离功能材料，如分离膜、离子交换树脂、高分子络合物等；反应功能材料，如高分子催化剂、高分子试剂；生物功能材料，如固定化酶、生物反应器等。

第三，生物化学功能材料：人工脏器用材料，如人工肾、人工心肺等；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；生物分解材料，如可降解性高分子材料等。

可以预计，在今后很长的历史时期中，特种与功能高分子材料研究将代表了高分子材料发展的主要方向。

四、高分子化学的可持续发展

研究高分子合成材料的环境同化，增加循环使用和再生使用，减少对环境的污染乃至用高分子合成材料治理环境污染，也是21世纪中高分子材料能否得到长足发展的关键问题之一。比如利用植物或微生物进行有实用价值的高分子的合成，在环境友好的水或二氧化碳等化学介质中进行化学合成，探索用前面提到的化学或物理合成的方法合成新概念上的可生物降解高分子，以及用合成高分子来处理污水和毒物，研究合成高分子与生态的相互作用，达到高分子材料与生态环境的和谐等。显然这些都是属于21世纪应当开展的绿色化学过程和材料的研究范畴。

有机高分子材料特点范文篇11

【关键词】纳米、纳米技术、纳米材料、纳米结构

1引言

著名科学家费曼于1959年所作的《在底部还有很大空间》的演讲中，以“由下而上的方法”出发，提出从单个分子甚至原子开始进行组装，以达到设计要求。他说道，“至少依我看来，物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物品的可能性。”并预言，“当我们对细微尺寸的物体加以控制的话，将极大得扩充我们获得物性的范围。”[1]

1974年，科学家唐尼古奇最早使用纳米技术一词描述精密机械加工。1982年，科学家发明研究纳米的重要工具――扫描隧道显微镜，使人类首次在大气和常温下看见原子，为我们揭示一个可见的原子、分子世界，对纳米科技发展产生了积极促进作用。1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办，标志着纳米科学技术的正式诞生。[2]

2纳米技术

纳米技术是在单个原子、分子层次上对物质的种类、数量和结构形态进行精确的观测、识别和控制的技术，是在纳米尺度范围内研究物质的特性和相互作用，并利用这些特性制造具有特定功能产品的多学科交叉的高新技术。其最终目标是人类按照自己的意志直接操纵单个原子、分子，制造出具有特定功能的产品。

3纳米材料

3.1纳米材料的概念

纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围（1-100nm）或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10～100个原子紧密排列在一起的尺度。从尺寸大小来说，通常产生物理化学性质显著变化的细小微粒的尺寸在0.1微米以下，即100纳米以下。因此，颗粒尺寸在1～100纳米的微粒称为超微粒材料，也是一种纳米材料。

纳米材料具有一定的独特性，当物质尺度小到一定程度时，则必须改用量子力学取代传统力学的观点来描述它的行为，当粉末粒子尺寸由10微米降至10纳米时，其粒径虽改变为1000倍，但换算成体积时则将有10的9次方倍之巨，所以二者行为上将产生明显的差异。

3.2纳米材料的分类

纳米材料大致可分为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块体等四类。其中纳米粉末开发时间最长、技术最为成熟，是生产其他三类产品的基础。

（1）纳米粉末

纳米粉末又称为超微粉或超细粉，一般指粒度在100纳米以下的粉末或颗粒，是一种介于原子、分子与宏观物体之间处于中间物态的固体颗粒材料。可用于：高密度磁记录材料；吸波隐身材料；磁流体材料；防辐射材料；单晶硅和精密光学器件抛光材料；微芯片导热基片与布线材料；微电子封装材料；光电子材料；先进的电池电极材料；太阳能电池材料；高效催化剂；高效助燃剂；敏感元件；高韧性陶瓷材料（摔不裂的陶瓷，用于陶瓷发动机等）；人体修复材料；抗癌制剂等。

（2）纳米纤维

纳米纤维指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料。可用于：微导线、微光纤（未来量子计算机与光子计算机的重要元件）材料；新型激光或发光二极管材料等。静电纺丝法是目前制备无机物纳米纤维的一种简单易行的方法。

（3）纳米膜

纳米膜分为颗粒膜与致密膜。颗粒膜是纳米颗粒粘在一起，中间有极为细小的间隙的薄膜。致密膜指膜层致密但晶粒尺寸为纳米级的薄膜。可用于：气体催化（如汽车尾气处理）材料；过滤器材料；高密度磁记录材料；光敏材料；平面显示器材料；超导材料等。

（4）纳米块体

纳米块体是将纳米粉末高压成型或控制金属液体结晶而得到的纳米晶粒材料。主要用途为：超高强度材料；智能金属材料等。

4纳米材料的应用

由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性[8]、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。

5纳米材料的前景

纳米科学是一门将基础科学和应用科学集于一体的新兴科学，主要包括纳米电子学、纳米材料学和纳米生物学等。纳米材料的应用涉及到各个领域，21世纪将是纳米技术的时代。纳米科学技术的诞生，将对人类社会产生深远的影响，并有可能从根本上解决人类面临的许多问题，特别是能源、人类健康和环境保护等重大问题。

21世纪初的主要任务是依据纳米材料各种新颖的物理和化学特性，设计出各种新型的材料和器件。通过纳米材料科学技术对传统产品的改性，增加其高科技含量以及发展纳米结构的新型产品，目前已出现可喜的苗头，具备了形成21世纪经济新增长点的基础。纳米材料将成为材料科学领域一个大放异彩的明星展现在新材料、能源、信息等各个领域，发挥举足轻重的作用。随着其制备和改性技术的不断发展，纳米材料在精细化工和医药生产等诸多领域会得到日益广泛的应用。

6结束语

纳米材料在21世纪高科技发展中占有重要地位。纳米材料由于其无可挑剔的优越性，已成为世界各国研究的热点。其应用已渗透到人类生活和生产的各个领域，促使许多传统产业得到改进。世界发达国家的政府都在部署未来10～15年有关纳米科技研究规划。我国对纳米材料的研究也取得了令世界瞩目的、具有前沿性的科技成果。纳米技术的开发，纳米材料的应用，推动了整个人类社会的发展，也给市场带来了巨大的商业机遇。

参考文献

[1]孙红庆.科技天地―计划与市场探索[M]，2001/05

有机高分子材料特点范文篇12

关键词：材料发展金属材料无机非金属材料高分子材料

人类社会的发展历程,是以材料为主要标志的。历史上,材料被视为人类社会进化的里程碑。对材料的认识和利用的能力,决定着社会的形态和人类生活的质量。历史学家也把材料及其器具作为划分时代的标志:如石器时代、青铜器时代、铁器时代、高分子材料时代……

100万年以前,原始人以石头作为工具,称旧石器时代。1万年以前,人类对石器进行加工,使之成为器皿和精致的工具,从而进入新石器时代。现在考古发掘证明我国在八千多年前已经制成实用的陶器,在六千多年前已经冶炼出黄铜,在四千多年前已有简单的青铜工具,在三千多年前已用陨铁制造兵器。我们的祖先在二千五百多年前的春秋时期已会冶炼生铁,比欧洲要早一千八百多年以上。18世纪,钢铁工业的发展,成为产业革命的重要内容和物质基础。19世纪中叶,现代平炉和转炉炼钢技术的出现,使人类真正进入了钢铁时代。与此同时,铜、铅、锌也大量得到应用,铝、镁、钛等金属相继问世并得到应用。直到20世纪中叶,金属材料在材料工业中一直占有主导地位。20世纪中叶以后,科学技术迅猛发展,作为发明之母和产业粮食的新材料又出现了划时代的变化。首先是人工合成高分子材料问世,并得到广泛应用仅半个世纪时间,高分子材料已与有上千年历史的金属材料并驾齐驱,并在年产量的体积上已超过了钢,成为国民经济、国防尖端科学和高科技领域不可缺少的材料。其次是陶瓷材料的发展。陶瓷是人类最早利用自然界所提供的原料制造而成的材料。50年代,合成化工原料和特殊制备工艺的发展,使陶瓷材料产生了一个飞跃,出现了从传统陶瓷向先进陶瓷的转变,许多新型功能陶瓷形成了产业,满足了电力、电子技术和航天技术的发展和需要。

现在人们也按化学成分的不同将材料划分为金属材料,无机非金属材料和有机高分子材料三大类以及他们的复合材料。

金属材料科学主要是研究金属材料的成分组织、结构、缺陷与性能之间内在联系的一门学科。金属材料科学与工程的工作者还要研究各种金属冶炼和合金化的反应过程和相的关系,金属材料的制备方法和形成机理,结晶过程以及材料在制造及使用过程中的变化和损毁机理。对其按化学成份进行分类可以分为钢铁、有色金属以及复合金属材料。按用途分类包括结构材料和功能材料。

金属基复合材料(mmc)因其良好的性能而得到了人们广泛的关注。它是一类以金属或合金为基体,以金属或非金属线、丝、纤维、晶须或颗粒状组分为增强相的非均质混合物,其共同点是具有连续的金属基体。目前,特别是航空航天部门推进系统使用的材料,其性能已经达到了极限。因此,研制工作温度更高、比刚度和比强度大幅度增加的金属基复合材料,已经成为发展高性能结构材料的一个重要方向。1990年美国在航天推进系统中形成了3250万美元的高级复合材料(主要为mmc)市场,年平均增长率16%,远高于高性能合金的年增长率1.6%。

无机非金属材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。在晶体结构上,无机非金属的晶体结构远比金属复杂,并且没有自由的电子。具有比金属键和纯共价键更强的离子键和混合键。这种化学键所特有的高键能、高键强赋予这一大类材料以高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基本属性,以及宽广的导电性、隔热性、透光性及良好的铁电性、铁磁性和压电性。无机非金属材料已从传统的水泥、玻璃、陶瓷发展到了新型的先进陶瓷、非晶态材料、人工晶体、无机涂层、无机纤维、半导体材料以及光学材料。由于新型无机非金属材料除具有传统无机非金属材料的优点外,还有某些特征如:强度高、具有电学、光学特性和生物功能等,因此它们已成为现代新技术、新产业、传统工业技术改造、现代国防和生物医学所不可缺少的物质基础。

高分子材料为有机合成材料,亦称聚合物。自20世纪20年代德国著名科学家斯托丁格开创这一学科以来,高分子科学和技术的发展极为迅猛,如今已形成非常庞大的高分子工业。它具有较高的强度,良好的塑性,较强的耐腐蚀性能,很好的绝缘性能,以及重量轻等优良性能,在是工程上的发展最快的一类新型结构材料。高分子材料按其分子链排列有序与否,可分为结晶聚合物和无定型聚合物两类。结晶聚合物的强度较高,结晶度决定于分子链排列的有序程度。工程上通常根据机械性能和使用状态将其分为三大类:塑料、橡胶以及合成纤维。其中,我国的合成纤维、合成树脂和合成橡胶已分别居世界产能的第一、二和三位。

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