高分子材料的发展现状范文篇1

论文摘要：本文介绍了纳米技术、纳米材料的基本概念、原理、特征和各种纳米材料在涂料领域的应用；阐述了纳米材料在应用中所存在的技术问题，以及纳米技术在涂料领域的发展前景。

1纳米技术及纳米材料

1.1纳米技术

纳米技术是20世纪80年代末诞生且正在崛起的新技术，主要是在0.1-100nm尺度范围内，研究物质组成的体系中电子、原子和分子运动规律与相互作用，其研究目的是按人的意志直接操纵电子、原子或分子，研制出人们所希望的、具有特定功能的材料和制品。纳米科技将成为21世纪科学技术发展的主流，它不仅是信息技术、生物技术等新兴领域发展的推动力，而且因其具有独特的物理、化学、生物特性为涂料等领域的发展提供了新的机遇。

1.2纳米材料

纳米材料主要由纳米晶粒和晶粒界面两部分组成，其晶粒中原子的长程有序排列和无序界面成分的组成后有大量的界面（6×1025m3/10nm晶粒尺寸），晶界原子达15%～50%，且原子排列互不相同，界面周围的晶格原子结构互不相关，使得纳米材料成为介于晶态与非晶态之间的一种新的结构状态[1]。狭义上，纳米材料是指粒径在0.1-100nm范围内的或具有特殊物理化学性能的材料。广义上，纳米材料是指在三维空间中至少有一维长度在0.1-100nm范围内的或具有纳米结构的材料。按化学组成可分为:纳米金属、纳米晶体、纳米陶瓷、纳米玻璃、纳米高分子和纳米复合材料等。由于纳米材料具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应和一些奇异的光、电、磁等性能，将其用于涂料中后，除了可以改性传统涂料外，更为重要的是可以制备各种功能涂料，如具有抗辐射、耐老化、抗菌杀菌、隐身等特殊功能的涂料。

2纳米材料在涂料领域中的应用

现阶段纳米材料在涂料中的应用主要为两种情况[2]：（1）纳米材料经特殊处理后，添加到传统涂料中分散后制成的纳米复合涂料（nanocompositecoating），使涂料的各项指标均得到了显著的提高。将纳米离子用于涂料中所得到的一类具有抗辐射、耐老化、具有某些特殊功能的涂料称为纳米复合涂料。（2）完全由纳米粒子和有机膜材料形成的纳米涂层材料，通常所说的纳米涂料均为有机纳米复合涂料。目前，用于涂料的纳米粒子主要是某些金属氧化物（如tio2、fe2o2、zno等）、纳米金属粉末（如纳米al、co、ti、cr、nd等）、无机盐类（caco3）和层状硅酸盐（如一堆的纳米级粘土）[3]。

2.1纳米tio2在涂料中的应用

2.1.1随角异色效应

由于纳米二氧化钛晶体的粒径大约是普通钛白粉的1/10，远远低于可见光的波长，本身具有透明性，又对可见光具有一定程度的遮盖，透射光在铝粉表面反射与在纳米二氧化钛表面反射产生了不同的视觉效果。到1991年，全世界已有11种含超细二氧化钛的金属闪光漆。目前，福特、克莱斯乐、丰田、马自达等许多著名的汽车制造公司都已使用含有超细二氧化钛的金属闪光漆[4]。

2.1.2抗老化性能

提高材料抗老化性能的传统方法是添加有机紫外线吸收剂，纳米tio??2粒子是一种稳定的、无毒的紫外光吸收剂。因为用作涂料基料的高分子树脂受到太阳中紫外线的长期照射会导致分子链的降解，影响涂膜的物理性能，因此若能屏蔽太阳光中的紫外线，就可大幅提高漆膜的耐老化性能。郭刚[5]等研究发现利用金红石型纳米tio2优异的紫外线屏蔽性能改性传统耐候型聚酯——tgic粉末涂料可以大幅度地提高其耐老化性能。

2.1.3抗菌杀毒

纳米tio2有抗菌杀毒作用，用于涂料是涂料发展中的一个重大成就。纳米二氧化钛具有高的光催化性，在紫外光的照射下能分解出自由移动的带负电的电子e-和带正电的空穴h+形成电子——空穴对，该电子——空穴对能与空气中的氧和h2o发生作用，通过一系列化学反应形成原子氧（o）氢氧自由基（oh），这种原子氧和氢氧自由基具有很高的化学活性，能与细菌中的有机物反应生成二氧化碳和水，从而达到杀灭细菌的作用。[6]

纳米tio2的抗菌杀毒作用已成为国内外关注的焦点。日本已有不少企业开发出纳米tio2光催化涂料并实现了商业化生产。目前，由于国内对于纳米tio2的研究大多还处于实验阶段，在涂料性能的提高和完善方面还有大量的工作要做，因此，对纳米涂料的研究要不断深入，以提高我国涂料的工业水平，推动纳米涂料的发展和应用。

2.2纳米sio2在涂料中的应用

纳米sio2具有三维网状结构，拥有庞大的比表面积，表现出极大的活性，能在涂料干燥时形成网状结构，同时增加了涂料的强度和光洁度，而且还提高了颜料的悬浮性，能保持涂料的颜色长期不变。在建筑内外墙涂料中，若添加纳米sio2，可明显改善涂料的开罐效果，涂料不分层，具有触变性、防流挂、施工性能良好等优点，尤其是抗沾污性能大大提高，具有优良的自清洁能力和附着力。纳米sio2还可与有机颜料配用，可获得光致变色涂料。

欲使纳米sio2材料在涂料中真正地得到广泛应用，须解决纳米sio2在涂料中的分散稳定性问题。通常的做法是加入表面活性剂包裹微粒或反絮凝剂形成双电层的措施。同时在分散时可配合使用超声波分散。

2.3纳米zno在涂料中的应用

纳米zno等由于质量轻、厚度薄、颜色浅、吸波能力强等优点而成为吸波涂料研究的热点之一。在阳光的照射下纳米zno在水和空气中具有极强的化学活性，能与多种有机物发生氧化反应（包括细菌中的有机物），从而把大多数细菌和病毒杀死。zno也具有良好的紫外线屏蔽作用，粒径60nm的zno对波长300-400nm的紫外线有良好的吸收和散射作用，因此可以作为涂料的抗老化添加剂。日本已经开发出用树脂包覆的片状zno紫外线屏蔽剂[7]。在涂料中添加纳米zno可改善它的抗氧化性能，使其具有抗菌性能。

2.4纳米氧化铁在涂料中的应用

纳米氧化铁作为颜料无毒无味，具有很好的耐温、耐侯、耐酸、耐碱以及高彩度、高着色力、高透明度和强烈吸收紫外光的优良性能，可广泛用于高档汽车涂料、建筑涂料、防腐涂料、粉末涂料，是较好的环保涂料。紫外线分解木材中的木质素而破坏细胞结构导致木材老化，纳米氧化铁颜料分散于涂层中，由于颗粒直径小不会散射光线、涂层成透明状态且吸收紫外线辐射，起到保护木材的作用。左美祥[8]等研究发现:在树脂中掺入纳米级的tio2（白色）、cr2o3（绿色）、fe2o3（褐色）、zno等具有半导体性质的粉体，会产生良好的静电屏蔽性能。日本松下电器公司研究所据此成功开发了适用于电器外壳的树脂基纳米氧化物复合的静电屏蔽涂料。与传统的树脂基碳黑复合的涂料相比，树脂基纳米氧化物复合涂料具有更为优异的静电屏蔽性能，而且后者在颜色选择方面也更为灵活。用纳米级fe3o4与树脂复合制成了磁性涂料，目前这方面的制备工艺已有所突破而进入产业化阶段。2.5纳米caco3在涂料中的应用

纳米caco3作为颜料填充剂，具有细腻、均匀、白度高、光学性能好等优点，随着纳米碳酸钙的粒子微细化，填料粒表面的原子数目占整个总原子数目的比例增大，使粒子表面的电子结构和晶体结构都发生变化，到了纳米级水平。填料粒子将成为有限个原子的集合体，表现出常规粒子所没有的表面效应和小尺寸效应，使纳米材料具有一系列优良的理化性能。它添加到涂料胶乳中，加强了透明性、触变性和流平性。触变性是纳米caco3改善胶乳涂料各项性能的主要因素。同时能对涂料形成屏蔽作用，达到抗紫外老化和防热老化的目的和增加涂料的隔热性。

杜振霞[9]等研究表明:在纳米caco3改性的涂料中，如果caco3固相体积分数达到20%时，涂料的粘度曲线存在低剪切稀化幂律特征区和高剪切牛顿两个区域，而且有明显的触变性。当乳胶漆聚合物乳液的粒径为10-100nm，表面张力非常低，有极好的流平性、流变性、润湿性与渗透性，表现超常规的特性。

2.6其它新型纳米涂料

纳米隐身涂料（雷达波吸收涂料）系指能有效地吸收入射雷达波并使其散射衰减的一类功能涂料。当将纳米级的羧基铁粉、镍粉、铁氧体粉末改性的有机涂料涂到飞机、导弹、军舰等武器装备上，可使这些装备具有隐身性能，使它们在很宽的频率范围内可以逃避雷达的侦察，同时也有红外隐身作用。美国研制的超细石墨纳米吸波涂料，对雷达波的吸收率大于99%，其他金属超细粉末如al，co，ti，cr，nd，mo等，也具有很好的潜力。法国研制出一种宽频微波吸收涂层，这种吸收涂层由粘结剂和纳米材料、填充材料组成，具有很好的磁导率，在50mhz-50ghz范围内具有良好的吸波性能。我国也有相关的研究，如不同粒径的fe3o4在1-1000mhz频率范围对电磁波具有吸收性能，随着频率的增加，纳米fe3o4吸收能效增加，且纳米粒径越小，吸收效能越高。

3纳米涂料研究中存在的技术问题

首先是纳米材料在涂料中的稳定分散问题。由于纳米粒子比表面积和表面张力都很大，容易吸附而发生团聚，在溶液中将其有效地分散成纳米级粒子是非常困难的。寻找合适的分散剂来分散纳米材料，并采用合适的稳定剂将良好分散的纳米材料粒径稳定在纳米级，是纳米技术在涂料改性中获得广泛应用必须解决的最关键问题。其次，纳米材料加入量的适度问题。一般而言，纳米材料的用量与涂料性能变化之间的关系曲线近似于抛物线，开始时随着纳米材料添加量的增加，涂料性能大幅度提高，到一定值后，涂料性能增幅趋缓，最后达到峰值：之后，随着纳米材料添加量的进一步增加，涂料的性能反而呈迅速下降的趋势，同时也增加了成本。因此，做好对比试验，选好纳米材料添加量也十分关键。最后，必须开展纳米涂料施工工艺的研究。纳米涂料就本身而言只是一个半成品，只有施工完毕后才真正成为最终产品，而现实情况是人们大都将注意力集中在纳米涂料产品本身，而忽略了施工工艺的研究，致使纳米涂料无法达到其应有的效果。

4纳米技术在涂料领域的应用展望

今后纳米涂料的发展主要将体现在以下几个方面:（1）新的纳米原材料的开发和商品化。即根据不同材料的物理化学性能，开发研制出新纳米改性材料，使之具有更多更新的功能。（2）研究纳米材料在涂料中的分散和稳定性。即探索纳米材料颗粒与涂料间的相互作用和混合机理，并根据纳米粉体在涂料中分散成纳米级和保持分散稳定性的原理，开发新的表面改性剂和稳定剂，以提高纳米材料在涂料中的改性效果。（3）加强纳米材料表征方法和测试技术的研究。即为了能更好地利用纳米材料的特殊性能，必须研究新的测试手段对纳米材料进行研究，并将传统纳米材料的测试方法进一步完善和标准化。降低成本，并逐渐实现纳米技术的工业化、商品化，从而改变我国高档、高性能涂料大量依赖进口的状况，是将来的研究重点。

参考文献

[1]gleiter.h，onthestructureofgrainboundariesinmetals[j].materialsscienceandengineering，1982，（52）:91-102.

[2]卞明哲.纳米材料在建筑涂料中的应用[j].江苏建材，2001，（4）:11-12.

[3]柯昌美，汪厚植.纳米复合涂料的制备[j].涂料工业，2003，33（3）:14.

[4]张浦，郑典模，梁志鸿.纳米tio2应用于涂料的研究进展[j].江西化工，2002，（4）:20-22.

[5]郭刚，汪斌华，黄婉霞.纳米tio2的紫外光学特性及在粉末涂料抗老化改性中的应用[j].四川大学学报，2004，36（5）:54-61.

[6]maryeannefox，mariat，dulay.heterogeneousphototocatalys[j].chemrev，1993，（93）:341-357.

[7]p.stamatakis.optionalparticlessizeoftitaniumdioxideandzincoxideforattentionofultravioletradiation[j].jct，1990，62（789）:95.

[8]左美祥，黄志杰，张玉敏.纳米在涂料中的分散及改性作用[j].应用基础，2001，（29）:1-3.

高分子材料的发展现状范文1篇2

关键词：计算机；科学技术；材料；高分子；制备

中图分类号：TB383.1文献标识码：A文章编号：1674-7712（2014）04-0000-01

从概念上来看，计算机高分子复合材料则是属于将高聚物以及相应增强材料或者是填充材料有机组成的多相复合体，这种材料的基体是有机聚合物，在此基础上连续纤维是增强材料组成。高分子复合材料之所以可以属于理想载体，这主要是其所拥有的高模量特性与高强度纤维。拥有特别好粘结性能的基体材料可以牢固粘合纤维，还可以让纤维对剪切载荷与压缩承受。具备特别优良的复合在基体与纤维两者从而能够将这两者的优点充分显示，还让结构设计可以做到最佳状态实现。针对这样的情况，高分子复合材料是属于一类最广泛应用与最迅速发展的复合材料。

一、计算机高分子复合材料特性与结构

（一）特性。一是用于良好的耐疲劳性能。相对来说计算机高分子复合材料包含着基体与纤维界面可以对扩散裂纹进行有效的阻止，相当一部分金属材料疲劳强度极限是这种金属材料拉伸极限的三成至五成，那么聚酯复合材料或者是碳纤维相对来说则是这种材料拉伸极限的七成至八成范围之内；二是比模量与比强度都大。在计算机高分子复合材料当中，在玻璃纤维复合材料中往往不管是比模量还是比强度都会比较高，比强度聚合物材料当中的增强有机纤维、硼纤维、碳纤维是三倍至五倍的钛合金强度，而在进行比模量则是四倍以上的金属所具备的模量，那么所具备的性能在某一特定范围内在不同纤维排列进行变动；三是良好减震性。不仅计算机结构形状影响受力结构自震频率，自震频率和结构材料比模量平方根呈现正比例关系，这也就是指复合材料具备比较高的比模量，那么相应也会存在着比较高的自震频率。而且在这一过程当中，复合材料存在吸振能力在界面上，这样就可以对阻尼振动在所使用材料。从相关试验结果显示，停止振动轻合金梁必须九秒，同样大小的振动停止在碳纤维复合材料梁仅仅是2.5秒；四是可设计性的各向异性与性能。各向异性这是高分子复合材料的一个突出特点，那么性能可设计性预期存在相关性。按照不同工程结构使用条件与载荷分布，那么在对铺层设计与相应材料选取以便来对既定要求满足；五是统一性的结构和材料。在对高分子复合材料进行制造的过程当中，还应该做到对相应制件获取，也就是所谓的一次成型，一次成型同样可以使用在复杂形状结构的大型制件当中，往往从一般的工程塑料实现却比较困难；六是过载时拥有良好的安全性。往往存在着足够的增强纤维在符合材料当中，如果过载材料摈弃少量的纤维断裂的时候，那么则会将相应的载荷在尚未破坏的纤维当中实施迅速的重新分配，那么可以在短时间内整个构建并不会对相应承载能力失去。

（二）结构。往往聚合物这是计算机高分子复合材料的基体，那么精彩使用的则有酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、各种热塑性聚合物、环氧树脂。往往基体从一边意义上比较是属于单一性质的聚合物，那么其中聚合物是其中的主要成分，还应该将其他的辅助材料包含其中。在这些基体材料当中，相应的其他组成成分还有稀释剂、固化剂、催化剂、增韧剂等，这些辅助材料同样是属于高分子复合材料基体当中必不可少的组成成分。正是在高分子复合材料当中加入这些辅助材料，这样就可以将形式多样的使用性能提供给复合材料，将成本有效降低，将应用范围扩大，将工艺性进行改进。

对聚合物性质与结构的关系进行了解则是对聚合物结构实施研究的根本目的，这样就可以对聚合物材料能够正确的使用与选择，从而可以对聚合物极其复合材料的成型加工工艺条件更好掌握。将其性能进行有效改变，达到具备指定性能的聚合物合成与设计的目的。

那么在高分子复合材料当中，相应的结构性能主要包含着：将外界环境状态进行隔绝以便做到对内部物体实施相应的保护；对装置各个仪器、配件等这些附件的空间进行提供；结构当中可能承受的各种载荷，以便做到对使用寿命内的安全做到确保。

二、计算机高分子复合材料制备

从本质上来看，制备计算机高分子复合材料其主要就是设计配方。配方的设计绝对不属于经验性与简单组合各种原料，这是属于充分研究计算机高分子材料性能和结构关系背景下实施综合所获得的结果。如果相应的制品具备良好的效果，并不应该将其停留在设计配方的层面，还包含着成型设备选型与设计成型加工工艺，设计模具、设计制品外观、设计结构等。有鉴于此，那么对其进行更为严格的规定，这也就是指设计制品。相应的部分就是设计配方，要想获得比较好的制品，除开相应的配方设计比较好，还应该依赖于其他要素对其进行配合。

而针对制品所做的设计则是立足于科学判断与预测制品的使用性能、结构、形状等因素，从而对计算机高分子材料实施正确选用与充分把握。在设计制品的过程当中所把握的原则为经济、高效、实用，按照这样的思路，这也就是指计算机制品生产效率要高、实用性要强、成本要低、成型加工工艺要好，以便做到对人们需求的满足。而且在这一过程当中，还应该对能够进行选择的计算机高分子化合物多样性的品种、计算机制品应用领域特殊性等这些因素进行考虑。

根据相关文献资料显示，当前往往具备两种设备配方的方法：一是多因素的变量配方设计方法，从这种方法的适用范围来看，往往是只能一个因素影响材料制品性能的佩服。通常具体来看主要有斐波那契搜集法、平分法、逐步提高法、抛物线法、黄金分割法、分批实验法等；另外一个则是指多因素变量配方设计方法，这种方法则是指制品的性能受到两个或者是两个以上因素影响的佩服。具体来看，主要有回归分析法、正交设计法。

三、结束语

总而言之，在计算机高分子复合材料拥有各种各样的制备方法，如果选取的材料不同，那么相应的加工方法也并不相同，甚至在同一种材料当中也可以具备好几种方法，这样就必须按照实际情况来实施相应的选择与斟酌，在对生产成本降低的过程中，还应该做到对优质产品获得，这样就能够得到最佳的性价比。可是在研究过程还看到虽然高分子复合材料拥有比较好性能，更广应用范围，可是依然存在着部分缺点，这就应该在今后对其实施进一步改善研究。

参考文献：

[1]李侃社，王琪.导热高分子材料研究进展[J].功能材料，2002（02）.

高分子材料的发展现状范文篇3

关键词：防水材料；材料分类；发展现状

中图分类号：C35文献标识码：A

引言

近些年来我国的科学技术取得了快速的发展，科学技术不仅全面应用于各个行业当中，而且对于不同行业也有了更加专业的技术研究，为各行业的发展提供了极大的帮助。在建筑行业里，建筑防水作为建筑工程的一个分项工程，是建筑物重要的使用功能，也对建筑物的耐久性和使用寿命起重要作用。建筑防水工程的质量主要取决于防水材料的性能和防水技术的应用。由此可见防水材料的选择和技术的应用在提高建筑防水工程的质量问题中的重要性。

一、建筑防水材料性能及其特点

建筑物与构筑物在使用过程中，都会受到各种自然因素的影响，并且建造形式和防水部位不同，所受的影响因素也不同。如建筑屋面防水层长期暴露于自然环境中，受雨、雪、风、霜、紫外线以及空气污染物的侵蚀；建筑物地下部分不但长期处于水环境中，而且还要承受不均匀沉降的反复作用；而桥梁则是要承受频繁交通载荷的反复应力作用。因此，用于建筑防水的材料，不仅需要具有抵抗复杂应力作用下的力学性能，同时还需要保持在各种自然因素长期影响下综合性能的持久稳定，即人们常说的耐久性。为保证建筑工程用防水材料的性能稳定及耐久性，要求建筑防水材料应具备以下6个方面的性能：

1.耐水性。耐水性是防水材料必须具备的功能，指对水基本不吸收，在水的长期侵蚀和微生物作用下保持性能稳定，在水的压力作用下具有不穿透性能。透水率和吸水率是表征耐水性能优劣的典型指标。

2.抗裂性。抗裂性是指防水材料在非恒温环境中，基层收缩或开裂引起的变形以及应力变化、载荷和冲击等作用下不开裂的性能。优好的抗裂性要求材料具有较高的拉伸强度和抗撕裂强度，并具有较好的断裂延伸性和柔韧性。

3.温度适应性。温度适应性是指材料在较宽的温度范围内具有稳定的物理力学性能、化学性能和施工应用性能。耐热度和低温柔度是表征温度适应性的典型指标。

4.耐久性。材料耐久性就是材料在多种环境因素下，能长久保持性能和功能。导致材料老化有多种因素，如温度交替变化、紫外线、臭氧，以及酸雨、盐雾等化学介质及微生物与各种应力作用等。

5.可操作性。可操作性即材料按一定工艺流程施工于需要防水部位的性能，可操作性包括：施工方便、操作容易、对环境适应性强、与防水基层及相邻部位材料相容性好等。

6.环保性。环保性即材料的生产、施工和防水工程中，对环境不污染，对人体健康无危害。

防水材料的6个方面性能互相联系、互相制约，在研究材料性能时往往要把各方面性能联系起来统一考虑。随着防水领域的不断扩大和科学技术的发展，新的防水材料品种不断问世，防水材料由20世纪80年代以前的较少品种，已发展成为多门类多品种的多元化产品结构。不同类型和品种的材料性能和功能都不尽相同。目前，防水材料的分类方法很多，从不同角度和要求有不同的归类形式，如按材料划分为柔性材料、刚性材料；按材料形态划分为卷材、涂料、密封胶材料及制品型材料；按基本组成可划分为沥青基材料、合成高分子材料、水泥基材料。各种材料都可按类别、品名和原材料性能细分。防水材料分类的目的是理顺材料的类别、属性、品种、性状、功能、材料组成和性能指标要求以及相互之间的关系，为各类防水工程的选材提供便利。

二、几种常见防水材料的发展概况

近年来，虽然有部分新型的防水材料出现，但以高聚物改性沥青防水卷材、高分子防水卷材和防水涂料为主的整体防水格局仍未改变，其所占的市场份额仍高达80%以上，同时上述3大类材料也是在国家“十二五”规划中重点发展的防水品种，而防水行业的主要技术创新也是围绕上述产品展开的，因此，接下来将重点介绍这3类产品目前的发展状况。

1.高聚物改性沥青防水卷材

沥青材料是由复杂的碳氢化合物和碳氢化合物的非金属（氧、硫、氮）衍生物所组成的高分子混合物，由于沥青材料具有不吸水、粘结强度高、耐腐蚀等一系列优越的性能，故很早以前就被人们用作防水、防潮、防腐和粘结材料。以沥青为基本原料制成的防水卷材也是国际上最先应用的有机柔性防水材料。

沥青为基料制成的沥青基防水卷材是目前国际上使用量最多、应用领域最广、产量最大的一类防水材料。该类材料长期牢固占据主导地位，得益于20世纪60年代的2次历史性变革，一是法国和意大利先后发明了用SBS和APP对沥青进行改性，改性后的沥青克服了自身冷脆热淌的致命弱点；二是工业上将聚酯纤维无纺布用作防水卷材胎基。将改性沥青和聚酯纤维毡结合在一起的做法，不但产生了新的沥青基防水卷材品种，而且使防水材料的性能大幅度提高，完全能满足各种防水工程的需要。

沥青基防水卷材按其涂盖用沥青的不同可划分为氧化沥青防水卷材和高聚物改性沥青防水卷材2大类。按胎基材料的不同划分为复合胎、聚酯胎、玻纤胎防水卷材，高聚合物改性沥青防水卷材较好地解决了传统沥青材料低温脆裂和高温流淌的缺陷，大幅度提高了沥青基防水卷材料的使用寿命，因此成为了“九五”以来我国重点发展的一类防水材料，在我国乃至全球防水领域均占有重要的地位。高聚物改性沥青防水卷材的主要种类如图1所示。这些类型的改性沥青防水卷材，在防水工程中最常用，占据主导地位的是SBS和APP改性沥青防水卷材，其次是自粘聚合物改性沥青防水卷材。在改性沥青防水卷材中又以SBS改性沥青聚酯胎防水卷材使用范围最广，应用数量最大。但自粘聚合物改性沥青防水卷材近10年来发展迅速，其应用比例也在逐年提高。

目前，高聚物改性沥青防水卷材在我国防水工程中占有重要的地位，2012年，其在所有防水产品中的占比约为43%，年增长速度最高时达到16%。

2.高分子防水卷材

以合成橡胶、合成树脂、橡塑共混以及TPO材料为基料，加入适量的化学改性剂和填充剂等，经过混炼、塑炼、压延或挤出成型等加工工艺制成的片状可卷曲的防水材料称为高分子防水卷材（或片材）。

不少橡胶和树脂材料都可以用来制造高分子防水卷材，还可以同时用2种以上的橡胶、树脂或橡胶和树脂共混制成卷材；橡胶类卷材又可按加工工艺划分为硫化型和非硫化型2种；树脂类按加工工艺可分为交联型和非交联型。以上各种材料做基料均可制成均质型、织物内增强型、纤维背衬型或增强背衬型等构造的产品。因而，高分子防水卷材的品种也是多种多样。按基本原材料类别和品种划分。

高分子防水卷材虽多种多样，但目前及今后一段时间内我国发展的产品主要有EPDM防水卷材（硫化型）、TPO防水卷材、PVC防水卷材、HDPE自粘胶膜防水卷材（预铺法施工）以及EVA和ECB塑料排水板、土工膜防渗产品。IIR、CSPE卷材和CR防水卷材仅在国外有少量的应用。

合成高分子防水卷材一般都具有拉伸强度高、断裂伸长率大、撕裂强度高，对基层伸缩或开裂变形适应性强、耐热度高、低温柔韧性好和耐腐蚀性能好等特点。

HDPE自粘胶膜防水卷材及其预铺反粘技术于20世纪80年代末在美国问世，90年代初进入中国，并以其预铺反粘施工可实现防水层与现浇混凝土形成永久的结合，能有效防止窜水现象的发生，受到生产企业和用户的一致认可。该产品及其施工技术已列入《建设事业“十一五”推广和限制技术公告》和《地下工程防水技术规范》，其中，北京东方雨虹防水技术股份有限公司通过技术革新，在HDPE预铺反粘技术方面打破了国外垄断，推动了国产HDPE自粘胶膜防水卷材的快速发展。

3.防水涂料

涂料是一种无定形的材料，常温下呈流态，半流态液体或粉状加水现场拌合，通过刮涂、刷涂、辊涂或喷涂在结构表面，经溶剂挥发，水分蒸发，组分间的化学反应或反应挥发固化形成一定厚度具有防水能力的涂膜，使表面与水隔绝起到防水、防潮作用。人们把这种防水方式称为涂膜防水，采用的材料称为防水涂料。

防水涂料具有冷施工、复杂形状易于施工，涂层为连续无接缝，工程一旦渗漏易于查找和维修等优点，在国外被视为卷材的重要补充。防水涂料的缺点是涂层厚度和均匀性不易掌握和控制，施工和固化成膜受环境制约等。涂料按材料性能可分为柔性（以有机材料为基材制成）和刚性（以水泥为基材制成）；按主要成膜物质的种类（即基本原料）分为橡胶类、合成树脂类、改性沥青和沥青类、聚合物水泥类、渗透结晶类和水化涂层类；按固化成型的类别分为反应型、挥发型、反应挥发型和水化结晶渗透型，以下予以重点介绍：

①反应型高分子防水涂料：主要成膜物质为高分子材料，分为固化剂固化型和湿气固化型，其中双组分聚氨酯防水涂料、聚脲防水涂料、聚甲基丙烯酸甲酯防水涂料为固化剂固化典型产品，单组分聚氨酯防水涂料为湿气固化成型高分子防水涂料。②挥发型防水涂料：分为溶剂挥发型和水份挥发型，依靠溶剂挥发成型的为溶剂挥发型，该类型涂层干燥速度快，结膜致密的特点，主要产品种类为乳化沥青类防水涂料；水分挥发型是通过水分挥发成型的涂料，主要产品为聚合物乳液类防水涂料。③反应挥发型防水涂料：以水分挥发为主（高分子乳液），经过微粒的接触变形而结膜，无毒、环保，可在潮湿基面施工；无机物水化反应为辅（水泥及活性物质），主要产品包括聚合物水泥（JS）防水涂料、聚合物水泥防水灰浆和聚合物水泥防水砂浆类产品。④渗透结晶型防水涂料：以硅酸盐水泥、石英砂及活性化学物质组成的具有特殊功能的无机类防水材料，该材料通过活性化学物质与水泥水化产物、游离氧化钙和氢氧化钙反应生成不溶的结晶体来堵塞修补混凝土的缺陷。

结束语

防水材料具有良好的防水性能，是保证建筑物与构建物防止雨水侵入、地下水等水分渗透的主要屏障，防水材料的优劣、施工质量的好坏对防水工程的影响极大。只要我们严把设计、施工及防水材料的质量关，一定能把防水工程做好。

参考文献

[1]王登水.防水行业恶性竞争溯源及应对策略[J].湖北工业大学学报，2011，26（增刊）：116-118.

高分子材料的发展现状范文篇4

【关键词】纳米电子学趋势

随着纳米技术的广泛运用，已经延伸到社会中的各个领域。目前已经研究出的纳米电子技术产品多种多样，这些纳米技术的产品不但性能优良，最主要的是功能奇特。但是值得注意的是科学家对于纳米电子技术的研究还不够深入，那么以后的还需要从新型电子元器件以及碳纳米管等方向入手进一步研发。

1纳米电子技术的发展现状

1.1纳米电子材料的应用

现阶段纳米材料主要有纳米半导体材料、纳米硅薄膜以及纳米硅材料等类型。在这些纳米电子材料中，可以说纳米硅材料最有发展前景，同时还符合当前社会对于电子技术的实际需求。通过对纳米硅材料与其他纳米电子材料进行比较后，可以看出纳米硅材料具有以下特点：首先，纳米硅材料在不断研发的背景下其成本处于逐渐降低的趋势，其次，该材料还具有能耗低、准确性高以及不易受外界影响的特点。最后，由于纳米硅材料中分子与分子所存在的距离较小，因此可以一定程度的提升纳米电子材料的反映速度，最终达到提升工作效率的目标。

1.2纳米电子元件的应用

可以说纳米电子元件是以集成元件以及超大规模集成元件为基础的。其具体研发历程是在上个世纪50年代美国研究者对集成电路进行研发之后而开始的，然后经过多年的发展后逐渐从中型、大型转变为超大型的集成电路和特大类型的集成电路。在此背景下，其纳米电子元件的尺寸越来越小，现阶段的电子元件尺寸在0.1到100nm范围之内。

1.3应用于现代医学领域

特别是在纳米技术的不断发展过程中，其纳米电子技术逐渐应用到医学的领域。可以说在医学治疗的过程中，可以利用纳米电子技术的特点在细微部分的检测与观察方面。在普通显微镜无法观测的物品可以通过纳米电子技术进一步剖析。与此同时，还可以将电化学的信息检测流程中融入纳米传感器的方式对生化反应进行诊断。同时，在纳米电子技术不断发展的背景下，产生了很多方面的高科技医学产品，例如伽马刀、螺旋CT以及MRI等。可以说生物医学以及电子学的融合对于纳米电子技术的发展具有重要的意义，纳米电子技术在生物医学的电子设备集成化具有很大的发展空间，在未来的发展中，可以将纳米电子元件的尺寸控制在分子与原子的大小之间，进而就会将微小生物体的研究带到一个新的领域。

2纳米电子技术的发展趋势

通过对纳米电子技术的发展现状进行分析后可以看出纳米电子技术在未来发展具有很大的空间，对此主要可以从新型电子元器件、石墨烯以及碳纳米管等方向入手。

2.1新型电子元器件

对纳米电子技术的当前模式分析后，可以断定在未来十年内必然会经过飞速发展的历程。特别是当前市场对于新型电子元器件的需求逐渐增多的背景下，还需要根据实际需求来对新型电子元器件进行扩展与完善。对此，可以从单电子器件、共振隧穿电子器件、纳米场效应晶体管、纳米尺度MOS器件、分子电子器件、自旋量子器件、单原子开关等新型信息器件的方向入手，在保证了纳米电子技术朝着良好的方向发展的同时，还可以延续摩尔定律以及CMOS的研究成果。

2.2碳纳米管

可以说碳纳米管是纳米电子技术的发展重要方式，碳纳米管的本质是一种一维的纳米材料，其最大的特点是具有重量轻以及完美六边形的结构。因此在实际的运用中，碳纳米管具有良好的传热性能、光学性能、导电性能、力学性能以及储氢性能等。与此同时，碳纳米管在纳米电子方面具有重要的作用，并作为现阶段晶体管中主要的材料，对此有效的碳纳米管可以对集成电路的效率进行提升。

2.3忆阻器

所谓忆阻器就是就是经过了继电阻器、电容器以及电感元件发展之后而发展的一种模式。并且忆阻器是模拟信号的方式来对非线性动态纳米元件而组成的具有交叉开关模式的纳米电子技术。忆阻器的属性不但与CMOS类似，更主要的是其具有功率低、体积小以及不受外界因素影响的特点，进而在未来的发展中可以有效的代替硅芯片等材料。

2.4石墨烯

同时，石墨烯作为新型的纳米材料来说，不但具有超薄的特征，最主要的是其质地还是非常坚硬的。并且在正常状态下石墨烯电子的传输速度要比其他类型的纳米电子材料快，正是由于多方面的因素使得对于石墨烯的研究具有重要的意义。石墨烯和其他导体具有很大的区别，进而在碰撞的过程中其能量不会有损失。在对石墨烯的未来进行研究与设想后，根据专家预计在10年后可成功研制性能优异的石墨烯类型的导体材料与晶体管。

2.5纳米生物电子

最后，纳米电子技术还可以与生物技术进行有效的融合，也可以认为纳米生物电子是以多个领域为核心共同建设的。在对纳米电子技术带入生物领域的过程中，利用纳米电子技术的自身特点可以制造出关于纳米机器以及附属的纳米生物医用的材料产品等，进而可以在医学领域中取得一定的成果，最终达到为人类健康做出巨大贡献的目标。

3结束语

总之，在电子科学不断发展的背景下，其纳米电子技术的发展越来越受到国际的重视。通过对纳米电子技术的应用现状进行分析后，可以发现其应用的领域越来越广泛，也就是说纳米电子技术完全融入到我们日常生活当中指日可待。通过采用纳米电子技术可以实现一种高效、科学而环保的生物材料、电子晶体管以及医学设备等，最终达到改善人们的生活现状的目标，让人们切切实实地体验纳米时代。

参考文献

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高分子材料的发展现状范文

[摘要]在过去的15年中，纳米尺度控制技术得到持续不断地发展，促进了新的聚合物／层状硅酸盐纳米复合材料的迅速发展。文章综述了关于聚合物／层状硅酸盐纳米复合材料的基本理论和技术的最新进展。[关键词]聚合物；层状硅酸盐；纳米复合材料；研究进展[中图分类号]TQ323.6[文献识别码]A[文章编号]

作者简介：陈兴华，湖南科技职业学院高分子工程与技术系教师基金项目：湖南科技职业学院院级课题（KJ0604）十多年来的研究显示纳米材料会显著地影响二十一世纪世界经济的各个方面。这类材料现在已用于阻隔薄膜、阻燃产品和承重部件等领域。其别引人注目的是最近发展起来的聚合物／层状硅酸盐纳米复合材料，因为与纯聚合物和传统的复合材料相比，这类材料力学性能和其它性能的改进非常明显。本文综述了关于聚合物／层状硅酸盐纳米复合材料的基本理论和技术的最新进展。1历史回顾在半个世纪前的专利文献中可以发现，人们曾尝试过制备聚合物／层状硅酸盐复合材料。人们将40-50wt的粘土矿物加入到聚合物中，但结果不理想：在粘土含量达50wt时，复合材料的最大模量只提高200。这是因为粘土颗粒在基体中并没有实现良好的分散，而是团聚成团。分散不好的粘土颗粒能提高材料的刚性，但肯定会牺牲材料的拉伸强度、断裂伸长率和韧性。由于亲水的硅酸盐和亲油的塑料相容性很差，硅酸盐片层很难在聚合物基体中均匀分散或剥离。日本Unitika公司曾尝试过解决这个难题，在大约30年前他们通过分散有蒙脱土的已内酰胺原位聚合制得了尼龙6／层状硅酸盐复合材料，但结果并不理想。1987年，这个问题才发生重大突破，丰田中心研究和发展公司的Fukushima和Inagaki仔细地研究了聚合物／层状硅酸盐复合材料后，用季铵盐取代粘土片层间的无机离子，成功地改善了粘土与聚合物基体的相容性。1993年，丰田中心研究和发展公司的Usuki、Fukushima[1]和他们的同事第一次报告通过已内酰胺的原位聚合制备了剥离型的尼龙6／蒙脱土纳米复合材料（季铵盐改性的蒙脱土事先被均匀地分散于已内酰胺中）。2层状硅酸盐及其改性剂的结构用于制备聚合物／层状硅酸盐复合材料的常用的粘土属于同一个硅酸盐大家族。它们的晶体结构包含由两个硅氧四面体和一个铝氧或镁氧八面体构成的片层。片层厚约1nm，长宽30nm到数微米不等，有些特殊的层状硅酸盐甚至更大。这些片层规则地层叠在一起。片层中存在部分同位置换（如Al3被Mg2或Fe2置换，Mg2被Li1置换），导致片层带负电，片层所带负电荷由片层间隙中的金属阳子来平衡[2-5]。最常用的层状硅酸盐是具有不同化学组成的蒙脱土。这类粘土具有适中的离子交换容量（80-120mequiv/10g）和层状结构。这些粘土只和聚环氧乙烷、聚乙烯醇之类的亲水聚合物相容。为了改进与其它聚合物的相容性，人们必须改变蒙脱土的表面性质，使其由亲水变为亲油。通常，可通过与阳离子型表面活性剂发生离子交换反应来实现这一目标，这些阳离子型表面活性剂包括伯、仲、叔、季铵盐和烷基膦盐。烷基铵和烷基膦离子在有机化硅酸盐中的作用就是降低硅酸盐片层的表面能、增加其与聚合物的亲和性、增加片层间距。人们可以计算出，Na密度为0.7Na/nm2的钠蒙脱土发生离子交换后，相当于每个片层吸附了约7000个烷基铵离子（片层面积约100*100nm2），活性表面积约700-900m2.g-1。这个结果表明有机粘土片层表面是凹凸不平的。片层表面羟基浓度可以通过三乙基铝滴定来确定。假设羟基随机地分布在片层侧面，可以计算出Si-OH密度为5Si-OH/nm2，也就是说每个片层侧面（侧面积约1*100nm2）有500个羟基[6]。亲油－亲水平衡是有机粘土片层能否均匀地分散于聚合物基体中的关键。另外，烷基铵或烷基膦离子能提供一些能与聚合物反应或引发单体聚合的官能团，这种反应能提高硅酸盐片层与聚合物间的界面强度。由于许多有机化粘土在温度高于200℃时会发生热降解，人们期待出现具有更好热稳定性的有机化粘土。最新的方法是制备低聚物改性的粘土。聚（二烯丙基铵）盐和苯乙烯低聚物基铵盐已经被制备出来并已被用于制备聚合物／层状硅酸盐纳米复合材料。Fisher提出了一个更有趣的想法，即引入相互排斥的粘土片层。粘土片层间的阳离子与带有两个官能团的有机物其中的一个官能团（如铵离子）发生离子交换，而另一个官能团则附着在粘土片层表面，这个官能团可以带负电荷，也可以带正电荷。4-氨基-1-萘磺酸就是其中之一。3新的复合工艺Hasegawa和Usuki报告了一种利用钠蒙脱土悬浮液制备尼龙6纳米复合材料的新的复合工艺，利用这种工艺制备的复合材料中，粘土片层部分发生剥离，并以纳米尺度均匀地分散于基体中。这种复合工艺最大的优点是由尼龙6和钠蒙脱土构成的纳米复合材料在制备时不加任何表面活性剂或其它添加剂。然而，通过这种方法制备完全剥离的复合材料非常困难。由于侧边羟基间强的相互作用，粘土片层也许原本就很难完全剥离，就象vanOlphen所报告的，几乎在所有的聚合物基体中，粘土片层总存在部分团聚。最近，一种用超临界CO2做为辅助手段的原位聚合方法实现了在高含量下粘土在纳米复合材料中的均匀分散。Zhao等人提供了明确的证据，表明以超临界CO2为媒介，聚环氧乙烷分子插入了钠蒙脱土片层之间。与熵驱动的溶液插层不同，这种插层是焓驱动的。4结构与性能研究新进展4.1过程与形态Maiti等人报告了聚丙烯／层状硅酸盐纳米复合材料在高结晶温度（≥110℃）下在结晶期间会发生熔融插层。在高结晶温度下聚丙烯结晶速率很慢，几乎观察不出来。插层的驱动力来源于聚丙烯接枝的马来酸酐基团与极性粘土表面亲水性的相互作用。随着结晶温度的提高，X-射线衍射峰移向小角区域，表明复合材料的插层程度增加了。根据Khare的预测，聚合物分子链在粘土片层间所受的限制会增加体系的粘度和力学性能。有证据表明，随结晶温度的提高，聚丙烯／层状硅酸盐纳米复合材料的插层程度增加，其动态储能模量也增加。透射电镜照片显示单个粘土片层在复合材料中存在明显的弯曲，这种弯曲主要是由硅氧四面体中Si-O-Si键角变化引起的，而不是由键长变化引起的，这与原子力显微镜观测结果吻合。4.2结晶行为在尼龙6／层状硅酸盐纳米复合材料中，由于粘土的存在，尼龙6会形成γ晶型，这一点是广为人知的。γ晶型与α晶型的本质区别是分子堆砌方式的不同，在α晶型中，亚甲基链段和酰胺基团处于同一平面内，分子链之间由氢键联结，成为平面片层。γ晶型通常是不太稳定的晶型，分子链间的氢键方向是接近垂直碳骨架平面的，联接成打褶的片层。Okamoto和Maiti观测了在170℃和210℃结晶的尼龙6纳米复合材料中片晶形态和粘土微粒的分布。在粘土片层两边生成了片晶，粘土片层被夹在中间，形成夹心结构。在高温结晶的复合材料中，从夹心的片晶两侧又生成了向外延伸的γ型的片晶，从而形成了羊肉串型的结构。这种结构增强了复合材料的力学性能，粘土片层在其中相当于骨架材料。这种夹心结构非常刚硬，从而提高了复合材料的热变形温度，而周围的无定形区又维持了其它的力学性能（如冲击强度），最终在复合材料中形成了一种完美的体系。Kim和Kressler[6]在尼龙12纳米复合材料中也观测到尼龙12垂直于聚合物／粘土片层界面生成了片晶，也就是垂直于注塑方向生成了片晶。复合材料中存在一种纳米尺度的网络结构，这种网络均匀地分布于基体中，由均匀取向的粘土片层和与之垂直的聚合物片晶构成，两者强有力地键合在一起，从而实现了高刚性。4.3团聚大多数的纳米复合材料研究者固执地相信制备完全剥离的复合材料是获得更好的全面性能的终极目标。然而在几乎所有的纳米复合材料中，粘土接近完全剥离时，性能并没有出现显著的变化。尽管增加剥离程度有利于提高复合材料的阻隔性。在聚丁二酸丁二酯／层状硅酸盐纳米复合材料中，由于侧面羟基相互作用引起的粘土片层的团聚大幅度地增加了粘土片层的径厚比，因此与聚丙烯／层状硅酸盐、尼龙6／层状硅酸盐、聚乳酸／层状硅酸盐等纳米复合材料相比，其模量反而增加得更加明显。5新材料Okamoto和他的同事利用超临界CO2做为物理发泡剂开创性地将纳米复合材料制成了泡沫塑料。另外，有些文献报导了纳米复合材料的反应挤出发泡工艺。HaoFong[7]等人通过电纺丝将尼龙6／蒙脱土纳米复合材料制成了纳米纤维（直径在100－500纳米之间），这些纳米纤维可用于制作无纺布和复合纤维；他们还发现尼龙6／蒙脱土纳米复合材料不仅可制成圆柱形的纤维，也可制成带状纤维（宽约10微米，厚100－200纳米）。Brown等人报告了一种利用热固性环氧树脂/粘土纳米复合材料制备多孔陶瓷材料的新路线。Ray和他的合作者通过燃烧含3wt无机粘土的聚乳酸/层状硅酸盐纳米复合材料制备了新的多孔陶瓷材料。扫描电镜照片显示，在多孔陶瓷材料中，硅酸盐形成了蜂窝状结构，孔壁长宽约1000nm，厚30-60nm，表明硅酸盐片层在燃烧期间发生了聚合，这种聚合是由于硅酸盐片层羟基间缩水造成的。多孔陶瓷材料是开孔的，具有良好的应变回复和能量消散能力，具有良好的弹性、绝缘性、阻燃性和很轻的重量。6新性能6.1生物降解能力纳米复合技术的另一个令人兴奋的方面是生物降解聚合物与有机粘土制备成纳米复合材料后其生物降解能力会显著提高。脂肪族聚酯是环境友好的生物降解塑料中最有前途的一种材料。脂肪族聚酯的生物降解性是广为人知的，细菌产生的一些酶能分解脂肪族聚酯，从而使其降解。Tetto和他的同事首先报告了有关聚已内酯纳米复合材料的生物降解性，结果显示聚已内酯纳米复合材料的生物降解能力比纯聚合物明显提高。生物降解能力的提高可能是由于有机粘土的催化作用。然后，有机粘土到底是怎样提高聚合物的生物降解速率尚不清楚。Yamada和Okamoto[8]等人报告了聚乳酸及其纳米复合材料（加三甲基十八烷基季铵盐改性蒙脱土）。所用的堆肥用食物垃圾制成，测试在58±2℃的的温度下进行。聚乳酸制成纳米复合材料后生物降解能力显著增强了。聚乳酸在堆肥中的降解主要包括四个步骤：吸水，水解形成低聚物，低聚物溶解，溶解的低聚物由细菌分解。因此，增加水解速率的因素最终都会加快聚乳酸的降解。硅酸盐片层侧边羟基的存在可能会加降聚乳酸的水解。6.2光降解能力Hiroi和Oamoto等人报告了纯聚乳酸及其纳米复合材料的光降解性，这种复合材料是以有机改性层状钛酸盐做为新的纳米填料。这种材料的作用之一就是象锐钛石型TiO2一样具有光催化活性。锐钛石型TiO2的光催化反应（如从水中分解出氢气、有机化合物的氧化降解等）已经引起人们极大的研究热情，因为它有可能用于将太阳能转化为化学能。实验显示，纳米复合材料对紫外线的吸收率明显高于纯聚乳酸，相应地，在光照下，复合材料的降解速率也明显快于纯聚乳酸。7展望聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的出现是聚合物技术领域革命性现象之一，它为拓宽传统聚合材料的应用范围提供了一种富有吸引力的途径。有些聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料已在市场上出现，并已用于制造工业产品。可生物降解的纳米复合材料具有广阔的应用前景。这是一类基于植物和天然矿物材料的新型材料。当在垃圾堆中处理时，在微生物的作用下，它们会降解为安全的CO2、水和腐殖质。CO2、水会通过光合作用重新转化为粮食。毫无疑问，这种源于纳米复合材料的独特的性能为塑料和复合材料开辟了更广阔的应用范围。据报导，预计今后聚合物纳米复合材料的产值每年会增长约100，到20__年，产值会达到15亿欧元/年，产量会达到50万吨/年。聚合物基纳米复合材料在中长期将会遍及人们生活的各个方面，飞机、汽车、包装、电子电器、家俱等产业将广泛受益于这种新型材料。参考文献：[1]Y.Kojima,Usuki,M.Kawasum,etal.Mechanicalpropertiesofnylon6-clayhybrid[J].JMaterRes,1993,8(5):1185-1189.[2]陈光明,李强,漆宗能,等.聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料研究进展[J].高分子通报,1999,(4):1-10.[3]王新宇,漆宗能,王佛松.聚合物-层状硅酸盐纳米复合材料制备及应用[J].工程塑科应用,1999,(2):1-5.[4]黄锐,王旭,李忠明.纳米塑料-聚合物/纳米无机物复合材料研制、应用与进展[J].北京:中国轻工出版社,20__.10-12.[5]乔放,李强,漆宗能,等.聚酰胺/粘土纳米复合材料的制备、结构表征及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高分子材料的发展现状范文篇6

【关键词】晶体硅太阳电池;应用;发展

随着煤、石油等传统能源的日益枯竭和环境污染的加剧，新型清洁能源受到了人们的重视，其中最受瞩目的当属太阳能电池。太阳能电池是可以直接将光转换为电能的装置，且转换过程中不产生任何污染。晶体硅（多晶和单晶）占据主流市场地位，未来10-15年将仍然以晶体硅为主。

一、太阳能电池结构简介

太阳能电池是一种把光能直接转变为电能的半导体器件，是光伏发电系统的核心器件，其发展水平直接决定了光伏发电的发展水平。对太阳能电池材料一般的要求有：

（1）半导体材料的禁带不能太宽。

（2）要有较高的光电转换效率。

（3）材料本身对环境不造成污染。

（4）材料便于工业化生产，且材料性能稳定。基于以上几个方面考虑，硅是最理想的太阳能电池材料，这也是太阳能电池以硅材料为主的主要原因。

晶体硅太阳电池占太阳电池的87.4%，其优异特性已被广泛认同。目前，晶体硅太阳能电池制造工艺多基于P型硅晶片，经由硅片清洗、绒面织构、热扩散制p-n结、等离子增强型化学气相沉积（PECVD）制氮化硅减反射膜、正、背面厚膜浆料丝网印刷及烧结制金属化电极等一系列过程来实现。为了使硅太阳电池产生的电能可以输出，必须在电池上制作正、负两个电极。

近年来，尽管薄膜太阳能电池和染料敏化太阳能电池均已取得许多重大技术突破，但也必须看到，大多数这类太阳能电池仍处于实验室研制阶段，其技术水平、效率水平和市场接受程度仍无法与晶硅电池相比。在已实用化的太阳能电池中，晶硅电池一直占据着太阳能电池市场的垄断地位。据EPIA预测：至少到2022年，晶硅光伏组件仍将占据光伏技术的主导地位（到那时其仍将占约50%的市场份额）。因此晶硅电池仍将是未来光伏市场的主流产品。

二、晶体硅太阳电池的种类

晶体硅电池主要分为单晶硅电池、多晶硅电池和带状硅电池，成本较高，但工艺和材料技术成熟，且硅材料对环境和人体无害、光电转换效率较高、稳定性高、寿命长，硅基（多晶硅、单晶硅）太阳电池仍是光伏市场的重要产品，占市场的80%以上。单晶硅是集成电路硅片的重要材料，同时也是重要的光伏材料。

单晶硅太阳电池使用的硅原料主要为：半导体硅碎片、半导体单晶硅的头、尾料，半导体用不合格的单晶硅以及专门为生产太阳电池制备的单晶硅。多晶硅太阳电池采用低等级的半导体多晶硅或专门为太阳能电池使用而生产的铸造多晶硅等材料。而带状硅电池制备不需要切片，可使材料利用率得到大幅提高，从而降低电池材料成本。带状硅生长的主要方法有条带法、蹼状法、定边喂膜生长法等。带状硅太阳电池转化效率约为15%，略低于单晶硅电池。

三、晶体硅太阳电池的应用及发展

1.在高效率低成本晶体硅电池研发方面中国走在了世界前列。从2009年开始，在全球排名前十的中国光伏制造企业都投入巨资开发高效率低成本的晶体硅太阳电池，取得了丰硕成果，有的已经开始大规模商业化生产。例如英利集团研发的“PANDA（熊猫）”太阳电池技术、尚德电力的“PLUTO（冥王星）”电池技术、天合光能的“HONEYULTRA”电池技术、晶澳太阳能的“PERCIUM（博赛）”电池技术、阿特斯电力的“ELPS”电池技术、海润光伏的ANDES技术、中电光伏公司的WARATAH和QSAR技术等高效率低成本的电池效率都已超过或接近20%，这些技术代表了高效率低成本晶体硅太阳电池的发展方向。

2.晶体硅太阳电池正朝更薄更高效率的方向发展，正向很多常规技术发起挑战。在未来的工业化生产中将需要高度的自动化来降低碎片率，以及良好的钝化和陷光技术来克服晶体硅光吸收系数小、硅片变薄的情况。而随着产业生产设备及产业技术的改进，将有越来越多的实验室技术走出实验室，走向产业化、低成本地实现晶体硅电池效率的改进，这是晶体硅电池的发展方向之一。

3.晶硅原材料的成本约占晶硅电池组件总成本的13%，其高昂的市场价格成为阻碍光伏产业发展的首要因素，因此，在不影响电池效率的前提下，降低晶硅原材料的成本是降低晶硅电池组件成本的关键。多晶硅原材料价格的降低主要依靠多晶硅原材料生产技术的进步来实现。目前生长多晶硅材料的主要方法为冶金法和西门子法。这两种方法中，冶金法比传统的西门子法及改良的西门子法的能耗低很多（约低25%的能耗），且西门子法产生的Cl2、Sicl4等会对环境造成严重污染，所以未来一段时间内冶金法会被更广泛地采用。另一方面，开发低成本、低污染的新型晶硅材料生长技术，将成为这一领域的主要挑战和首要任务。

4.太阳电池的效率与硅材料的电阻率及少子寿命有着极其密切的联系。理想的太阳电池基底应该是低电阻率和高少子寿命。然而在广泛使用的直拉（CZ）单晶硅中，由于存在掺杂元素与杂质元素的相互作用，以及一些杂质元素如铁的空穴捕获截面积远大于电子捕获截面积的情况下，少子寿命直接与掺杂浓度及电阻率相关。此外，在常规工业太阳能电池中起重要作用的铝背场，其效果也与基底电阻率有关。为了降低光致衰减，目前单晶有向高电阻率发展的趋势。

5.提高转换效率和降低成本是太阳能电池制备中考虑的两个主要因素，对于硅系太阳能电池，要想再进一步提高转换效率是比较困难的。因此，今后研究的重点除继续开发新的电池材料外应集中在如何降低成本上来，现有的高转换效率的太阳能电池是在高质量的硅片上制成的，这是制造硅太阳能电池最费钱的部分。因此，在如何保证转换效率仍较高的情况下来降低衬底的成本就显得尤为重要。也是今后太阳能电池发展急需解决的问题。

总之，近年来，太阳光伏产业发展迅速，很多国家开始逐渐实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。在众多材料的太阳能电池中，晶体硅电池工艺和材料发展日渐成熟，而且考虑到自然环境和对人体健康的影响，晶体硅太阳电池正向着更加环保的方向迈进，可以预料晶体硅太阳电池今后仍是太阳能电池研究的主流方向。开发太阳能电池的两大关键问题是提高转换效率和降低成本。随着对太阳能发电的深入研究和应用，必将使太阳能发电技术得到进一步发展。

参考文献

[1]王文静.晶体硅太阳电池制造技术[M].社机械工业出版社，2014，5.

[2]中国标准出版社.地面用晶体硅太阳电池总规范作[M].中国标准出版社，2013，5.

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高分子材料的发展现状范文1篇7

关键词：无机非金属材料研发材料发展材料应用

中图分类号：TB321文献标识码：A文章编号：1672-3791（2012）11（b）-0057-01

1无机非金属材料简介

1.1无机非金属材料范畴

当今的无机非金属材料科学是在20世纪40年代开始由传统的硅酸盐材料科学逐渐演变发展而来的。目前，无机非金属材料、金属材料和有机高分子材料已成为社会各行各业使用的三大主要材料。全球无机非金属材料的快速发展以及其新产品的不断涌现为社会的发展做出了卓越的贡献。

1.2无机非金属材料的优点

无机非金属材料是一种固体无机材料，具有很强的整体性，其理化性质稳定，不易老化、风化。无机非金属材料因其耐久性和有效性方面的优异表现，且能承受高温，防水性能也表现出色，所以其也是一种很好的防火材料。无机非金属材料本身属于一到三级耐火材料标准，其材料结构紧密，其也具有很好的防水渗透能力，防雨水和地表渗透性能。无机非金属材料的物理、化学性质稳定，与酸碱反应敏感度不大，具有很好的耐酸碱性，同时，无机非金属材料对鼠害，虫害的忍耐度比较大，能保证长久的正常的使用效果。

2国内无机非金属材料的现状

2.1无机非金属新材料的新应用

2.1.1高技术陶瓷材料

高技术陶瓷是以人工合成的超细高纯粉体为原料制备的一种新型无机非金属材料，其主要使用各种先进材料成型方法、优秀的当代烧结工艺以及精密加工技术制作而成。高技术陶瓷材料具有高性能、高附加值的特点，目前已经广泛应用于高端技术领域和顶尖国防材料领域。高技术陶瓷具有耐高温、高硬度、高刚度、耐磨耐腐蚀性优越等优点，可用于陶瓷机械零件、生物陶瓷材料、集成电路、各种传感器等领域。大量材料应用结果表明：高技术陶瓷材料是21世纪国家经济和科技发展水平的重要特征。

2.1.2纳米材料

随着纳米科学技术的快速发展，纳米材料也迅速得到发展，纳米材料由极细晶粒组成，其晶粒尺寸在纳米尺度范围，与微米晶体材料相比，在材料力学、材料光学、材料电磁学等方面具有更加优异的表现，因此纳米材料科学是当今凝聚态物理材料领域的热点研究方向。比如：纳米碳管的直径为1.4nm，5万根纳米碳管并排后才跟一根头发一般粗，但是其强度已达到钢的100倍。多数研究表明，纳米材料的特殊性将在未来日常生活和高科技领域广泛应用。例如，利用纳米技术研发的新型电脑其性能更优良；飞机表面涂覆纳米硅基陶瓷粉可以成功避开雷达的监测等。

2.1.3复合氧化物与化学传感器材料

复合氧化物敏感材料与化学传感器对信息感知度强，其形态千变万化、性能各异、功能多样。目前，对这类材料的研究重点材料主要有：新型半导体材料；有害气体敏感材料；复合氧化物气敏材料等。多功能敏感材料的传感元件结构简单、使用方便、价格便宜、灵敏度高。广泛用于火灾报警、可燃气报警、汽车尾气检测等方面。

2.1.4特精细化学品材料和功能化合物材料

目前，特精细化学品材料和功能化合物材料品种越来越多，其主要包括畜牧业饲料添加剂、饮食添加剂、灭火剂、生氧剂等等。特种精细化学品和功能化合物的生产产量小、规模小，但是生产的技术含量高，具有很好的经济效益和市场前景。

2.1.5固体电解质

近十几年来，固体电解质材料发展较快。由于非核能能源技术发展的需要，固体电解质材料中的新能源技术的研发引起人们极大的关注。当前，这类材料的研究体系已经成为单独的固态离子学学科。固体电解质研究重点主要是碱金属离子材料，未来具有很好的经济效益和市场前景。

2.2无机非金属材料的发展趋势

未来，无机非金属材料的发展趋势将有以下几点：（1）材料与高科学技术领域的研发紧密联系。随着全球电子工业、高能电池、太阳能技术的迅速发展，未来无机非金属新材料发展和高科技发展之间的联系将会更加紧密。（2）各种材料复合程度提高。相互交叉的各学科领域相互合作研发的复合材料将占据材料工业越来越大的市场规模。（3）高分子复合材料的广泛应用。高分子复合材料具有良好的机械性能、光电材料特性和磁学等功能。这些新材料将在生物、机械、光学、电子学等领域取得更广大的应用。

2.3无机非金属材料在我国发展中出现的问题

虽然，无机非金属材料在我国发展迅速，其新技术与新工艺不断得以应用与推广，无机非金属材料的产量也得到突破。但是，我国传统无机非金属材料依然存在着品种杂、质量档次低、高科技含量少，国际竞争力不强的现象。导致这现象的主要原因是国内材料企业过多，市场竞争失衡，企业总体生产工艺差，材料工作人员素质差，高水平材料研发机构少等等。21世纪对无机非金属材料需要量大，质量要求也越来越高。在激烈的市场竞争下，国内材料型企业要想生存与发展，必须提高企业研发、生产、销售高科技材料的能力，积极参预国际材料市场的竞争，提高自身的核心竞争力。

3国内无机非金属材料的应用与发展建议

3.1国家的角度

国家政府应加大对国内建材工业的产业化结构调整力度，合理引导企事业单位步入材料市场的正轨，从宏观经济、宏观行政手段使国内无机非金属材料的应用与发展正规化、可持续化。

3.2法律的角度

政府应制定相关的法律法规，防止无机非金属新材料研发结果被侵权的现象，充分利用法律手段严惩不法分子对材料领域的破坏行为。同时，要尽快制定适应我国科研体制改革的法律法规，保证无非金属新材料的研发与生产。

3.3人才的角度

国家与企业都应加快有关材料人才的培养速度，不断优化教育资源，以最新材料相关知识和研发体系来培养无机非金属材料新人才。

4结语

目前，国内无机非金属材料在国民经济建设的作用越来越重要。国内无机非金属材料的发展和应用是国内特色社会主义经济体制改革的重要标志之一，无机非金属材料的发展与应用已远远超出其自身的范畴，它带动了国内各个科学领域的创新，推动了国内科学技术的快速发展。

参考文献

[1]张义顺.传统无机材料的现状及新材料的发展趋势[J].焦作工学院学报，2000（19）.

高分子材料的发展现状范文篇8

关键词：金属材料；介电性能；频响特性

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.01.130

0概述

隐身技术是一种通过控制和降低武器系统的特征信号，使其难以被探测、发现、识别、跟踪和攻击的技术。根据探测技术可分为雷达隐身、红外隐身、声波隐身、可见光（视频）及复合隐身技术等。但由于现代及未来战争中，雷达是探测目标最可靠的手段，且其使用比例超过了60%以上，因此隐身技术的研究以目标的雷达特征信号为重点，同时展开红外、激光等其它特征信号控制的研究工作，最后向多功能、高性能的隐身方向发展[1]。目前，世界发达国家正在积极开展新型隐身材料和隐身机理的探索和研究，以适应未来战场对隐身材料的更高要求。作为一个军事大国，我国更应该大力发展隐身材料。

1试验方法

（1）片层花状钴颗粒制备原理：片层花状钴颗粒是在强碱液相环境中，利用水合肼还原络合态钴离子制备而成的，其中络合剂为酒石酸钾钠，具有络合钴离子，减缓反应速率的作用。水合肼还原络合态钴离子的化学反应方程式如下：

Co2++n（C4O6H4）2-?[Co（C4H6O4）]n2-2n

[Co（C4O6H4）]n2-2n+3N2H4[Co（N2H4）]2++n（C4O6H4）2+

[Co（N2H4）3]2++N2H4+OH-Co+N2+H2+NH3+H2O

（2）片层花状钴颗粒制备原料及设备。原料：硫酸钴，酒石酸钾钠，氢氧化钠（NaOH）、十六烷基三甲基溴化铵（简称CTAB）、水合肼（N2H4・H2O）、无水乙醇。以上原料均为分析纯。

设备：机械搅拌器、超声波反应器、超声波清洗器、真空干燥箱。

（3）反应现象：在液相还原反应早期，反应液中具有相对较高的反应物浓度，促使还原钴原子通过均匀形核生成大量纳米钴颗粒。在高的表面能作用下，纳米钴颗粒因相碰而迅速形成许多颗粒团聚体。由于早期钴颗粒晶型的不完整性，纳米钴颗粒表面不同处的表面能差异不大，使得钴颗粒表面不同处的表面能差在纳米钴颗粒堆积形成团聚体的过程中难以明显起到择优排列的作用[12]。因此，团聚体主要是由纳米钴颗粒的简单几何堆积而成，使得团聚体中各纳米钴颗粒的晶体学空间取向不一。在反应后期，还原的钴原子主要是在已有的钴颗粒团聚体上沉积，使团聚体中各纳米钴颗粒逐渐紧密连接并长大。因此，当液相中还原钴原子在纳米钴颗粒团聚体表面沉积速率较低（受钴原子还原速率、扩散速率和表面吸附等因素控制时，钴原子有足够的时间实现低能态堆积，使团聚体中各纳米钴颗粒各自以具有较低表面能的密排晶面为表面生长。室温下，密排六方金属钴为稳定相，当钴颗粒生长条件接衡态时，团聚体中各纳米钴颗粒应各自以密排六方晶型所具有的低表面能密排晶面（0001）为表面而长大，从而形成由空间取向不同、以密排六方（0001）面作为平展面的纳米片组装而成、且以密排六方晶型为主的片层花状钴颗粒。

2实验数据

利用自由空间反射法去测试复合材料在4～18GHZ的反射系数，再算其介电常数，测试条件为电磁波垂直入射，背衬为3mm厚的铝板。

3结论

经过以上对两种金属材料的频率与介电常数实部的对比，我们不难发现，花状钴在5Ghz，10Ghz时对2Ghz时介电常数实部的倍数高于花状钴和超细镍粉的介电常数的倍数，因此，我们认为，在这两种材料的状态下，花状钴的吸波性能更好一些。

参考文献：

[1]周春华，袁书强，高娃等.隐身材料技术研究进展及发展趋势[J].功能材料，2006（37）：875-879.

[2]孟新强，朱绪宝.隐身技术和隐身武器的研究及应用现状[J].弹箭与制导学报，1999（03）：59-64.

高分子材料的发展现状范文篇9

关键词材料；液晶高分子；光致形变高分子材料

中图分类号TG1文献标识码A文章编号1674—6708（2012）76—0157—02

材料是人类文明的标志，是社会生存和发展的基础，人类支配和改造自然能力的提高都是通过新型材料的发现和利用来实现的。科学家们预言“21世纪将是智能材料的新时代”。所谓的智能材料指的是能够根据周边环境的变化而做出不同响应的一种新型材料。这其中材料对光、热、电、磁以及溶剂等不同介质所做出的响应。根据智能材料所使用的材质的不同，我们可以将其大致归为三类：金属类智能材料、无机非金属类智能材料和智能高分子材料。本文主要针对的是光致形变液晶高分子材料进行一些列研究和探讨，希望能起到抛砖引玉的效果，让更多的同行来共同关注这一领域的发展。

所谓的光致形变液晶高分子材料指的是能够吸收特定波长的光，而改变自身形状以及尺寸的一种高分子材料。光致形变液晶材料之所以能够对光进行响应是因为其分子中含有感光官能团。

光致形变高分子要满足一定的条件才能发生形变，Lendlein等人认为需要满足下面三个条件[1]：1）感光官能团要以一定的方式引入到高分子材料中；2）当感光官能团与分子发生可逆的光异构化的时候，就能够引起材料在外观上的改变。因为这种变化可以传递给高分子链，高分子链在构象上的变化则表现在外观形状以及尺寸的变化上；3）该体系的维持需要有一定的交联度，只有这样才能稳定材料最初的形体状态。光致形变液晶高分子材料要想有大的形变，需要高分子链在材料中呈有序排列，从而可以产生各向异性的响应，这样产生的形变应力比较大。

Ikeda和俞燕蕾等人合成了一系列的液晶弹性体薄膜，他们把偶氮苯官能团引入到该薄膜中从而可以有效地实现液晶弹性体薄膜在方向上所产生的可控光致弯曲的发生。如图1（多畴液晶弹性体的光致形变弯曲图，其中白色箭头的方向即为偏振光的偏振方向）所示，当多畴向列相液晶弹性体薄膜沿着任意方向发生弯曲的时候，弯曲后用570nm波长的可见光照射，薄膜可以恢复到原来的状态，这是因为薄膜的弯曲方向与入射偏振紫外光的偏振方向一致，所以可以通过简单的改变入射光偏振方向，即可简单地精确控制薄膜的对弯曲方向。

Lee等人在最近研究出了一种全新的液晶高分子薄膜，这种薄膜在其主链上含有偶氮苯基团，而且薄膜也可以根据线性偏振光来控制自身所弯曲的方向变化。同时，这种薄膜也是一种非化学交联的体系，所以这就让它能够广泛应用于纤维制成或任意形状的光响应材料。另外，该材料也证明了，光致形变液晶高分子材料不一定需要化学交联。

类似纤毛功能的微型执行器是由vanOosten等人通过喷墨打印技术制备出的一种新执行器，这种结构的纤毛可以在有光照的情况下自行运动。如图2（a）所示，当将它放置于水中的时候，它就可以产生变比较强烈的扰动，从而达到促进液体快速交融混合的目的。

另外，通过选择不同的构件，可以实现对纤毛运动幅度大小的调控（图2b），最吸引人注意的一个特点是这种构件的制备可以使用不同类型的喷液进行操作，比如喷涂打印，如此，所使用的成本更加低廉，所以，这就也促使了大面积制备响应性的执行器件。在涉及到替代传统的电驱动执行器方面，同样有着非常明显的优势；图2c是该执行器成分的化学结构式。

图2（a）当采用不同波长的光驱照射人工纤毛的时候，就会令其产生不规则的运动行为；（b）当采用紫外光进行照射的时候，液晶高分子纤毛在水面所产生的运动行为；（c）为构成执行器的液晶单体化学结构式。

结论：由于光的一些优异特点，使得光致形变液晶高分子材料在现实的应用中有着诸多的特点，这些特点使光驱动型执行器不需要使用其他的相关辅助设备，只需要通过改变自身的形状及尺寸就可以将光能直接转化为有用的机械能，所以，它将有望在微机械领域中大放光彩。

参考文献

高分子材料的发展现状范文

纳米技术正全力推动着化学工业未来的发展。随着一些纳米技术的工业产品问世以及所显示出的诱人前景，现在“纳米技术”已经成为家喻户晓的名词。纳米技术能在＜100nm的水平上合成、处理和表征物质，这是一个涉及多门学科的广阔领域，它包含有：纳米材料(nanomaterials)、纳米生物技术(nanobiotechn010gy)、纳米电子学(nanoelechonics)和纳米系统(nanosystem)，如纳米电子机械系统nems和分子机械(m01ecularmachine)等。而纳米技术在化学工业中的应用，主要是新型催化剂、涂料、剂，过滤技术以及一些最终产品，诸如纳米多孔材料制品和树状聚合物制品已成为化学工业的创新点。

一、化学反应和催化方面应用

化学工业及其相关工业，特别是一些化学反应起着关键性作用的产业盛行用纳米技术来改进催化剂性能。纳米多孔材料中的沸石在原油炼制中的应用已有很长历史，纳米多孔结构新型催化剂的发展，为许多化学合成工艺的创新提供了机会，或者使化学反应能在较温和条件下进行，大幅度地降低工艺成本。例如用此类催化剂可以将甲烷有效地转化为液体燃料，作为柴油代用品，而现用的方法比较昂贵。

纳米粒子催化剂的优异性能取决于它的容积比表面率很高，同时，负载催化剂的基质对催化效率也有很大的影响，如果也由具有纳米结构材料组成，就可以进一步提高催化剂的效率。如将si02纳米粒子作催化剂的基质，可以提高催化剂性能10倍。在某些情况下，用si02纳米粒子作催化剂载体会因sio2材料本身的脆性而受影响。为了解决此问题，可以将sio2纳米粒子通过聚合而形成交联，将交联的纳米粒子用作催化剂载体。

在能源工业中，shenhua集团公司、hydrocarbon技术公司和美国能源部在中国进行煤液化项目建设，采用了纳米催化剂，取得了20亿美元效益。此工艺可以生产非常清洁的柴油，在中国许多地方它可与进口原油或柴油(以全球平均价格计)竞争。燃料电池也是纳米催化剂起重要作用的领域，当前工业样品应用的是铂催化剂，约2nm宽。

二、过滤和分离方面应用

在过滤工业中，纳米过滤(简称纳滤，nanofiltration)广泛应用于水和空气纯化以及其它工业过程中，包括药物和酶的提纯，油水分离和废料清除等。还可以从氮分子中去掉氧(氧与氮分子大小差别仅0.02nm)。应用此方法生产纯氧可不需要采用深冷工艺，因而可以降低成本。法国于2000年在generaledeseamx建成世界上第一座用纳滤技术生产饮用水的装置，所用聚合物膜其孔径略＜lnm。与传统净化工艺相ll，虽然电能消耗较高，但带来一些其它的好处，如不需要用氯。

由于可以精确地控制孔径，所以具有可观的近期应用前景。美国pacificnorthwest国家试验室已经创制一类称之为samms结构，为在介孔载体上自组装的单层结构，含有规整的1-50nm的圆柱形孔，孔上用自组装方法涂上活性基团单层，可用于不同领域。已经利用samms成功地从水溶液和非水溶液中萃取出各种金属和有机化合物。

纳米多孔材料的吸收和吸附性能也提供了在环境治理方面应用的可能性，如去除重金属(如砷和汞等)。使用其他纳米材料的过滤技术也取得了长足进步。例如入rgomide纳米材料公司开发的用直径为2nm纤维制成的高产率系统，可以过滤病毒、砷和其它污染物。

一些聚合物—无机化合物复合材料也可用作气体过滤系统，而且效率也很高。如有一种用排列成行的碳纳米管(nanotllle)制成的膜，由于纳米管与气体分子间互不作用，可以高产率地分离出气体。此种材料可满足高流速低压气体的分离需要。此种膜可以从气流中去除co2，或从co中分离h2。这种技术可应用于新一电厂、煤液化工厂或气体液化厂。

由精密控制尺寸的纳米管组成的膜在分离生物化学品方面也具有很大潜力。

三、复合材料方面应用

在复合材料中使用纳米粒子可以提高材料强度，降低材料的重量，提高耐化学品、耐热和耐磨耗能力，而且还可赋于材料一些新的性能，诸如导电性，在光照和其他幅照下改变其反应性能等。

以粘土为基础的纳米复合材料在不久将来会有很大的市场。以碳纳米管为基础的新型结构复合材料的开发也为期不远，它的主要问题是成本较贵，要用好的填料(单壁纳米管)。大规模应用较大而不太完善的碳纳米纤维可望在2004年实现，此发展可能会给纳米粘土复合材料的应用形成冲击。

一些公司计划扩产纳米粘土也反映出其发展潜力。如nanocor公司已转产纳米粘土，每年2万吨。许多主要聚合物公司也在开发纳米复合材料技术。rtp公司已将有机粘土／尼龙纳米复合材料制成薄膜和片材。triton

system公司应用纳米二氧化硅与一种聚合物材料制成纳米复合材料，开发成一种涂装材料。其它honeywell，ube工业和unitika等公司已工业规模生产尼龙纳米复合材料用作包装hbp材料，nanocor最近与三菱气体化学公司联合

制造并出售hbp包装材料。用于食品和饮料行业。bayer打算用尼龙6纳米复合材料制造多层包装膜，此膜的氧穿透率减少l/2，透明度和韧性有提高。近期，人们关注的另一种纳米复合材料的填料物质，是一种较为复杂的分子多面齐聚物(polyl、cdral01ig(mericsilsc5quioxanes，poss)。hybrid塑料公司称其可以大量生产poss，并与塑料生产厂商和用户进行合作。

四、涂料方面应用

在涂料行业ctj。纳米粒子已经起着很大的作用，但是，类似于能生成抗刮痕和不粘表面的涂层的溶胶—凝胶单层(solgclmonlolaycr)还在研究。用树状聚合物可以弥补不足，并且可与纳米粒子技术结合应用。

以纳米粒子为基础的涂料具有各种优异的性能，比如：强度、耐磨耗、透明和导电。拜耳公司与nanogntc公司合作开发导电和透明的涂层。纳米粉体是难以储运的，美国海洋部门采用微型凝聚(microscalengglomerate)方法，即在应用时用等离子(一种热的离子化气体)技术或热喷涂技术，使粉体被融熔，形成涂层。拜耳公司与hansametallwerke公司用纳米粒子进行抗水和抗灰尘涂料开发。据中国环氧树脂行业在线()记者了解，2002年basf公司推出一种用纳米粒子和聚合物制备的喷涂涂料，在干燥时自组装成一种纳米结构的表面，呈现出类似荷叶的效应，即当水落到表面上，由于与表面的互粘性甚小，可以形成水珠而流去，并把灰尘带走。

inframat公司用纳米涂料作为船壳防污涂料。以防止海藻、贝类附着生长。此种涂料很坚硬。但并不发脆。该公司的纳米氧化铅-氧化饮基陶瓷涂料已获得美海军部门400万美元订货，主要用于涂装潜水艇的潜望镜。应用纳米粒子技术可以制造氧化铝纳米粒子，用于地砖的抗划痕涂层。nanogate公司为西班牙地砖制造商提供纳米粒子涂料，使之容易清洗，并还为眼镜工业提供抗划痕涂料。

用纳米粒子强化的涂料还可能在生物医用方面应用。例如铜的纳米粒子可以降低细胞在表面上生长，从而解决移植上的一个主要问题。

五、添加剂和树状聚台物的作用

在复合材料领域中，纳米粘土和poss已经取得进展。在不远的将来，碳纳米管可能产生较大影响。但是，各种不同形状的树状分子结构以及它能易于功能化的性能，可以创制特殊结构的复合材料，使之具有各种性能。早在上世纪90年代中期，bertmeijer教授就阐明了树状聚合物的结构，它是一群小分子，或是小分子的容器。一个“树状聚合物箱”(i)endrimerbox)，如同有一个硬壳建于软性树状聚合物周围。如果一个小分子，如染料分子进入树状聚合物中，即可被封装在空穴中。通过对其末端基因的化学改性，全部或部分烷基化，树状聚合物就可以形成与线型聚合物可化学兼容的物质，以改进混合性能。在此情况下，树状聚合物的作用在于创建了分子微观环境，或是在塑料原料中形成“纳米观口袋”(nanoscopicpocket)来聚集染料分子。作为一种形态的、结构的或是界面改性剂，树状聚合物还可提高材料韧性，而对其加工性没有影响。在材料共混和复合中，它们还起着材料组分间的兼容剂和粘接剂的作用，因此可用于工程塑料添加剂。树状多支链聚合物已经被用作环氧树脂的增韧剂，加入重量比5％的树状聚合物可显著提高材料的坚韧性。通过可控相分离工艺，可以使树状聚合物良好地分散在树脂中，树状聚合物和树脂作用可以使接枝在树状结构上的环氧基团的化学键得到加强。杜邦公司制造和应用多支链结构物质作为聚合物共混中的添加剂，可以改善聚合物的加工性能。dsm公司已经将多支链的聚丙烯亚胺(ppl)聚合物工业化，主要用于廉价塑料和橡胶制造中作为添加剂，降低粘度。在涂料、油墨和粘合剂生产中也可应用。美国宇航局向dowcorning公司和matcrialselectrochemical

research公司进行项目投资，开发等离子沉积树状聚合物涂料和树状聚合体富勒烯纳米复合材料，以用作微型和亚微型表面。

六、树状聚台物及去污作用

树状聚合物特别适用于去污，它起着清道夫的作用，可以去掉金属离子，清洁环境。改变一种介质的酸度可以使树状聚合物释放出金属离子。而且树状聚合物可以通过超过滤进行回收和冉用。树状包覆催化剂可用此同样方法从反应产物中进行分离。回收再用。密西很大学的生物纳米技术中心计划开发树状聚合物加强超滤方法，作为新的水处理上艺．从水中去掉金属离子。树状聚合物可以在其分子小间或是在它们的经改性的终端基团上捕捉小分子。

使其能适用于吸收或吸附生物和化学污染物。美国军事部门对它的应用前景作了好的评价。

七、纳米保护(nano-protection)方面应用

树状聚合物在护肤膏中作为一种反应型的组分是很有效的。此应用可以扩展到保护衣服。固定的树状聚合物层可以抗洗和耐环境气候条件变化。有一种称之为“类似树状聚合物”(amphilicdondrimcr)，它一半是树状聚合物，另一半具有末端结构，用以在保护膜中固定活性树状聚合物。

近年来，“一些部门在研究用纳米粒子来监测和防止化学武器袭击。nanospherc公司不久前推出一个系统，可以用来监测生物武器，如炭疽菌。该系统采用美国西北大学开发的金纳米粒子传感器。altair纳米技术公司和西密西根大学联合开发用二氧化钛钠米粒子为基础材料的传感器，可用来监测生物和化学武器。nanosphere材料公司开发氧化镁纳米粒子用于口罩的过滤层，因为它能杀大细菌(包括炭疽杆菌)。深圳新华元具纳米材料公司和nucrgst公司生产银纳米粒子用于抗菌服。nanobio公司推出一种抗菌液，可以破坏细菌孢子、病毒粒子和霉菌，它的作用是让表面张力发生爆炸性释放，而这种产品对人体组织不起伤害，现在主要用户是美国军事部门。

八、燃料电池方面应用

随着对便携式电子产品电能需求不断增加。要求降低供电元器件的重量和尺寸，由此而开辟广纳米粒子的新市场。

ap材料公司与millennium电池公司合作执行美国军方一份合问。开发纳米级二硼化钛用于高级电池组和其它储能系统。altar公司最近宣布该公司高级固体氧化物燃料电池系列示范试验获得成功，包括联结器、电解质、阴极和阳极等都是由微米和纳米级材料构成。而且，还开发了纳米锂基电池电极材料，其充电和发电率都比当前所用锂离子电池材料快l倍。

有一些公司计划工业生产甲醇基燃料电池，在2004年前后应用于便携式电子设备。在这类电池中，所用催化剂是处在淤浆状态的铂纳米粒子。针对电池应用，brookhaven国家试验室已制成锂-锡纳米晶体合金，用作高性能电极。用氢化锂与氧化锡反应，前者需过量使反应完全。生产的锂—锡合金中含有剩余氧化铿。重复用氢处理最后生成粒径为20～30nm纳米复合材料，形成稳定金属氢化物的其它元素也可用此法制造纳米复合材料，未来的应用不仅在电池领域，还可以用在催化方面。

高分子材料的发展现状范文篇11

关键词：金相检验；发展；重要性

1金相检验在材料研究中的重要性

从某种意义上而言，金相检验就是在人们主观意识的基础上对于金属内部结构的研究与分析，将物理冶金学理论运用到实际的操作过程中，针对其金属以及合金的成分进行检验，性能的分析。

在进行金相检验之前必须做好以下两个方面的准备工作：一是针对材料的组成结构以及性能进行大量的测试研究，通过理论化的数据完成对材料的认识。二是根据材料的特性进行相互之间的对比与规律性的研究，从而得知材料间的共性特点以及特殊性能，这对于金相检验有着极其重要的指导意义。在许多工业的发展过程中，金相检验都得到了很好的发展并发挥了极其重要的地位，尤其是在对材料进行检验的过程中更是发挥了不可替代的重要作用。利用显微组织结构的特性以及控制手段对发展中的冶金材料、机械制造、能源建筑等都进行了相关的检验。它是材料研究中重要的组成部分之一，同时新材料的不断出现，也大大促进了金相检验技术的发展。

2金相检验在现代材料研究中的作用

金相检验主要是通过采用定量金相学原理，运用二维金相试样磨面或薄膜的金相显微组织的测量和计算来确定合金组织的三维空间形貌，从而建立合金成分、组织和性能间的定量关系。这种技术不仅仅大大提高了金相检验的准确率更是提高了其速度，大大缩短了工作时间。

随着钢铁行业的不断发展壮大，文章主要以以下三种常用的钢材为例阐释金相检验在材料研究中的重要意义及其作用。一是热轧普碳钢材，这种钢材是可以通过优化工艺进行廉价生产的金属材料。二是低合金钢高强度热轧钢材；三是合金结构钢。这三种钢材严格意义上来讲都属于在显微结构下进行金相检验的一种金属材料。下面就针对这三种钢材材料检验进行详细的分析与总结。

2.1化学成分与金相组织

首先在进行化学成分分析与金相组织检验的同时，必须清楚的了解什么是合金设计，其根本目的及其意义。在进行合金设计的过程中，最主要的就是对组织设计进行很好的测评，了解成分与组织之间的相互敏感度，必须选择满足特性需要的组织结构进行分析控制。这些性能的好坏与受控成分、表面组织以及应力情况等有着直接的关系。所以在进行金相组织检测的同时必须清楚的掌控其材料的性能、化学成分。合金设计的目的就是为了将各个工程建设的各项性能有机的结合在一起，将其性能最优化。将组织结构的性能配置控制在可操作的范围之内。这样不仅仅能够准确的进行测算更加能有效的解决资源。如马氏体形态、贝氏体形态等首先受控于碳的含量。低碳钢淬火后得到板条状马氏体，而高碳钢淬火后得到针状马氏体。所以，金相检验是验证和解释所设计成分是否合理的强有力的手段。

2.2组织演变规律与工艺制度

在每一个生产工序中，都必须先确定其材料的化学成分，然后再系统的了解材料的施工设备、制造工艺。这里面所指的主要是冶炼、铸造、热处理等技术。采用唯一的金相检验技术针对每一个施工工艺及环节进行准确的判断评估，可以通过仪器了解到显微组织结构的变化以及特征。最早的应用技术主要是存在于铸造树枝晶的制作与混合中，但是原有的晶体制造工艺并不是很完善，并不能很好的进行测试，这也是导致某些工艺技术铁素体不完整的主要原因，对此必须加强这种工艺制度的完整性以及组织规律变化的考察研究。

2.3金相学与材料科学

显微镜的发展给合金设计带来了革命性的变化。众所周知，人类冶炼金属通过各种途径了解合金工艺过程、特性以及使用性能的漫长历史，直到有了金相显微镜后才形成了当今的冶金科学。显微组织与宏观力学关系的认识，为成分-组织-性能半定量或定量的研究和建立关系式创造了条件，为材料的发展奠定了理论基础。其中，最典型的就是Hall-Petch关系式（σs=σo+kd-1/2）。该关系式是细晶强化的理论依据，是20世纪下半叶与钢的组织细化相关的5个重大成就之一。所以，必须依靠实际的金相研究和金相检验工作，来证实材料设计的科学性，制定工艺的合理性。

金相检验分析，不仅有组织识别还有评定，既有定性还有定量、半定量的检测。金相检验的内容归纳起来有以下几项：（1）材料基体相的组织结构及其缺陷；（2）显微组织的取向和状态的非均匀性，如带状、分布不均、晶粒度等；（3）第二相的类型、结构、组成、数量、形态、尺寸和分布；（4）研究原子按键力分布的晶体结构和电子按能量分布的原子、离子结构。就显微组织检验来说，显微组织检验是通过一个二维截面视图来建立一个三维结构图形的，这样在显微组织检验中就分为4个级次。正确识别是什么显微组织；定性的显微组织状态；定量的显微组织状态；显微组织与性能之间的关系。

3金相检验的主要应用技术

在金相检验中主要应用的技术有三种：（1）显像技术，应用显像技术来揭示材料的显微组织、断口形貌特征、各种缺陷形貌特征、表面状态等。这种技术包括两个方面即腐蚀技术、成像技术。腐蚀技术是根据不同受检材料和检验项目，选用不同的试剂和方法进行腐蚀。成像技术就是利用显微镜成像原理如光学显微镜的暗场技术、偏光技术、干涉技术等，它主要记录和显示材料的二维平面微观组织结构特征；（2）衍射技术，主要用来分析材料的晶体结构。晶体缺陷及晶向关系等问题，衍射技术中经常使用的设备是X-射线仪、电子衍射仪等；（3）微区成分分析技术，利用化学成分分析来研究材料的基体、第二相、夹杂物以及腐蚀产物的组成，尤其是材料中微量元素对材料性能的影响等。它所使用的仪器有电子或离子探针、谱仪等。

随着科学技术的不断变化与发展，信息化的不断涌现，数字化成像技术的普及对于金相检验而言更是一种全新的挑战，所以这就要求其相关的技术人员必须加强专业知识的学习与完善，不断将新的技术、新的理念融入于金相检验技术中，不断提高自身科学文化素质，在工作中以认真负责的态度进行材料的检验与分析，当发现问题时要给予及时的处理与解决，保证其金相检验在实际操作中的理论意义及其技术水平。

参考文献

高分子材料的发展现状范文篇12

关键词:高分子材料抗静电研究

静电广泛地存在于自然界和日常生活之中，如人们每时每刻呼吸的空气每厘米就含有100500个带电粒子；自然界的雷电；干燥季节里人身上化纤衣物由于摩擦起电而粘附在身体上，这一切都是比较常见的静电现象。实际上，静电在生物工程中有着重要的应用。

一、高分子抗静电的方法概述

高聚物表面聚集的电荷量取决于高聚物本身对电荷泄放的性质，其主要泄放方式为表面传导、本体传导以及向周围的空气中辐射，三者中以表面传导为主要途径。因为表面电导率一般大于体积电导率，所以高聚物表面的静电主要受组成它的高聚物表面电导所支配。因此，通过提高高聚物表面电导率或体积电导率使高聚物材料迅速放电可防止静电的积聚。抗静电剂是一类添加在树脂或涂布于高分子材料表面以防止或消除静电产生的化学添加剂，添加抗静电剂是提高高分子材料表面电导率的有效方法，而提高高聚物体积电导率可采用添加导电填料、添加抗静电剂或与其它导电分子共混技术等。

（一）添加导电填料

这类方法通常是将各种无机导电填料掺入高分子材料基体中，目前此方法中所使用的无机导电填料主要是碳系填料、金属类填料等。

（二）与结构型导电高分子材料共混

导电高分子材料中的高分子（或聚合物）是由许多小的重复出现的结构单元组成，当在材料两端加上一定的电压，材料中就有电流通过，即具有导体的性质，凡同时具备上述两项性质的材料称为导电高分子材料。与金属导体不同，它属于分子导电物质。根本上讲，此类导电高分子材料本身就可以作为抗静电材料，但由于这类高分子一般分子刚性大、不溶不熔、成型困难、易氧化和稳定性差，无法直接单独应用，一般作导电填料与其它高分子基体进行共混，制成抗静电复合型材料，这类抗静电高分子复合材料具有较好的相容性，效果更好更持久。

（三）添加抗静电剂法

1.有机小分子抗静电剂。有机小分子抗静电剂是一类具有表面活性剂特征结构的有机物质，其结构通式为RYx，其中R为亲油基团，x为亲水基团，Y为连接基。分子中非极性部分的亲油基和极性部分的亲水基之间应具有适当的平衡与高分子材料要有一定的相容性，C12以上的烷基是典型的亲油基团，羟基、羧基、磺酸基和醚键是典型的亲水基团，此类有机小分子抗静电剂可分为阳离子型、阴离子型、非离子型和两性离子型4大类：阳离子型抗静电剂；阴离子型抗静电剂；非离子型抗静电剂；两性型抗静电剂。

导电机理无论是外涂型还是内加型，高分子材料用抗静电剂的作用机理主要有以下4种：（1）抗静电剂的亲水基增加制品表面的吸湿性，吸收空气中的水分子，形成“海一岛”型水性的导电膜。（2）离子型抗静电剂增加制品表面的离子浓度，从而增加导电性。（3）介电常数大的抗静电剂可增加摩擦体间隙的介电性。（4）增加制品的表面平滑性，降低其表面的摩擦系数。概括起来一是降低制品的表面电阻，增加导电性和加快静电电荷的漏泄；二是减少摩擦电荷的产生。

2.永久性抗静电剂。永久性抗静电剂是一类相对分子质量大的亲水性高聚物，它们与基体树脂有较好的相容性，因而效果稳定、持久、性能较好。它们在基体高分子中的分散程度和分散状态对基体树脂抗静电性能有显著影响。亲水性聚合物在特殊相溶剂存在下，经较低的剪切力拉伸作用后，在基体高分子表面呈微细的筋状，即层状分散结构，而中心部分呈球状分布，这种“蕊壳”结构中的亲水性聚合物的层状分散状态能有效地降低共混物表面电阻，并且具有永久性抗静电性能。

二、我国高分子材料抗静电技术的发展状况

我国许多科研机构和生产企业已陆续开发出一些品种，以非离子表面活性剂为主，目前常用的品种有，大连轻工研究院开发的硬化棉籽单甘醇、ABPS（烷基苯氧基丙烷磺酸钠）、DPE（烷基二苯醚磺酸钾）；上海助剂厂开发目前多家企业生产的抗静电剂SN（十八烷基羟乙基二甲胺硝酸盐），另外该厂生产的抗静电剂PM（硫酸二甲酯与乙醇胺的络合物）、抗静电剂P（磷酸酯与乙醇胺的缩合物）；北京化工研究院开发的ASA一10（三组份或二组份硬脂酸单甘酯复合物）、ASA一150（阳离子与非离子表面活性剂复合物），近年来又开发出ASH系列、ASP系列和AB系列产品，其中ASA系列抗静电剂由多元醇脂肪酸酯、聚氧乙烯化合物等非离子表面活性剂；ASB系列产品则为有机硼表面活性剂（主要是硼酸双多元醇脂与环氧乙烷加成物的脂肪酸酯）与其他非离子表面活性剂复合而成；ASH和ASP系列主要是阳离子与非离子表面活性复合而成，杭州化工研究所开发的HZ一1（羟乙基脂肪胺与一些配合剂复合物）、CH（烷基醇酰胺）；天津合成材料工业研究所开发的IC一消静电剂（咪唑一氯化钙络合物）；上海合成洗涤剂三厂开发生产的SH系列塑料抗静电剂，已经形成系列产品，在使用效果和性能上处于国内领先地位，部分品种可以替代进口，如SH一102（季铵盐型两性表面活性剂）、SH一103、104、105等（均为季铵盐型阳离子表面活性剂），SH抗静电剂属于结构较新的带多羟基阳离子表面活性剂；济南化工研究所JH一非离子型抗静电剂。（聚氧乙烯烷基胺复合物）等；

河南大学开发的KF系列等，如KF一100（非离子多羟基长碳链型抗静电剂）、KF-101（醚结构、多羟基阳离子永久型抗静电剂），另外还有聚氧乙烯醚类抗静电剂，聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯专用抗静电剂202、203、204等；抗静电剂TM系列产品也是目前国内常用的，主要用于合成纤维领域。

从抗静电剂发展来看，高分子型的永久抗静电剂是最为看好的产品，尤其是在精密的电子电气领域，目前国内多家科研机构利用聚合物合金化技术开发出高分子量永久型抗静电剂方面已取得明显进展。

三、结语

我国合成材料抗静电剂行业发展前景较好，针对目前国内研究、生产、应用与需求现状，对我国合成材料抗静电剂工业发展提出以下建议。

（一）加大新品种开发力度

近年来国外开发的高性能伯醇多聚氧化乙醚类非离子型表面活性剂；用于聚碳酸酯的脂肪酸单缩水甘油酯；用于磁带工业的添加了聚氯化乙烯醚醇的磷酸衍生物；适应于聚烯烃、聚氯乙烯、聚氨酯等多种合成材料的多元醇脂肪酸酯和三聚氰胺加成物等，总之国内科研院所应根据我国合成材料制品要求，开发出多种高性能、环保无毒的抗静电品种，并不断强化应用技术研究，以满足国内需求。

（二）加快复

合抗静电剂和母粒的研究与生产

今后要加快多种结构抗静电剂及其他塑料助剂的复配，向适应范围广、效率高、系列化、多功能、复合型等方向发展。另外合成材料多功能母粒作为助剂已经成为今后合成树脂加工改性的重要原材料，如着色、阻燃、抗菌、成核等母粒在国内开发方兴未艾，国内要加快抗静电母粒的开发与研究，促进我国抗静电剂工业发展。

参考文献：

[1]高绪珊、童俨，导电纤维及抗静电纤维[M]．北京：纺织工业出版社，1991．148154．