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1、高分子材料导论化学与材料科学学院 景学敏手机号：18730653656Email: ,2,本课程的教学目的和要求： 全面、概括地介绍高分子材料的种类、结构和性能及主要生产过程。要求学生对高分子材料有一个总体了解，知道高分子材料的主要品种及各种材料的性能，为改善、调整学生的知识结构、拓宽学生的知识面，以及将来从事高分子材料研究或应用奠定基础。,学习高分子材料的主线： 结构性能应用改性,3,本课程重点讲解以下高分子材料及其发展方向:,塑料 通用塑料 工程塑料 合成纤维 橡胶 涂料和粘合剂 复合材料 功能高分子材料,本课程教学重点：,5,石器时代：,燧石，一种容易制成工具的石头,300,000 BC
2、 3,000 BC,新石器时代陶绘,钻木取火,6,石 器,7,青铜器时代,蟠龙方壶,3,000 BC 十六世纪,素身铜爵,越王勾践宝剑,青铜：铜和锡的合金,8,青 铜 器,越 王 宝 剑,9,铁 器,10,18世纪后，工业迅速发展，在物理学、化学、材料力学等学科的基础上，金属学、陶瓷学、高分子材料学应运而生。,11,第一章 绪 论,一、 高分子材料的发展史 二、 高分子材料的类型与特征,12,聚合物产生年代表,一、 高分子材料的发展史,13,材料是人类用来制造各种产品的物质，是人类生活和生产的物质基础，它先于人类存在，人类社会一开始就与材料结下了不解之缘。,14,1961年4月12日,加加林,
3、材料是科学技术发展的先导和基础,东方1号宇宙飞船,15,1957年世界上第一枚多级远程弹道火箭向太平洋进行全称发射试验成功,16,阿姆斯特朗登月,1969年7月21日 11时56分20秒,17,“发现号”外挂油箱上绝热泡沫的脱落曾让许多美国人心惊胆战。 而两年半前，正是由于塑料泡沫部件在发射时撞坏了一片防热瓦，导致“哥伦比亚”号在返航时空中解体。,“发现号”航天飞机,18,国际号空间站,和平号空间站,哈勃空间望远镜,19,美国全球定位系统,全球卫星导航,欧洲Galileo（伽利略卫星导航系统）,俄罗斯Glonass(格洛纳斯全球导航系统),20,通用公司的氢动力车Hy-wire,秦山核电站,美
4、国开始研制核能飞船 地球到火星不到60天,中国新型核潜艇,21,这些航天运载工具的外壳一般为玻璃钢，用碳纤维浸渍于酚醛树脂或环氧树脂上，然后手工覆上，最后用超声波检验，保证无气泡。航天器的发展必须以高性能材料的发展为基础，有极轻的重量和极高的强度，从而使它们性能先进、有效载荷大和耐航性长,“神舟”五号载人飞船成功发射,航天领域,22,宇航,火星探索“漫游者”,23,已经建成的月球资源开发基地,月球地形图，蓝色区域主要由月海玄武岩所覆盖,24,全球定位系统技术,俄罗斯Glonass(格洛纳斯全球导航系统),欧洲定位系统,信息技术,25,通信卫星,信息人脑的延续,信息技术,26,光子计算机、生物计
5、算机、量子计算机都在加速研究,量子计算,以色列已经研制出一种由DNA分子和酶分子构成的微型“生物计算机”，一万亿个这样的计算机仅一滴水那样大。,大规模神经集成电路进行检测,第六代电子计算机的心脏,经过特殊培养后制成的生物芯片，可作为一种新型高速计算机的集成电路,27,我国最小遥感卫星,遥感技术,返回式遥感卫星,28,家电信息技术,29,神州6号有望用上“纳米铁纸”比纸还薄,纳米材料,当前的研究热点和技术前沿包括：以碳纳米管为代表的纳米组装材料；纳米陶瓷和纳米复合材料等高性能纳米结构材料；纳米涂层材料的设计与合成；单电子晶体管、纳米激光器和纳米开关等纳米电子器件的研制、C60超高密度信息存贮材料
6、等。,30,光子晶体与光子晶体光纤,有机显示材料,光导纤维,电子信息材料,当前的研究热点和技术前沿：包括柔性晶体管、光子晶体、SiC、GaN、ZnSe等宽禁带半导体材料为代表的第三代半导体材料、有机显示材料以及各种纳米电子材料等。,31,先进陶瓷材料,高性能低温烧结陶瓷陶瓷电容器,压电陶瓷换能晶片,当前的研究热点：包括陶瓷材料的强韧化技术、纳米陶瓷材料的制备合成技术、先进结构陶瓷材料体系的设计以及电子陶瓷材料的高匀、超细技术。,透明陶瓷镜头,纳米陶瓷,32,未来复合材料的研究方向:主要集中在纳米复合材料、仿生复合材料和多功能、智能复合材料等领域。,超塑铝合金制造的汽车外形,用无压渗透法制备的铝
7、基复合材料,复合材料,全复合材料机体无人直升机,33,生物材料：,人工骨,我国第一项纳米医药产品 纳米人工骨颗粒,人工皮肤,人造心脏,34,高分子材料,塑料,橡胶,纤维,表面材料（涂料）,注：此部分将在以后进行详细讲解,35,功能高分子材料,聚合物锂电池,超级吸水聚合物,聚合物光纤,脂质水凝胶,36,生命科学,DNA分子是双螺旋结构，其螺旋的骨架是由核苷酸的糖（脱氧核糖）和磷酸相结合而成的，从彼此反向的两根螺旋分别伸长开来的碱基相互结合而形成双螺旋,37,20世纪末，人类基因组全部测试工作基本完成预示着新世纪生命科学必将酝酿着一系列新的宏大突破。,基因组学,这个计划与曼哈顿原子弹计划、阿波罗登
8、月计划并称20世纪人类三大科学计划。,38,蛋白质组学:,2001年以来，国际人类蛋白质组组织(HUPO)正式成立,39,细胞生物学,动物细胞结构,植物细胞结构,现代细胞生物学从显微水平，超微水平和分子水平等不同层次研究细胞的结构、功能及生命活动。在我国基础学科发展规划中，细胞生物学与分子生物学，神经生物学和生态学并列为生命科学的四大基础学科。,40,脑科学,41,生物芯片,生物芯片技术是通过缩微技术，根据分子间特异性地相互作用的原理，将生命科学领域中不连续的分析过程集成于硅芯片或玻璃芯片表面的微型生物化学分析系统，以实现对细胞、蛋白质、基因及其它生物组分的准确、快速、大信息量的检测。,生物芯
9、片技术,42,粉末金属,有色金属,钢铁,塑料,橡胶,粘合剂,涂料,纤维,陶瓷材料,玻璃,结晶陶瓷,碳材料,半导体,材料家族,43,材料科学是一门应用性的基础科学。它用化学组成和结构的原理来阐明材料性能的规律性，进而研究和发展具有指定性能的新材料。,44,材料,使用上,结构材料,力学性能；了解材料的强度、刚度、变形等特性,声、光、电、热等性能,功能材料,高分子材料相对于传统材料如玻璃、陶瓷、水泥、金属而言是后起的材料，但其发展的速度及应用的广泛性却大大超过了传统材料，它已成为工业、农业、国防和科技等领域的重要材料。高分子材料既可用于结构材料，也可用于功能材料。,45,46,47,高分子材料的应用
10、,48,劳斯莱斯汽车,交通运输,49,波音747,航空航天,50,90式履带装甲车,军备器械,M270多管火箭炮系统,51,生活用品,52,53,钢铁：67% 高分子：12% 合金铝：4 纺织品：12,钢铁：62% 高分子：18% 合金铝：6 纺织品：12,1986年奔驰汽车,1996年奔驰汽车,54,三大高分子材料发展史,55,1839年，美国人Goodyear（古德伊尔(美)）发现天然橡胶与硫磺共热后呈现奇特性能。,56,57,海厄特（美）,58,59,1887年，Count Hilaire de Chardonnet用硝化纤维素的溶液进行纺丝，制得了第一种人造丝。,60,贝克兰（美）,6
11、1,合成高分子材料的诞生和发展是从酚醛树脂开始的,酚醛树脂,线型酚醛树脂,体型酚醛树脂,酸催化,碱催化,（可熔化、可溶解 ）,（不溶解、不熔化 ）,人类历史上第一个完全靠化学合成方法生产出来的合成树脂,62,在20世纪60年代后期，高分子合成工业日新月异的发展，新的产物和新工艺层出不穷，合成了各种特性的塑料材料，如聚甲醛、聚氨酯、聚碳酸酯、聚砜、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚苯硫醚等；合成了特种涂料、黏合剂、液体橡胶、热塑性弹性体以及耐高温特种有机纤维，使高分子合成的产品成为国民经济和日常生活中不可缺少的材料。,耐高温、高强度、高模量、高冲击性、耐极端条件等高性能的高分子材料发展十分迅速，为电子、汽车
12、、交通运输、航天航空工业提供了必要的新材料。,63,64,目前，高分子材料正向功能化、智能化、精细化方向发展，使其由结构材料向具有光、电、声、磁、生物医学、仿生、催化、物质分离及能量转换等效应的功能材料方向发展，分离材料、生物材料、智能材料、贮能材料、光导材料、纳米材料、电子信息材料等的发展都表明了这种发展趋势。,在高分子材料的生产加工中也引进了许多先进技术，如等离子体技术、激光技术、辐射技术等。而且结构与性能关系的研究也由宏观进入微观；从定性进入定量；由静态进入动态，正逐步实现在分子水平上合成并制备达到所期望功能的新型材料。,65,大分子概念的提出,66,H. Staudinger （ 18
13、811965）,1920年，在德国化学会志上发表划时代的文章论聚合,首次提出高分子的概念。 1932年，发表专著高分子有机化合物，标志着高分子化学的诞生。,1953年因“链状大分子物质的发现”获诺贝尔化学奖,1920年 H. Staudinger 提出了大分子的概念， 这为合成高分子奠定了基础。,大分子形状,67,Staudinger 的一生,1881年3月23日生于德国沃尔姆斯 1899年，进入哈雷大学开始学习植物学 1903年，获得哈雷大学化学博士学位 1903年，作为J. Thiele的助手，进入斯特拉斯堡大学进行研究。 1905年，发现了一种新的化学物质，丙酮。,68,Stauding
14、er 的一生,1907年10月，年仅26岁的Staudinger成为卡尔斯鲁厄应用科技大学（Technical University of Karlsruhe) 的助理教授 1910年，开始研究生物功能小分子，并大获成功 1912年，在瑞士的苏黎世联邦高等工业学校任教授 1920年之后，开始高分子研究 1926年在弗赖堡大学任教，直至退休,69,高分子科学与诺贝尔奖,1. 1953 Hermann Staudinger (1881-1965) 施陶丁格(Hermann Staudinger)是德国著名的化学家，1881年3月23日生于德国的沃尔姆斯(Worms)，1965年8月8日在弗赖堡(F
15、reiburg)逝世，终年84岁。他是1953年诺贝尔化学奖的获得者。1947年，他编辑出版了高分子化学(Die makromolekulare Chemie)杂志，形象地描绘了高分子(Macromolecules)存在的形式。从此，他把“高分子”这个概念引进科学领域，并确立了高分子溶液的粘度与分子量之间的关系，创立了确定分子量的粘度的理论(后来被称为施陶丁格尔定律)。他的科研成就对当时的塑料、合成橡胶、合成纤维等工业的蓬勃发展起了积极作用。由于他对高分子科学的杰出贡献，1953年,他以72岁高龄，走上了诺贝尔奖金的领奖台,70,2. 1963 Karl Ziegler (1903-1979)
16、 Giulio Natta(1898-1973) 德国人齐格勒(Karl Ziegler)与意大利人纳塔(Giulio Natta)分别发明用三乙基铝和三氧化钛组成的金属络合催化剂合成低压聚乙烯与聚丙烯的方法。这种催化剂被统称为齐格勒纳塔型催化剂。1963年12月10日，他们共享诺贝尔化学奖的崇高荣誉。,Karl Ziegler Giulio Natta,71,未满22岁获得博士学位 曾在Frankfort, Heideberg大学任教 1936年任Halle大学化学系主任，后任校长 1943年任Mark Planck研究院院长 1946年兼任联邦德国化学会会长 主要贡献是发明了Ziegler催化剂 1963年荣获Nobel化学奖 治学严谨，实验技巧娴熟，一生发表论文200余篇,Ziegler发现 ： 使用四氯化钛和三乙基铝，可在常压下得到PE（低压PE），这一发现具有划时代的重大意义,K. Ziegler,Ziegler (26.11.189811.8.1973)小传,72,意大利人，21岁获化
