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1、 鲨鱼皮泳衣 轻便赛车波音757AV8B 鹞式飞机 内容概要 功能高分子材料简介 几种类型的高分子材料导电高分子可降解高分子高分子吸附剂高分子功能膜生物医用高分子什么是功能高分子?一般说来，利用其力学性能的高分 子，称为一般高分子，如聚乙烯、聚 苯乙烯、聚氯乙烯等；而利用力学性 能以外性能的高分子，叫做功能高分 子。功能高分子（FP,Functional Polymer）一般带有官能团，化学结构 较复杂，因此，难以按化学结构来分 类，一般按照其功能来分类。按照功能来分类:1.化学功能 离子交换树脂、螯合树脂、感光性树脂、氧 化还原树脂、高分子试剂、高分子催化剂、 高分子增感剂、分解性高分子等
2、2.物理功能 导电性高分子（包括电子型导电高分子、高分子 固态离子导体、高分子半导体）、高介电性高分 子（包括高分子驻极体、高分子压电体）、高分 子光电导体、高分子光生伏打材料、高分子显示 材料、高分子光致变色材料等； 3.复合功能 高分子、高分子吸附剂、高分子絮凝剂、高分子 表面活性剂、高分子染料、高分子稳定剂、高分 子相溶剂、高分子功能膜和高分子功能电极等 4.生物、医用功能 抗血栓、控制药物释放和生物活性等 按照功能特性通常可分成以下几类：（1）分离材料和化学功能材料 （2）电磁功能高分子材料 （3）光功能高分子材料 （4）生物医用高分子材料 从制造和结构的角度考虑：结构型功能高分子复合
3、型功能高分子 种 类类 功 能 特 性 应应 用 示 例 1.分离材料和化学功能高分子材料 高分子分离膜和气液交换膜 传质作用 化工、制药、海水淡化、冶金 离子交换树脂和交换膜 离子交换作用 化工、制药、水净化 高分子催化剂和高分子固定酶 催化作用 化工、食品加工、生物工程 高分子试剂 反应性 农药、医用、环保 贮氢材料 吸着作用 化工、能源 高吸水性材料 吸着作用 农业、纸制品2.电电磁功能高分子材料 导电高分子材料 导电性 防静电材料、屏蔽材料、固体电解质材料、面状发热体 高分子半导体 导电性 电子技术和电子器件 光导电材料 光电效应 电子照相、光电池、传感器 压电高分子 力电效应 开关材
4、料、仪器仪表测量材料机器人触感材料 高分子磁性体 导磁作用 塑料磁石、磁性橡胶、中子吸收微型电机 磁性记录材料 磁性转换 磁带、磁盘 电致变色材料 光电效应 显示、记录 种 类类 功 能 特 性 应应 用 示 例3.光功能高分子材料 光致变变色、显显示和发发光材料 光色、光电电效应应 自动调节动调节 光线线明暗 的太阳镜镜和窗玻璃 等、显显示、记录记录 液晶高分子 偏光效应应 显显示、连连接器 荧荧光高分子材料 光化学作用 情报处报处 理、荧荧光染料 光降解高分子材料 光化学 环环境保护护 光盘盘基板材料 光学原理 高密度记录记录 和贮贮存信息4.生物医用高分子材料 人工器官材料 仿人体功能与
5、替代 人体脏脏器修补补作用 药药物高分子 药药理作用 治疗动疗动 脉硬化、抗血栓 降解性缝缝合材料 化学降解 非永久性外科材料导电高分子材料2000年10月10日，瑞典皇家科学院宣布 了2000年诺贝尔化学奖获得者，美国加利福 尼亚大学的物理学家艾伦.J.黑格教授、美国 宾夕法尼亚大学的化学家艾伦.G.马克迪亚 米德教授和日本筑波大学的化学家白川英树 教授，因为他们发现了导电塑料。掺杂聚乙炔几种导电高分子的掺杂情况复合型导电高分子材料是以有机高分子材料为基体,加 入一定数量的导电物质(如炭黑、石墨、碳纤维、金属粉、 金属纤维、金属氧化物等)组合而成。该类材料兼有高分子 材料的易加工特性和金属的
6、导电性。与金属相比较,导电性 复合材料具有加工性好、工艺简单、耐腐蚀、电阻率可调 范围大、价格低等优点。复合型导电高分子所采用的复合方法主要有两种:一种是将亲水性聚合物或结构型导电高分子与基体高分子 进行共混； 另一种则是将各种导电填料填充到基体高分子中。炭黑是天然的导电材料,其体积电阻率约为0.1100cm-1。它不仅原料易得,导电性持久稳定,而且可以大幅度调整复合材料的电阻率(1108cm-1)。由炭黑填充制成的复合型导电高分子是目前用途最广、用量最大的一种导电高分子材料。金属纤维的填充量对导电性能的影响规律与炭黑填充的情形相类似。但由于纤维状填料的接触几率更大,因此在填充量很少的情况下便
7、可获得较高的导电率。结构型导电高分子是指高分子材料本身或经少量掺杂后具有导电性的高分子物质,一般由电子高度离域的共轭聚合物经过适当电子给体或受体掺杂后制得。 离子型导电高分子通常又叫高分子固体电解质，其导电时的载流子主要是离子。电子型导电高分子指的是以共轭高分子为主体的导电高 分子材料,导电时的载流子是电子(或空穴)，这类材料是目前世界上导电高分子材料研究开发的重点。导电高分子是由含电子的共轭高聚物通过化学或电 化学掺杂使其由绝缘体转变为导体。 （1）通过控制掺杂度，导电高分子的室温电导率可在绝缘体-半导体-金属态范围内变化。目前最高的室温电导率可达105S/cm，它可与铜的电导率相比，而重量
8、仅为铜的1/12；（2）导电高分子可拉伸取向。沿拉伸方向电导率随拉伸度而增加，而垂直拉伸方向的电导率基本不变，呈现强的电导各向异性； （3）尽管导电高分子的室温电导率可达金属态，但它的电导率-温度依赖性不呈现金属特性，而服从半导体特性； （4）导电高分子的载流子既不同于金属的自由电子，也不同于半导体的电子或空穴，而是用孤子、极化子和双极化子概念描述。 与金属和半导体相比较，导电高分子的电学性能具有如下特点： 对于导电高分子来说，掺杂的概念不同于常见的无机半导体。以单晶硅为例，每个硅原子有四个价电子，若晶格中有一个硅原子被一个仅具有三个价电子的硼原子取代后，由于硼原子是缺电子的，无论硅与硼之间是
9、否发生电子转移，在晶格中都有一个正的“空穴”，这即所谓p掺杂；反之，若晶格中有一个硅原子被一个具有五个价电子的磷原子取代后，该格点上就比别的格点多出一个电子，这即所谓n掺杂。导电高分子的掺杂则是通过氧化还原反应实现的。掺杂的方式主要有两种：化学掺杂法，即通过加入第二种不同氧化态的物质，使之与聚合物接触并反应；电化学掺杂法，即聚合物作为电极，掺杂剂作为电解质，在通电条件下使聚合物链发生氧化还原反应而直接改变其荷电状态。前者简单易行，有利于了解掺杂前后聚合物结构与性能的变化；后者时间短，效率高，易于得到导电聚合物薄膜。除此之外，还有诸如酸碱化学掺杂、光掺杂、电荷注入掺杂等方法。掺杂对于电子导电聚合
10、物导电能力的改变具有非常重要 的意义，其导电性能往往会增加几个数量级。掺杂过程中， 掺杂剂分子插入聚合物分子链中，通过两者之间氧化还原反 应完成电子转移过程 p型掺杂剂在掺杂反应中作为电子的接受体。 卤素：Cl2,Br2,I2,IBr等； 路易斯酸：PF5,AsF5,BF3,SbF5等； 质子酸：HF,HCl,HNO3,ClSO3H等； 过渡金属卤化物：NbF5,TaF5,MoF5,ZrCl4，TeI4等； 过渡金属化合物：四氰基乙烯（TCNE）, 四氰基对苯醌二甲烷（TCNQ ），四氯对苯醌、二氯二氰代苯醌（DDQ）等。 n型掺杂剂在掺杂反应中作为电子的给予体。 常见的有碱金属：Li,Na,
11、K等；在电化学掺杂中常用R4N+， R4P+(R=CH3，C6H5等)p型掺杂是由于导电高分子的部分氧化，即：x 聚合物 (聚合物+y)x + (xy)e-n型掺杂则是由于导电高分子的部分还原，即：x聚合物+ (xy)e- (聚合物-y)x上述过程可通过电化学或化学方法完成。为了维持 电中性，p型掺杂和n型掺杂都必须提供一个对离子，如(聚合物+y)x + （xy）A- (聚合物+y)A-yx(聚合物-y)x + （xy）M+ M+y(聚合物-y) x导电高分子具有下列特点:(1)与金属相比,重量轻;(2)成型性好,用浇铸、模压等比较简易的方法就能使其纤 维化、薄膜化，制成涂料,以及得到人们所需
12、要的其他形 状，而且易于加工成轻质的大面积的可挠性薄膜,以其大 的面积/厚度比来补偿它的电导率较低的不足；(3)易于合成和进行分子设计、材料设计,从而能较好地满足科学技术对这类功能材料提出的各种要求；(4)原料来源广 v电磁波屏蔽随着各种商用和家用电子产品数量的迅速增加,电磁波干扰已成为一种新的社会公害，对电子仪器、设备进 行电磁波屏蔽是极为重要的。直接使用混有导电高分子 材料的塑料做外壳,因其成形与屏蔽一体，较其他方法, 如使用太重又不方便的金属板作外壳、在塑料外壳上涂 一层金属或含有碳粉、碳纤维的导电涂料、通过电镀金 属将外壳覆盖等等更为方便。v电子元件(二极管、晶体管、场效应晶体管等)导
13、电高分子材料在掺杂状态具有半导体或金属的电导性,去掺杂时表现为绝缘体或半导体,而原来禁带宽度较大的仍为绝缘体,所以可以利用这些性质来制作各种类型 的元件成为二极管、晶体管及场效应晶体管等具有非线 性电流-电压特性的电子元件。v微波吸收材料由于可以对导电高分子的厚度、密度和导电性进行调整,从而可以调整微波反射系数、吸收系数,其吸收系 数可达105cm-1。导电高分子作为微波吸收材料,其薄膜重量轻、柔性好,可作任何设备(包括飞机)的蒙皮。v隐身材料所谓隐身材料是指能够减少军事目标的雷达特征、红外特征、光电特征及目视特征的材料的总称。由于雷 达是军事目标侦查的主要手段,所以雷达波吸收材料的研制是关键
14、。自从导电聚合物的出现,其作为新型的雷达波 吸收材料成为研究的热点。美国、日本、法国、印度及 中国相继开展了导电聚合物雷达波吸收材料的研制,尤其 是美国空军投资开发的高聚物雷达波吸收材料，为隐身 战斗机和侦察机制造“灵巧蒙皮”的设想和计划奠定了 基础，进一步刺激了导电聚合物雷达隐身技术的发展。可降解高分子材料可降解高分子材料是指在使用后的特定环境条件下,在一些环境因素如光、氧、风、水、微生物、昆虫以及机械力等的作用下,使其化学结构在较短时间内发生明显变化,从而引起物性下降,最终成为可被环境所消纳的高分子材料。 降解高分子生物降解淀粉添加剂天然大分子合成聚合物光降解添加光敏剂型化学合成氧化降解复合降解光生物双降解(1)生物降解高分子生物降解高分子材料是指在自然界微生物或人体及 动物体内的组织细胞、酶和体液的作用下,可使其化学结 构发生变化,致使分子量下降及性能发生变化的高分子材 料。添加型淀粉塑料和橡胶，其生产方法是将淀粉以非偶联方式与现行塑料(PE、PP、PS和PVC等)共混，淀粉含量一般为7%-15%。美国的Goodyear公司宣布试销含有部分淀粉填料的轮胎,该填料可以降低轮胎的滚动阻力和重量
