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1、国民制造业基础,材料及高分子材料的历史和前景,材料的发展,材料的历史与人类史一样久远。从考古学的角度，人类文明曾被划分为旧石器时代、新石器时代、青铜器时代、铁器时代等，由此可见材料的发展对人类社会的影响。 1.天然材料 2.陶瓷 石块 毛皮,3.青铜 4.铁 5.钢,6.有色金属 7. 高分子材料 8.新型材料 石墨烯 纳米材料,材料发展前景,磁性纳米材料,纳米陶瓷材料,纳米传感器,纳米半导体,超导材料,新复合材料,纤维增强塑料,生物医用高分子材料,药物控制,高分子材料发展史,1932年 在法拉第学会 上得到公认 1953年 获Nobel Prize,1920年代 提出“大分子线 链型结构”概
2、念,高分子材料发展史,“大分子线链型结构”概念：无论天然或合成高聚物其形态和特征都可以由具有共价键连接的链型高分子结构解释（Polymers are long chains of smaller units that repeat themselves hundreds or thousands of times.） 从化学结构上阐明了高分子物质的共同特征，在化学界引起激烈争论。这一学说到1932年在法拉第学会上得到公认，1953年获得Nobel Prize， H. Staudinger成为现代高分子理论的创始人和奠基者。 随H. Staudinger大分子概念的提出，高分子科学基础理论的研究
3、得以快速发展，合成聚合物产品进入发展时期。,高分子材料发展史,1970年，发明了耐温聚合物Ekonol，为后续的液晶聚合物的研究奠定了基础。Ekonol主要用在电子行业及航天器等领域。 1971年，耐高温、高强度的Kevlar研制成功，耐温高达300，可织成防弹衣、消防服、赛车服等。 1976年，聚合物/塑料体积产量超过钢。从而使得高分子材料与历史悠久的金属材料、陶瓷材料构成现代材料领域的三大类。,20年代，“大分子链结构”概念的提出，开创了高分子材料发展序幕。,高分子材料发展史,德国著名的化学家，1947年，编辑出版了高分子化学(Die makromolekulare Chemie)杂志，形
4、象地描绘了高分子(Macromolecules)存在的形式。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)。其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。,Hermann Staudinger,(1881-1965),1953年诺贝尔化学奖,高分子材料发展史,Karl Ziegler Giulio Natta （1898-1973） (1903-1979),ZieglerNatta催化剂 配位聚合乙
5、烯、丙烯 实现乙烯、丙烯 工业化生产,1963年诺贝尔化学奖,德国科学家(Karl Ziegler)与意大利科学家(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。,高分子材料的发展史,Paul J. Flory (1910-1985),高分子科学理论的主要开拓者和奠基人之一。 高分子化学原理 长链分子的统计力学,1974年诺贝尔化学奖,美国高分子物理化学家弗洛里(Paul J. Flory),由于他在高分子科学领域，如聚合反应原理，尤其在高分子物理与结构的研究方面取得巨大成就。,15,2000年诺贝尔化学奖,研究领域：导电聚合物,日本筑
6、波大学 白川英树,美国加利福尼亚大学 艾伦-J-黑格,美国宾夕法尼亚大学 艾伦-G-马克迪尔米德,高分子材料科学发展简史,16,1946年Mark在纽约成立第一所高分子专业研究所 国际会议：1947年在比利时利日市召开第一届国际高分子学术报告会。现在每两年举行一次，39th 2002年在北京举行 国内会议：1987年以来，每两年召开一次全国高分子学术论文报告年会。,高分子材料科学发展简史,分类,按照材料来源分类,分类,按照应用分类,塑料,纤维,高分子涂料和高分子基复合材料,特征,一是分子量大（一般在10000以上），二是分子量分布具有多分散性。即高分子化合物与小分子不同，它在聚合过程后变成了不
7、同分子量大小的许多高聚物的物混合物。我们所说的某一高分子的分子量其实都是它的一种平均的分子量，当然计算平均分子量也以不同的权重方式分为了数均分子量、粘均分子量、重均分子量等。而小分子的分子量固定，都由确定分子量大小的分子组成。这是高聚物与小分子一个特征区别。,用途,塑料 塑料是指以聚合物为主要成分，在一定条件（温度、压力等）下可塑成一定形状并且在常温下保持其形状不变的材料。 塑料根据加热后的情况又可分为热塑性塑料和热固性塑料。 加热后软化，形成高分子熔体的塑料成为热塑性塑料。主要的热塑性塑料有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等。加热后固化，形成交联的不熔结构的塑料称为热固性塑料。常见
8、的有环氧树脂, 酚醛塑料， 聚酰亚胺，三聚氰氨甲醛树脂等。塑料的加工方法包括注射，挤出，膜压，热压，吹塑等等。,用途,橡胶 橡胶又可以分为天然橡胶和合成橡胶。天然橡胶的主要成分是聚异戊二烯。合成橡胶的主要品种有丁基橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、丙烯酸酯橡胶、聚氨酯橡胶、硅橡胶、氟橡胶等等。 纤维 纤维是高分子材料的另外一个重要应用。常见的合成纤维包括尼龙、涤纶聚酯纤维、芳纶、丙纶纤维等。 涂料 涂料是涂附在工业或日用产品表面起美观或这保护作用的一层高分子材料、高分子材料 常用的工业涂料有环氧树脂，聚氨酯等,用途,黏合剂 黏和剂是另外一类重要的高分子材料。人类在很久以前就开始使用淀粉，树胶等天然高分
9、子材料做黏合剂。现代黏合剂通过其使用方式可以分为聚合型，如环氧树脂；热融型，如尼龙，聚乙烯；加压型，如天然橡胶；水溶型，如淀粉,最新的高分子材料,第二皮肤,第二皮肤 Betty Yu等研究者将一种含有聚硅氧烷成分的凝胶均匀涂抹在皮肤上，保证聚硅氧烷能够与皮肤粘附在一起，随后再涂抹另外一种含有铂金成分的特殊凝胶，使皮肤上的聚硅氧烷发生交联，这样形成的薄膜就可以粘贴在脸部或身体其他部位的皮肤上，根据研究证实，形成的这层薄膜可紧密贴合在皮肤上超过16小时。,An elastic second skin,第二皮肤,研究意义 皮肤：皮肤的主要功能是提供一个保护屏障，减轻暴露于外部因素，如极端温度，毒素，
10、微生物，辐射和机械伤害，同时保持内部环境。 硅氧烷聚合物：我们选择的硅氧烷聚合物XPL，在文献中已有的生物相容性数据的报道，安全性高。交联后的聚硅氧烷透气性好、机械性能与真实皮肤相近，易于涂抹、可做成类皮肤外观。 现在的一些技术，仍依靠使用繁琐的包扎敷料，经常与外用药膏组合使用，由于患者依从性差，往往会失败。第二皮肤同时解决了机械的与正常健康皮肤的生理功能，并且兼顾了皮肤美学。,应用前景 随后的临床试验表明，这种“第二皮肤”能够有效地恢复皮肤原有的力学性能，能够有效消除使用者脸部的眼袋。与此同时，聚硅氧烷薄膜的存在还能更好地帮助皮肤保湿，可用于护肤品或者化妆品，还可应用于医用皮肤。,第二皮肤,
11、智能纤维,课题背景 科学界对人工肌肉材料的研究很早就开始了，但传统的溶剂敏感型人工肌肉多是基于功能性的高分子材料，其对溶剂的响应速度较慢，运动形式也相对单一，多是简单的膨胀或弯曲，且不容易控制。 彭慧胜团队以具有高比表面积、优异力学和电学性能的取向碳纳米管为基本单元，并对其进行多级螺旋构筑，在纤维内部形成了大量的纳米和微米尺度的管道结构，这种多级管道结构可以使溶剂高效快速地渗透到纤维内部，并引起纤维的快速膨胀，可以在几十毫秒内完成，这种智能纤维有很大的应用前景。,智能纤维,研究思路 研究团队以具有高比表面积、优异的力学和电学性能取向的碳纳米管为基本单元，并对其进行多级螺旋构筑，在纤维内部形成了大量的纳米和微米尺度的管道结构，这种多级管道结构可以使溶剂快速高效地渗透到纤维内部。 以制备溶剂响应性智能纤维。,智能纤维,制备HHFs 将碳纳米管构筑成螺旋结构然后拧成一股，再由多股螺旋碳纳米管拧成一股纤维，最后再构筑螺旋结构。,由图中可可看出拧成的纤维含有很多纳米微米管道。,智能纤维,注射有机溶剂 乙醇溶剂 向HHFs中注入乙醇溶液，发现 HFFs解螺旋，此现象可用作制备有机溶剂响应性智能纤维。,智能纤维,将HFFs拧成弹簧 二氯甲烷溶剂 向HHFs中注入二氯甲烷溶剂，发现HFFs解螺旋，发现弹簧回缩。 加入其它有机溶剂，丙酮、乙醇都有一定的回缩应变。,在此输入标题,谢谢您的耐心阅读！,
