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高分子智能材料研究进展
摘要:智能高分子材料是材料研究的新领域,本文介绍了智能高分子材料的分类及研究现状。主要介绍了记忆功能高分子材料、智能纤维织物、智能高分子凝胶、智能高分子复合材料、智能高分子膜。
关键词:智能高分子;智能材料记忆功能高分子材料、智能纤维织物、智能高分子凝胶、智能膜材、高分子复合材料
1 高分子智能材料概述
目前在新材料领域中，正在形成一门新的分支学科——高分子智能材料，也有人称机敏材料。高分子智能材料是通过有机和合成的方法，使无生命的有机材料变得似乎有了“感觉”和“知觉”。这类材料在实际生活中已有了应用，并正在成为各国科技工作者的崭新研究课题，预计不远的将来，这些材料将进入到我们的生活中。
高分子智能材料又称机敏材料,也被称为刺激- 响应型聚合物或环境敏感聚合物,是智能材料的一个重要的组成部分。它是通过分子设计和有机合成的方法使有机材料本身具有生物所赋予的高级功能:如自修与自增殖能力,认识与鉴别能力,刺激响应与环境应变能力等。环境刺激因素很多,如温度、pH 值、离子、电场、磁场、溶剂、反应物、光(或紫外光) 、应力和识别等,对这些刺激产生有效响应的智能聚合物自身性质会随之发生变化。它与普通功能材料的区别在于它具有反馈功能,与仿生和信息密切相关,其先进的设计思想被誉为材料科学史上的一大飞跃,已引起世界各国政府和多种学科科学家的高度重视。
2高分子智能材料的分类及应用
2.1 记忆功能高分子材料
形状记忆高分子材料（SMP）品种繁多，根据形状回复原理可分为4类：（1）热致形状记忆高分子材料：是在室温以上变形，并能在室温固定形变且可长期存放，当再升温至某一特定响应温度时，制件能很快回复初始形状的聚合物。广泛用于医疗卫生、体育运动、建筑、包装、汽车及科学实验等领域，如医用器械、泡沫塑料、座垫、光信息记录介质及报警器等。（2）电致形状记忆高分子材料：是热致形状记忆功能高分子材料与具有导电性能物质（如导电炭黑、金属粉末及导电高分子等）的复合材料。该复合材料通过电流产生的热量使体系温度升高，致使形状回复，所以既具有导电性能，又具有良好的形状记忆功能，主要用于电子通讯及仪器仪表等领域，如电子集束管、电磁屏蔽材料等。（3）光致形状记忆高分子材料：是将某些特定的光致变色基团（PCG）引入高分子主链和侧链中，当受到紫外光照射时，PCG发生光异构化反应，使分子链的状态发生显著变化，材料在宏观上表现为光致形变；光照停止时，PCG发生可逆的光异构化反应，分子链的状态回复，材料也回复原状。该材料用作印刷材料、光记录材料、"光驱动分子阀"和药物缓释剂等。（4）化学感应型形状记忆高分子材料：利用材料周围介质性质的变化来激发材料变形的形状回复。常见的化学感应方式有pH值变化、平衡离子置换、螯合反应、相转变反应和氧化还原反应等，这类物质有部分皂化的聚丙烯酰胺、聚乙烯醇和聚丙烯酸混合物薄膜等。该材料用于蛋白质或酶的分离膜“化学发动机”等特殊领域。
2.1.1 形状记忆功能高分子材料的实验研究
1 反式聚异戊二烯（TPI）
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ TPI由异戊二烯反式 -1,4- 结合而成，主链中含双键，是熔点为60~70℃的结晶性聚合物。TPI在常态下似硬质树脂，升温至一定程度变软。用硫黄或过氧化物交联可得到化学交联结构，交联度不同，其性能也不同，交联度过高，其结晶性就会完全丧失。结晶性和交联度合理匹配，可得到具有热致形状记忆功能的TPI。
TPI的主要原料是巴拉塔胶、杜仲胶和古塔波胶，以及人工合成的反式聚异戊二烯。形状记忆TPI是TPI树脂、填料及交联剂等原料经科学配方，用双辊混炼机或密炼机和挤出机等混炼制成。
交联结构TPI与普通交联结构的橡胶不同，橡胶通常是非晶态物质，其玻璃化转变温度（Tg）远低于室温，在接近室温时，橡胶受外力伸展，除去外力后可立刻回复原状；交联TPI具有交联结构和部分结晶结构（结晶度40%），在熔点以上时，结晶被破坏，变成非晶态结构，其性能与橡胶相同，材料进入高弹态，具有形状记忆功能。当冷却至熔点以下时，重新结晶。结晶部分能抵消回复交联时产生的弹力，从而使形状固定下来。当形变固定的TPI再次加热到熔点以上时，结晶部分再次非晶态化，材料的弹性作用使TPI回复交联时的形状，冷却后仍保持这种形状。这种从硬质固态向高弹态转变的温度称为熔点，也称为材料的临界记忆温度。
由于形状记忆TPI具有形变量大、加工成型容易、形状回复温度可调整、耐溶剂性好、耐酸碱、高度的绝缘性、极好的耐寒性及耐臭氧性等优点，期望在更多领域开辟其潜在的用途：（1）土木建筑，如固定铆钉、空隙密封、异径管连接等；（2）机械制造，如自动启闭阀门、热收缩管、防音辊、防震器、连接装置、衬里材料、缓冲器等；（3）电子通讯，如电子集束管、电磁屏蔽材料、光记录媒体、电缆防水接头等；（4）印刷包装，如热收缩薄膜、夹层覆盖、商标等；（5）医疗卫生，如人工假肢套、绷带、夹板、矫形材料、扩张血管、四肢模型材料等；（6）日常用品，如便携式餐具、头套、人造花、领带、衬衣领、包装材料等；（7）文体娱乐，如文具、教具、玩具、体育保护器材；（8）科学试验，如大变形的应变片；（10）其他，如商品识伪、火灾报警、口香糖基料、服装定型剂、丝绸印染剂、用于机械零件模拟实验（作矿井柔性支架）等。
2 交联聚乙烯（XLPE）
XLPE在70年代得到发展[15]。低密度聚乙烯（LDPE）可通过2种方法使之交联：（1）加入交联剂如过氧化物或邻苯二甲酸二壬酯（DCP）；（2）使用高能电子束辐射LDPE。如果在交联的同时保持一定结晶度，可制造热致形状记忆材料，其特点是在软化点具有橡胶的特性，即拉伸变形可回复；未经交联的聚乙烯在温度高于110℃时完全软化，成为一种粘性流体。Ota等用辐射交联法制得第一例热致形状记忆XLPE。
据报道，聚乙烯和交联剂（LDPE用异丙过氧化物，HDPE用特丁基过氧化物）在一定温度下混合造粒和成型，然后在高温下进行化学交联，可制得热致形状记忆材料。另外，在过氧化物存在下，聚乙烯与乙烯基三乙氧基硅烷接枝共聚，形成接枝共聚物，将接枝共聚物和含有机锡催化剂的聚乙烯（95/5）混炼造粒，即可得到具有形状记忆功能的XLPE。
3 聚降冰片烯
由法国CDF Chimie公司开发成功的以Diels-Alder为催化剂，由乙烯与环戊二烯开环聚合得到聚降冰片面性烯无定形聚合物。日本Zeon公司发现它具有形状记忆功能，并投放市场，商品名为Norsorex。该聚合物的分子链长，平均相对分子质量为300×104；Tg为35℃，介于橡胶与树脂之间，受热250℃以上时，试样可任意改变形状，但只要环境温度不超过40℃，只需很短的时间就能回复原来的形状，而且温度越高回复越快。在Tg以上，分子链之间的缠结也很明显，足以起到物理交联的作用，链缠结点之间的相对分子质量大于产生橡胶熵弹性的临界相对分子质量，从而
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊可呈现形状记忆特征。固定相为高分子链的缠绕交联，以玻璃化转变为可逆相。与其他SMP相比，它具有4大特点：（1）分子内没有极性官能团和一般橡胶具有的交联结构，它属于热塑性树脂，可通过压延、挤出、注射、真空成型等工艺加工成型，但由于相对分子质量太高，加工较为困难；（2）Tg接近人体温度，室温下为硬质，适于制作人用织物，但此温度不能任意调整；（3）充油处理后变成JIS硬度为15的低硬度橡胶，具有较好的耐湿气性和滑动性；（4）未经硫化的试样强度高，具有减震性能。
4 聚氨酯（PU）
第一例形状记忆聚氨酯（PU）由日本三菱重工业公司开发成功。该聚合物以软段即非结晶部分作可逆相，硬段即结晶部分作物理交联点（固定相），软段的Tg为形状回复温度（-30~70℃），可通过原料种类的选择和配比调节Tg，即可得到不同响应温度的形状记忆聚氨酯。现已制得Tg分别为25，35，45，55℃的形状记忆聚氨酯。由于分子链为直链结构，具有热塑性，因此可通过注射、挤出和吹塑等方法加工。由于该SMP质轻价廉、着色容易、形变量大（最高可达400%）及耐候重复形变效果好，因此受到重视。Hayashi等对各种不同成本的原材料进行配方设计，研究了聚氨酯类形状记忆高分子材料的有关性能。日本Mitsubishi公司进一步开发综合性能优异的形状记忆聚氨酯，室温模量与高弹模量比值可达到200，甚至更大；与通常的形状记忆高分子材料相比，具有极高的湿热稳定性与减震性能；且tgδ很大，在47℃时tg δ近似于1。中国科学院化学所也对形状记忆聚氨酯进行了研究。
日本三洋化成公司开发了一类液态聚氨酯系列SMP，分为热塑性和热固性，除加工成片材及薄膜外，还可通过注射加工成各种形状，将变形后的制品加热至40~90℃，可回复到原来的形状。谭树松等在聚氨酯体系中引入结晶性软段（聚己内酯），得到了具有热致形状记忆效应的多嵌段聚氨酯材料，而且其形状记忆行为与体系的化学组成、软段的结晶性、相态结构等有着密切的联系。杨哲等认为一般聚氨酯是由低Tg 的软段和高熔融转变温度的硬段组成，作为硬段的氨基甲酸酯链聚集体，由于其分子间存在强的氢键作用，因而具有较高的Tg，而软段一般是由线性、脂肪族聚醚或聚酯组成，其Tg很低。聚氨酯分子结构的异同性使分子间相分离，利用两相间Tg差，使大分子聚集体在一定温度下具有形状记忆功能成为可能。他认为，对于具有形状记忆功能的聚氨酯类材料，影响其临界记忆温度的主要因素是软段的结构组成和相对分子质量，其中前者尤其重要，硬段结构对记忆温度影响不大。
5 凝胶体系
Hirai等将PVC完全皂化，反复提纯溶液并制成膜，形成物理凝胶；将物理凝胶用戊二醛处理，引入化学交联键，制成具有形状记忆功能的化学凝胶。Osada等研究了一种具有热致形状记忆行为的水凝胶，以AIBN为引发剂，将丙烯酸和丙烯酸正十八烷酯自由基共聚24h形成凝胶，在水中溶胀，响应温度为50℃。Hu等开发了具有形状记忆功能的丙烯酰胺共聚物凝胶体系。Li等利用凝胶互穿网络技术制备了具有形状记忆功能的凝胶体系，该体系由两部分组成：对环境温度敏感的部分和不受温度影响的基质部分，通过改变外界温度，可记忆原来形状。
6 其他形状记忆功能高分子材料
Nwak等合成了一种具有形状记忆功能的环氧树脂，研究了不同的增塑剂对体系性能的影响，发现加入2%~4%的增塑剂有利于材料形状回复，并探讨了形状回复速度与环氧基数目之间的关系，即降低环氧基数目可提高形变的回复速度。日本旭化成公司开发了苯乙烯与丁二烯的共聚物，其固定相为聚苯乙烯（Tg为120℃）可逆相为低熔点的聚丁二烯（Tm为60℃）。日本Zeon公司开发出以聚酯为主要成分的聚合物合金SMP，通过改变聚合物的组分，使其形状回复温度控制在4~80℃。Anda等开发了热致形状记忆乙烯与乙酸的共聚物（EVA）材料。日本纤维高分子材料研究所用y-射
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2.1.2 形状记忆功能高分子材料的理论研究
在形状记忆功能高分子材料实验研究的同时，理论研究也得到了发展。日本的山口章三郎认为用理想弹簧和粘壶组合的力学模型能描述热致形状记忆高分子的形变
及回复过程，并从理论上加以分析。处于橡胶态的SMP在外力作用下发生在形变率包括3部分：瞬时形变率、弛豫形变率及蠕变形变率。Komuro等认为由乙烯和环戊二烯合成的降冰片烯的形状记忆机理为：由于聚合物平均相对分子质量大于300×104，既使在Tg（35℃）以上，分子链之间的物理缠结也明显存在，并起到物理交联点的作用。因这些链缠结点之间的相对分子质大于产生橡胶熵弹性的临界相对分子质量，所以在Tg以下，链段运动被冻结，熵弹性消失，因此提供了形状记忆特征。日本的石田正雄认为，热致形状记忆高分子可看作由记忆起始形状的固定相和随温度变化的可逆固化相及可逆软化相组成。可逆相为物理交联结构，固定相可分为物理交联结构和化学交联结构。以物理交联结构为固定相的形状记忆高分子称为热塑形状记忆高分子；以化学交联结构为固定相的形状记忆高分子称为热固形状记忆高分子。日本的Osada认为水凝胶体系的形状记忆功能是丙烯酸和丙烯酸正十八烷酯烷基侧链间的
有序和无序结构随温度发生可逆转变所致。有人提出热塑性多嵌段聚氨酯形状记忆的机理：由于软段与硬段间的热力学不相容性，体系倾向于两相分离，其中硬段聚集形成微区，起到物理交联点的作用，而具有一定结晶度的软段则可赋予体系室温下较高的模量。
2.2 智能纤维织物
2.2.1 智能纤维织物系统
智能纤维材料是集感知、驱动和信息处理于一体, 形成类似生物材料那样具备自感知、自诊断、自适应、自修复等智能性功能。智能纤维材料来源于功能纤维材料。功能纤维材料有两种: 一种是对外界( 或内部) 的刺激强度( 如应力、应变、热、光、电、磁、化学和辐射等) 具有感知的材料, 通常称为感知材料, 它可以制成各种传感器; 另一种是对外界环境条件( 或内部状态) 发生变化作出响应或驱动的材料, 这种材料可以制成各种驱动器(或执行器) 。智能材料是利用上述材料制作成传感器和驱动器, 借助现代信息技术对感知的信息进行处理, 并把指令返回给驱动器, 从而作出灵敏、恰当的反应, 而当外界刺激消除后又能迅速恢复到原始状态。这种集传感器、驱动器和控制系统于一体的智能材料, 体现出了生物的特有属性, 可以利用图形来对比生物体和智能纤维材料系统( 如图1) 。
感知器( 神经元) , 即俗称的传感器, 可以用感知材料制得, 它能对外界或内部刺激强度具有感知能力。
执行器( 肌肉) , 用执行材料制得, 它能在外界环境条件或内部状态发生变化时作出响应。
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信息处理( 大脑) , 可以用信息材料通过微电子技术制得。
智能纤维材料的结构可用图2
更清晰地表示
2.2.2 智能纤维织物的设计
智能结构是材料科学、微电子学、现代控制理论、计算机科学、人工智能和人工神经网络等一系列高新技术综合集成的结果。以下领域的技术对智能纤维织物材料的设计及应用起到了一定的推动作用。
（1）材料耦合特性的开发与利用。感知元件( sensor) 或执行元件( actuator) 是智能结构的主要组成单元, 它们通常是利用材料的某种或几种交叉耦合关系。
（2）复合( 叠层) 材料的分析、设计与制造技术使感知元件、执行元件和微处理器等能以分布的方式埋入主体结构, 从而复合后使结构具有能同时实现承载、探测、辨识和自主控制等功能。
（3）自适应。鲁棒控制、客错控制与智能控制技术。
（4）计算机科学与微电子技术。使智能纤维材料能分析其结构的静态、动态及疲劳断裂等问题, 使感知元件和执行元件能以分布的方式埋入主体结构, 将结构基本性能的损害降低到最小程度。
智能纤维材料的开发与设计可以从两个不同的角度出发。其一是仿生技术, 生物体具有的环境感知性和响应性, 是智能材料设计的出发点。智能本是生物体所特有的现象, 生物体的环境感知和响应性启发人们从仿生科学与工程中能动地在学科交叉中探索材料系统和结构的适应性, 向生物的多重功能逼近。另外, 从智能纤维材料本身的结构特点出发, 找出智能材料结构的共性, 从而合成、加工并设计出不同的智能特性材料。介观尺寸( mesoscope)结构在智能材料开发中占极其重要的地位, 所谓介观尺寸是指尺寸大小位于纳米和微米级的尺寸结构。
智能纤维织物可以在现有纤维织物改良性、功能性、智能性的基础上进行组合设计。
2.2.3 智能纤维材料的展望
智能材料的含义十分广泛, 涉及材料有金属系智能材料、无机非金属系智能材料( 如: 压电陶瓷、电致伸缩陶瓷、电流变体) 、高分子系智能材料( 包括:智能凝胶、药物控制释放体系、压电聚合物) 以及智能膜类等。结构层次从宏观到微观, 特别是纳米组装材料或直接制出纳米级纤维、纳米管、纳米导线等, 以及纳米学与生物学相结合的纳米生物学, 都为智能织物提供了物质基础和现实条件。
材料开发的最终目的是为人类服务, 材料与生物之间联系非常紧密。对于智能织物纤维材料的合成而言, 仿生学是我们的出发点, 最近的材料芯片技术, 把开发新材料的速度推上了快车。
总之, 材料的微细化、生物化、多功能化是智能纤维材料的发展方向。
2.3 高分子智能凝胶
刺激响应性高分子凝胶是其结构、物理性质、化学性质可以随外界环境改变而变化的凝胶。当受到环境刺激时这种凝胶就会随之响应,发生突变,呈现相转变行为。这种响应体现了凝胶的智能性。根据所受的刺激信号不同,可以将高分子凝胶分为不同
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊类型的刺激响应性凝胶。智能高分子凝胶主要有pH 性凝胶,化学物质影响性凝胶,温敏性凝胶,光敏性凝胶,磁场响应性凝胶,影响内部刺激性凝胶。
2.3.1 pH性凝胶
Nishi等曾研究了一系列这类聚合物水凝胶,如轻度交联的甲基丙烯酸甲(MMA)、甲基丙烯酸N ,N - 二甲基胺乙酯(DMA) 的共聚物。姚康德等对聚[(环氧乙烷-共-环氧丙烷)-星型嵌段-丙烯酰胺]/ 交联聚丙烯酸互穿网络凝(P[(EG-co-PG)-Sb-AAM]/ Cr-PAA) 进行了研究。由于星型嵌段共聚物(P[(EG-co-PG)-Sb-AAM])和交联聚丙烯酸(Cr-PAA)之间有配合物形成和解离,使得高pH 条件下,该水凝胶的溶胀度和溶胀速率(曲线斜率) 要大于低pH 或高离子强度(I)的水凝胶。以甲壳素和壳聚糖为基础的智能水凝胶的溶胀随pH 的变化则与上述例子相反。利用戊二醛使壳聚糖(CS)上的氨基交联,再和聚丙二醇聚醚(PE) 形成半互穿聚合物网络。由于网络中氢键的形成和解离,从而使此凝胶网络的溶胀行为对pH敏感。其溶胀度可由壳聚糖乙酸溶液浓度、交联密度及网络组成等反应参数来控制。
2.3.2 化学物质影响性凝胶
化学物质影响性凝胶的溶胀行为会因特定化学物质(如糖类) 的刺激而发生突变。如对血糖浓度响应的胰岛素释放体系。
2.3.3 温敏性凝胶
这类凝胶大分子链的构像能响应温度(刺激) 而变化。温敏性凝胶分为高温收缩型凝胶和低温收缩型凝胶。在低温(高温) 时,凝胶在水中溶胀,大分子链因水合而伸展,当温度升至(降至) 一定温度时,凝胶发生了急剧的脱水合作用,由于疏水性基团的相互吸引作用,大分子链聚集而收缩。Kim等[5 ]研究了一系列交联聚丙烯酰胺类水凝胶聚合物与水之间相互作用参数与温度的关系。
2.3.4 光敏性凝胶
它是光辐照(光刺激) 时发生体积相转变的凝胶。将光敏性分子引到聚合物分子链上,可得到光刺激响应聚合物凝胶。在有紫外光和无紫外光的照射下有不同的表现。光响应凝胶能反复进行溶胀—收缩,可用作光能转变为机械能的执行元件和流量控制阀等。
2.3.5 磁场响应性凝胶
包埋有磁性微粒子的高吸水性凝胶称为磁场响应性凝胶。当把铁磁性“种子”材料预埋在凝胶中并置于磁场时,铁磁材料被加热而使凝胶的局部温度上升,导致凝胶膨胀或收缩,撤掉磁场,凝胶冷却恢复至原来大小。铁磁可采用不同的方法包埋。一种是将微细镍针状结晶置于预先形成的凝胶中。另一种是以聚乙烯醇涂着微米级镍薄片,与单体溶液混合后再聚合成凝胶。这两种方法可用于植入型药物释放体系,由电源和线圈构成的手表大小的装置产生磁场,使凝胶收缩而释放一定剂量的药物。采用这类方法能制备人工肌肉型驱动器。
2.3.6 影响内部刺激性凝胶
吉田亮等将异丙基丙烯酰胺( IPAAm) 、具有可聚合乙烯基的三(2 ,2′双吡啶基) 钌衍生物[ Ru(bpy)3]和交联剂N ,N′- 亚甲基双丙烯酰胺共聚合制备了自振荡凝胶。这里的Ru(bpy)3是经典震荡反应Belousov - Zhabotinsky(BZ)反应的催化剂。
2.4 智能膜材
主要有超分膜,分离膜,控制释放膜和诊断用人工细胞膜和仿生治疗系统。Lee 等通过紫外
辐照等离子聚合方法分别将丙烯酸、甲基丙烯酸和N - 异丙基丙烯酰胺(NIPAAm) 接枝于商品聚酰胺孔膜的表面,制备了pH 和温度刺激响应性膜材。以此研究来控制释
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊放膜材。Russell 等把4 臂聚乙二醇的端羟基醋酸亚月桂基衍生物在紫外( > 300 nm) 辐照下聚合,通过相邻亚月桂基的交联形成高交联度网络。以此研究分离膜材。Charych 等利用二乙炔基两性分子通过紫外交联合成了聚二乙炔聚合物。并以此研究仿生治疗系统。
2.5 高分子复合材料
智能高分子材料在工业、建筑、航空、医药领域的应用越来越广泛。复合材料大都用做传感器元件：新的智能复合材料具有自愈合、自应变等功能。美国航空公司研制的"智能飞机蒙皮"，它可以根据飞行员和机上电脑的指令改变外形，起到与飞机尾翼和襟翼相同的作用；在建筑领域采用的复合材料，可用于快速检测环境温度、湿度，取代温控线路和保护线路；利用热电效应和热记忆效应的高聚物薄膜可用智能多功能自动报警和智能红外摄像，取代复杂的检测线路；利用有光电效应的光导纤维制作光纤混凝土，当结构构件出现超允许宽度裂缝时，光路被切断而自动报警，可取代复杂的检测线路。
3 结语
以上从记忆功能高分子材料、智能纤维织物、智能高分子凝胶、智能膜材、高分子复合材料5个方面阐述了智能生物材料的研究进展。从本质上讲它们都属于仿生范畴,但仅是初级阶段。随着研究工作者对材料科学和生命科学理解的深入,仿生程度必将在21 世纪得到大幅度提高。生物材料的智能化发展很重要,例如组织工程正在寻求人工细胞外基质的智能化响应以及对目标细胞的响应,其原理是对人体这个开放生物体系的分子识别过程。开放体系存在着能量、物质、信息传递,故怎样设计与修饰生物材料使之能够适应人体,是对生物材料的长期挑战。这方面进展有赖于材料科学工作者真正做到与生命科学交叉与融合。生物材料本身的复杂性处于物理层次与生物层次界面,从此角度考虑问题,对材料科学的进展必将有很大的推动作用。
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10宋景社, 黄宝琛, 张昊等. 高反式-1, 4- 聚异戊二烯与高密度聚乙烯共混型形状记忆材料的研究[J] .塑料科技,1998,127(7):4~7
高分子材料环氧树脂综述 摘要：环氧树脂是指分子中含有两个以上环氧基团的一类聚合物的总称。它是环氧氯丙烷与双酚A或多元醇的缩聚产物。由于环氧基的化学活性，可用多种含有活泼氢的化合物使其开环，固化交联生成网状结构，因此它是一种热固性树脂。本文将简单介绍环氧树脂的结构、性能、应用及研究现状，重点介绍环氧树脂的应用前景和研究现状。 关键词：高分子材料；环氧树脂；结构；研究现状 一、前言 在世界范围内, 高分子材料的制品属于最年轻的材料.它不仅遍及各个工业领域, 而且已进入所有的家庭, 其产量已有超过金属材料的趋势, 将是 21 世纪最活跃的材料支柱. 面向21 世纪的高科技迅猛发展, 带动了社会经济和其他产业的飞跃, 高分子已明确地承担起历史的重任, 向高性能化、多功能化、生物化三个方向发展.21 世纪的材料将是一个光辉灿烂的高分子王国. 环氧树脂是指分子中含有两个以上环氧基团的一类聚合物的总称。它是环氧氯丙烷与双酚A或多元醇的缩聚产物。由于环氧基的化学活性，可用多种含有活泼氢的化合物使其开环，固化交联生成网状结构，因此它是一种热固性树脂。双酚A 型环氧树脂不仅产量最大，品种最全，而且新的改性品种仍在不断增加，质量正在不断提高。我国自1958年开始对环氧树脂进行了研究，并以很快的速度投入了工业生产，至今已在全国各地蓬勃发展，除生产普通的双酚A-环氧氯丙烷型环氧树脂外，也生产各种类型的新型环氧树脂，以满足国防建设及国家经济各部门的急需。 二、基本分类 1.分类标准 环氧树脂的分类目前尚未统一，一般按照强度、耐热等级以及特性分类，环氧树脂的主要品种有16种，包括通用胶、结构胶、耐高温胶、耐低温胶、水中及潮湿面用胶、导电胶、光学胶、点焊胶、环氧树脂胶膜、发泡胶、应变胶、软质材料粘接胶、密封胶、特种胶、潜伏性固化胶、土木建筑胶16种。 2.几种分类 对环氧树脂胶黏剂的分类在行业中还有以下几种分法： （1）按其主要组成分为纯环氧树脂胶黏剂和改性环氧树脂胶黏剂； （2）按其专业用途分为机械用环氧树脂胶黏剂、建筑用环氧树脂胶黏剂、电子环氧树脂胶黏剂、修补用环氧树脂胶黏剂以及交通用胶、船舶用胶等； （3）按其施工条件分为常温固化型胶、低温固化型胶和其他固化型胶； （4）按其包装形态可分为单组分型胶、双组分胶和多组分型胶等； 还有其他的分法，如无溶剂型胶、有溶剂型胶及水基型胶等。但以组分分类应用较多。 三、几种常见环氧树脂结构
高分子材料在国民经济中的作用及发展趋势 摘要：材料是现代文明进步的基石。自高分子材料的问世以来，其发展突飞猛进，已开发 出许多性能优异，应用范围广的高分子材料，已在信息、生命、工农业以及航空航天等方面应用广泛，使高分子材料对于人们的日常生活以及国民经济社会发展方面都起到了非常重要的作用。本文主要介绍了高分子材料的分类，以及其在国民经济和人们生活中的作用和广泛的应用，同时也分析了高分子材料在未来的发展趋势。 关键词：功能高分子材料医用高分子材料离子交换树脂胶黏剂高分子光纤人造器官1.前言： 1.1 高分子材料的分类： 高分子材料，是指相对分子质量较大的化合物组成的材料。它是以高分子化合物为基体，再配以其它添加剂所构成的一类材料的总称。按其来源来分，可分为天然高分子材料和合成高分子材料。按性能和用途来分又可分为塑料、橡胶、纤维、胶黏剂、涂料，功能高分子材料及聚合物高分子材料。 1.2高分子材料的现状： 在这个科学技术迅猛发展的21世纪，人们对知识的不断探索以及对物质生活的高度要求，使得高分子材料的飞速发展。而高分子新材料的制备以及新应用领域的拓展，对国民经济又有重大的影响，以成为社会进步和发展的重要技术之一。 高分子材料已经普遍应用于生产，生活，科技等各个领域，我们日常生活所用所穿都离不开它，尤其是塑料，橡胶，纤维这三大高分子材料，已广泛存在我们周围。同时在航空、航天、交通运输、生物医学等方面已有突出的贡献，但是有些高分子材料在性能和使用期限，以及环保方面还有待提高，所以开发出新的高性能，高功能以及绿色化的高分子材料已成为现在高分子行业的迫切要求。 2.高分子材料在国民经济中的作用 2.1 通用高分子材料的作用 2.1.1 塑料： 塑料是一类重要的高分子材料，也是现如今人们日常生活不可缺少的一类物质，它具有质轻，绝缘性能好，耐腐蚀新能强，容易加工成型等优点，在某些方面甚至是木材和金属所不及的，可以说，没有塑料，我们今天的生活将会是另一番局面。 应用最广的当属聚乙烯，它具有突出的电绝缘性和节电性能，优良的化学稳定性以及无毒性，广泛的应用于食品包装中，主要制作板材、管、薄膜、贮槽和容器，用于工业、农业及日常生活用品。具有优良的机械性能的聚丙烯则应用于日用器皿，娱乐体育用品，玩具汽车部件，家电零件。聚苯乙烯则以其电绝缘性能好，刚性大，印刷性能好的特点广泛应用于工业装饰，各种仪器仪表零件、灯罩、电子工业等。氟塑料的用途产量最广，在国防、电子、航空航天、化工、冷藏、机械方面占有重要地位。 2.1.2 橡胶： 橡胶是有机高分子弹性体。天然橡胶具有优良的综合性能，大量用于制造各种轮胎及工业橡胶制品，如胶管胶带、胶鞋雨衣及医疗卫生用品等。合成橡胶因其高弹性和耐低温性能好，耐磨性，主要用于制造轮胎，胶鞋等耐磨制品，医疗制品，运动器材等。 2.1.3 纤维：
光敏高分子材料的研究进展 骆海强，重庆大学化学化工学院应用化学2班 摘要：由于当今材料科学技术的快速更迭，高分子材料逐渐成为材料科学领域中极具发展潜力的一类材料。在可利用能源不断缩减的今天，光敏高分子材料的研究力度大大提升，逐渐成为现代生活中不可或缺的部分。本文分别对光敏高分子材料的四大类——感光性高分子材料、光能转化高分子材料、光功能高分子材料及高分子非线性光学材料本身的特性及应用进行了综述性概括，以便快捷了解光敏高分子材料的特点。 0前言 随着材料科学技术相关研究人员在该领域的不断探索，高分子材料无论是在科研领域还是社会生活中，都扮演着极为重要的角色。在光电材料研究风气盛行的当下，太阳能电池、太阳能汽车等光能利用、转化设备普及的大环境下，光敏高分子材料的研究力度渐渐增加，也得到了许多理想的科研成果， 1光敏高分子材料概述 在光照下能表现出特别性能的高分子聚合物即为光敏高分子材料，是材料科学里一类主要的功能高分子材料，所触及范畴也较为普遍，如光致抗蚀剂、光导电高分子、高分子光敏剂等功能材料。 光敏高分子材料根据其自身在光照条件下所产生的反应类型及其展现出的特征性能，可以分成如下四类：感光性高分子材料、光能转化高分子材料、光功能高分子材料及高分子非线性光学材料。 现基于以上分类，对各种材料进行阐述。 2 感光性高分子材料 在光照下可以进行光化学反应的高分子材料常被称为感光性高分子材料。
根据其用途可分为光敏涂料和光刻胶。 2.1光敏涂料 2.1.1光敏涂料的作用机理 光敏涂料具有光敏固化功能，可以利用光交联反应或光聚合反应，使其中的低聚物聚合成膜或网状。经过恰当波长照射后，光敏涂料会快速固化，获得膜状物。因为固化过程较为稳定不易挥发溶剂，从而降低了排放，提高了材料利用，保障了安全性。而且由于是在覆盖之后才发生的交联，使图层交联度更好，机械强度也更稳固。 2.1.2光敏涂料的中常见低聚物的类型 以铁酸锌环氧酯错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。涂料为一类的环氧树脂型低聚物，在紫外光的处理下，给电冰箱表面上漆，能够是冰箱表面具有很好的柔顺性且不宜脱落。以含氟丙烯酸酯预聚物错误!未找到引用源。为一类的不饱和聚酯型低聚物，与光引发剂等结合后形成的混合型涂料，其硬度、耐挂擦力、附着力等性能大大提高。此外还有聚氨酯型低聚物错误!未找到引用源。及聚醚型低聚物。 2.2光刻胶（光致抗蚀剂） 2.2.1光刻胶的作用机理 生产集成电路的现有工艺中，通常会用这类感光性树脂覆盖在氧化层从而避免其被活性物质腐蚀。将设计好的图案曝光、显影，改变了其溶解性，其中树脂发生化学反应后去除了易溶解的物质，氧化层表面留下不溶部分，从而避免氧化层被活性物质腐蚀。 2.2.2光刻胶的分类 正性光刻胶和负性光刻胶错误!未找到引用源。是根据曝光前后涂膜的溶解性来分类的。其中正性光刻胶受光后会降解，被显影液所消融；而与之相反，在光照后，负性光刻胶获得的图形恰好与掩膜板图形互补，即曝光处会发生交链反应形成不溶物残余在表面形成图像，而非曝光处则如正性光刻胶同样被消融，。 根据光刻胶所吸收的光的紫外波长，还可将其分为深紫外(i-线，g-线)光刻胶，远紫外(193 nm)光刻胶和极紫外(13. 5nm)光刻胶错误!未找到引用源。。Lawrie等错误!未找到引用源。经过多次实践合成了一种感光灵敏度为4~6 mJ/cm2、分辨率为22.5 nm的
智能高分子凝胶简介 班级：09化学2班姓名：刘心悦学号：20420092201280 摘要：智能高分子凝胶可以通过控制高分子凝胶网络的微观结构与形态，来影响其溶胀或伸缩性能，从而使凝胶对外界刺激作出灵敏的响应，表现出智能。 关键词：智能高分子材料高分子凝胶 智能高分子材料 智能高分子材料属于智能材料(intelligentmaterial)的范畴。智能材料是指对环境可感知、响应，并且具有发现能力的新材料[1]。智能材料的研究与开发正孕育着新一代的技术革新。 智能材料包括金属智能材料、无机非金属智能材料和高分子智能材料，其中高分子智能材料包括智能高分子凝胶、智能高分子复合材料和智能高分子膜材料等，目前研究最广的是智能高分子凝胶。 智能高分子凝胶 高分子凝胶是由具有三维交联网络结构的聚合物与低分子介质共同组成的多元体系，其大分子主链或侧链上含有离子解离性、极性或疏水性基团，对溶剂组分、温度、pH值、光、电场、磁场等的变化能产生可逆的、不连续(或连续)的体积变化，所以可以控制高分子凝胶网络的微观结构与形态，来影响其溶胀或伸缩性能，从而使凝胶对外界刺激作出灵敏的响应，表现出智能。 智能凝胶的体积相变原理 根据高分子凝胶溶胀及退溶胀的渗透压公式，渗透压由高分子链与溶剂的相互作用、高分子链的橡胶弹性和高分子凝胶内外离子浓度差构成。当这三者之间达到平衡时，高分子凝胶呈平衡状态。温度、pH值、无机盐的浓度、溶剂的性质对溶胀平衡都有影响，在一定的外界刺激下，凝胶会因为溶液性质的微小变化而引起极大的体积变化，即所谓的凝胶体积相变，这就是智能高分子凝胶对外界
刺激作出响应的依据。 智能高分子凝胶对各种外界刺激的响应性 1 溶剂组成 体积变化。也就是说，当pH值发生变化时，水凝胶体积随之变化。考虑到国外智能高分子材料均集中在合成聚合物(由均聚物、接枝或嵌段共聚物到共混物、互穿聚合物网络及高分子微球等)，他将智能材料的研究开拓到具有凝胶相转变的天然高分子材料，特别是生物相容性良好而且可以生物降解的壳聚糖(chitosan,CS ) 3 温敏性凝胶 利用高分子与溶剂之何的相互作用力的变化、溶胀高分子凝胶的大分子链的线团一球的转变，使凝胶由溶胀状态急剧地转化为退溶胀状态，从而高分子凝胶表现出对溶剂组分变化的响应，这类材料可由聚乙烯醇、聚丙烯酞胺等制成川。如:聚丙烯酞胺(PAAM)纤维经环化处理后除去未环化的部分以及未参加反应的物质，干燥后即得到P八AM凝胶纤维。这种纤维在水中伸长，在丙酮中收缩，而且其体积随溶剂体系中丙酮含量的增加发生连续的收缩。如果在凝胶网络中引人电解质离子成部分离子化凝胶，则在某一溶剂组成时产生不连续的体积变化。 2 pH值响应凝胶 具有pH值响应性的凝胶，一般均是通过交联形成大分子网络。凝胶中含有弱酸和碱基团，这些基团在不同的pH值及离子强度的溶液中，响应的离子化，使凝胶带电荷，并使网络中氢键断裂，导致凝胶发生不连续的 温敏性凝胶,当温度升高时，疏水相相互作用增强，使凝胶收缩，而降低温度，疏水相间作用减弱使凝胶溶胀，既所谓的热缩凝胶。例如，轻微交联的N一异丙基丙烯酞胺(NIPA )与丙烯酸钠的共聚体。其中丙烯酸钠是阴离子单体，其加量对凝胶的溶胀比和热收缩敏感温度有明显影响。阴离子单体含量增加，溶胀比增加，热收缩温度提高。所以可以从阴离子单体的加量来调节溶胀比和热收缩温度。NIPA与甲基丙烯酸钠共聚交联体亦是一种性能优良的阴离子型热缩温敏性水凝胶。最近报道的以NIPA,丙烯酞胺一2一甲基丙磺酸钠、N-(3- 甲基胺)丙基丙烯酞胺制得的两性水凝胶，其敏感温度随组成的变化在等物质的量比时最低，约为3590，而只要正离子或负离子的量增加，均会使敏感温度上升。
有机磁性材料研究综述 摘要:有机磁性材料是最近二十多年发展起来的新型的功能材料,因为其结构的多样性,可用化学方法合成,相比传统磁性材料具有比重低、可塑性强等等优点，因此在新型功能材料方面有着广阔的应用前景。本文综述了高分子有机磁性化合物的发展和研究近况，及其有机高分子磁性材料的分类及其应用前景。 关键词：有机磁性材料结构型复合型 Review on the research of organic magnetic material Abstract: organic magnetic material is a new functional material in recent twenty years, because of the diversity of its structure, synthetized by chemical method , compared with the traditional magnetic materials with a low specific gravity, high plasticity, and so on, so it has a broad application prospect in the new functional materials.This paper reviews the development and research status of high polymer organic magnetic materials’compounds, classification and its application prospect. Key word: organic magnetic material intrinsic complex
1 什么是高分子材料 高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料。我们接触的很多天然材料通常是高分子材料组成的，如天然橡胶、棉花、人体器官等。人工合成的化学纤维、塑料和橡胶等也是如此。一般称在生活中大量采用的，已经形成工业化生产规模的高分子为通用高分子材料，称具有特殊用途与功能的为功能高分子。 2 高分子材料的发展历程 树枝，兽皮，稻草等天然高分子材料是人类或者类似人类的远古智能生物最先使用的材料。在历史的长河中，纸，树胶，丝绸等从天然高分子加工而来的产品一直同人类文明的发展交织在一起。 2.1从天然树脂到合成树脂 一些树木的分泌物常会形成树脂，不过琥珀却是树脂的化石，虫胶虽然也被看成树脂，但却是紫胶虫分泌在树上的沉积物。由虫胶制成的虫胶漆，最初只用作木材的防腐剂，但随着电机的发明又成为最早使用的绝缘漆。然而进入20世纪后，天然产物已无法满足电气化的需要，促使人们不得不寻找新的廉价代用品。 以煤焦油为原粒的酚醛树脂，在1940年以前一直居各种合成树脂产量之首，每年达20多万吨，但此后随着石油化工的发展，聚合型的合成树脂如：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯以及聚苯乙烯的产量也不断扩大，随着众多年产这类产品10万吨以上大型厂的建立，它们已成当今产量最多的四类合成树脂。合成树脂再加上添加剂，通过各种成型方法即得到塑料制品，到今天塑料的品种有几十种，世界年产量在1．2亿吨左右，我国也在500万吨以上，它们已经成为生产、生活及国防建设的基础材料。 2.2从天然纤维到合成纤维
人类使用棉、毛、丝、麻等天然纤维的历史已经有几千年，但由于全球人口的不断增加和对纺织品质量的更高要求，从19世纪起，人们就为寻求新的纺织品原料而努力。 1846年制成硝化纤维；1857年制成铜氨纤维；1865年制成醋酸纤维；1891年制成粘胶纤维。由于粘胶纤维的原料是来源丰富的木材浆粕、棉短绒及棉纱下脚料等，再加上制成的纤维性能好，以至它的产量到20世纪50年代已经超过羊毛。 尽管上述几种称为“纤维素纤维”或“人造纤维”的出现是继纺织机械发明之后的又一次纺织革命，但它仍意味着人只是用化学方法，对天然植物纤维的再加工，而通过化学方法，制取全合成的、性能更为优异的纺织纤维阶段，才迎来了第三次纺织革命。 1928年32岁的美国化学家卡罗塞斯经过6年后的研究，终于在合成的数百种产品中，找到有希望成为优良纺织纤维的聚酰胺－66（即尼龙Nylon）。 1938年德国研制出聚酰胺－6，即聚己内酰胺；1941年英国制出了聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维，商品名Dacron、“的确凉”、或涤纶；1939年德国人又研制出聚丙烯腈纤维，但到1949年才在美国投产，商品名Orlon，我国称腈纶，此又出现多种新型合成纤维，满足了多种需要，但从应用范围和技术成熟等方面看，仍以上述几种为主，其产量约占总量的90％。 2.3从天然橡胶到合成橡胶 自然界中虽然含有橡胶的植物很多，但能大量采胶的主要是生长在热带雨区的巴西橡胶树。从树中流出的胶乳，经过凝胶等工艺制成的生橡胶，最初只用于制造一些防水织物、手套、水壶等，但它受温度的影响很大，热时变粘，冷时变硬、变脆，因而用途很少。 1839年美国一家小型橡胶厂的厂主古德易（Goodyear）经过反复摸索，发现生橡胶与硫黄混合加热后能成为一种弹性好、不发粘的弹性体，这一发现推进
功能高分子材料研究进展 摘要 功能高分子材料是高分子学科中的一个重要分支，它是研究各种功能性高分子材料的分子设计和合成、结构和性能关系以及作为新材料的应用技术，它的重要性在于所包含的每一类高分子都具有特殊的功能。它主要包括化学功能高分子材料、光功能高分子材料、电、磁功能高分子材料、声功能高分子材料、高分子液晶、医用高分子材料几部分，这一领域的研究主要包括研究分子结构、组成与形成各种特殊功能的关系，也就是从宏观乃至深入到微观，以及从半定量深入到定量，从化学组成和结构原理来阐述特殊功能的规律性，从而探索和合成出新的功能性材料。本文主要论述了在工程上应用较广和具有重要应用价值的一些功能高分子材料，如吸附分离功能高分子、反应型功能高分子、光功能高分子、电功能高分子、医用功能高分子、液晶高分子、高分子功能膜材料等。 关键词:高分子材料；功能高分子；功能材料； Abstract Functional polymer materials is an important branch of polymer science, it is the study of various functional polymer molecular design and synthesis of relationship between structure and properties and application technology as a new material. its importance is that contains every kind of polymer has special function it light functional polymer materials mainly include chemical functional polymer materials electric magnetic functional polymer materials acoustic functional polymer materials, polymer liquid crystal sections medical polymer materials, the research of this field mainly includes the study of the function of the molecular structure and formation of various sorts of special relationship, which is from the macro and go deep into the micro, and from the quantitative and semi-quantitative into from the chemical composition and structure principle to explain the special function of regularity, to explore and this paper mainly discusses the synthesis of new functional materials. Keywords：high polymer materials; functional polymer; functional Materials;
浅谈智能高分子材料现状与前景 班级：料085 姓名：季承玺 学号：089024463 选课时间：周三7-8节，周五5-6节
浅谈智能高分子材料现状与前景 料085 季承玺 089024463 选课时间：周三7-8节，周五5-6节 摘要：功能与智能高分子材料是近代发展较快的交叉学科。它不仅在轻工、化工、纺织、石油化工、国防科技、医疗保健中应用相当广泛，而且在生物科学、信息科学、材料科学以及新能源等高新技术领域也有广泛的应用前景。 关键字：智能高分子，应用，材料，前景 引言：材料的智能性是指材料的作用和功能可随外界条件的变化而有意识地调节、修饰和修复。智能高分子材料的品种多,范围广,智能凝胶、智能膜、智能纤维和智能粘合剂等均属于智能高分子材料的范畴。由于高分子材料与具有传感、处理和执行功能的生物体有着极其相似的化学结构,较适合制造智能材料并组成系统, 向生物体功能逼近, 因此其研究和开发尤其受到关注。 前景：高分子材料由于在结构上的复杂性和多样性,可以在分子结构(包括支链结构)、聚集态结构、共混、复合、界面和表面甚至外观结构等方面进行或单一或多种结构的利用,以达到材料的某种智能化。智能材料的发展是建立在人类需要的基础上的,因此它必将朝着对人们活动起分担作用的社会活动对应型方向发展。材料特殊的结构决定了它的智能价值。目前对结构的设计和控制还局限于一次结构。所以,聚合物的高次结构以及与之相关的分子间的相互作用必将成为今后智能高分子研究的重要课题。 一、智能高分子材料概念 “智能材料”这一概念是由日本的高木俊宜教授于1989年提出来的。所谓智能材料,就是具有自我感知能力,集累积传感、驱动和控制功能于一体的材料,也是具有感知功能即识别功能、信息处理功能以及执行功能的材料,具备感知、反馈、响应三大基本要素。它不但可以判断环境,而且可以顺应环境,通过感知周围环境的变化,适时做出相应措施,达到自适应的目的。智能材料可用图1作出描述。迄今为止,人们已开发出许多种智能高分子材料[2]。 由于高分子材料与具有传感、处理和执行功能的生物体有着极其相似的化学结构,较适合制造智能材料并组成系统,向生物体功能逼近,因此其研究和开发尤其受到关注[10]。 智能高分子材料又称智能聚合物、机敏性聚合物、刺激响应型聚合物、环境敏感型聚合物，是一种能感觉周围环境变化，而且针对环境的变化能采取响应对策的高分子材料。
电致发光高分子材料综述 作者：张祺夏沣任彤尧汤伟 摘要：高分子发光二极管（PLED）是由英国剑桥大学的杰里米伯勒德及其同事首先发现的。聚合物大多由小的有机分子以链状方式结合在一起，以旋涂法形成高分子有机发光二极管，因其巨大的科学和商业价值而得到了广泛的关注，是近来国际上的研究热点。对于各种新材料的不断开发和深入研究，PLED器件日益实用化。本文主要综述了近几年国内外关于高分子聚合物在电致发光材料领域的研究进展，介绍了有机高分子发光材料的发展现状，概述了其市场前景及相关的应用，并展望了高分子电致发光材料的发展趋势。 关键词：高分子；电致发光；研究现状 Abstract:Polymer light-emitting diode (PLED) first discovered by Jerry Mibo Lede of the University of Cambridge and his colleagues. Most organic polymer molecules from the small ones to chain together by a spin-coating to form polymer organic light-emitting diodes, because of its great scientific and commercial value ,it has been widespread concerned, and becomes the recent international researchs’ focus. For the continuous development of new materials and in-depth researchs, PLED devices become increasingly practical. This paper mainly overviews the recent years’domestic and foreign polymer progress of research in electroluminescent materials, describes the recent status of the development of organic polymer light-emitting materials, overviews the market prospects and related applications, and prospects of polymer electroluminescent material trends. Keywords：Polymer; EL; Research status
高分子材料的历史与发展趋势 材料、能源、信息是当代科学技术的三大支柱。材料科学是当今世界的带头学科之一。材料又是一切技术发展的物质基础。人类的生活和社会的发展总是离不开材料，而新材料的出现又推动生活和社会的发展。人们使用及制造材料虽已有几千年的历史，但材料成为一门科学——材料科学，仅有30多年的时间，此为一门新兴学科，是一门集众多基础学科与工程应用学科相互交叉、渗透、融合的综合学科，因而对于材料科学的研究，具有深远的意义。高分子材料是材料领域中的新秀，它的出现带来了材料领域中的重大变革。目前高分子材料在尖端技术、国防建设和国民经济各个领域得到广泛应用，已成为现代社会生活中衣、食、住、行、用各个方面所不可缺少的材料。高分子材料由于原料来源丰富，制造方便，品种繁多，用途广泛，因此在材料领域中的地位日益突出，增长最快，产量相当于金属、木材和水泥的总和。高分子材料不仅为工农业生产及人们的日常生活提供不可缺少的材料，而且为发展高新技术提供更多更有效的高性能结构材料、高功能材料以及满足各种特殊用途的专用材料。 高分子科学是研究高分子化合物的合成、改性、高分子及其聚集态的结构、性能、聚合物的成型加工等内容的一门综合性学科。它由高分子化学、高分子物理学、高分子工程学三个分支学科领域所组成，其主要研究目标是为人类获取高分子新材料提供理论依据和制备工艺。高分子科学具有广阔的开发新材料的背景，二十世纪三十年代首先由有机化学派生出高分子化学，当时恰好处在世界经济飞跃发展的氛围中，对新材料的需求日益迫切，因此高分子化学进而又融合了物理化学、物理学、数学、工程学、医学等有关学科的内容，逐渐形成了高分子科学这门独立的综合性学科，现在的高分子科学已经形成了高分子化学、高分子物理、高分子工程三个分支领域相互交融、相互促进的整体学科。 高分子材料的发展大致经历了三个时期，即：天然高分子的利用与加工，天然高分子的改性和合成，高分子的工业生产(高分子科学的建立。
智能化高分子的研究进展 摘要：近年来，在新材料领域中正在兴起一门新的分支学科——智能高分子材料。本文对一些智能高分子材料在各个领域的研究及应用做出综述性的阐述，并对该领域的发展做出一些展望。 关键字：智能高分子材料（Intelligent Polymer Materials）特征应用发展智能高分子材料 智能高分子材料（Intelligent Polymer Materials）又称智能聚合物，机敏性聚合物，刺激相应型聚合物，环境敏感型聚合物。智能高分子材料是一种能够通过对周围的环境变化的感觉，针对这个变化采取一定反应的高分子材料。智能高分子材料它在模仿生命系统中同时具有感知和驱动双重功能的材料，即不仅能够感知外界环境或内部状态所发生的变化，而且能够通过材料自身的或外界的某种反馈机制，实时地将材料的一种或多种性质改变，做出所期望的具有某种响应的材料，又称机敏材料。目前智能高分子材料主要研究，记忆功能高分子材料、智能高分子凝胶、智能药物释放系统、聚合物电流变流体、智能高分子膜、智能纺织品、智能橡塑材料、生物材料的仿生化、智能化等等。 表1智能材料的分类 分类方法智能材料种类 按材料的种类 金属类智能材料非金属类智能材料高分子类智能材料智能复合材料 按材料的来源 天然智能材料合成智能材料建筑用智能材料工业用智能材料
按材料的应用领域军用智能材料 医用智能材料 航天用智能材料 按材料的功能半导体；压电体；电致流变体按电子结构和化学键金属；陶瓷；聚合物；复合材料 20世纪80年代，人们提出智能材料的概念，20世纪90年代以来，美国、日本、意大利、英国等国家都在大力加强对智能材料的基础研究和应用研究。智能材料要求材料体系集感知、驱动和信息处理于一体，形成类似生物材料那样的具有智能属性的材料。其概念设计可以从以下观点构思：(1)材料开发的历史——由结构材料、功能材料进而到智能材料；(2)人工智能在材料的水平反映——生物计算机的未来模式；(3)从材料设汁的立场制造智能材料；(4}软件功能引入材料；(5)人们对材料的期望；(6)能量传递；(7)材料具有时间轴，要求材料有寿命预告、自修复、自分解，甚至自学习、自增殖、自净化功能和可对应外部刺激时间轴积极自变的动态功能。智能高分子材料在信息、电子、宇宙、海洋科学、生命科学等领域得到了大力的发展和应用。 记忆功能高分子材料 形状记忆高分子材料（shape memory polymer，SMP）就是运用现代高分子物理学理论和高分子合成及改性技术，对通过高分子材料进行分子组合和改性获得的一类高分子材料。例如：聚乙烯，聚酰胺等高分子材料进行分子设计及分子结构的调整，使他们在一定的条件下，被赋予一定的形状初始态（initial state）当外部的环境发生变化之后，他可以相应地改变形状并将其固定变形态（varrable morphology）。如果环境以特定的方式和规律再次发生变化，它便可逆的恢复到初始态。形状记忆过程可简单表达为：初始形状的制品→2次形变→形变固定→形变恢复。 根据实现记忆功能的条件的不同，可以将SMP分为以下四种。 （1）热致SMP。（2）电致SMP。（3）光致SMP。（4）化学感应型SMP。目前研究最多，并投
现代高分子材料综述 材料学王晓梅学号：112408 摘要 高分子材料作为新时期的全新全能型材料，是现代人类发展的重要支柱，是发展高新科技的基础与先导，高分子材料的应用将会使人类支配改造自然的能力和社会生产力的发展带到一个新的水平，对人类的发展将会出现前所未有的促进。本文将从高分子材料的定义、主要种类、应用和以塑料为例介绍与人类生活息息相关的高分子材料的相关常识。本文综述了各类高分子材料的研究及发展，主要论述了导电高分子材料、功能高分子材料、工程高分子材料、复合高分子材料以及生物高分子材料等应用领域。 前言 高分子材料是由相对分子质量比一般有机化合物高得多的高分子化合物为主要成分制成的物质。一般有机化合物的相对分子质量只有几十到几百，高分子化合物是通过小分子单体聚合而成的相对分子质量高达上万甚至上百万的聚合物。巨大的分子质量赋予这类有机高分子以崭新的物理、化学性质：可以压延成膜；可以纺制成纤维；可以挤铸或模压成各种形状的构件；可以产生强大的粘结能力；可以产生巨大的弹性形变；并具有质轻、绝缘、高强、耐热、耐腐蚀、自润滑等许多独特的性能。于是人们将它制成塑料、橡胶、纤维、复合材料、胶粘剂、涂料等一系列性能优异、丰富多彩的制品，使其成为当今工农业生产各部门、科学研究各领域、人类衣食住行各个环节不可缺少、无法替代的材料[1]。 由于高分子化学反应和合成方法对高分子化学学科发展的推动，促进了高分子合成材料的广泛应用。同时，随着高分子材料的发展，纳米技术与生物技术之间的界限变得越来越小，并与更多的传统分子科学与技术相结合。因此，我们相信，高分子技术的发展促使使各类高分子材料得到更加迅速的发展，推广和应用。 1
高分子材料发展史 随着生产和科学技术的发展，人们不断对材料提出各种各样的新要求。而高分子材料的出现逐渐满足了人们的需要。并对人类的生产生活产生了巨大的影响。 高分子材料是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，高分子是生命存在的形式。所有的生命体都可以看作是高分子的集合。 高分子材料按来源分为天然、半合成（改性天然高分子材料）和合成高分子材料。天然高分子是生命起源和进化的基础。人类社会一开始就利用天然高分子材料作为生活资料和生产资料，并掌握了其加工技术。如利用蚕丝、棉、毛织成织物，用木材、棉、麻造纸等。19世纪30年代末期，进入天然高分子化学改性阶段，出现半合成高分子材料。1870年，美国人Hyatt用硝化纤维素和樟脑制得的赛璐珞塑料，是有划时代意义的一种人造高分子材料。1907年出现合成高分子酚醛树脂，真正标志着人类应用合成方法有目的的合成高分子材料的开始。1953年，德国科学家Zieglar和意大利科学家Natta，发明了配位聚合催化剂，大幅度地扩大了合成高分子材料的原料来源，得到了一大批新的合成高分子材料，使聚乙烯和聚丙烯这类通用合成高分子材料走人了千家万户，确立了合成高分子材料作为当代人类社会文明发展阶段的标志。现代，高分子材料已与金属材料、无机非金属材料相同，成为科学技术、经济建设中的重要材料。并且高分子材料资源丰富、原料广，轻质、高强度，成形工艺简易。很容易为人所用。 高分子材料包括塑料、橡胶、纤维、薄膜、胶粘剂和涂料等。其中，被称为现代高分子三大合成材料的塑料、合成纤维和合成橡胶已经成为国民经济建设与人民日常生活所必不可少的重要材料。尽管高分子材料因普遍具有许多金属和无机材料所无法取代的优点而获得迅速的发展，但目前业已大规模生产的还是只能寻常条件下使用的高分子物质，即所谓的通用高分子，它们存在着机械强度和刚性差、耐热性低等缺点。而现代工程技术的发展，则向高分子材料提出了更高的要求，因而推动了高分子材料向高性能化、功能化和生物化方向发展，这样就出现了许多产量低、价格高、性能优异的新型高分子材料。 高分子材料是材料领域之中的后起之秀，是在人们长期的生产实践和科学实验的基础上逐渐发展起来的。几千年前，人们就开始使用棉、麻、丝、毛等天然高分子作丝织物材料。有些加工方法还改变了天然高分子的化学组成，如：天然橡胶硫化，皮革鞣制，天然纤维制成人造丝等。但由于当时受科学技术发展的限制，直到19世纪中叶，人们仍未能探究到高分子材料的本质。高分子材料科学的发展萌芽于19世纪后期和20世纪初。当时天然橡胶由异戊二烯，纤维素和淀粉由葡萄糖残体，蛋白质由氨基酸组成的确立，使高分子的长链概念获得了公认，孕育了高分子的思想。1872年德国化学家拜耳(A.Bayer)首先发现苯酚与甲醛在酸性条件下加热时能迅速结成红褐色硬块或粘稠物,但因它们无法用经典方法纯化而停止实验。20世纪以后,苯酚已经能从煤焦油中大量获得,甲醛也作为防腐剂大量生产,因此二者的反应产物更加引人关注。1907年贝克兰和他的助手不仅制出了绝缘漆,而且还制出了真正的合成可塑性材料—Bakelite,它就是人们熟知的“电木”、“胶木”或酚醛树脂。Bakelite一经问世, 很快厂商发现,它不但可以制造多种电绝缘品,而且还能制日用品,于是一时间把贝克兰的发 明誉为20世纪的“炼金术”。20世纪30~40年代是高分子材料科学的创立时期。新的聚合物单体不断出现，具有工业化价值的高效催化聚合方法不断产生，加工方法及结构性能不断改善。美国化学家卡罗塞斯(W.H.Carothers)于1934年合成了优良纺织纤维的聚酰胺-66，尼龙(Nylon)是它在1939年投产时公司使用的商品名。这一成功不仅是合成纤维的第一次重大
生物功能材料的研究进展 随着人民生活水平的提高，人们对于医疗保健方面的要求也越来越强，使得对于生物医用材料的要求也越苛刻。本文详细阐述了生物医用功能高分子材料近年来的应用研究及发展状况，综述了国内外生物医用高分子材料的分类、特性及研究成果，展望了未来的生物医用高分子材料的发展趋势。 生物功能材料和加工技术的发展, 使得人工合成材料在医学上的应用, 变得越来越广泛。数十年的医学发展和临床应用, 证明医用高分子材料在人体内外, 获得了成功的应用, 而医学的进步, 又给高分子材料提出了大量新的课题, 使其向“精细化”, “功能化”的方向发展, 赋予了高分子材料以新的生命力。 生物医用高分子材料分合成和天然两大类，下面我们就分别对这两种材料进行详细的论述。 ﹙1﹚天然生物材料 天然生物材料是指从自然界现有的动、植物体中提取的天然活性高分子，如从各种甲壳类、昆虫类动物体中提取的甲壳质壳聚糖纤维，从海藻植物中提取的海藻酸盐，从桑蚕体内分泌的蚕丝经再生制得的丝素纤维与丝素膜，以及由牛屈肌腱重新组构而成的骨胶原纤维等。这些纤维由于他们来自生物体内且都具有很高的生物功能和很好的生物适应性，在保护伤口、加速创面愈方面具有强大的优势，已引起国内外医务界广泛的关注。自然界广泛存在的天然生物材料仍有着人工材料无可比拟的优越性能。例如：迄今为止再高明的材料学家也做不出具有高强度和高韧性的动物牙釉质，海洋生物能长出色彩斑斓、坚阊义不被海水腐蚀的贝壳等等。甲壳素又称几丁质（chitin），广泛存在于虾、蟹等甲壳动物及昆虫、藻类和细菌中，是世界上仅次于纤维素的第二大类天然高分子化合物。它是一种惰性多糖，用浓碱脱去乙酰基可转变成聚壳糖（chintosan）。甲壳素、聚壳糖及其衍生物具有良好的生物相容性和生物降解性。降解产物带有一定正电荷，能从血液中分离出血小板因子，增加血清中H-6水平，促进血小板聚集或凝血素系统，作为止血剂有促进伤口愈合，抑制伤口愈合中纤维增生，并促进组织生长的功能，对烧、烫伤有独特疗效。比如家蚕丝脱胶后可得到纯丝素蛋白成分，丝素蛋白是一种优质的生物医学材料，具有无毒、无刺激性、良好的血液相容性和组织相容性。根据研究报道，由于天然高分子医用材料的独特临床效果，它的应用前景相当广阔。﹙2﹚合成生物材料 由于天然材料的有限，人们需要大量的生物材料来维持他们的健康。合成高分子材料因与人体器官组织的天然高分子有着极其相似的化学结构和物理性能，因而可以植入人体，部分或全部取代有关器官。因此，在现代医学领域得到了最为广泛的应用，成为现代医学的重要支柱材料。与天然生物材料相比，合成高分子材料具有优异的生物相容性，不会因与体液接触而产生排斥和致癌作用，在人体环境中的老化不明显。通过选用不同成分聚合物和添加剂，改变表面活性状态等方法可进一步改善其抗血栓性和耐久性，从而获得高度可靠和适当有机物功能响应的生物合成高分子材料。目前，使用于人体植入产品的高分子合成材料包括聚酰胺、环氧树脂、聚乙烯、聚乙烯醇、聚乳酸、聚甲醛、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚醋酸乙烯酯、硅橡胶和硅凝胶等。应用场合涉及组织粘合、手术缝线、眼科材料(人工玻璃体、人工角膜和人工晶状体等)、软组织植入物(人工心脏、人工肾、人工肝等)和人工管形器(人工器官、食道)等。 合成医用高分子材料发展的第一阶段始于1937年，其特点是所用高分子材料都是已有的现成材料，如用丙烯酸甲酯制造义齿的牙床。第二阶段始于1953年，其标志是医用级有机硅
智能高分子材料的应用与进展 （华北科技学院化工B082班卫星红 200801034207） 摘要智能材料已成为当今借界高度关注的热点和焦点 ,它有着广阔的应用前景 ,取得了丰富的研究成果。从合成、加工、新产品开发及其应用诸方面综述了智能高分子材料，如智能高分子凝胶、形状记忆高分子材料、智能织物、智能高分子膜和智能高分子复合材料等的研究进展，并展望了其发展前景。 关键词高分子材料智能高分子材料响应速率进展 0 引言 20世纪80年代中期,人们提出了智能材料的概念，智能材料要求材料体系集感知、驱动和信息处理于一体,形成类似生物材料那样的具有智能属性的材料[ l ]。智能材料在目前文献中的提法大都为机敏材料( Smart Material )、机敏结构( Smarts Structure)、自适应结构 (A daptive Strueture)、智能材料( Intelligent Material )、智能结构( Intelligent Strueture),这些概念国内外至今尚无统一的定论。关于“机敏”(Smart)和“智能”( Intelligent)的讨论,不少文献资料进行了说明[2~5]。 智能材料的基础是功能材料功能材料通常可分为 2 大类一类被称为驱动材料,它可以根据温度、电场或磁场的变化来改变自身的形状、尺寸、位置、刚性、阻尼、内耗或结构等 ,因而对环境具有自适应功能,可用来制成各种执行器;另一类被称为感知材料,它是指材料对于来自外界或内部的刺激强度及变化(如应力、应变、热、光、电、磁、化学和辐射等)具有感知,可以用来做成各种传感器.同时具有敏感材料与驱动材料特征的材料,被称为机敏材料。智能材料通常不是一种单一的材料,而是一个由多种材料系统组元通过有机的紧密或严格的科学组装而构成的一体化系统 ,是敏感材料、驱动材料和控制材料(系统)的有机合成。智能材料是材料科学不断向前发展的必然结果,是信息技术溶入材料科学的自然产物,它的问世,标志和宣告第 5 代新材料的诞生,也预示着在 2 1 世纪将轰生一次划时代的材料革命。近年来,智能材料的研究在世界范围内已成为材料科学与工程领域的热点之一 ,甚至有人把21世纪称之为智能材料世纪。智能材料可用1作出描述。迄今为止, 人们已开发出很多种智能高分子材料。 图1 智能 材料示意图
高分子材料相对于传统材料如玻璃、陶瓷、水泥、金属而言是后起之秀，但其发展的速度及应用的广泛性却远远超过了许多传统材料，在当今世界乃至未来的世纪都充当着举足重轻的角色，已成为工业、农业、国防和科技等领域的重要材料，尤其是在开发新型替代能源、节约资源和保护生态环境方面更是发挥着不可替代的作用。新时代的高分子材料已成为现代工程材料的主要支柱，与信息技术、生物技术一起，推动着社会的进步，今天，我将就高分子材料的发展历程及未来趋势做一个简单的概述。 说起高分子材料的发展历程，可能会比我们想象中要长远的多，最早关于高分子材料的应用要追溯到几万年前人类或者类似人类的远古智能生物最先使用的树枝，兽皮，稻草等天然高分子材料。在历史的长河中，纸，树胶，丝绸等从天然高分子加工而来的产品一直同人类文明的发展交织在一起，奏响了一首久远流长的高分子之歌。 然而随着社会的发展，人类已经不满足于对这些材料的简单利用，相应的天然高分子材料的改性和加工工艺应运而生，这其中比较具有代表性的是19世纪中叶，德国人用硝酸溶解纤维素，然后纺织成丝或制成膜，并利用其易燃的特性制成炸药，但是硝化纤维素难于加工成型，因此人们在其中加入樟脑，使其易于加工成型，做成了之后闻名遐迩的“赛璐珞”的塑料材料。再比如，橡胶的改性，早在11世纪美洲的劳动人民已经在长期的生产实践中开始利用橡胶了，但当时橡胶制品遇冷就变硬，加热则发粘受温度的影响比较大。1839年美国科学家发现了橡胶与硫磺一起加热可以消除上述变硬发粘的缺点，并可以大大增加橡胶的弹性和强度。通过硫化改性，有力的推动了橡胶工业的发展，因为硫化胶的性能比生胶优异很多，从而开辟了橡胶制品广泛应用的前景。同时，橡胶的加工方法也在逐渐完善，形成了塑炼、混炼、压延、压出、成型这一完整的加工过程，使得橡胶工业蓬勃兴起，一日千里的突飞猛进。 从二十世纪初开始，高分子材料进入了工业合成高分子的重要阶段，而合成高分子的诞生和发展则是从酚醛树脂开始的。化学家们研究了苯酚与甲醛的反应，发现在不同的反应条件下可以得到两类树脂，一种是在酸催化下生成可融化可溶解的线型酚醛树脂，另一种则是在碱催化下生成的不溶解不熔化的体型酚醛树脂，这种酚醛树脂是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