第五章進入合成有機高分子化合物的時代 第三節(jié)功能高分子材料 材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎 是人類文明的重要里程碑 當今有人將能源 信息和材料并列為新科技革命的三大支柱 而材料又是能源和信息發(fā)展的物質(zhì)基礎 從合成有機高分子材料出現(xiàn)的那一天起 人們始終在不斷地研究 開發(fā)著性能更優(yōu)異 應用更廣泛的新型材料 來滿足計算機 光導纖維 激光 生物工程 海洋工程 空間工業(yè)和機械工業(yè)等尖端技術發(fā)展的需要 除了傳統(tǒng)的三大合成材料外 又出現(xiàn)了高分子膜 具有光 電 磁等特殊功能的高分子材料 生物高分子材料 醫(yī)用高分子材料 隱身材料和液晶高分子材料等許多新型有機高分子材料 問題1 地球表面有大約四分之三被水覆蓋著 然而我們?nèi)匀粡娬{(diào)水資源貧乏 要節(jié)約用水 這是什么原因呢 提問 如果我們能把海水變?yōu)榈?那就解決了水資源貧乏的問題 如何實現(xiàn)這一設想呢 如果我們通過一種特殊材料濾去海水中過多的電解質(zhì)離子 微生物雜質(zhì)等 海水就淡化了 這種特殊材料就是我們今天要學習的 新型有機高分子材料 高分子分離膜 高分子分子膜的特點 能夠有選擇地讓某些物質(zhì)通過 而把另外一些物質(zhì)分離掉 一 功能高分子材料 1 定義 既有傳統(tǒng)高分子材料的機械性能 又有某些特殊功能的高分子材料 在高分子鏈上接上帶有具有某種功能的官能團使其在物理 化學 生物 醫(yī)學等方面具有特殊功能的高分子材料 功能高分子材料 功能高分子材料 物理功能高分子材料 化學功能高分子材料 如導電高分子 高分子半導體 光導電高分子 壓電及熱電高分子 磁性高分子 光功能高分子 液晶高分子和信息高分子材料等 如反應性高分子 離子交換樹脂 高分子分離膜 鰲合高分子 高分子催化劑 高分子試劑及人工臟器等 生物功能高分子材料 如生物高分子模擬酶 高分子藥物 人工骨材料 醫(yī)用高分子材料 探尋功能高分子材料時應考慮的問題 1 具有什么樣的主鏈 單體2 具有什么樣的功能基 官能團3 不斷修正 例如 高吸水性樹脂 1 對天然吸水性高分子材料進行改性 形成接枝共聚物 與丙烯酸鈉共聚 2 以帶有強親水基的化合物為單體 均聚或共聚得到親水性高聚物 如聚丙烯酸鈉 同時加入交聯(lián)劑 用有高吸水性的高分子材料制作的 可吸收自重幾百倍的水 但仍保持干爽 成分 聚乙烯醇 聚丙烯酸鹽交聯(lián)可得 啟示 食品保鮮 人造皮膚 防止土壤沙漠化 問題2 科技的發(fā)展推動醫(yī)療手段有了很大的提高 現(xiàn)代醫(yī)學主要采取哪些措施治療人體的器官病變和壞死 人造器官對材料的要求 1 相容性 親和性2 排異性3 機械性 提問 作人工器官要考慮哪些問題 醫(yī)用高分子材料 人造心臟 人工膝關節(jié) 人工腎臟 人工心臟瓣膜 人造關節(jié) 人造牙齒 功能高分子材料包括 1 高分子分離膜2 傳感膜3 熱電膜4 人工器官5 高吸水性高分子6 隱形眼鏡7 智能材料8 生物材料 問題3 前幾年 在軍事上使用雷達監(jiān)控飛機的飛行 可后來雷達好像老了 有的飛機飛行 雷達竟然看不到了 那么 真是雷達老了嗎 還是飛機會隱形 事實上 飛機是使用隱形材料而不易被雷達發(fā)現(xiàn) 這種材料是由多種材料復合制成的 我們稱兩種或兩種以上的材料復合而成的材料為復合材料 B 2飛機的整個機身 除主梁和發(fā)動機機艙使用的是欽復合材料外 其它部分均由碳纖維和石墨等復合材料構成 不易反射雷達波 并且 這些不同的復合材料部件不是靠鉚釘拼合 而是經(jīng)高壓壓鑄而成 另外 礬翼的前緣還全部包覆上了一層特制的吸波材料 RAM 位于機翼前部 內(nèi)裝雷達掃瞄天線陣列的兩個方形突出部件 也采用了特殊的吸波材料 此外 B 2A的整個機體都噴涂上了特制的吸波油漆 這在很大程度上降低了敵方探測雷達的回波 1888年 奧地利科學家F Reinitzer發(fā)現(xiàn)了液晶 20世紀70年代初 Helfrich和Schadt利用液晶的電光效應和集成電路相結(jié)合 將其制成顯示器件 實現(xiàn)了液晶材料的產(chǎn)業(yè)化 這種液晶材料稱為扭曲向列相液晶顯示 NT LCD 材料 其產(chǎn)品主要應用在電子表和計算器上 80年代中期 開發(fā)成功超扭曲向列相液晶顯示 STN LCD 材料 其產(chǎn)品主要應用在BP機 移動電話和筆記本電腦上 酯類和聯(lián)苯類液晶化合物是STN LCD用混晶材料的主要成分 國內(nèi)各科研機構已開發(fā)了近千種 其中已有100種以上應用于混晶配方 二 復合材料 1 定義 兩種或兩種以上的材料組合成的一種新型的材料 其中一種材料作為基體 另外一種材料作為增強劑 復合材料 玻璃鋼 2 特性 質(zhì)輕 高強度 耐腐蝕 耐高溫 抗氧化 抗沖擊 絕緣 吸波性等 3 用途 飛機 導彈 火箭 衛(wèi)星 宇宙飛船 輪船 建筑 體育用品等 有機高分子材料的發(fā)展趨勢 1 對重要的通用有機高分子材料繼續(xù)進行改進和推廣 使它們的性能不斷提高 應用范圍不斷擴大 如 導電塑料2 與人類自身密切相關 具有特殊功能的材料的研究也在不斷加強 并且取得了一定的進展 如 仿生高分子材料 智能高分子材料 超導材料 光電轉(zhuǎn)換材料 生物材料 光解水催化劑 熱電膜 傳感膜等 小結(jié) 兩大類新型高分子材料 未來社會離