《功能高分子材料》课件

功能高分子材料高分子材料是现代材料科学和工程领域的重要组成部分，其广泛应用于电子、光学、生物医疗等众多领域本课程将深入探讨各类功能性高分子的设计、合成和应用，提高对这一前沿领域的认知和理解课程简介实验教学应用案例创新发展本课程将安排高分子材料的实验操作和测试课程还将分享高分子材料在各行业的典型应探讨高分子材料的前沿技术和未来发展方向,分析,帮助学生深入理解高分子材料的性能用案例,让学生了解理论知识与实际生产的培养学生的创新思维和研发能力联系高分子材料的基本概念分子结构分子量链状结构高分子材料由重复的小分子单元（单体）通高分子材料的分子量一般很大，通常在1万高分子材料的主链一般是线性、支链或网状过化学键连接而成，具有复杂的分子结构到100万范围内，分子量分布也很广结构，这决定了材料的物理化学性能高分子材料的分类线性高分子支链高分子线性分子结构,重复单元呈直链排主链上有许多短支链如低密度聚列如聚乙烯、聚苯乙烯等乙烯、聚丙烯等网状高分子星型高分子分子间存在大量的交联键,形成立由多条线性高分子链连接而成,形体网状结构如酚醛树脂、环氧树成星型结构具有独特的物理性能脂等线性高分子材料结构特点性能特点常见例子应用领域线性高分子材料是由单体通过线性高分子材料通常具有良好代表性线性高分子材料包括聚线性高分子材料广泛应用于日共价键头尾相连形成的直链状的熔融加工性、成型性能和机乙烯PE、聚丙烯PP、聚苯用品、包装、建材、汽车、电分子结构没有分支和交联，械性能但由于分子链结构简乙烯PS、聚甲基丙烯酸甲酯子等行业其性能优异且易于分子链呈伸直或缠绕状态单，抗热性、抗化学性和耐磨PMMA等加工成型性较弱网状高分子材料交联结构优异性能12网状高分子材料由多个单体通网状结构赋予这类材料良好的过共价键相互连接形成三维网机械强度、耐热性、耐化学性状结构等特性典型代表应用广泛34常见的网状高分子包括酚醛树广泛应用于工程塑料、涂料、脂、环氧树脂、聚氨酯等粘合剂、复合材料等领域支链高分子材料结构特点典型代表性能特点制备工艺支链高分子材料是指主链上带常见的支链高分子材料包括聚支链的存在会增加分子间缠结,支链高分子通常采用阴离子或有分支的高分子化合物这些乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等从而提高材料的强度、硬度和配位聚合的方法制备反应条分支可以是短的烃基或含有其它们在日常生活和工业中广泛韧性同时也会降低流动性和件和引发剂的选择对产品的微他官能团的更复杂的结构支应用加工性能观结构和性能有重要影响链的存在会影响高分子的物理化学性能分子量与分子量分布分子量是高分子材料的重要特性之一,决定了材料的许多性能高分子材料通常不是单一分子量,而是有一个分子量分布分子量分布反映了材料中不同大小分子的含量,是评价高分子均一性的重要指标数均分子量重均分子量多分散性指数表示平均分子量对大分子更为敏感反映分子量分布的宽窄高分子材料的物理性能密度结构高分子材料的密度较低,通常在

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1.5高分子材料的分子结构复杂多样,从简g/cm³之间,这使得它们在许多应用场单的线性结构到复杂的网状结构,结构景中都具有优势的差异导致性能各异热性能光学性能高分子材料通常比金属和陶瓷拥有更高分子材料具有良好的透光性,可根据好的绝热性能,可根据应用需求进行改需求进行着色或表面修饰,满足各种光性学应用需求高分子材料的化学性能化学组成耐化学性12高分子材料的化学组成决定了高分子材料能否承受酸、碱、其化学性能,包括分子结构、官溶剂等化学介质的侵害是其化能团、共聚比例等学性能的重要体现反应活性热稳定性34高分子材料可通过化学反应进高分子材料的热稳定性影响其行交联、改性、接枝等改变其在高温环境下的化学性能和使性能用寿命高分子材料的力学性能抗拉强度伸长率高分子材料在拉伸应力下的承受能高分子材料在承受拉伸力时的最大力,这是判断其强度的重要指标之延伸程度,反映了其塑性和韧性一弹性模量耐冲击性高分子材料在弹性变形范围内的刚高分子材料在受到冲击载荷时的抗性程度,决定了材料的硬度和刚度断裂能力,是评判其韧性的重要参数高分子材料的热性能热膨胀性能耐热性能热分解性能高分子材料在加热时会发生热膨胀,这会影不同的高分子材料在高温下会表现出不同的高分子材料在高温下容易发生热分解,失去响材料的尺寸稳定性合理控制热膨胀对于耐热性能优秀的耐热性能可以确保材料在原有的性能掌握材料的热分解温度和动力提高材料的尺寸精度和使用可靠性很重要高温环境中保持稳定的性能学特性,有助于开发更加耐热的高分子材料高分子材料的电性能绝缘性导电性大多数高分子材料具有良好的绝通过掺杂或改性,某些高分子材料缘性,可用作电线电缆和电子元件可具有一定的导电性,应用于电子的绝缘层器件和传感器电磁屏蔽静电特性部分高分子复合材料可以有效阻高分子材料的静电特性可以用于挡电磁辐射,应用于电子设备的屏静电吸附、电场调控等功能性应蔽用高分子材料的光学性能折射率调控吸收光谱调控透光性优化通过改变高分子材料的结构和组成,可以精高分子材料的吸收光谱可通过共聚改性等手通过分子设计和材料处理,高分子材料的光确调控其折射率,满足光学器件的需求段进行优化,用于滤光、光开关等功能学透过率可达到90%以上,用于制造光学透明元件高分子材料的耐久性抗老化性耐化学腐蚀高分子材料能抵抗自然环境中的紫外线、氧气和热量等因素的破坏与金属材料不同,高分子材料能够抵御多种酸、碱、盐等化学物质的合理的配方设计可以大幅提高其使用寿命侵害,适用于恶劣化学环境抗风化性耐压性和耐磨性通过表面涂层或者添加稳定剂等手段,高分子材料能够显著提高其抵通过分子链结构的优化和复合增强技术,可以为高分子材料赋予较高御风化、雨水和冰霜等自然侵蚀的能力的强度和韧性,从而提高其抗压和抗磨损性能高分子材料的加工工艺熔融加工通过加热高分子材料至熔融状态,然后施加压力或机械力进行挤出、注塑等溶液加工将高分子材料溶解于适当溶剂中,然后通过浇铸、喷涂等方式制成薄膜或涂层干燥工艺去除高分子材料制品中的残余溶剂,以提高材料的纯度和性能稳定性高分子材料的表面改性表面处理表面涂层通过物理或化学方法调整高分子材料在高分子材料表面涂敷一层特殊材料,表面性能,提高其与外界环境的相容性改善其耐磨性、耐腐蚀性等接枝改性等离子体处理在高分子材料表面引入新的官能团,改利用等离子体技术调节高分子材料表变其化学性质和亲和力面能,提高其亲水性或疏水性功能高分子材料的概念定义特点应用领域发展趋势功能高分子材料是具有特殊功它们具有优异的机械性能、耐功能高分子材料广泛应用于航未来功能高分子材料将朝着高能和性能的先进高分子材料，蚀性、耐高温性等,可广泛应用天航空、电子信息、生物医疗、性能、多功能、智能化、环保能够满足特殊用途的需求于航天、电子等领域能源环保等高新技术领域可再生等方向发展功能高分子材料的分类基于功能特性基于结构形式基于材料组成基于应用领域按照功能特性不同，可将功能从结构形式上来看，功能高分材料组成也是分类依据之一，根据应用领域的不同，功能高高分子材料分为离子交换树脂、子材料包括线性、支链和网状如纳米复合材料、电子高分子分子材料可分为生物医用材料、半透膜、生物相容材料、智能结构不同结构赋予材料独特等复合材料结合了不同材料能源环境材料、信息电子材料材料等每种材料在特定领域的性能的优势特性等满足不同行业的专业需求发挥着重要作用离子交换树脂特点制备12离子交换树脂具有高度官能团,能交换离子,应用广泛通常由苯乙烯与二乙烯苯共聚而成,并引入适当官能团性能应用34离子交换容量大,耐酸碱性强,可用于水处理、离子分离等在电池、医药、工业等领域广泛应用,是一类重要的功能高分子半透膜材料过滤功能微观结构半透膜可以过滤特定粒子大小的物质,半透膜通常由高分子材料制成,具有独实现选择性通透特的分子结构和孔道渗透过程应用领域半透膜允许某些分子或离子通过,而阻半透膜广泛应用于化学分离、水处理、挡其他物质的渗透能源转换等领域生物相容性材料与人体亲和生物活性可降解性生物相容性材料能与人体组织协调共存,不某些生物相容性材料具有生物活性,能与人一些生物相容性材料可在体内被生物降解,会引起机体排异反应这对于医疗植入物和体细胞组织产生相互作用,促进组织修复和不需要二次手术即可自行代谢这对于组织生物传感器至关重要再生工程修复尤为重要智能材料智能感知自主适应智能材料能够感知环境变化,如温智能材料可以根据环境条件自主调度、压力、湿度等,并作出相应反整自身结构和性能,实现最佳性能应动态响应智能控制智能材料能够及时响应外界刺激,智能材料可以通过内置的控制系统,并做出相应的可逆性变化实现对材料性能的自主调控可降解材料环境友好多样应用生物相容性技术挑战可降解材料是指在自然环境中可降解材料广泛应用于农业、许多可降解材料具有良好的生目前可降解材料的制备和性能能被细菌或微生物分解,从而不食品包装、医疗等领域,能降解物相容性,能与人体组织协调共调控存在一些技术难题,需要进会对环境造成污染的材料这为无害的物质,减少了资源浪费存,在医疗领域有重要应用一步的研究与创新种材料有利于保护生态环境和环境负荷高分子复合材料碳纤维增强复合材料玻璃纤维增强复合材料陶瓷基复合材料金属基复合材料这种材料结合了碳纤维的高强度以玻璃纤维为增强相的复合材料,这种材料结合了陶瓷的耐高温和以金属为基体,加入强化相如陶和高模量特性,广泛应用于航空具有良好的机械性能和电绝缘性耐腐蚀特性,适用于航天、核工瓷或碳纤维,具有高强度、耐腐航天、汽车等领域能,常用于日用品和电子产品业等苛刻环境下的应用蚀等优异性能,广泛应用于航天航空高分子电子材料导电性能柔性电路12通过独特的分子结构设计,高分子电子材料能够实现出色的导与传统刚性电子元件不同,高分子电子材料具有优异的柔性和电性能,在电子器件制造中发挥重要作用可塑性,可用于制造柔性电路和可穿戴设备电磁屏蔽光电转换34一些特殊的高分子电子材料具有优异的电磁屏蔽性能,可用于有机光伏和有机发光二极管等高分子电子材料在光电转换领保护电子设备免受干扰域有广泛应用前景高分子纳米材料尺度微小结构可控高分子纳米材料以纳米尺度为基础,可根据应用需求设计和调控高分子具有独特的物理和化学性质纳米材料的结构和组成功能多样制备精细高分子纳米材料在电子、光学、生高分子纳米材料的制备需要先进的物医药等领域展现出广泛的应用前技术手段,如自组装、模板法等景高分子材料的未来发展趋势纳米化可持续性高分子材料在纳米尺度上的设计与制高分子材料生产和应用过程的绿色化、造将成为未来主要发展方向循环利用将成为关键目标智能化个性化高分子材料向智能、功能一体化发展,高分子材料的个性化设计和制造将实满足人类多方面需求现更广泛的应用学习重点小结主要概念重点难点•高分子材料的基本概念和分类•高分子材料的化学结构与性能的关系•高分子材料的性能及影响因素•功能高分子材料的制备工艺及改性技术•常见的功能高分子材料及其应用•高分子材料在新兴领域的发展趋势问题讨论作为课程的最后一部分,这里我们将就高分子材料的新兴应用领域展开讨论比如在生物医疗、能源环境、信息传输等领域,功能性高分子材料发挥着日益重要的作用大家可以结合自己的专业背景,畅谈对高分子材料未来发展的思考和建议让我们共同探讨这一前沿科技领域的机遇与挑战。