功能材料..docVIP

一 功能材料是指通过光、电、磁、热、化学、生化等作用后具有特定功能的材料。 从功能的不同考虑，可将功能材料分为以下几类: 力学性能：主要是指强化功能材料和弹性功能材料。如高结晶材料，超高强材料等等。 物理化学功能 (1)电学功能材料：如超导体，导电高分子等等。 (2)光学功能材料：如光导纤维、感光性高分子等。 (3)能量转换材料：如压电材料、光电材料。 化学功能 (1)分离功能材料：如分离膜，离子交换树脂、高分子络合物。 (2)反应功能材料：如高分子试剂、高分子催化剂等等。 (3)生物功能材料：如固定化酶，生物反应器等等。 生物化学功能 (1)医用功能材料：人工脏器用材料如人工肾、人工心肺，可降解的医用缝合线、骨丁、骨板等等。 (2)功能性药物：如缓释性高分子，药物活性高分子，高分子农药等等。 (3)生物降解材料 功能材料按其功能的显示过程又可分为一次功能材料和二次功能材料。 功能设计，就是赋予材料以一次功能或二次功能特性的科学方法。 以高分子材料为例，其主要途径是： （1）通过分子设计合成新功能。包括高分子结构设计和官能团设计，是使高分子材料获得具有化学结构本征性功能特征的主要方法，因而又称为化学方法。 （2）通过特殊加工赋予材料以功能特性，又称为物理方法。 （3）通过两种或两种以上的具有不同功能或性能的材料进行复合获得新功能。 （4）通过对材料进行各种表面处理以获得新功能。 官能团的性质对材料性质的影响 1) 骨架起主要作用 2) 官能团起主要作用 3) 骨架与官能团互相结合而发挥作用 4) 官能团起辅助作用 功能材料的制备方法（论述题） 功能材料的制备一般是通过物理的或化学的方法将功能基团与聚合物骨架相结合的过程。总体上讲功能材料的制备主要有三种基本类型： 1．功能性小分子固定在骨架材料上 2．大分子材料的功能化 3．已有的功能材料的功能扩展 聚合物包埋小分子 另一类制备方法是在单体中引入小分子化合物，通过聚合过程将小分子包埋在聚合物中。二者之间没有化学键相互连接，生成的侧链结构类似于共混产物，但更为均匀，并且小分子的性质不受聚合物性质的影响。 聚合法制备功能材料形成的产物稳定性好，获得了广泛的应用。但在合成小分子功能性单体时，合成反应比较复杂，有时还要进行基团保护。 高分子材料的功能化 通过物理或化学的方法对已有的聚合物进行功能化改性，可以利用大量商品化的产品制备具有特定功能的功能性材料，同时机械性能有所保障。一般情况下，可以通过物理共混的方法以及化学改性的方法。 功能化的物理方法 功能化的物理方法主要是用小分子功能化合物与聚合物等共混来实现的。 共混方法主要采用熔融共混和溶液共混。 熔融共混是在熔融状态下的聚合物中加入功能化小分子得到的，根据其相容性的不同，又可以形成均相结构和多相结构。 溶液共混是将聚合物和功能性小分子同时溶解在溶剂中，蒸发溶剂后得到的产物，也可以是小分子和大分子溶液中的混悬体经溶剂蒸发后得到的。 共混方法优缺点： 这种方法快速简便，多数情况不受场地和设备的限制，不受聚合物和小分子官能团反应活性的影响，适用范围较宽，功能基团的分布比较均匀。 该方法使小分子通过聚合物的包络作用得到固化，适用于小分子缺乏反应活性或不易采用化学接枝反应进行功能化以及功能性物质对反应过分敏感，不能承受化学反应条件。 其缺点是共混体系不够稳定，易于逐步失去活性。 化学方法 利用接枝反应在骨架结构中引入官能团，可以将许多产业化的品种进行功能化。 多功能复合与功能扩大 两种以上功能材料的复合，在已有材料中引入第二种功能基和扩大已有材料的功能的过程称为功能材料的多功能化过程和功能扩大。如单向导电聚合物的制备，必须采用两种以上功能材料的复合才能实现，一种材料难以满足特定的要求。又如为满足某些要求，需要在同一分子中引入两种以上的功能基团，如在聚合物中引入电子给予体和电子接受体，是光电子转移在分子内部完成。此外某些材料的性能单一，也要进行改性。 二 通常的划分方法：以电阻值1010欧姆厘米为界限，在此界限以上为绝缘高分子材料，在其以下统称为导电高分子材料。 复合型导电材料的导电机理有两种说法， 链锁式导电通路 隧道效应 受阻共轭是指共轭分子轨道上存在缺陷。当共轭链中存在庞大的侧基或强极性基团时，会引起共轭链的扭曲、折叠等等，使π电子离域受到限制。 π电子离域受阻程度越大，分子链的导电性能越差。如聚烷基乙炔和脱氯化氢聚氯乙烯，都属受阻共轭高聚物，其主链上连有烷基等支链结构，影响了π电子的离域。 无阻共轭是指共轭链分子轨道上不存在“缺陷”，整个共轭链的π电子离域不受阻碍。这类聚合物是较好的导电材料或半导体材料，如反式聚乙炔，热解聚丙烯腈等等。顺式聚乙炔的分子链发生扭曲，π电子离域受到限制，其电导率低于反式聚乙炔。 导电高分子的应用 （1）