智能高分子課件

什么是高分子材料

高分子材料（macromolecularmaterial）：以高分子化合物為基礎(chǔ)的材料。高分子材料是由相對(duì)分子質(zhì)量較高的化合物構(gòu)成的材料，包括橡膠、塑料、纖維、涂料、膠粘劑和高分子基復(fù)合材料。高分子是生命存在的形式。所有的生命體都可以看作是高分子的集合。高分子材料的發(fā)展人類(lèi)社會(huì)很早就利用天然高分子材料作為生活資料和生產(chǎn)資料，并掌握了其加工技術(shù)。19世紀(jì)30年代末期，進(jìn)入天然高分子化學(xué)改性階段，出現(xiàn)半合成高分子材料。1907年出現(xiàn)合成高分子酚醛樹(shù)脂，標(biāo)志著人類(lèi)應(yīng)用合成高分子材料的開(kāi)始?，F(xiàn)代，高分子材料已與金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料相同，成為科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的重要材料。什么是智能材料

智能材料（Intelligentmaterial）：是一種能感知外部刺激，能夠判斷并適當(dāng)處理且本身可執(zhí)行的新型功能材料。

智能材料是繼天然材料、合成高分子材料、人工設(shè)計(jì)材料之后的第四代材料，是現(xiàn)代高技術(shù)新材料發(fā)展的重要方向之一，將支撐未來(lái)高技術(shù)的發(fā)展，使傳統(tǒng)意義下的功能材料和結(jié)構(gòu)材料之間的界線逐漸消失，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能化、功能多樣化。什么是智能材料

一般說(shuō)來(lái)，智能材料有七大功能，即傳感功能、反饋功能、信息識(shí)別與積累功能、響應(yīng)功能、自診斷能力、自修復(fù)能力和自適應(yīng)能力。

科學(xué)家預(yù)言，智能材料的研制和大規(guī)模應(yīng)用將導(dǎo)致材料科學(xué)發(fā)展的重大革命。智能材料與功能材料的區(qū)別智能材料是指具有感知環(huán)境(包括內(nèi)環(huán)境和外環(huán)境)刺激，對(duì)之進(jìn)行分析、處理、判斷，并采取一定的措施進(jìn)行適度響應(yīng)的智能特征的材料。功能材料是指那些具有優(yōu)良的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、力學(xué)、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)功能，特殊的物理、化學(xué)、生物學(xué)效應(yīng)，能完成功能相互轉(zhuǎn)化，主要用來(lái)制造各種功能元器件而被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)高科技領(lǐng)域的高新技術(shù)材料。智能高分子材料

智能高分子材料是通過(guò)有機(jī)和合成的方法，使無(wú)生命的有機(jī)材料變得似乎有了“感覺(jué)”和“知覺(jué)”。這類(lèi)材料在實(shí)際生活中已有了應(yīng)用，并正在成為各國(guó)科技工作者的嶄新研究課題，預(yù)計(jì)不遠(yuǎn)的將來(lái)，這些材料將進(jìn)入到我們的生活中。智能高分子材料趙在21世紀(jì),面對(duì)環(huán)境、能源、醫(yī)藥等愈演愈烈的全球性挑戰(zhàn),高分子材料在凸顯其多功能及制造和價(jià)格優(yōu)勢(shì)的同時(shí),也對(duì)其科研和發(fā)展提出了更高的要求。早在1970年，田中豐一就發(fā)現(xiàn)了智能高分子現(xiàn)象，即當(dāng)冷卻聚丙烯酰胺凝膠時(shí)，此凝膠由透明逐漸變得渾濁，最終呈不透明狀，加熱時(shí)，它又轉(zhuǎn)為透明1980年，出現(xiàn)了用來(lái)制造高分子傳感器、分離膜、人工器官的智能高分子材料1990年，智能高分子材料進(jìn)入了高速發(fā)展階段進(jìn)入21世紀(jì)后，智能高分子材料正在向智能高分子模糊材料的方向發(fā)展智能高分子的發(fā)展過(guò)程由于高分子材料在結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜性和多樣性，可以在分子結(jié)構(gòu)(包括支鏈結(jié)構(gòu))、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)、共混、復(fù)合、界面和表面甚至外觀結(jié)構(gòu)等諸多方面，進(jìn)行單一或多種結(jié)構(gòu)的綜合利用，因此最大程度地滿足了其他高技術(shù)要求材料技術(shù)為他們提供的更多、更好的功能。

新一代高分子材料是未來(lái)材料科學(xué)與工程技術(shù)領(lǐng)域的重要發(fā)展方向，現(xiàn)代多學(xué)科交叉的特點(diǎn)促進(jìn)新型高分子材料的研究與發(fā)展，也孕育了新一代的高分子材料智能材料的發(fā)展是建立在人類(lèi)需要的基礎(chǔ)上的，因此它必將朝著對(duì)人們活動(dòng)起分擔(dān)作用的社會(huì)活動(dòng)對(duì)應(yīng)型方向發(fā)展。材料特殊的結(jié)構(gòu)決定了它的智能價(jià)值。目前對(duì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和控制還局限于一次結(jié)構(gòu)。所以，聚合物的高次結(jié)構(gòu)以及與之相關(guān)的分子間的相互作用必將成為今后智能高分子研究的重要課題。高分子智能材料已成為材料科學(xué)的一個(gè)重要研究領(lǐng)域

從人類(lèi)發(fā)展的歷史證明，每一種重要材料的發(fā)現(xiàn)和利用，都會(huì)把人類(lèi)與自然和諧相處的能力提高到一個(gè)新的水平，給社會(huì)生產(chǎn)力和人類(lèi)生活帶來(lái)巨大的變化，把人類(lèi)物質(zhì)文明和精神文明向前推進(jìn)一步。可以肯定的說(shuō)，終有一天各種各樣實(shí)用的智能材料會(huì)大量出現(xiàn)在我們的面前。隨著新催化劑的研究和新的合成工藝以及納米技術(shù)研究的深入，在分子、甚至原子水平上實(shí)現(xiàn)材料的功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、復(fù)合與加工生產(chǎn)成為可能?？梢灶A(yù)言，新一代高分子材料的春天已經(jīng)來(lái)臨，它必將成為新世紀(jì)材料發(fā)展的主流，也必將對(duì)新世紀(jì)的高新技術(shù)如電子、生物技術(shù)、生命科學(xué)的研究產(chǎn)生極為深遠(yuǎn)的影響。智能高分子材料樊應(yīng)用領(lǐng)域高分子智能材料可以大量用于生物醫(yī)學(xué)的各個(gè)方面航天航空技術(shù)領(lǐng)域土木建筑領(lǐng)域高精密儀器以及自動(dòng)化生產(chǎn)機(jī)械工業(yè)抑制振動(dòng)和噪聲方面其他

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的進(jìn)步已經(jīng)越來(lái)越依賴于生物材料和器械的發(fā)展,醫(yī)用高分子材料的應(yīng)用更加廣泛,需求量也隨之越來(lái)越大。高分子材料在醫(yī)藥及醫(yī)用器件中的應(yīng)用

智能高分子作為生物醫(yī)用材料在藥物載體、生物熒光檢測(cè)、蛋白質(zhì)吸附/解吸附、人體組織工程等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

生物醫(yī)用材料是人工器官和醫(yī)療器械的基礎(chǔ),迄今已有幾千年的發(fā)展史,而生物醫(yī)用高分子作為生物醫(yī)用材料中發(fā)展最早、應(yīng)用最廣泛、用量最大的材料,鑒于其具有原料來(lái)源廣泛、可以通過(guò)分子設(shè)計(jì)改變結(jié)構(gòu)、生物活性高、材料的性能多樣等優(yōu)點(diǎn),是目前發(fā)展最為迅速的領(lǐng)域,已經(jīng)成為現(xiàn)代醫(yī)療材料中的主要部分。對(duì)醫(yī)用高分子材料的深入研究不但對(duì)探索人類(lèi)生命奧秘具有重大意義,也可以帶動(dòng)功能性高分子產(chǎn)業(yè)鏈的深化發(fā)展。隨著科學(xué)的發(fā)展,新的材料不斷推出,不但要認(rèn)真研究新材料的生物安全性和使用范圍,更重要的是從借用和改性逐漸進(jìn)入分子設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層次開(kāi)發(fā)新材料,同時(shí)也要結(jié)合實(shí)際臨床需要,克服醫(yī)用材料研發(fā)周期長(zhǎng)、見(jiàn)效慢等缺點(diǎn),真正做到產(chǎn)、學(xué)、研三者結(jié)合,推動(dòng)我國(guó)醫(yī)用高分子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,為中國(guó)的化學(xué)品研發(fā)開(kāi)拓新方向。從功能材料到智能材料,這是材料領(lǐng)域的一次飛躍。這方面的研究與開(kāi)發(fā)孕育著新理論、新材料的出現(xiàn)。應(yīng)該指出,智能材料本身也有一個(gè)發(fā)展過(guò)程。隨著材料科學(xué)的發(fā)展,終有一天會(huì)出現(xiàn)各種實(shí)用的仿生智能化材料。智能高分子材料李隨著科學(xué)技術(shù)尤其是高新技術(shù)的飛速發(fā)展，智能材料悄然崛起，并創(chuàng)造出驚人的奇跡。光致變色高分子材料光致變色高分子材料是近年來(lái)備受關(guān)注的新型功能高分子材料之一光致變色材料已在信息產(chǎn)業(yè)、服裝業(yè)、塑料制品業(yè)、裝飾材料業(yè)、旅游用品、油漆、油墨、印染業(yè)、軍事隱蔽材料業(yè)等方面獲得廣泛的應(yīng)用。目前，它在光致變色安全玻璃、透明薄膜、光致變色紡織品、光致變色涂料方面也已得到應(yīng)用。

形狀記憶高分子聚合物SMP(ShapeMemoryPolymer）形狀記憶高分子聚合物是Et本十年前率先開(kāi)發(fā)出來(lái)的，屬于彈性記憶材料，形狀記憶高分子是一種新型的功能高分子材料。形狀記憶高分子材料已廣泛應(yīng)用于航空航天、電子通訊、機(jī)械制造、能源輸送、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域。近年來(lái)，日、美、法等國(guó)家不斷有新的形狀記憶高分子問(wèn)世，我國(guó)也在這一領(lǐng)域進(jìn)行了大量的研究探索。聚合物基壓電材料有機(jī)壓電材料，又稱(chēng)壓電聚合物，這類(lèi)材料以其材質(zhì)柔韌、低密度、低聲阻抗和高壓電電壓常數(shù)等優(yōu)點(diǎn)為世人矚目，且發(fā)展十分迅速，現(xiàn)已在水聲、超聲測(cè)量、壓力傳感、引燃引爆等方面獲得應(yīng)用。不足之處是壓電應(yīng)變常數(shù)(d)偏低，使之作為有源發(fā)射換能器受到很大的限制。

智能高分子凝膠智能高分子凝膠是其結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)可以隨外界環(huán)境改變而變化的凝膠。當(dāng)受到環(huán)境刺激時(shí)，這種凝膠就會(huì)隨之響應(yīng)，發(fā)生突變，呈現(xiàn)相轉(zhuǎn)變行為。這種響應(yīng)體現(xiàn)了凝膠的智能性。它主要有pH性凝膠，化學(xué)物質(zhì)影響性凝膠，溫敏性凝膠，光敏性凝膠，磁場(chǎng)響應(yīng)性凝膠，影響內(nèi)部刺激性凝膠。智能高分子膜材高分子膜材具有物質(zhì)滲透和分離功能，現(xiàn)正以生體膜為模型研究開(kāi)發(fā)刺激響應(yīng)性多肽膜，利用可逆的構(gòu)象及分子聚集體變化，制成穩(wěn)定性優(yōu)異的膜材它主要有超分膜、分離膜、控制釋放膜、診斷用人工細(xì)胞膜和仿生治療系統(tǒng)。具有形狀記憶的高分子材料申具有形狀記憶功能的高分子材料形狀記憶效應(yīng)：一定外界條件下，使材料成為某形狀（起始態(tài)）外界作用得到固定形狀（固定態(tài)）環(huán)境因素（熱、PH值、電、磁等）刺激使材料應(yīng)答高分子材料的形態(tài)記憶功能由其特殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)所決定。在其內(nèi)部存在著互相結(jié)合成網(wǎng)狀的架橋,架橋的存在使高分子鏈間不發(fā)生滑動(dòng)。把它加熱到高于Tg溫度使之變形后,再冷卻至室溫,由于高分子鏈運(yùn)動(dòng)變形使之保持一定狀態(tài)。再重新加熱到Tg以上溫度,殘留的翹棱被釋放出來(lái),恢復(fù)到原來(lái)架橋出現(xiàn)時(shí)的狀態(tài)。形狀記憶高分子材料的應(yīng)用——熱收縮管將形狀記憶高分子材料加熱軟化制成直徑較小的管子(起始態(tài))得到比起始態(tài)直徑更大的管子（固定態(tài)）使用時(shí)將此直徑較大的管子套在需要包覆或連接的物體上管子恢復(fù)到初始狀態(tài),緊緊包覆在被包物體上。趁熱向其內(nèi)部插入直徑比該管內(nèi)徑大的棒狀物用加熱器將膨脹的管加熱到初始溫度鋼管線路接合處的防腐工程線路終端的絕緣保護(hù)通訊電纜的接頭防水儀器內(nèi)線路集合熱收縮管應(yīng)用在醫(yī)用器材上,應(yīng)用形狀記憶樹(shù)脂來(lái)固定創(chuàng)傷部位可以代