功能高分子材料概论论文

第一篇：功能高分子材料概论论文

论文

(理工类)

课程名称:____ 功能高分子材料概论_ ___ 论文题目:__ 生物医用高分子材料的现状、研究进展 学 院: 先进材料与能源中心 ______ 学生姓名:_ 陈____俊 _______ 学

号: 2120*** ______ 完成时间: 2013 年 12月15日___ ________

摘要：了解生物医用功能高分子材料近年来的现状、发展方向及应用研究，综述国内外生物医用高分子材料的分类、特性及研究成果，展望对未来的生物医用高分子材料的发展趋势，通过介绍医用高分子材料在人工脏器、药剂及医疗器械方面的应用，以及我国近年来的研究情况和存在的问题,形成对生物医用功能高分子的认识和其重要性的认识。

关键词：功能高分子材料；生物医用高分子材料 生物医用高分子材料的现状

生物医用高分子材料(Poly-meric biomaterials)是指在生理环境中使用的高分子材料[1],它们中有的可以全部植入体内,有的也可以部分植入体内而部分暴露在体外, 或置于体外而通过某种方式作用于体内组织。医用高分子材料需长期与人体体表、血液、体液接触, 有的甚至要求永久性植入体内[2]。因此,这类材料必须具有优良的生物体替代性(力学性能、功能性)和生物相容性[3]。生物医用高分子材料需要满足的基本条件:在化学上是不活泼的,不会因与体液或血液接触而发生变化;对周围组织不会引起炎症反应;不会产生遗传毒性和致癌;不会产生免疫毒性;长期植入体内也应保持所需的拉伸强度和弹性等物理机械性能;具有良好的血液相容性;能经受必要的灭菌过程而不变形;易于加工成所需要的、复杂的形态[4]。医用高分子材料的特殊要求

医用高分子材料是要用在人身上的, 必须对人体组织无害, 所以对其要求十分严格, 总体上可以概括为以下四个方面: 1)生物功能性: 因各种生物材料的用途而异,如: 作为缓释药物时, 药物的缓释性能就是其生物功能性。

2)生物相容性: 可概括为材料和活体之间的相互关系, 主要包括血液相容性和组织相容性。组织相容性主要指无毒性, 无致癌性, 无热原反应, 无免疫排斥反应, 不破坏邻近组织等。血液相容性一般指不引起凝血, 不破坏红细胞, 不破坏血小板, 不改变血中蛋白, 不扰乱电解质平衡。

3)化学稳定性: 耐生物老化性或可生物降解性。对于长期植入的医用高分子材

料, 生物稳定性要好;对于暂时植入的医用高分子材料, 则要求在确定时间内降解为无毒的单体或片段.通过吸收、代谢过程排出体外。

4)生产加工性：首先, 严格控制用于合成医用高分子材料的原料纯度, 不能带入有害物质, 重金属含量不能超标；其次, 材料加工助剂必须符合医用标准；第三, 对于体内应用的高分子材料, 生产环境应当具有符合标准的洁净级别；第四, 便于消毒灭菌(紫外灭菌、高压煮沸、环氧乙烷气体消毒和酒精消毒等)。正因为对于医用高分子材料的要求严格, 相关的研发周期一般较长, 需要经过体外实验、动物实验、临床实验等不同阶段的试验, 材料市场化需要经国家药品和医疗器械检验部门的批准, 且报批程序复杂, 费用高。这也是生物材料的市场价格居高不下的一个重要原因。生物医用高分子材料的种类

生物医用高分子材料按性质可分为非降解和可生物降解两大类。非生物降解的生物医用高分子包括：聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、芳香聚酯、聚硅氧烷、聚甲醛等，其在生理环境中能长期保持稳定，不发生降解、交联或物理磨损等，并具有良好的力学性能。可生物降解的生物医用高分子材料则包括胶原、脂肪族聚酯、聚氨基酸、聚己内酯等，这些材料能在生理环境中发生结构性破坏，且降解产物能通过正常的新陈代谢被基体吸收或排出体外。非降解和可生物降解生物医用高分子材料在生物医学领域各具有自己独特的发展地位，然而，随着生物医学和材料科学的发展，人们对生物医用高分子材料提出了更高的要求，可生物降解生物医用高分子材料越来越得到人们的亲睐。因此，在这里主要讨论可生物降解医用高分子材料的种类。

根据来源来划分，可生物降解医用高分子材料可分为天然可生物降解和合成可生物降解两大类。生物医用高分子材料的应用

根据不同的角度、目的甚至习惯，医用高分子材料应用有不同的分类方法，尚无统一标准。主要在人造器官、人造组织、以及其它的一些高分子药剂等。4.1人造器官

（1）人工肾：四十年前荷兰医生用赛璐洛玻璃纸作为透析膜, 成功地滤除了患者血液中的毒素。目前人工肾以中空丝型最为先进, 其材质有醋酸纤维, 赛

璐洛和聚乙烯醇。其中以赛璐路居多, 占98%, 它是一种亲水性的、气体和水都能通过的材料, 同时要求有很好的选择过滤性, 病人的血液从人工肾里流过由它们所构成的中空丝膜, 就可将尿素、尿酸,Ca2+等物质通过, 并留在人工肾里继而排出, 而人体所需的营养、蛋白质却被挡住,留在血液里返回人体, 从而对血液起到过滤作用, 目前中空纤维膜已在西德的恩卡公司、日本旭化成和夕沙毛公司研究成功, 并用于工业化生产。（2）人工肺：人工肺并不是对于人体肺的完全替代，而是体外执行血液氧交换功能的一种装置，目前以膜式人工肺最为适合生理要求,它是以疏水性硅橡胶, 聚四氟乙烯等高分子材料制成。(3)人工心脏：1982年美国犹他大学医疗中心, 成功地为61岁的牙科医生克拉克换上了Jarvak一7型人工心脏, 打破了人造心脏持久的世界纪录, 美国人工心脏专家考尔夫博士指出闭,人工心脏研制成功与否取决于找到合适的弹性体, 作为人工心脏主体心泵的高分子材料,现在所用的材料主要为硅橡胶。（4）其它，如人工心脏瓣膜、心脏起搏器电极的高分子包覆层、人工血管、人工喉、人工气管、人工食管、人工膀胱等。4.2人造组织

指用于口腔科、五官科、骨科、创伤外科和整型外科等的材料，包括：(1)牙科材料：主要采用聚甲基丙烯酸甲酯系、聚砜和硅橡胶等，如蛀牙填补用树脂、假牙和人工牙根、人工齿冠材料和硅橡胶牙托软衬垫等；(2)眼科材料：这类材料特别要求具有优良的光学性质、良好的润湿性和透氧性、生物惰性和一定的力学性能，主要制品有人工角膜(PTFE、PMMA)、人工晶状体(硅油、透明质酸水溶液)、人工玻璃体、人工眼球、人工视网膜、人工泪道、隐型眼镜(PMMA、PHEMA、PVA)等；；(3)骨科材料：人工关节、人工骨、接骨材料(如骨钉)等，原材料主要有高密度聚乙烯、高模量的芳香族聚酰胺、聚乳酸、碳纤维及其复合材料；(4)肌肉与韧带材料：人工肌肉、人工韧带等，原材料有PET、PP、PTFE、碳纤维等；(5)皮肤科材料：人工皮肤，含层压型人工皮肤、甲壳素人工皮肤、胶原质人工皮肤、组织膨胀器。4.3药用高分子

(1)高分子缓释药物载体：药物的缓释是近年来人们研究的热点。目前的部分药物尤其是抗癌药物和抗心血管病类药物(如强心苷)具有极高的生物毒性而

较少有生物选择性，通常利用生物吸收性材料作为药物载体，将药物活性分子投施到人体内以扩散、渗透等方式实现缓慢释放。通过对药物医疗剂量的有效控制，能够降低药物的毒副作用，减少抗药性，提高药物的靶向输送，减少给药次数，减轻患者的痛苦，并且节省财力、人力、物力。目前存在时间控制缓释体系(如“新康泰克”等，理想情形为零级释放)、部位控制缓释体系(脉冲释放方式)。近年来研究较多的是利用聚合物的相变温度依赖性(如智能型凝胶)，在病人发烧时按需释放药物，还有利用敏感性化学物质引致聚合物相变或构象改变来释放药物的物质响应型释放体系。(2)高分子药物(带有高分子链的药物和具有药理活性的高分子)：如抗癌高分子药物(非靶向、靶向)、用于心血管疾病的高分子药物(治疗动脉硬化、抗血栓、凝血)、抗菌和抗病毒高分子药物(抗菌、抗病毒、抗支原体感染)、抗辐射高分子药物、高分子止血剂等。将低分子药物与高分子链结合的方法有吸附、共聚、嵌段和接枝等。第一个实现高分子化的药物是青霉素(1 962年)，所用载体为聚乙烯胺，以后又有许多的抗生素、心血管药和酶抑制剂等实现了高分子化。天然药理活性高分子有激素、肝素、葡萄糖、酶制剂等。生物医用高分子材料的发展方向

（1）可生物降解医用高分子材料因其具有良好的生物降解性和生物相容性而受到高度重视, 无论是作为缓释药物还是作为促进组织生长的骨架材料, 都将得到巨大的发展。

（2）1906 年En rililich 首次提出药物选择性地分布于病变部位以降低其对正常组织的毒副作用, 使病变组织的药物浓度增大, 从而提高药物利用率这一靶向给药的概念。此后一个世纪以来, 靶向药物的载体材料一直吸引了医药工作者的兴趣。其中高分子纳米粒子以其特有的优点是近年来国内外一个极为重要的研究热点。

（3）任何一种材料都是通过其表面与环境介质相接触的, 因此材料的开发与应用必然涉及其表面问题的研究。一般高分子材料的表面对外界响应性较弱, 但有些高分子表面的结构形态会因外界条件(如pH、温度、应力、光及电场等)的改变在极短时间内发生相应的变化, 从而造成表面性质的改变, 此乃智能高分子表面。因此设计这类智能表面将是生物医用高分子材料发展的一个重要方面。

（4）随着科学的发展,由高分子材料制成的人工脏器正在从体外使用型向内

植型发展,为满足医用功能性、生物相容性的要求,把酶和生物细胞固定在合成高分子材料上,从而制成各种脏器，将使生物医用高分子材料发展前景越来越广阔。

（5）通常,在组织工程的应用中,高分子材料支架要负载上生长因子,以促进组织在生物体内的再生,另一方面,把特殊的粘附因子,如粘连蛋白结合到支架上,可使聚合物表面能够促进对某种细胞的粘附,而排斥其它种类的细胞,即支架对细胞进行有选择的粘附。为了使生长因子和粘附因子能够结合到可降解高分子材料上,就需要对材料进行表面改性,而有时表面改性很困难, 因此，可利用与天然聚合物杂化的方法来达到上述目的, 同时由于这些材料有良好的机械性能,又可以弥补天然聚合物强度不高、稳定性差的缺点。可见，生物杂化材料在这方面的表现是相当突出的, 必将成为医用生物高分子材料发展的一个主要趋势。

6.生物医用高分子材料的研究进展

近年来, 美国、欧洲和日本对生物医用高分子材料的研究与开发突飞猛进, 从人工器官到高效缓释高分子药物都取得了很多成果和巨大效益。据美国健康工业制造者协会资料报告, 1995 年世界市场达1 200 亿美元, 美国为510 亿美元, 预计在21 世纪将成为国民经济的支柱产业。

目前, 除人脑外的大部分人体器官都可用高分子材料来制作, 有保健作用的功能高分子也在开发之中。目前植入的人工器官市场已达30 亿美元/ a,人工心脏导管市场的年增长率为10 %, 1999 年达到6 亿美元。预计药物释放系统的营业额将1993 年的50 亿美元增长到2000 年的70 亿美元。目前, 生物材料制品的总产值已达40 亿美元, 其中生物高分子及制品的产值为25 亿美元。据统计: 截至1990 年, 美国、日本和西欧等国发表的有关医用高分子的学术论文和专利已超过3 万篇。

我国生物医学高分子研究起步较晚。自20 世纪70 年代末起, 北京大学和南开大学从事这一领域的研究。“九五”期间由何炳林与卓仁禧主持的国家自然科学基金重大项目组织大批科研力量进行研究, 在此领域取得了显著成绩。1998 年“生物医学高分子”项目获教育部科技进步一等奖。例如, 冯新德等设计合成的链段化聚醚氨酯以及由铈离子引发的接枝聚合物, 具有良好的抗凝血性能；通过丙交酯与己内酯的开环共聚合反应制备了恒速降解的生物降解高分子, 可用作药物缓释材料。何炳林等根据分子识别原理设计合成的血液净化材料不仅可通

过血液灌流清除肝衰竭[5]、肾衰竭、自免疫疾病患者体内积蓄的内源性物质[6] , 而且还可以救治安眠药等药物中毒患者, 已在临床试用千余例;在医用固定化酶和高分子修饰酶研究中, 发展了若干有效的反应方法, 使生物高分子保持高活性的前提下达到较高的固载量[7]。卓仁禧等不仅设计合成了大量的始于药物控释的生物降解聚磷酸酯, 而且发展了以4-二甲氨基吡啶催化磷酸酯的缩聚反应制备高分量聚磷酸酯[8] 和用脂肪酶催化含磷杂环化合物的开环聚合方法[9] , 并研究发现聚磷酸酯的免疫活性[10]。林思聪等提出设计抗凝血材料的表面结构的“维持正常构象”假说, 并发展了聚氨酯、聚硅氧烷、聚烯烃的表面接枝反应, 合成了多种表面抗凝血性能良好的新材料[11]。这些研究成果不仅在国际上产生了重要影响, 而且对于我国生物医用高分子领域的发展奠定了基础。如1988 年在昆明召开了国际高分子生物材料讨论会, 它是继在日本召开的Biomaterial Congress的Post-symposium。此外, 在天津、桂林、武汉、昆明也召开过多次国际生物医学高分子讨论会。目前, 国内主要有十几个高校和研究机构从事生物医用高分子研究, 研究队伍不断扩大, 研究方向几乎包括生物医用高分子的各个方面。

参考文献

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第二篇：高分子论文材料

年轻的材料——高分子材料

在世界范围内, 高分子材料的制品属於最年轻的材料．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, 將是 ２１ 世纪最活跃的材料支柱．高分子材料在我们身边随处可见。在我们的认识中，高分子材料是以高分子化合物为基础的材料。高分子材料按特性分为橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基复合材料。今天，我想就高分子材料为主线，研究一下各种高分子材料所具有的特性和优缺点。

从我们以前学过的化学知识中可以知道，高分子材料其实是有机化合物, 有机化合物是碳元素的化合物．除碳原子外, 其他元素主要是氢、氧、氮等．碳原子与碳原子之间, 碳原子与其他元素的原子之间, 能形成稳定的结构．碳原子是四价, 每个一价的价键可以和一个氢原子键连接, 所以可形成为数众多的、具有不同结构的有机化合物．有机化合物的总数已接近千万种, 远远超过其他元素的化合物的总和, 而且新的有机化合物还不断地被合成出來．這样, 由於不同的特殊结构的形成, 使有机化合物具有很独特的功能．高分子中可以把某些有机物结构（又称为功能团）替换, 以改变高分子的特性．高分子具有巨大的分子量, 达到至少１ 万以上, 或几百万至千万以上, 所以, 人們將其称为高分子、大分子或高聚物．高分子材料包括三大合成材料, 即塑料、合成纤维和合成橡胶（未加工之前称为树脂）． 1.橡胶

橡胶是一类线型柔性高分子聚合物，橡胶是一种有弹性的碳氢化合物异戊二烯聚合，未经加工时以乳剂的形态存在。橡胶乳剂可以从一些植物的树液中取得，也可以是人造的。也是很普遍的高分子材料之一。其分子链间次价力小，分子链柔性好，在外力作用下可产生较大形变，除去外力后能迅速恢复原状。橡胶属于完全无定型聚合物，它的玻璃化转变温度（T g）低，分子量往往很大，大于几十万。由于橡胶的分子链可以交联，交联后的橡胶受外力作用发生变形时，具有迅速复原的能力，并具有良好的物理力学性能和化学稳定性。所以橡胶是橡胶工业的基本原料，广泛用于制造轮胎、胶管、胶带、电缆及其他各种橡胶制品。

橡胶按原料分为天然橡胶和合成橡胶。

从橡胶的结构来看的话我们不难发现从线性结构来分析未硫化橡胶的普遍结构。由于分子量很大，无外力作用下，呈细团状。当外力作用，撤除外力，细团的纠缠度发生变化，分子链发生反弹，产生强烈的复原倾向，这便是橡胶高弹性的由来。

用型橡胶的综合性能较好，应用广泛。主要有：①天然橡胶。从三叶橡胶树的乳胶制得，弹性好，强度高，综合性能好。②异戊橡胶。全名为顺-1，4-聚异戊二烯橡胶，由异戊二烯制得的高顺式合成橡胶，因其结构和性能与天然橡胶近似，故又称合成天然橡胶。③丁苯橡胶。简称SBR，其综合性能和化学稳定性好。④顺丁橡胶。与其他通用型橡胶比，硫化后的顺丁橡胶的耐寒性、耐磨性和弹性特别优异，动负荷下发热少，耐老化性能好，易与天然橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶等并用。

随后我们介绍一下特种橡胶。特种型橡胶指具有某些特殊性能的橡胶。主要有：①氯丁橡胶。简称CR，由氯丁二烯聚合制得。具有良好的综合性能，耐油、耐燃、耐氧化和耐臭氧。但其密度较大，常温下易结晶变硬，贮存性不好，耐寒性差。②丁腈橡胶。简称NBR，由丁二烯和丙烯腈共聚制得。耐油、耐老化性能好，可在120℃的空气中或在150℃的油中长期使用。此外，还具有耐水性、气密性及优良的粘结性能。③硅橡胶。主链由硅氧原子交替组成，在硅原子上带有有机基团。耐高低温，耐臭氧，电绝缘性好。④氟橡胶。分子结构中含有氟原子的合成橡胶。通常以共聚物中含氟单元的氟原子数目来表示，如氟橡胶23，是偏二氟乙烯同三氟氯乙烯的共聚物。氟橡胶耐高温、耐油、耐化学腐蚀。⑤聚硫橡胶。由二卤代烷与碱金属或碱土金属的多硫化物缩聚而成。有优异的耐油和耐溶剂性，但强度不高，耐老化性、加工性不好，有臭味，多与丁腈橡胶并用。此外，还有聚氨酯橡胶、氯醇橡胶、丙烯酸酯橡胶等。2.塑料

我们都知道生活中由于塑料的轻便和便宜，随处可以用到塑料。下面就介绍一下塑料的各种特性和用途。塑料为合成的高分子化合物，可以自由改变形体样式。塑料是利用单体原料以合成或缩合反应聚合而成的材料，由合成树脂及填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色料等添加剂组成的，它的主要成分是合成树脂。

广义的塑料定义指具有塑性行为的材料，所谓塑性是指受外力作用时，发生形变，外力取消后，仍能保持受力时的状态。塑料的弹性模量介于橡胶和纤维之间，受力能发生一定形变。软塑料接近橡胶，硬塑料接近纤维。狭义的塑料定义是指以树脂(或在加工过程中用单体直接聚合)为主要成分，以增塑剂、填充剂、润滑剂、着色剂等添加剂为辅助成分，在加工过程中能流动成型的材料。【塑料与其它材料比较有如下的特性】

〈1〉 耐化学侵蚀

〈2〉 具光泽，部份透明或半透明

〈3〉 大部分为良好绝缘体

〈4〉 重量轻且坚固

〈5〉 加工容易可大量生产，价格便宜

〈6〉 用途广泛、效用多、容易着色、部分耐高温

塑料也区分为泛用性塑料及工程塑料，主要是用途的广泛性来界定，如PE、PP价格便宜，可用在多种不同型态的机器上生产。工程塑料则价格较昂贵，但原料稳性及物理物性均好很多，一般而言，其同时具有刚性与韧性两种特性。

大部分塑料的抗腐蚀能力强，不与酸、碱反应。塑料制造成本低。耐用、防水、质轻容易被塑制成不同形状。是良好的绝缘体。塑料可以用于制备燃料油和燃料气，这样可以降低原油消耗。

而其也有很多不足之处，比如回收利用废弃塑料时，分类十分困难，而且经济上不合算。塑料容易燃烧，燃烧时产生有毒气体。塑料是由石油炼制的产品制成的，石油资源是有限的。根据各种塑料不同的理化特性，可以把塑料分为热固性塑料和热塑料性塑料两种类型。

塑料的成型加工是指由合成树脂制造厂制造的聚合物制成最终塑料制品的过程。加工方法（通常称为塑料的一次加工）包括压塑（模压成型）、挤塑（挤出成型）、注塑（注射成型）、吹塑（中空成型）、压延等。

中国塑料工业经过长期的奋斗和面向全球的开放，已形成门类较齐全的工业体系，成为与钢材、水泥、木材并驾齐驱的基础材料产业，作为一种新型材料，其使用领域已远远超越上述三种材料进入21世纪以来，中国塑料工业取得了令世人瞩目的成就，实现了历史性的跨越。作为轻工行业支柱产业之一的塑料行业，近几年增长速度一直保持在10%以上，在保持较快发展速度的同时，经济效益也有新的提高。塑料制品行业规模以上企业产值总额在轻工19个主要行业中位居第三，实现产品销售率97.8%，高于轻工行业平均水平。从合成树脂、塑料机械和塑料制品生产来看，都显示了中国塑料工业强劲的发展势头。

塑料技术的发展日新月异，针对全新应用的新材料开发，针对已有材料市场的性能完善，以及针对特殊应用的性能提高可谓新材料开发与应用创新的几个重要方向。

新型高热传导率生物塑料，这种生物塑料除导热性能好外，还具有质量轻、易成型、对环境污染小等优点，可用于生产轻薄型的电脑、手机等电子产品的外框。可变色塑料薄膜，这种薄膜把天然光学效果和人造光学效果结合在一起，实际上是让物体精确改变颜色的一种新途径。塑料血液，英国设菲尔德大学的研究人员开发出一种人造“塑料血”，外形就像浓稠的糨糊，只要将其溶于水后就可以给病人输血，可作为急救过程中的血液替代品。新型防弹塑料，这种新型材料受到子弹冲击后，虽然暂时也会变形，但很快就会恢复原状并可继续使用。此外，这种新材料可以将子弹的冲击力平均分配，从而减少对人体的伤害。可降低汽车噪音的塑料，该种材料主要应用于车身和轮舱衬垫，产生一个屏障层，能吸收汽车车厢内的声音并且减少噪音，减少幅度为25%~30%。

随着人类对于科技的不断探索和材料研究事业的不断发展，我相信，会有越来越多的新型的塑料产品问世，到时候，就可以更加好的造福人类了。3.纤维

纤维（Fiber）： 聚合物经一定的机械加工（牵引、拉伸、定型等）后形成细而柔软的细丝，形成纤维。纤 2

维具有弹性模量大，受力时形变小，强度高等特点，有很高的结晶能力，分子量小，一般为几万。纤维大体分天然纤维、人造纤维和合成纤维

天然纤维指自然界生长或形成的纤维，包括植物纤维(天然纤维素纤维)、动物纤维(天然蛋白质纤维)和矿物纤维。

人造纤维是利用自然界的天然高分子化合物——纤维素或蛋白质作原料(如木材、棉籽绒、稻草、甘蔗渣等纤维或牛奶、大豆、花生等蛋白质)，经过一系列的化学处理与机械加工而制成类似棉花、羊毛、蚕丝一样能够用来纺织的纤维。如人造棉、人造丝等。

合成纤维的化学组成和天然纤维完全不同，是从一些本身并不含有纤维素或蛋白质的物质如石油、煤、天然气、石灰石或农副产品，加工提炼出来的有机物质，再用化学合成与机械加工的方法制成纤维。如涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、氯纶等。

纤维是天然或人工合成的细丝状物质.在现代生活中，纤维的应用无处不在，而且其中蕴含的高科技还不少呢。导弹需要防高温，江堤需要防垮塌，水泥需要防开裂，血管和神经需要修补，这些都离不开纤维这个小身材的“神奇小子”。

穿得舒服, 御寒防晒，是我们对衣服的最初要求，如今这个要求已很容易达到。海藻碳纤维做成衣服后，穿着时能长期使人体分子摩擦产生热反应，促进身体血液循环，因此能蓄热保温，而防紫外线辐射的纤维制成衣服便可减少我们夏日撑伞的麻烦。

而纤维更大的作用早已不仅停留在日常穿着了，粘胶基碳纤维帮导弹穿上“防热衣”，可以耐几万度的高温；无机陶瓷纤维耐氧化性好，且化学稳定性高，还有耐腐蚀性和电绝缘性，航空航天、军工领域都用得着；聚酰亚胺纤维可以做高温防火保护服、赛车防燃服、装甲部队的防护服和飞行服；碳纳米管可用作电磁波吸收材料，用于制作隐形材料、电磁屏蔽材料、电磁波辐射污染防护材料和“暗室”（吸波）材料。

纤维在环保上也是好帮手。聚乳酸作为可完全生物降解性塑料，越来越受到人们重视。可将聚乳酸制成农用薄膜、纸代用品、纸张塑膜、包装薄膜、食品容器、生活垃圾袋、农药化肥缓释材料、化妆品的添加成分等。

纤维在医药方面的应用已非常广泛。甲壳素纤维做成医用纺织品，具有抑菌除臭、消炎止痒、保湿防燥、护理肌肤等功能，因此可以制成各种止血棉、绷带和纱布，废弃后还会自然降解，不污染环境；聚丙烯酰胺类水凝胶可能控制药物释放；聚乳酸或者脱乙酰甲壳素纤维制成的外科缝合线，在伤口愈合后自动降解并吸收，病人就不用再动手术拆线了。

在建筑领域，防渗防裂纤维可以增强混凝土的强度和防渗性能，纤维技术与混凝土技术相结合，可研制出能改善混凝土性能，提高土建工程质量的ＰＰ纤维，对于大坝、机场、高速公路等工程可起到防裂、抗渗、抗冲击和抗折性能，在国家大剧院、上海市公安局指挥中心屋顶停机坪、上海虹口足球场等大型工程中已露了一手。

随着生物科技的发展，一些纤维的特性可以派上用场。类似肌肉的纤维可制成“人工肌肉”、“人体器官”。聚丙烯酰胺具有生物相容性，一直是人体组织良好的替代材料，聚丙烯酰胺水凝胶能够有规律地收缩和溶胀，这些特性正可以模拟人体肌肉的运动。

胶原是人体中最多的蛋白质，人体心脏、眼球、血管、皮肤、软骨及骨路中都有它的存在，并为这些人体组织提供强度支撑。合成纳米纤维能在骨折处形成一种类似胶质的凝胶，引导骨骼矿质在胶原纤维周围生成一个类似于天然骨骼的结构排列，修补骨骼于无形之中。

蜘蛛丝一直是人类想要模仿制造的，天然蜘蛛丝的直径为４微米左右，而它的牵引强度相当于钢的５倍，还具有卓越的防水和伸缩功能。如果制造出一种具有天然蜘蛛丝特点的人造蜘蛛丝，将会具有广泛的用途。它不仅可以成为降落伞和汽车安全带的理想材料，而且可以用作易于被人体吸收的外科手术缝合线。

纤维的充填能有效地提高塑料的强度和刚度。纤维增强塑料属刚性结构材料。

纤维增强塑料主要有两个组分。基体是热固性塑料或热塑性塑料，用纤维材料充填。通常基体的强度较低，而纤维填料具有较高的刚性但呈脆性。两者复合得到的增强塑料中，纤维承受很大的载荷应力，基体树脂通过与纤维界面上的剪切应力，支撑了纤维传递了外载荷。

增强塑料以玻璃纤维使用占优势，其品种很多，无碱玻璃（E-glass）为常用普通纤维，碱金属氧化物含量很低，具有优良的化学稳定性和电绝缘性。高强度玻璃纤维（S-glass）含有镁铝硅酸盐等成分，具有比E-glass纤维高10%-50%的强度。由于化学成分和生产工艺的不同，还有高模量、中碱和高碱等各种玻璃纤维。碳纤维具有较大的刚性和优良的耐腐性，常用于增强热固性塑料。

目前，世界上有机高分子材料的研究正在不断地加强和深入．一方面，对重要的通用有机高分子材料继续进行改进和推广，使它们的性能不断提高，应用范围不断扩大．例如，塑料一般作为绝缘材料被广泛使用，但是近年来，为满足电子工业需求，又研制出具有优良导电性能的导电塑料．导电塑料已用于制造电池等，并可望在工业上获得更广泛的应用．另一方面，与人类自身密切相关、具有特殊功能的材料的研究也在不断加强，并且取得了一定的进展，如仿生高分子材料、高分子智能材料等．这类高分子材料在宇航、建筑、机器人、仿生和医药领域已显示出潜在的应用前景．总之，有机高分子材料的应用范围正在逐渐扩展，高分子材料必将对人们的生产和生活产生越来越大的影响．

参考文献：材料网，《新型有机高分子材料》，复合材料学报，药用功能的高分子材料，《橡胶参考资料》，《塑料加工应用》，《物理化学》，百度百科，《高性能纤维》

第三篇：功能高分子重点实验室(精)

功能高分子重点实验室 2009开放基金申请指南

“深圳市功能高分子重点实验室”是成立于2007年，以深圳大学化学与化工学院为依托单位，以高性能高分子、生物与医学高分子、高分子液晶等领域为主要领域的重点实验室。为了加强重点实验室与国内外高校和科研院所之间的学术联系与交流，创造良好的科学研究条件和学术环境。重点实验室本着“开放、流动、协作”的精神，设立重点实验室开放课题。旨在通过实验室的开放和协作，吸引、凝聚更多国内外优秀学者，推动功能高分子材料的发展。为深圳市的科技发展、社会经济发展和人才培养服务。

根据重点实验室的研究领域，开放课题重点支持高性能高分子、生物与医学高分子、高分子液晶等方面的研究，填补深圳市在高性能高分子、液晶高分子领域的研究与产业空白，为深圳市的液晶显示器、生物医疗器械等行业提供技术支撑与服务。根据重点实验室的研究目标和研究进展，2009重点支持以下方向：

一、重点资助方向

1、生物大分子方向

针对DNA、RNA、蛋白质多糖等生物大分子，研究并计算其结构与性能的关系，研究生物大分子与配位化合物的相互作用；新型生物医用高分子材料的开发并结合临床开展理论基础研究；绿色环保型农药乳化剂的工业化研究。

2、高分子液晶及离子液体

侧链液晶的分子设计、合成及理论研究；功能离子液体的分子设计、合成及理论计算研究。

3、有机-无机高分子复合材料

碳膜包覆或介孔锂离子电极材料磷酸铁锂制备工艺及电化学性能研究；碳膜包覆功能无机颗粒材料的制备与表征；高性能有机硅树脂封装材料的合成；高性能有机高分子-无机功能涂层材料的制备研究。

4、高性能高分子

高碳树脂防腐涂层的制备及性能研究；高碳树脂修复碳纤维缺陷的工艺及力学性能研究；燃料电池用高性能隔膜材料的制备工艺研究。

5、管理系统及软件开发 探索新型实验室管理机制，制订并完善实验室管理体系；开发实验室在线管理系统，建立药品、开放实验室、仪器预约及固定资产等项目的统一管理平台；开发功能高分子重点实验室、化学实验中心及学院网站

二、项目申请

1、开放基金主要资助对象为国内外具有中级，或具有硕士学位，并在高等院校、科研机构、产业部门中获得一定工作经验的教学、科研及工程技术人员。

2、凡申请本实验室开放基金资助的研究课题，应符合本实验室的研究方向，对具有重大意义、处于学科前沿的研究课题、国际合作研究课题及优秀青年科技工作者，本实验室将优先予以资助。

3、申请者须向本实验室提交经申请者所在单位签署意见的项目申请书一式三份,同时提供电子文档。

4、开放课题基金申请金额为2～3万，研究期限一般为一年。

三、项目管理

1、本实验室对申请项目提出初审意见后提交实验室学术委员会进行评审，评审结果由本实验室通知申请者及其所在单位。

2、申请者在收到批准资助通知后，应按批准金额、研究年限和评审意见，在一个月内提交研究工作计划，并签订项目合同，报本室核准后开展工作。

3、申请者应在研究中期向本室提交工作进展情况及经费开支情况报告，课题结束时向实验室提交研究报告和研究成果。

4、重点实验室主任定期检查开放课题的进展情况，包括计划和经费使用。实验室学术委员会对各开放课题的工作报告的水平和成果作出评价。

5、本实验室有权检查研究者的工作进展和经费使用情况，对难以继续完成任务者，将限期整改或停止资助。

6、申请者若要延长研究期限，需提出申请并经实验室负责人同意。

四、经费管理

课题的资助金额实行一次核定，专款专用，结算，课题完成后进行总结算。资助金额只限于在下列几方面使用：

1、开放基金的开支范围包括：与资助课题直接有关的研究费用，包括试验费、材料费、加工费等；仪器设备的使用费；研究人员的学术活动费及差旅费；各种资料费，如印刷费、评审费等。

2、访问学者和研究人员来实验室的差旅、住宿费和适当的生活补贴费；申请者在原单位进行科研的业务费用（原则上不得超过项目经费的30%）。

3、申请者应在财政制度规定的范围内，按照工作计划合理安排支配研究经费。对使用不合理或不按进度完成计划者，实验室主任有权调整或停发经费。

4、课题结束后，节余经费由本实验室支配。

五、课题成果的归属

1、论文署名：发表论文或其它理论成果时应注明发表成果系本实验室开放研究课题，并且并列本实验室和客座人员原单位名称。论文发表只有注明“深圳市功能高分子重点实验室开放基金资助项目XXXXX（项目编号）”，才能作为结题验收的成果。

2、成果归属：资助课题的成果归实验室和研究人员所在单位共享。实验室为成果第一单位。

实验室开放课题面向海内外所有学者，自由申请、择优支持。申请人需经所在单位主管领导同意后，向本重点实验室提出申请，并将盖有单位公章的可行性研究报告寄往本重点实验室，并同时发送电子版。申请截止日期为2009年6月20日（以邮戳为准）。

联系方式：

通讯地址：深圳大学化学与化工学院功能高分子重点实验室 联 系 人：朱才镇 邮政编码：518060 联系电话：0755-26535427 传 真：0755-26536141 E-mail: makingway@163.com

第四篇：功能高分子合成实验室规则

功能高分子合成实验室规则

1、进入实验室工作的人员，必须严格遵守实验室的规章制度，服从本室实验管理人员的安排和管理，保持室内肃静和整洁，做到文明实验。

2、使用仪器设备必须严格遵守操作规程，认真填写使用记录，发生鼓掌或损坏应及时报告实验室管理人员。

3、保证账、物相符；对仪器设备要定期进行保养、维修、检验，保持仪器设备完好和实验数据的准确、可靠；提倡分工协作、专管专用，提高仪器设备使用率。

4、随时保证实验室，试验台，实验设备及实验用玻璃仪器的清洁。

5、每日值日生要保证实验室的清洁及维持卫生，按时倒垃圾。

6、不得将仪器设备，药瓶、场地私自租借给他人使用。

7、未经负责人同意，非本室人员不得在实验室内做实验；跟本实验室无关的任何人不得以任何借口长期代硫.8、注意安全，做好防火、防盗、防爆炸、防破坏工作，防止事故的发生。

9、做实验期间不得离开实验室，随时保证实验的安全进行。

10、每次从实验室最后离开实验室的学生负责实验室的安全，要检查水，电，窗户，检查无误后才能离开实验室。

11、过夜进行实验的学生必须给实验室管理人员那备案后才能利用实验室。按以上条列为准如有违规者承担相应责任并在实验室作检讨及承担部分经济责任。

第五篇：功能材料论文

《功能材料》课程论文

纳米材料及其应用

姓 名： 虎少奇 班 级：金材132班 学 号：***3

材料科学与工程学院

河南科技大学

纳米材料及其应用

摘 要：纳米材料由于其独特的效应，使得纳米材料具有不同于常规材料的特殊用途。近年来，随着科学技术尤其是纳米技术的发展，纳米材料已经从高精尖领域逐渐走到百姓的生活之中，它的科学价值及应用价值逐渐被发现和认识，纳米技术的研究得到了更多的关注。逐渐新兴起的的纳米材料进入人们的眼球，就需要我们对纳米材料进行更多的研究与发展，揭秘其中的奥秘之处，就像人们所认知的那样被大家熟知。为此，我们应该付出更多的努力。本文将带大家探索我们不太熟知的纳米材料的奥秘，关键词：纳米材料；效应；纳米技术；纳米结构；应用范围；

1.纳米材料

纳米级结构材料简称为纳米材料，广义上是三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围超精细颗粒材料的总称。根据2011年10月18日欧盟委员会通过的定义，纳米材料是一种由基本颗粒组成的粉状、团块状的天然或人工材料，这一基本颗粒的一个或多个三维尺寸在1纳米至100纳米之间，并且这一基本颗粒的总数量在整个材料的所有颗粒总数中占50％以上。从尺寸大小来说，通常产生物理化学性质显著变化的细小微粒的尺寸在0.1微米以下（注1米=100厘米，1厘米=10000微米，1微米=1000纳米，1纳米=10埃），即100纳米以下。因此，颗粒尺寸在1～100纳米的微粒称为超微粒材料，也是一种纳米材料。

纳米颗粒材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成。纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型的介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。当人们将宏观物体细分成超微颗粒（纳米级）后，它将显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同。

2.纳米材料的发展史

1962年，久保提出超微颗粒的量子限域理论，推动了实验物理学家对纳米微粒的探索。第一个真正认识到纳米粒子的性能并引用纳米概念的是日本科学家。他们在20世纪70年代用蒸发法做了超微粒子，并发现，导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后，失去原来的性质，表现出既不导电、也不导热。

1984年德国的H.Gleiter教授等合成了纳米晶体Pd, Fe等。并且1987年美国阿贡国立实验室Siegel博士制备出纳米TiO2多晶陶瓷，呈现良好的韧性，在100多度高温弯曲仍不裂。这一突破性进展造成第一次世界性纳米热潮，使其成为材料科学的一个分支。这使得纳米材料飞速发展。1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办《Nanotechnology》和《Nanobiology》两种国际性专业期刊也在同年相继问世。标志着纳米科学技术的正式诞生。今天，纳米科技的发展使费曼的预言已逐步成为现实。纳米材料的奇特物性正对人们的生活和社会的发展产生重要的影响。

纳米材料的发展分为三个阶段：第一个阶段（在1990年以前）主要是在实验室探索用各种手段制备各种材料的纳米颗粒粉体，合成块体（包括薄膜），研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于常规材料的特殊性能。对纳米颗粒和纳米块体材料结构的研究在80年代末期一度形成热潮。研究的对象一般局限在单一材料和单相材料，国际上通常把这类纳米材料称纳米晶或纳米相材料。第二个阶段（1994年以前）是人们关注的热点是如何利用纳米材料已挖掘出来的奇特物理、化学和力学性能，设计纳米复合材料，通常采用纳米微粒与纳米微粒复合，纳米微粒与常规块体复合及发展复合材料的合成及物性的探索一度成为纳米材料研究的主导方向。第三个阶段（1994年以后）主要是纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构的材料体系越来越受到人们的关注，正在成为纳米材料研究的新的热点。

3.纳米材料的五大效应

（1）体积效应

当纳米粒子的尺寸与传导电子的德布罗意波相当或更小时，周期性的边界条件将被破坏，磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化性及熔点等都较普通粒子发生了很大的变化，这就是纳米粒子的体积效应。

（2）表面效应

表面效应是指纳米粒子表面原子与总原子数之比随着粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。表9-2给出了纳米粒子尺寸与表面原子数的关系。

（3）量子尺寸

粒子尺寸下降到一定值时，费米能级接近的电子能级由准连续能级变为分立能级的现象称为量子尺寸效应。例如，导电的金属在超微颗粒时可以变成绝缘体，磁矩的大小和颗粒中电子是奇数还是偶数有关，比热亦会反常变化，光谱线会产生向短波长方向的移动，这就是量子尺寸效应的宏观表现。因此，对超微颗粒在低温条件下必须考虑量子效应，原有宏观规律已不再成立。

（4）量子隧道

微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。人们发现一些宏观量，例如微颗粒的磁化强度、量子相干器件的磁通量以及电荷等亦具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统的势垒产生变化，故称为宏观的量子隧道效应。用此概念可定性解释超细镍微粒在低温下保持超顺磁性等。

（5）介电限域

纳米粒子的介电限域效应较少不被注意到。实际样品中，粒子被空气﹑聚合物﹑玻璃和溶剂等介质所包围，而这些介质的折射率通常比无机半导体低。光照射时，由于折射率不同产生了界面，邻近纳米半导体表面的区域﹑纳米半导体表面甚至纳米粒子内部的场强比辐射光的光强增大了。这种局部的场强效应，对半导体纳米粒子的光物理及非线性光学特性有直接的影响。对于无机-有机杂化材料以及用于多相反应体系中光催化材料，介电限域效应对反应过程和动力学有重要影响。

4.纳米技术

纳米技术的广义范围可包括纳米材料技术及纳米加工技术、纳米测量技术、纳米应用技术等方面。其中纳米材料技术着重于纳米功能性材料的生产（超微粉、镀膜、纳米改性材料等），性能检测技术（化学组成、微结构、表面形态、物、化、电、磁、热及光学等性能）。纳米加工技术包含精密加工技术（能量束加工等）及扫描探针技术。目前，纳米技术主要应用于“袖珍军团“，微型环状激光器，纳米级微电子软件，超微型计算机等方面。

5.纳米结构

纳米结构是以纳米尺度的物质单元为基础按一定规律构筑或营造的一种新体系。它包括纳米阵列体系、介孔组装体系、薄膜嵌镶体系。对纳米阵列体系的研究集中在由金属纳米微粒或半导体纳米微粒在一个绝缘的衬底上整齐排列所形成的二位体系上。而纳米微粒与介孔固体组装体系由于微粒本身的特性，以及与界面的基体耦合所产生的一些新的效应，也使其成为了研究热点，按照其中支撑体的种类可将它划分为无机介孔复合体和高分子介孔复合体两大类，按支撑体的状态又可将它划分为有序介孔复合体和无序介孔复合体。在薄膜嵌镶体系中，对纳米颗粒膜的主要研究是基于体系的电学特性和磁学特性而展开的。

6.纳米材料的制备

（1）惰性气体下蒸发凝聚法。通常由具有清洁表面的、粒度为1-100nm的微粒经高压成形而成，纳米陶瓷还需要烧结。国外用上述惰性气体蒸发和真空原位加压方法已研制成功多种纳米固体材料，包括金属和合金，陶瓷、离子晶体、非晶态和半导体等纳米固体材料。我国也成功的利用此方法制成金属、半导体、陶瓷等纳米材料。

（2）化学方法：1水热法，包括水热沉淀、合成、分解和结晶法，适宜制备纳米氧化物；2水解法，包括溶胶-凝胶法、溶剂挥发分解法、乳胶法和蒸发分离法等。

（3）综合方法。结合物理气相法和化学沉积法所形成的制备方法。其他一般还有球磨粉加工、喷射加工等方法。

6.纳米材料的应用范围

就目前而言，纳米材料应用主要是天然纳米材料，纳米磁性材料，纳米陶瓷材料，纳米传感器，纳米倾斜功能材料，纳米半导体材料，纳米催化材料，纳米计算机，纳米碳管，医

疗应用，家电，环境保护，纺织工业，机械工业等方面。而被我们所了解的纳米材料大概就有纳米磁性材料，纳米陶瓷，纳米半导体材料了。

（1）纳米磁性材料

在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。纳米磁性材料具有十分特别的磁学性质，纳米粒子尺寸小，具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性，用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好，而且记录密度比γ-Fe2O3高几十倍。超顺磁的强磁性纳米颗粒还可制成磁性液体，用于电声器件、阻尼器件、旋转密封及润滑和选矿等领域。

（2）纳米陶瓷材料

传统的陶瓷材料中晶粒不易滑动，材料质脆，烧结温度高。纳米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上运动，因此，纳米陶瓷材料具有极高的强度和高韧性以及良好的延展性，这些特性使纳米陶瓷材料可在常温或次高温下进行冷加工。如果在次高温下将纳米陶瓷颗粒加工成形，然后做表面退火处理，就可以使纳米材料成为一种表面保持常规陶瓷材料的硬度和化学稳定性，而内部仍具有纳米材料的延展性的高性能陶瓷。（3）纳米半导体材料

将硅、砷化镓等半导体材料制成纳米材料，具有许多优异性能。例如，纳米半导体中的量子隧道效应使某些半导体材料的电子输运反常、导电率降低，电导热系数也随颗粒尺寸的减小而下降，甚至出现负值。这些特性在大规模集成电路器件、光电器件等领域发挥重要的作用。

利用半导体纳米粒子可以制备出光电转化效率高的、即使在阴雨天也能正常工作的新型太阳能电池。由于纳米半导体粒子受光照射时产生的电子和空穴具有较强的还原和氧化能力，因而它能氧化有毒的无机物，降解大多数有机物，最终生成无毒、无味的二氧化碳、水等，所以，可以借助半导体纳米粒子利用太阳能催化分解无机物和有机物。

总之，纳米材料存在我们生活中一切事物之中，只是我们没有发现而已，就像鸽子大脑里的导航，生活的一些半导芯片，很多的精密仪器之中都可能存在纳米材料。纳米材料已经在我们身边大量事物中出现。它的应用前景非常广阔，我们应该更深一步的研究纳米材料，揭开其神秘的面纱。

参考文献

1.丁秉钧，《纳米材料》，普通高等教育材料科学与工程专业规划教材，2011-07-27；

2.原继红，黄楠，韩晓云，康传红，孙治尧，闫尔云，纳米材料的应用，《绥化学院学报》2012年第1期 184-186, 3.王仁清，纳米材料的应用，《中国科技信息》，2004年第22期 19,21，课程学习后的收获与建议： 收获：

自当学习了功能材料之后，我便从中更深一步了解到了材料的本质，这对我们材料专业的学生来说无疑是最有帮助的，我们是学习材料的，就必须从材料的多个层面去了解，并且熟悉材料，这样才可以更加熟悉的运用材料的特性，掌握材料的本质。学习本课程之后，我们便可以从只知道材料的一些浅显的的特性像更深一层的特性去了解掌握。例如导电陶瓷的原理，铁电体，压敏陶瓷，气敏陶瓷等等这些我们听过和没有见识过的材料和材料方面的其他知识。就拿形状记忆合金来说，我们能想到的是它会记忆自己的形态，就像之前学过的Ti合金一样，但是，却没有了解它的基本原理，不知道合金的这种记忆效应是由合金的 “相变化”来实现的，随着温度的改变，合金的结构从一相转变到另一相。

总而言之，学习这门课程对我们来说还是收益颇多的，对我们今后的学习工作都将有颇为重要的作用。

建议：

总的来说对这门课程还是比较感兴趣的，当初选这门课程就是冲着自己的兴趣去的，龙老师对这门课程也是投入了大量的精力，讲课也是相当认真负责；但是，由于课程内容比较抽象，同学们的热情并不是很高。要是实验的内容占大部分的比例，或许更容易去理解和感受，更有兴趣去了解功能材料。希望在今后的学习中，老师可以带领我们多去实验室，在动手过程中帮我们指导学习。