智能高分子課件

高分子材料的發(fā)展人類社會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。19世紀30年代末期，進入天然高分子化學改性階段，出現(xiàn)半合成高分子材料。1907年出現(xiàn)合成高分子酚醛樹脂，標志著人類應用合成高分子材料的開始?，F(xiàn)代，高分子材料已與金屬材料、無機非金屬材料相同，成為科學技術、經(jīng)濟建設中的重要材料。第1頁/共35頁什么是智能材料 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、人工設計材料之后的第四代材料，是現(xiàn)代高技術新材料發(fā)展的重要方向之一，將支撐未來高技術的發(fā)展，使傳統(tǒng)意義下的功能材料和結(jié)構材料之間的界線逐漸消失，實現(xiàn)結(jié)構功能化、功能多樣化。第2頁/共35頁什么是智能材料

一般說來，智能材料有七大功能，即傳感功能、反饋功能、信息識別與積累功能、響應功能、自診斷能力、自修復能力和自適應能力。

科學家預言，智能材料的研制和大規(guī)模應用將導致材料科學發(fā)展的重大革命。第3頁/共35頁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，對之進行分析、處理、判斷，并采取一定的措施進行適度響應的智能特征的材料。功能材料是指那些具有優(yōu)良的電學、磁學、光學、熱學、聲學、力學、化學、生物醫(yī)學功能，特殊的物理、化學、生物學效應，能完成功能相互轉(zhuǎn)化，主要用來制造各種功能元器件而被廣泛應用于各類高科技領域的高新技術材料。第4頁/共35頁智能高分子材料

智能高分子材料是通過有機和合成的方法，使無生命的有機材料變得似乎有了“感覺”和“知覺”。這類材料在實際生活中已有了應用，并正在成為各國科技工作者的嶄新研究課題，預計不遠的將來，這些材料將進入到我們的生活中。第5頁/共35頁智能高分子材料趙第6頁/共35頁在21世紀,面對環(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格優(yōu)勢的同時,也對其科研和發(fā)展提出了更高的要求。第7頁/共35頁早在1970年，田中豐一就發(fā)現(xiàn)了智能高分子現(xiàn)象，即當冷卻聚丙烯酰胺凝膠時，此凝膠由透明逐漸變得渾濁，最終呈不透明狀，加熱時，它又轉(zhuǎn)為透明1980年，出現(xiàn)了用來制造高分子傳感器、分離膜、人工器官的智能高分子材料1990年，智能高分子材料進入了高速發(fā)展階段進入21世紀后，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)展過程第8頁/共35頁由于高分子材料在結(jié)構上的復雜性和多樣性，可以在分子結(jié)構(包括支鏈結(jié)構)、聚集態(tài)結(jié)構、共混、復合、界面和表面甚至外觀結(jié)構等諸多方面，進行單一或多種結(jié)構的綜合利用，因此最大程度地滿足了其他高技術要求材料技術為他們提供的更多、更好的功能。

新一代高分子材料是未來材料科學與工程技術領域的重要發(fā)展方向，現(xiàn)代多學科交叉的特點促進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第9頁/共35頁智能材料的發(fā)展是建立在人類需要的基礎上的，因此它必將朝著對人們活動起分擔作用的社會活動對應型方向發(fā)展。材料特殊的結(jié)構決定了它的智能價值。目前對結(jié)構的設計和控制還局限于一次結(jié)構。所以，聚合物的高次結(jié)構以及與之相關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。第10頁/共35頁高分子智能材料已成為材料科學的一個重要研究領域從人類發(fā)展的歷史證明，每一種重要材料的發(fā)現(xiàn)和利用，都會把人類與自然和諧相處的能力提高到一個新的水平，給社會生產(chǎn)力和人類生活帶來巨大的變化，把人類物質(zhì)文明和精神文明向前推進一步?？梢钥隙ǖ恼f，終有一天各種各樣實用的智能材料會大量出現(xiàn)在我們的面前。第11頁/共35頁隨著新催化劑的研究和新的合成工藝以及納米技術研究的深入，在分子、甚至原子水平上實現(xiàn)材料的功能結(jié)構設計、復合與加工生產(chǎn)成為可能?？梢灶A言，新一代高分子材料的春天已經(jīng)來臨，它必將成為新世紀材料發(fā)展的主流，也必將對新世紀的高新技術如電子、生物技術、生命科學的研究產(chǎn)生極為深遠的影響。第12頁/共35頁智能高分子材料樊第13頁/共35頁應用領域高分子智能材料可以大量用于生物醫(yī)學的各個方面航天航空技術領域土木建筑領域高精密儀器以及自動化生產(chǎn)機械工業(yè)抑制振動和噪聲方面其他第14頁/共35頁

現(xiàn)代醫(yī)學的進步已經(jīng)越來越依賴于生物材料和器械的發(fā)展,醫(yī)用高分子材料的應用更加廣泛,需求量也隨之越來越大。第15頁/共35頁高分子材料在醫(yī)藥及醫(yī)用器件中的應用 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、蛋白質(zhì)吸附/解吸附、人體組織工程等方面具有廣闊的應用前景。第16頁/共35頁

生物醫(yī)用材料是人工器官和醫(yī)療器械的基礎,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、應用最廣泛、用量最大的材料,鑒于其具有原料來源廣泛、可以通過分子設計改變結(jié)構、生物活性高、材料的性能多樣等優(yōu)點,是目前發(fā)展最為迅速的領域,已經(jīng)成為現(xiàn)代醫(yī)療材料中的主要部分。對醫(yī)用高分子材料的深入研究不但對探索人類生命奧秘具有重大意義,也可以帶動功能性高分子產(chǎn)業(yè)鏈的深化發(fā)展。第17頁/共35頁隨著科學的發(fā)展,新的材料不斷推出,不但要認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入分子設計和結(jié)構設計層次開發(fā)新材料,同時也要結(jié)合實際臨床需要,克服醫(yī)用材料研發(fā)周期長、見效慢等缺點,真正做到產(chǎn)、學、研三者結(jié)合,推動我國醫(yī)用高分子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,為中國的化學品研發(fā)開拓新方向。第18頁/共35頁從功能材料到智能材料,這是材料領域的一次飛躍。這方面的研究與開發(fā)孕育著新理論、新材料的出現(xiàn)。應該指出,智能材料本身也有一個發(fā)展過程。隨著材料科學的發(fā)展,終有一天會出現(xiàn)各種實用的仿生智能化材料。第19頁/共35頁智能高分子材料李第20頁/共35頁隨著科學技術尤其是高新技術的飛速發(fā)展，智能材料悄然崛起，并創(chuàng)造出驚人的奇跡。第21頁/共35頁光致變色高分子材料光致變色高分子材料是近年來備受關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用。

第22頁/共35頁形狀記憶高分子聚合物SMP(ShapeMemoryPolymer）形狀記憶高分子聚合物是Et本十年前率先開發(fā)出來的，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用于航空航天、電子通訊、機械制造、能源輸送、醫(yī)療衛(wèi)生等領域。近年來，日、美、法等國家不斷有新的形狀記憶高分子問世，我國也在這一領域進行了大量的研究探索。第23頁/共35頁聚合物基壓電材料有機壓電材料，又稱壓電聚合物，這類材料以其材質(zhì)柔韌、低密度、低聲阻抗和高壓電電壓常數(shù)等優(yōu)點為世人矚目，且發(fā)展十分迅速，現(xiàn)已在水聲、超聲測量、壓力傳感、引燃引爆等方面獲得應用。不足之處是壓電應變常數(shù)(d)偏低，使之作為有源發(fā)射換能器受到很大的限制。

第24頁/共35頁智能高分子凝膠智能高分子凝膠是其結(jié)構、物理性質(zhì)、化學性質(zhì)可以隨外界環(huán)境改變而變化的凝膠。當受到環(huán)境刺激時，這種凝膠就會隨之響應，發(fā)生突變，呈現(xiàn)相轉(zhuǎn)變行為。這種響應體現(xiàn)了凝膠的智能性。它主要有pH性凝膠，化學物質(zhì)影響性凝膠，溫敏性凝膠，光敏性凝膠，磁場響應性凝膠，影響內(nèi)部刺激性凝膠。第25頁/共35頁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發(fā)刺激響應性多肽膜，利用可逆的構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、診斷用人工細胞膜和仿生治療系統(tǒng)。第26頁/共35頁具有形狀記憶的高分子材料申第27頁/共35頁具有形狀記憶功能的高分子材料形狀記憶效應：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）刺激使材料應答第28頁/共35頁高分子材料的形態(tài)記憶功能由其特殊的內(nèi)部結(jié)構所決定。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。把它加熱到高于Tg溫度使之變形后,再冷卻至室溫,由于高分子鏈運動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,恢復到原來架橋出現(xiàn)時的狀態(tài)。第29頁/共35頁形狀記憶高分子材料的應用——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第30頁/共35頁鋼管線路接合處的防腐工程線路終端的絕緣保護通訊電纜的接頭防水儀器內(nèi)線路集合熱收縮管應用第31頁/共35頁在醫(yī)用器材上,應用形狀記憶樹脂來固定創(chuàng)傷部位可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的石膏繃扎。具有生物降解性的形狀記憶高分子材料作醫(yī)用組合縫合器材、