材料與化學(xué)課件

本章內(nèi)容1、材料科學(xué)發(fā)展概況2、金屬材料化學(xué)3、無(wú)機(jī)非金屬材料4、有機(jī)高分子材料5、復(fù)合材料第一節(jié)、材料科學(xué)發(fā)展概況材料：名詞，指物質(zhì)或構(gòu)成器件之物?；瘜W(xué)：名詞，指研究物質(zhì)的性質(zhì)、組成及性質(zhì)變化的科學(xué)。１、材料發(fā)展的歷史從生產(chǎn)力的側(cè)面反映了人類社會(huì)發(fā)展的文明史。代表性的材料將人類社會(huì)劃分為：（１）石器時(shí)代：（舊石器時(shí)代－－原始人采用天然的石、木、竹、骨等材料作為狩獵工具；新石器時(shí)代－－公元前６０００年，人類發(fā)明了火，掌握了鉆木取火技術(shù)，用以燒制陶瓷。）瓷器的出現(xiàn)已成為中華民族文化的象征之一，對(duì)世界文化產(chǎn)生過(guò)深遠(yuǎn)的影響。（２）青銅器時(shí)代：這是人類社會(huì)出現(xiàn)最早的金屬材料，中國(guó)歷史上曾有過(guò)燦爛的青銅文化。（３）鐵器時(shí)代：用鐵作為材料來(lái)制造農(nóng)具，鐵在農(nóng)業(yè)上的廣泛應(yīng)用，推動(dòng)了以農(nóng)業(yè)為中心的科學(xué)技術(shù)日益進(jìn)步；以鋼鐵為中心的金屬材料大規(guī)模發(fā)展，有力地摧毀了封建社會(huì)的生產(chǎn)方式，萌發(fā)了資本主義。（４）聚合物時(shí)代二戰(zhàn)后各國(guó)致力于恢復(fù)經(jīng)濟(jì)，發(fā)展工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，對(duì)材料提出了質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、價(jià)格低等一系列要求。具有優(yōu)良性能的工程塑料部分地代替了金屬材料。合成高分子材料的問(wèn)世是材料發(fā)展的重大突破，從此以金屬材料、陶瓷材料、高分子材料為主體，建立了完整的材料體系，形成了材料科學(xué)。２０世紀(jì)８０年代以來(lái)，在世界范圍內(nèi)高新技術(shù)（生物技術(shù)、信息技術(shù)、空間技術(shù)、能源技術(shù)、海洋技術(shù)）迅猛發(fā)展，國(guó)際上展開(kāi)激烈的竟?fàn)?。發(fā)展高新技術(shù)的關(guān)鍵往往與材料有關(guān)，即根據(jù)需要來(lái)設(shè)計(jì)具有特定功能的新材料。能源、信息和材料已被公認(rèn)為當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的三大支柱產(chǎn)業(yè)。例：計(jì)算機(jī)發(fā)展史1946年世界第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ＥＮＩＡＣ問(wèn)世時(shí)，它是用18000只電子管組裝而成，計(jì)算機(jī)總質(zhì)量達(dá)30多噸，占地150m2，耗電幾百千瓦。（計(jì)算速度不如現(xiàn)在的一臺(tái)微型計(jì)算器）；半導(dǎo)體材料的發(fā)展，用半導(dǎo)體材料代替電子管，使計(jì)算機(jī)技術(shù)跨進(jìn)了一大步；為了使計(jì)算機(jī)體積小、質(zhì)量輕，人們把許多晶體管和連線集成在硅基片上，出現(xiàn)了集成電路。集成電路不僅是計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)，也是現(xiàn)代社會(huì)中通迅、電視、遙控等微電子技術(shù)的基礎(chǔ)?，F(xiàn)在最大規(guī)模的集成電路，每個(gè)硅基片上的晶體管數(shù)目已達(dá)到５５０萬(wàn)個(gè)(PentiumPRO1995)，因而對(duì)新單晶硅材料的純度要求日益提高。（例如計(jì)算機(jī)內(nèi)存為64Ｋ，則要求集成電路在7mm2大小的芯片上連接10萬(wàn)個(gè)晶體管，晶體管之間用線寬為3um的布線互相連接起來(lái)。）目前人們正在探索實(shí)現(xiàn)三維集成電路的可能性。２、化學(xué)是材料發(fā)展的源泉化學(xué)與材料科學(xué)保持著相互依存、相互促進(jìn)。新分子和新材料的飛速增長(zhǎng)（平均每天遞增7000種）年份19001945197019751980198519901999化合物數(shù)目/萬(wàn)55110236.7

414.8

5937851057.62000３、材料分類

（１）按用途分：結(jié)構(gòu)材料和功能材料。結(jié)構(gòu)材料主要是利用材料的力學(xué)和理化性質(zhì)，廣泛用于機(jī)械制造、工程建設(shè)、交通運(yùn)輸、和能源等各個(gè)部門；功能材料則利用材料的熱、光、電、磁等性能，用于電子、激光、通訊、能源和生物工程等許多高新技術(shù)領(lǐng)域。功能材料的最新發(fā)展是智能材料，它具有環(huán)境判斷功能、自我修復(fù)功能和時(shí)間軸功能，智能材料是21世紀(jì)材料。（２）按材料成分和特性分：金屬材料、陶瓷材料、高分子材料和復(fù)合材料。復(fù)合材料是由金屬材料、陶瓷材料、高分子材料組成的。復(fù)合材料的強(qiáng)度、剛度和耐腐蝕性能比單一材料更為優(yōu)越，是一類更為廣闊發(fā)展前景的新型材料。

（３）材料也可分為傳統(tǒng)材料和新型材料。傳統(tǒng)材料是指生產(chǎn)工藝已經(jīng)成熟，并投入工業(yè)生產(chǎn)的材料。新型材料是指新發(fā)展或正在發(fā)展的具有特殊功能的材料，如高溫超導(dǎo)材料、工種材料、功能高分子材料。新型材料的特點(diǎn)：（１）具有特殊的性能，能滿足尖端技術(shù)和設(shè)備制造的需要。如能在接近極限條件下使用的超高溫、超高壓、極低壓、耐腐蝕、耐摩擦等材料。（２）新型材料的研制是多學(xué)科綜合研究成果。它要求以先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)，往往涉及到物理、化學(xué)、冶金等多個(gè)學(xué)科。（３）新型材料從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)，需要專門的、復(fù)雜的設(shè)備和技術(shù)，它自身形成一個(gè)獨(dú)特的領(lǐng)域，稱為新材料技術(shù)。4、材料的組成、結(jié)構(gòu)與材料的性能（1）材料的組成和性能的關(guān)系所有的材料都是由已知的109種元素單質(zhì)和它們的化合物組成的，組成不同，便會(huì)得到物理、化學(xué)性質(zhì)迥異的物質(zhì)，材料的組成對(duì)于控制、改變材料性能具重要作用。例如鋼鐵的性質(zhì)與其中碳含量有密切關(guān)系。不含碳或含碳少(0.04%以下)的鐵稱熟鐵，其質(zhì)軟，不能作為結(jié)構(gòu)材料使用。含碳量在2.0%以上稱鑄鐵，其摶硬而脆。含量在0.7-1.8%之間，則稱鋼，鋼兼具較高的強(qiáng)度和韌性，因此在工程上獲得廣泛的應(yīng)用。與此相似合金鋼的性能是以合金元素的一定含量為條件的。鋼中加鉻，可提高鋼的耐蝕性，但只有當(dāng)鋼中含鉻量在12％以上時(shí)，才能成為耐蝕性強(qiáng)的不銹鋼。加入錳特別硬，稱為猛鋼。雜質(zhì)對(duì)材料性能有嚴(yán)重的影響，要提高材料的純度。（2）化學(xué)鍵類型與材料性能的關(guān)系化學(xué)鍵類型是決定材料性能的主要依據(jù)，三大類材料的劃分，就是按各類材料中起主要作用的化學(xué)鍵類型。金屬材料主要由金屬元素所組成，以金屬鍵為其中的基本結(jié)合方式，并以固溶體和金屬化合物合金形式出現(xiàn)。因此表現(xiàn)出與金屬鍵有關(guān)的特性，如金屬光澤、良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性，較高強(qiáng)度、硬度和機(jī)械加工性能。無(wú)機(jī)非金屬材料多由非金屬元素與金屬元素所組成。以離子鍵或共價(jià)鍵為結(jié)合方式，以氧化物、碳化物等非金屬化合物為表現(xiàn)形式。因而具有許多獨(dú)特的性能，如硬度大，熔點(diǎn)高，耐熱性好，熱和電的良好絕緣體。有機(jī)高分子材料，主要是由以共價(jià)鍵結(jié)合的碳?xì)浠衔铩按蠓肿渔湣苯M成的聚合物為基礎(chǔ)的材料。這些“大分子鏈”長(zhǎng)而柔曲，相互間以范德華力結(jié)合，或以共價(jià)鍵“交聯(lián)”產(chǎn)生網(wǎng)狀或體型結(jié)構(gòu)；或以線型分子鏈整齊排列而成高聚物晶體。因而它們質(zhì)輕，有彈性，韌性好，耐磨，自潤(rùn)滑，耐腐蝕，電絕緣性好，不易傳熱，成型性能好，其比強(qiáng)度能達(dá)到或超過(guò)鋼鐵等。（3）晶體結(jié)構(gòu)與材料性能的關(guān)系

固體材料可分為兩類即晶體和非晶體（玻璃體）晶體結(jié)構(gòu)與物質(zhì)的性能關(guān)系密切，實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，不少晶格類型相同的物質(zhì)，也具有相以或相近的性質(zhì)。例如，碳的兩種同素異形體－－金剛石和石墨的不同性質(zhì)，產(chǎn)生于晶格類型不同。金剛石屬立方晶型，而石墨則為六方層狀晶型。與碳元素同為等電子體的氮化硼B(yǎng)N，也有立方和六方兩種晶型。立方BN性質(zhì)與金剛石相以，硬度近于10，有很好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性，用作高級(jí)磨料和切割工具。六方BN性質(zhì)則與石墨相以，較軟（硬度僅為2），高溫穩(wěn)定性好，作為高溫固體潤(rùn)滑劑，比石墨效果還好，故有“白色石墨”之稱。非晶態(tài)金屬材料由于原子或分子不呈規(guī)則排列，由液態(tài)到固態(tài)沒(méi)有突變現(xiàn)象，因而表現(xiàn)出三大優(yōu)異的性能：強(qiáng)度高而韌性好；突出的耐腐蝕性和很好的磁性能。非晶態(tài)金屬材料是目前研究最多，發(fā)展最快的一個(gè)方向。例如非晶硅的制備和研究，將為人類大規(guī)模利用太陽(yáng)能，打開(kāi)十分廣闊的前景。（過(guò)去太陽(yáng)能電池用單晶硅制造，其工藝復(fù)雜、成本高而無(wú)法大面積推廣，非晶硅則可連續(xù)生產(chǎn)、薄膜化而成卷。）（4）結(jié)構(gòu)缺陷與材料性能的關(guān)系

在實(shí)際晶體中由于或多或少存在空位、位錯(cuò)、雜質(zhì)原子等缺陷，這些因素促使實(shí)際晶體偏離理想的周期性重復(fù)排列。稱之為晶體缺陷。晶體缺陷可分為點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷、體缺陷等。固體材料中的缺陷對(duì)材料的性能產(chǎn)生重大影響。由于晶體缺陷使材料顯示出特殊的電、磁、和光學(xué)性質(zhì)，發(fā)展為功能材料。例如ZnS晶體與藍(lán)色熒光粉：藍(lán)色熒光粉的主要原料是硫化鋅(ZnS)晶體，它是白色的。如果往晶體中摻入約0.0001%的氯化銀(AgCl)時(shí)，Ag+和Cl

-分別占據(jù)了ZnS晶體中Zn2+和S2-的位置，造成晶體缺陷，破壞了ZnS晶體的周期性結(jié)構(gòu)，使得雜質(zhì)原子周圍的電子能級(jí)與Zn2+和S2-周圍不同。這種摻雜的ZnS晶體，在陰極射線激發(fā)下，放出波長(zhǎng)為450nm的熒光，可做彩色電視熒光屏中的藍(lán)色熒光粉。第二節(jié)金屬材料化學(xué)一、金屬在周期表中的位置及分類按其物理性質(zhì)可分為：輕金屬（密度小于5g/cm)和脆性，展性以及低熔點(diǎn)金屬。按金屬的性能特點(diǎn)分為：堿土金屬、輕金屬、稀土金屬、易熔金屬、難熔金屬、鐵族金屬、錒系金屬和貴金屬。按金屬的原子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分：s區(qū)金屬、p區(qū)金屬、d區(qū)金屬、ds區(qū)金屬。二、各類金屬材料的特點(diǎn)和性能1、s區(qū)金屬s區(qū)金屬包括ⅠA堿金屬和ⅡA堿土金屬共12種，其中鈁和鐳是放射性元素。特點(diǎn)：少（價(jià)電子數(shù)少）、大（原子半徑大）、輕（密度小于5g/cm

）、軟（硬度較?。?、易熔（鈹?shù)娜埸c(diǎn)高達(dá)1278℃除外）、活潑（易失去電子）元素周期表附：鋁及其性質(zhì)鋁在周期表中是第13號(hào)元素，相對(duì)原子量是26.98.其固體密度為2.7gcm-3.熔點(diǎn)660℃，而單質(zhì)外觀如左圖。1S22S22P63S23P113其原子核外的電子排布如右圖所示。所以，鋁的核外電子構(gòu)型表示為:鋁及其性質(zhì)純鋁的“空間群”結(jié)構(gòu)如右圖。其晶體結(jié)構(gòu)為緊密型立方體，單質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)如右圖所示。由于鋁具有較小的密度，所以，它的質(zhì)地較輕，其合金被廣泛用于裝潢材料、家居生活的容器及超音速飛機(jī)的制造中。鋁的發(fā)現(xiàn)與崛起自100多年前科學(xué)家發(fā)現(xiàn)“鋁”后,其產(chǎn)量便立刻突飛猛進(jìn)，很快超過(guò)了有幾千年歷史的銅,成為斷鋼鐵之后的“年輕金屬”。鋁在地殼中的豐度是7.4%，僅次于氧和硅，是貯量最多的元素之一。但由于自然界尚有游離態(tài)的鋁，都以化合態(tài)(長(zhǎng)石、云母、高嶺土、鋁土礦等)形式存在,而從鋁化合物中煉出金屬鋁非常困難，所以它的開(kāi)發(fā)與利用較遲。鋁的發(fā)現(xiàn)與崛起

1827年，德國(guó)化學(xué)家維勒以鋁土礦和熔融的鉀反應(yīng)，得到少量的鋁，1854年法國(guó)化學(xué)家德維爾又以鋁土礦和熔融的鈉反應(yīng)，也得到少量的鋁。由于鉀和鈉均極難制得,所以,當(dāng)時(shí)其價(jià)格比黃金還要昂貴。

法國(guó)皇帝拿破侖三世,曾用鋁制做了一頂頭盔,以顯示自己的富有。所以,鋁曾被列為“稀有金屬”。鋁制頭盔鋁的工業(yè)化生產(chǎn)

1886年美國(guó)的豪爾和法國(guó)的海朗分別以電解鋁土礦和冰晶石的混合物而制得金屬鋁，由此便奠定了今天大規(guī)模生產(chǎn)鋁的基礎(chǔ)。也使鋁的價(jià)格一落千丈。鋁電解槽示意圖電解鋁生產(chǎn)車間鋁及其合金的應(yīng)用除純鋁之外，鋁合金是現(xiàn)代生活和現(xiàn)代化技術(shù)中不可缺少的材料。大到宇宙飛船、航天飛機(jī)，小到居家生活用品，都有鋁合金的“身影”。它已以經(jīng)完全滲透到了我們生活的方方面面。所以，鋁被稱為咄咄逼人的“年輕人”。鋁及其合金的應(yīng)用

鋁對(duì)人類最大的貢獻(xiàn)，就在于航天航空事業(yè)。雖然其單質(zhì)的密度小，強(qiáng)度不大，但與一些金屬形成合金后，就具有了輕而結(jié)實(shí)的優(yōu)越性能。所以航空、航天工業(yè)上發(fā)揮了極大的作用。用鋁合金代替飛機(jī)上的鋼鐵部件，可大大減輕飛機(jī)的自重，同時(shí)也就提高了飛機(jī)的載重能力。目前，一架超音速飛機(jī)，鋁合金的用量已占用材的70%。鋁及其合金的應(yīng)用在各種航天器上也大量使用鋁合金，目的自然是減輕其自重，以能攜帶更多的科學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器。我國(guó)第一顆人造地球衛(wèi)星東方紅I號(hào)”的外殼，就是全東方紅I號(hào)人造衛(wèi)星阿波羅II號(hào)宇宙飛船部用鋁合金制成的,美國(guó)“阿波羅Ⅱ號(hào)”宇宙飛船使用的金屬材料中,75%以上是鋁合金。鋁及其合金的應(yīng)用

若將鋁粉、石墨及氧化鈦等物質(zhì)按一定比例混合,涂在火箭、導(dǎo)彈的金屬外殼表面,再經(jīng)高溫處理后，可使火箭與導(dǎo)彈“穿”了一層特殊的“外衣”,經(jīng)能保護(hù)火箭與導(dǎo)彈在飛行過(guò)程中不會(huì)因與空氣摩擦而燒毀。俄羅斯KH29空地導(dǎo)彈美國(guó)AGM86B巡航導(dǎo)彈中國(guó)長(zhǎng)征運(yùn)載火箭美國(guó)中程空對(duì)空導(dǎo)彈

鋁及其合金的應(yīng)用由于鋁燃燒時(shí)會(huì)發(fā)出耀眼的白光，故節(jié)日的焰火就有鋁的身影;裝潢家居的“銀粉”實(shí)際上就是鋁粉;用鋁粉制作反光鏡;利用鋁的延展性，可制成鋁箔;鋁有良好的熱與電的傳導(dǎo)性，所以可制造熱交換器、散熱板、家用炊具及電線等。既輕又便宜，還可省去緊缺價(jià)高的銅材。鋁及其合金的應(yīng)用當(dāng)鋁與一些金屬氧化物(如鐵、鉻及釩的氧化物)一起引燃后，可制得熔融狀態(tài)的鐵、鉻、釩，既可用以修補(bǔ)鐵軌，又可冶煉這些難熔金屬。同時(shí)，鋁又是“抗酸能力”。由于常溫下，濃硫酸或濃硝酸會(huì)在鋁表面形成一層致密的氧化層保護(hù)膜，因而，用鋁制成的桶、罐，是盛放兩種濃酸的最佳容器。鋁元素的危害鋁的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用為人類生活做出了很大貢獻(xiàn)。但近年來(lái)的研究表明，過(guò)量的鋁元素進(jìn)入人體后，給人造成諸如癡呆、骨痛、貧血、甲鐮刀細(xì)胞地中海貧血腦底模型與腦癡呆狀腺功能降低、胃液分泌減少等疾病。而對(duì)腦組織及智力的損害更為嚴(yán)重。鋁元素的危害

1970年，美國(guó)杜諾德博士用AAS法分析了健康人與衰老者的腦組織中鋁的含量，結(jié)果是后者是前者的4倍。腦海馬結(jié)構(gòu)圖人腦右視圖1980年美國(guó)波爾博士用X-Ray分析老年癡呆者腦內(nèi)海馬神經(jīng)纖維中有鋁的沉積。預(yù)防措施⒈減少食用水中的含鋁量

明礬是含鋁化合物,它常用于作凈化自來(lái)水的沉淀劑;而鋁制水管或貯水容器也會(huì)使水中鋁。⒉減少烹調(diào)過(guò)程鋁的攝入

用鋁炊具燒飯，估計(jì)日鋁的攝入量為5～6毫克。應(yīng)盡量改用不銹鋼和玻璃炊具。明礬鋁炊具預(yù)防措施⒊減少?gòu)乃幬镏袛z入鋁

口服氫氧化凝膠的病人,每天攝鋁量高達(dá)1000mg,吸收率達(dá)25%,相當(dāng)于每天向血液中加入250mg鋁；治療胃病的藥物中多也含氫氧化鋁或鋁酸鹽。所以,服用這些藥物時(shí),勢(shì)必導(dǎo)致鋁的體內(nèi)污染。⒋防止從食物中攝入鋁

在制作面粉加工中的發(fā)酵粉(磷鋁酸鈉,一茶匙含鋁70mg)(可改用酵母菌)、油條、粉條、粉絲、涼粉及腌菜時(shí)要加明礬，因而鋁的含量很高。長(zhǎng)期食用這些食物,都會(huì)引起體內(nèi)鋁的積淀。３、過(guò)渡金屬元素周期表中d區(qū)、ds區(qū)元素，通稱為過(guò)渡元素或過(guò)渡金屬。d區(qū)金屬元素的密度均大于

5g/cm3

，屬重金屬。大多是高熔點(diǎn)金屬且硬度較大，這些元素形成的金屬鍵很強(qiáng)。因此它們是合金材料的重要組成部分。（１）耐蝕金屬及合金：能很好地抵抗大氣及其它侵蝕性介質(zhì)腐蝕的金屬材料，稱耐蝕金屬。主要有三種情況：Ａ、因熱力學(xué)穩(wěn)定而耐蝕。Cu、Ag、Pd、Rh、Pt和At等貴金屬具有較好的熱力學(xué)穩(wěn)定性。但它們價(jià)格較貴，僅用于特殊場(chǎng)合中。Ｂ、因鈍化而耐蝕。其中最易鈍化的金屬是Ti、Zr、Nb、Ta、Cr和Al等。Ｃ、在金屬表面形成難溶和保護(hù)性能良好的腐蝕產(chǎn)物膜而耐蝕。附：鈦及其性質(zhì)鈦在周期表中是第22號(hào)元素，相對(duì)原子量是47.867.其固體密度為4.5gcm-3.熔點(diǎn)1668℃，而單質(zhì)外觀如左圖。221s22s22p63s23p64s24p2其原子核外的電子排布如右圖所示。所以，鈦的核外電子構(gòu)型表示為：鈦的貯量與賦存形態(tài)鈦有如此生命力的另一外原因是因?yàn)樗诘厍蛏戏植己軓V，地殼中的豐度為0.6%，僅次于鋁、鈣、鈉、鉀和鎂，比銅、錫、錳、鋅等金屬多。所以，鈦不是稀有金屬。鈦的主要賦存形式是鈦鐵礦、釩鈦礦及金紅石(TiO2)。我國(guó)四川省攀枝花地區(qū)已發(fā)現(xiàn)了儲(chǔ)量約為15億噸的釩鈦鐵礦。鈦的發(fā)現(xiàn)與工業(yè)化

英國(guó)化學(xué)家格里戈?duì)栍?791年首次發(fā)現(xiàn)了鈦的存在。但直到1910年，美國(guó)化學(xué)家亨特才用化學(xué)方法制得純度99.9%、總量不足1克的鈦。前后歷經(jīng)約120年。

1947年鈦的提煉工業(yè)化，當(dāng)時(shí)產(chǎn)量只有2噸。但不到10年，其產(chǎn)量增至2萬(wàn)噸,到1972年,年產(chǎn)量達(dá)20萬(wàn)噸。鈦及其性質(zhì)

鈦原子的“空間群”結(jié)構(gòu)(局部)如右圖，而其單質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)如下圖所示。由于其結(jié)構(gòu)上的特殊性，所以鈦具有神奇的耐超低溫和耐超高溫的性質(zhì)。鈦的應(yīng)用性能鈦與鋁比,硬度是其2倍，制成合金則比鋁高出2～4倍。而與鋼相比鈦的密度僅相當(dāng)于鋼(7.8g/cm3)的57%，但強(qiáng)度與硬度與之接近。所以，鈦同時(shí)兼有鋼(高強(qiáng)度)和鋁(質(zhì)地輕)的優(yōu)點(diǎn)。在原來(lái)使用鋼材和鋁材的地方，它可以而代之；而在鋼和鋁不能勝任的地方，鈦則能“輕松應(yīng)對(duì)”。鈦合金的性能與應(yīng)用

鈦的某些合金硬度特別大,可用來(lái)制造切削刀具；用鈦制造的外科手術(shù)器械鋒利、輕巧而不變形；利用一些鈦合金的“吸氫”本領(lǐng)，可以貯存氫氣，對(duì)新能源的開(kāi)發(fā)意義重大；有的鈦合金有“可塑性”，可以容易加工成任意形狀；有的鈦合金具有神奇的“記憶”能力……

總之，鈦能“上九天攬?jiān)?，下五洋捉鱉”,21世紀(jì)必將創(chuàng)造更加燦爛的奇跡。鈦制高爾夫球桿鈦合金制自行車鈦合金制螺絲、螺帽鈦氧化物的特性鈦的氧化物為TiO2，雪白色粉末，它是最好的白色顏料，俗稱“鈦白粉”。1克鈦白粉可以將450多平方厘米的面積涂的雪白。因此,TiO2

是世界上最白的顏料。上九天攬?jiān)骡伿侵圃煊钪骘w船的關(guān)鍵材料。由于太空的溫度低達(dá)零下100～200℃，這個(gè)環(huán)境中的飛船所需要的液氫和液氧燃料，必須貯藏在用耐超低溫的容器中。但大多數(shù)金屬罐均會(huì)破裂，而鈦制成的容器非但不破,且強(qiáng)度還會(huì)增加.所以，液氫和液氧是貯藏在用鈦制成罐中。美國(guó)航天飛機(jī)上九天攬?jiān)庐?dāng)美國(guó)航天飛機(jī)從太空返回地球時(shí)，必須穿過(guò)大氣層。但由于高速摩擦?xí)购教祜w機(jī)表面溫度高達(dá)1000℃。一般金屬及其合金都難以抵抗，也只有鈦合金作為其“蒙皮”，才能擔(dān)此重任。上九天攬?jiān)骡伈耐瑫r(shí)也是現(xiàn)代飛機(jī)的主要材料。以前飛機(jī)的外殼都用鋁合金，但當(dāng)飛機(jī)的速度超過(guò)音速的2.2倍時(shí),飛機(jī)外殼與空氣的劇烈摩擦而產(chǎn)生很高的溫度。一般鋁合金在300℃以上強(qiáng)度便大大下降。而鈦合金在650℃以上仍泰然無(wú)事。上九天攬?jiān)乱蚨圃斐羲亠w機(jī)的外殼材料就非鈦莫屬了。美國(guó)制造的著名“黑鳥(niǎo)”戰(zhàn)機(jī)，其飛行速度已達(dá)3200千米/小時(shí),是音速的2.5倍以上，其表面材料即為鈦合金。“黑鳥(niǎo)”軍用飛機(jī)上九天攬?jiān)吕免佒亓枯p的特點(diǎn)，可用它來(lái)替代鋼制部件，不僅使飛機(jī)的強(qiáng)度增大，且可使其自重大大降低。同時(shí)也就增加了飛機(jī)的載重量,節(jié)約了燃料。目前時(shí)速在3320千米、高度近10萬(wàn)米、有效載重達(dá)100噸的“巨無(wú)霸”飛機(jī),鈦的用量都在其機(jī)身的93%以上。US隱形戰(zhàn)斗機(jī)法國(guó)陣風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)

普通鋼鐵制成的船體易被海水侵蝕，且海水深度每增加10米，壓力就增大1個(gè)大氣壓。潛艇或軍艦須用超強(qiáng)耐腐蝕材料來(lái)制造。而鈦及其合金長(zhǎng)期浸泡在海水中不被下五洋捉鱉海狼號(hào)核動(dòng)力攻擊潛艇英國(guó)大刀級(jí)導(dǎo)彈護(hù)衛(wèi)艦腐蝕，且由于其沒(méi)有磁性，故用鈦合金制造的艦船，可免受磁性水雷的攻擊。所以美國(guó)的深海潛艇就是用鈦合金制成的，它能夠在4500米深海中航行。鈦在生活中的應(yīng)用鈦金計(jì)算機(jī)鈦金插座板鈦金支架托鈦金水籠頭鈦金手機(jī)鈦金直角鍋鈦在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

鈦是一種純性金屬，也就是說(shuō),因?yàn)殁伒哪透g性、穩(wěn)定性高，使它在和人長(zhǎng)期接觸以后也不影響其本質(zhì)，所以不會(huì)造成人的過(guò)敏，被人們稱為“親生物金屬”。由于鈦的密度與人骨相近，所以,鈦在醫(yī)學(xué)上有著獨(dú)特的用途。醫(yī)學(xué)上“鈦骨”就如真的骨頭一樣，甚至可以用鈦制人鈦種植體-骨界面的

高分辨透射電鏡圖

造骨頭來(lái)代替人骨治療骨折。鈦在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

股骨遠(yuǎn)端髁支持接骨板純鈦腕關(guān)節(jié)融合接骨板4.5mm髖部鉤狀接骨板鎖定加壓接骨板空心鈦螺釘鈦合金髖動(dòng)力螺釘鈦骨植入物X光透視圖（２）耐熱合金能在高溫（＞７００

℃）下工作的金屬，通稱為耐熱金屬，“耐熱”是指金屬在高溫下能保持足夠的強(qiáng)度和良好的抗氧化性。它們廣泛地應(yīng)用于制造航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，各種燃?xì)廨啓C(jī)熱端部件，應(yīng)用領(lǐng)域涉及航艇、火車、汽車、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、核反應(yīng)堆等高技術(shù)領(lǐng)域。耐熱金屬主要集中于周期表的中部，ⅣＢ、ⅤＢ、ⅥＢ元素，其中鎢的熔點(diǎn)最高（３４１０℃），通常將熔點(diǎn)高于鉻（熔點(diǎn)１９０３℃）的金屬，叫做高熔點(diǎn)金屬或難熔金屬。工業(yè)上常用的高熔點(diǎn)金屬，主要有Mo、W、Nb、Ta等金屬及其合金，但它們的價(jià)格高，數(shù)量少。常采用合金化的方法提高金屬的耐熱性。即在鋼鐵中添加某些元素，制成耐熱抗氧化的合金鋼，合金元素有W、Mo、Cr、V、Nb、Al、Si等耐熱合金目前有鐵基、鈷基、鎳基、鉬基、鈮基、鉭基和鎢基合金等。(3)磁性合金大多數(shù)過(guò)渡金屬具有順磁性，而鐵、鈷、鎳等少數(shù)金屬是鐵磁性的，因此在鐵、鈷、鎳的基礎(chǔ)上發(fā)展出許多鐵磁性的合金材料。磁性合金在電機(jī)、電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息控制等領(lǐng)域中有十分重要的應(yīng)用。鐵磁性合金材料可分為軟磁性材料和硬磁性材料兩大類。軟磁性材料磁導(dǎo)率高，易于磁化和消磁，適用于制造變奪壓器的鐵芯、電機(jī)和機(jī)電器等、常見(jiàn)的有硅鋼片、鐵鎳合金和鐵鈷合金等。(3)磁性合金硬磁性材料在磁場(chǎng)中化后，除去外磁場(chǎng)時(shí)仍能對(duì)外產(chǎn)生較強(qiáng)的磁場(chǎng)，成為永久磁性體，故名為永磁材料。這類材料中主要有碳鋼、鉻、鎢、鈷合金鋼、鋁鐵鎳合金和稀土永磁材料等。稀土永磁材料因?yàn)橛形闯蓪?duì)的f電子，顯示出很好的順磁性和鐵磁性，是極有希望的永磁材料。８０年代開(kāi)發(fā)成功的釹鐵硼是第三代永磁材料，其中主要成分是鐵（約占２／３），成本顯著降低，性能更好。我國(guó)目前生產(chǎn)的釹鐵硼合金的磁性性能，在國(guó)際上處于領(lǐng)先的地位。（４）稀土金屬稀土金屬包括１７種元素，即元素周期表中ⅢＢ中的鈧、釔和鑭系的１５種元素。稀土金屬質(zhì)地較軟，可以切開(kāi)，熔點(diǎn)較高，但導(dǎo)電性并不良好，比堿金屬和堿土金屬都差。室溫時(shí)，稀土金屬可吸收大量的氫，形成固溶體或化合物，高溫時(shí)可逆放氫，因此，是相當(dāng)理想的吸氫貯氫材料。在冶金工業(yè)中，稀土是很好的脫氧、脫硫劑。鋼鐵中少量的稀土，能大大地改善其熱加工性，韌性和高溫性能，提高其抗氧化、耐腐蝕性等，其綜合作用是任何其它金屬所不及的。稀土金屬在電子工業(yè)中，稀土及其化合物是制造激光、熒光、電磁、電極材料的重要物質(zhì)。Eu和Y的氧化物用作發(fā)光材料，是彩色電視機(jī)中紅色熒光體，光亮度強(qiáng)、性能穩(wěn)定?；瘜W(xué)工業(yè)中，稀土及其化合物是性能極好的催化劑；陶瓷制品中應(yīng)用稀土配成釹紫，鉺紅、鈰黃和鐠鋱鋯綠等，產(chǎn)品色澤明亮鮮艷，十分穩(wěn)定。三、新型金屬材料１、形狀記憶合金。形狀記憶合金是一種新的功能金屬材料，用這種合金做成的金屬絲，即使將它揉成一團(tuán)，但只要達(dá)到某個(gè)溫度，它便能在瞬間恢復(fù)原來(lái)形狀。例如，最早研究成功的形狀記憶合金鎳鈦腦(Ni-Ti合金)，如果把它加工成Nitanon字樣，然后加熱到１５０

℃再冷卻，再把字形弄成一團(tuán)，當(dāng)把它加熱到９５℃時(shí)發(fā)現(xiàn)它又重現(xiàn)了Nitanon字樣。這種能“記憶”起自己受外力作用而變形前的形狀，并能自動(dòng)恢復(fù)的合金，稱為形狀記憶合金。廣泛地用于衛(wèi)星、航空、生物工程、醫(yī)藥、能源和自動(dòng)化等方面。形狀記憶合金的這種“記憶”功能，是因?yàn)檫@類合金具有馬氏體相變。凡是具有馬氏體相變的合金，將它加熱到相變溫度時(shí)，就能從馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體結(jié)構(gòu)，完全恢復(fù)原來(lái)的形狀。具有形狀記憶效應(yīng)的合金現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)很多，主要的有Ni-Ti體系合金、Cu-Zn-Al合金以及Cu-Al-Ni系合金。近年來(lái)發(fā)現(xiàn)在高分子材料、鐵磁性材料和超導(dǎo)材料中也存在形狀記憶效應(yīng)。２、貯氫合金氫作為常規(guī)能源必須解決氫的貯存和運(yùn)輸問(wèn)題。傳統(tǒng)上采用氣態(tài)或液態(tài)貯存，前者在高壓下把氫氣壓入鋼瓶，后者在－２５３℃低溫下將氫氣液化，然后灌入鋼瓶，但運(yùn)送笨重的鋼瓶很不方便。貯氫合金是利用金屬或合金與氫形成氫化物而把氫貯存起來(lái)。金屬都是密堆積結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)中存在許多四面體和八面體空隙，可以容納半徑較小的氫原子。例如LaNi5若吸氫后形成LaNi5H6，這時(shí)在合金中氫的密度為0.111g/cm3，它比標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氫氣的密度大千余倍，也比液氫密度大。具有實(shí)用價(jià)值的貯材料要求貯量大，金屬氫化物既容易形成，稍稍加熱又容易分解，室溫下吸、放氫的速度快，使用壽命長(zhǎng)和成本低。目前正在研究開(kāi)發(fā)的貯氫合金主要有三大系列：鎂系貯氫合金如Mg2Ni；稀土貯氫合金如LaNi5；鈦系貯氫合金如TiMn1.5。第三節(jié)無(wú)機(jī)非金屬材料

無(wú)機(jī)非金屬材料又稱陶瓷材料?？煞譃閭鹘y(tǒng)陶瓷材料和精細(xì)陶瓷材料。傳統(tǒng)陶瓷材料的主要成分是各種氧化物，傳統(tǒng)陶瓷產(chǎn)品如陶瓷器、玻璃、水泥、耐火材料、建筑材料和搪瓷等，主要是燒結(jié)體。精細(xì)陶瓷材料的成分除氧化物外還有氮化物、碳化物、硅化物和硼化物等。精細(xì)陶瓷產(chǎn)品可以是燒結(jié)體，還可以做成單晶、纖維、薄膜和粉末，具有強(qiáng)度高、耐高溫、耐腐蝕，并可有聲、電、光、熱、磁等多方面的特殊功能，是新一代的特種陶瓷，所以它們的用途極為廣泛，遍及現(xiàn)代科技的各個(gè)領(lǐng)域。一、傳統(tǒng)陶瓷材料傳統(tǒng)陶瓷材料的主要成分是硅酸鹽，自然界中存在大量的天然硅酸鹽，如巖石、砂子、粘土、土壤等，還有許多礦物如云母、滑石、石棉、高嶺石、鋯英石、綠柱石、石英等。人們?yōu)榱藵M足生產(chǎn)和生活的需要，生產(chǎn)了大量的工業(yè)硅酸鹽，主要有玻璃、水泥、各種陶瓷、磚瓦、耐火磚、水玻璃以及某些分子篩等。硅酸鹽制品性質(zhì)穩(wěn)定、熔點(diǎn)較高、難溶于水，有很廣泛的用途。１、玻璃廣義上說(shuō)，凡熔融體通過(guò)一定方式冷卻，因粘度逐漸增加而具有固體性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特征的非晶體物質(zhì)，都稱為玻璃。玻璃的發(fā)現(xiàn)

眾所周知,玻璃有很廣泛的用途,且與我們的生活已割舍不開(kāi)。但它的發(fā)現(xiàn)卻是3000多年以前。在古代，玻璃曾經(jīng)比黃金還要貴重。相傳地中海東岸腓尼基人的一艘滿載天然蘇打晶體的船途中擱淺，船員在沙灘上用幾塊蘇打晶體地支鍋?zhàn)鲲垺５酝觑?，卻發(fā)現(xiàn)與沙土接觸的地方，出現(xiàn)了許多透明光滑、晶瑩發(fā)亮的珠子。玻璃的發(fā)展聰明的腓尼基人立刻在特制的爐子里,將石英砂和蘇打放在一起熔煉,結(jié)果制作出人造珠子。這就是現(xiàn)在所說(shuō)的“玻璃”。腓尼基人開(kāi)始大量生產(chǎn)，并用它作為珍寶去換黃金。后來(lái)這種制作秘密被傳到埃及甚至更遠(yuǎn)的地方，因而玻璃的生產(chǎn)便發(fā)展起來(lái)，其價(jià)格也就越來(lái)越平民化。玻璃的組成與制作

普通玻璃為鈉玻璃，玻璃中的主要成分是硅酸鈉、硅酸鈣及二氧化硅。制玻璃時(shí)，將石灰石、純堿和二氧化硅以一定比例混合后，放在大型的容器中加熱熔煉，先得到熔融狀玻璃，取出后成柔軟而有可塑性的固體，經(jīng)吹制、壓制、模制等工藝，可制成平板玻璃或各種玻璃器皿。其反應(yīng)為：Na2CO3+CaCO3+6SiO2→Na2CaSi6O14+2CO2所得產(chǎn)物以化學(xué)式Na2CaSi6O14或Na2OCaO6SiO2表示，但不能認(rèn)為是一種確定的化合物，實(shí)際上是一種組成不確定的不同硅酸鹽的混合物。鈉玻璃主要成分是硅酸鈉和硅酸鈣，用于制造玻璃瓶、玻璃管和玻璃門窗。如以鉀代替鈉，則可得到熔點(diǎn)較高和較耐化學(xué)作用的鉀玻璃。這種玻璃多用于制造耐高溫的化學(xué)玻璃儀器，如燃燒管、高溫反應(yīng)器等。如果鈉玻璃中的鈣，同時(shí)以鉛代替，則可制得有高折光性和高比重的鉀鉛玻璃，這是光學(xué)玻璃的原料，也是用于雕刻藝術(shù)的車料玻璃。減少鈉玻璃中Na2O的量而增加Ｂ2Ｏ３（使含量為１３－２０％），即得質(zhì)硬而耐熱的硼硅酸玻璃，最高使用溫度可達(dá)１６００℃以上，故又稱硬質(zhì)玻璃或耐熱玻璃，是制造實(shí)驗(yàn)儀器和化工設(shè)備的重要材料。在玻璃中加入Li2O為催化劑或成核劑，用紫外線照射或在一定濕度范圍內(nèi)加熱處理，內(nèi)部可形成的微晶，得到微晶玻璃。這種玻璃強(qiáng)度比普通玻璃大６倍，比高碳鋼硬，比鋁輕，有很高的熱穩(wěn)定性，加熱至９００℃，驟然投入冷水中也不會(huì)炸裂，在工業(yè)上，廣泛用于無(wú)線電、電子、航空航天、原子能和化工生產(chǎn)中。彩色玻璃是在玻璃中加入少量有顏色的金屬化合物而使之著色。CuO或Cr2O３可著綠色，Co2O３著藍(lán)色，Cu2O著紅色，MnO2著紫色。乳色玻璃則含有SnO2或CaF2。FeSO４量多時(shí)則為黑色，量少時(shí)則為暗綠色。鋼化玻璃普通玻璃的易碎性，給人們的生活與工作帶來(lái)很多不便，特別是鋒利的尖角，很容易傷人。為此，工程師們想出為玻璃“淬火”的工藝。即在玻璃被加熱到快軟化時(shí)，快速將其放在油或其他液體中驟冷。處理后,玻璃的抗張強(qiáng)度是普通玻璃的7～8倍。具有結(jié)實(shí)、耐冷熱及不易爆裂的特性。這就是鋼化玻璃。普通玻璃鋼化玻璃鋼化玻璃制品及特性用鋼化玻璃制作的產(chǎn)品(杯子、汽車風(fēng)擋玻璃及門窗玻璃等)最大的特點(diǎn)是：破碎后不會(huì)形成鋒利的碎片,而是很碎的“玻璃?！?，因而不會(huì)傷人。變色玻璃盛夏時(shí)節(jié)，多數(shù)人都喜歡戴墨鏡或太陽(yáng)鏡，其主要作用就是阻擋陽(yáng)光對(duì)眼睛的直射。但若患了近視，則就比較麻煩。所以，人們發(fā)明了變色眼鏡。并可根據(jù)近視的程度配上相應(yīng)度數(shù)的變色近視鏡。玻璃可以染色，那又是怎樣變色的呢？這要?dú)w功于鹵化銀。玻璃變色原理玻璃能變色是因?yàn)樵诓牧现屑尤肓四芨泄獾柠u化銀(AgCl,AgBr,AgI)作為感光劑，并加入極微量的敏化劑，以提高光色互變的靈敏度。敏化劑以氧化銅效果最好，其原理如下:玻璃變色原理在變色玻璃中由于玻璃是固體,加上玻璃的不滲透性和惰性,分解后的銀原子和鹵素原子都留在原處(并不象照相底片在顯影與定影時(shí)銀留下而溴化銀被洗掉)。當(dāng)光照減弱時(shí)，在氧化銅的催化下,銀原子與鹵素原子又重新結(jié)合,變成無(wú)色的鹵化銀分子,使玻璃的顏色變淺。２、水泥水泥是最常用的建筑材料，它也是硅酸鹽，是由石灰石（有時(shí)需加入少量氧化鐵粉）和粘土（主要成分是SiO2）作為原料，經(jīng)煅燒成熟料，將熟料磨細(xì)，再加入一定量的石膏制成。其中主要成分是CaO(約占總重量的62-67%),SiO2(20-24%),Al2O3(4-7%),Fe2O3(2-5%)等。這些氧化物組成了硅酸鹽水泥的四種基本礦物組分：硅酸鹽水泥的四種基本礦物組分：

(1)硅酸三鈣（3CaO?SiO2,簡(jiǎn)寫C３S）是熟料的主要礦物，含量通常在50％以上。加水后,C３S水化速度很快，水化熱很大，水化物強(qiáng)度高，是硅酸鹽水泥早期強(qiáng)度來(lái)源。C３S的含量高，水泥的標(biāo)號(hào)就高。（２）硅酸二鈣（2CaO?SiO2,簡(jiǎn)寫C2S）含量約20％，加水后，水化速度慢，水化熱很小，如水足量水化強(qiáng)度逐漸增加，故對(duì)水泥的后期強(qiáng)度起決定作用。（３）鋁酸三鈣（3CaO?Al2O3,簡(jiǎn)寫C3A）含量為7-15％，加水后水化速度極快，水化熱很大，并能促進(jìn)C３S及其它礦物的水化。（４）鐵鋁酸四鈣（4CaO?Al2O3?Fe2O3,簡(jiǎn)寫C4AF）含量為10-18％，水化速度分僅次于C3A，水化熱小，在水泥生產(chǎn)中中，起助熔作用。二、精細(xì)陶瓷材料精細(xì)陶瓷分為結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷。結(jié)構(gòu)陶瓷是具有高硬、高強(qiáng)、耐磨耐蝕、耐高溫和潤(rùn)滑性好等性能，用作機(jī)械結(jié)構(gòu)零部件的陶瓷材料。功能陶瓷則是具有聲、光、熱、電、磁特性和化學(xué)、生物功能的陶瓷材料。１、結(jié)構(gòu)陶瓷材料。目前已經(jīng)應(yīng)用的結(jié)構(gòu)陶瓷材料，主要有四種。（１）氧化鋁結(jié)構(gòu)陶瓷。其特點(diǎn)是：高溫硬度大、耐高溫、抗氧化，耐急冷急熱，可使用溫度高達(dá)1980℃，機(jī)械強(qiáng)度高，化學(xué)穩(wěn)定性好，且具有高絕緣性。可用作機(jī)械部件、工具和刀具。（２）氧化鋯結(jié)構(gòu)材料。其特點(diǎn)是具有很高的強(qiáng)度和韌性，能承受鐵錘的敲擊，強(qiáng)度可與高強(qiáng)度合金鋼媲美，故有“陶瓷鋼”的美稱，是十分重要的耐火材料。（３）氮化硅結(jié)構(gòu)陶瓷。其硬度為９，是最硬的材料之一。它的導(dǎo)熱性好且膨脹系數(shù)小，可經(jīng)受低溫高溫、驟冷驟熱反復(fù)上千次的變化而不破壞，因此是十分理想的高溫結(jié)構(gòu)材料。（４）碳化硅結(jié)構(gòu)材料。具有很好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，熱膨脹系數(shù)小，其高溫強(qiáng)度是所有陶瓷材料中最好的。作為高溫結(jié)構(gòu)，最適宜的應(yīng)用領(lǐng)域是高溫、耐磨和耐蝕的環(huán)境。氮化硅結(jié)構(gòu)陶瓷制品

２、功能陶瓷材料（１）光導(dǎo)纖維從高純度的二氧化硅或稱石英玻璃熔融體中，拉出直徑約100um的細(xì)絲，稱為石英玻璃纖維。其特點(diǎn)是光損耗小，故稱為光導(dǎo)纖維，是精細(xì)陶瓷中的一種。利用光導(dǎo)纖維進(jìn)行光纖通訊。激光的方向性強(qiáng)，頻率高，是進(jìn)行光張通訊的理想光源。與電波通訊相比，光纖通訊能提供更多的通訊通路，可滿足大容量通訊系統(tǒng)的需要。光導(dǎo)纖維的燒制：光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維也是玻璃的一種。通常光是直線傳播，但當(dāng)光線從一種折射率較大的介質(zhì)射向折射率較小的介質(zhì)時(shí)，若光線的入射角度超過(guò)某一數(shù)值，則光線就會(huì)全部反射原來(lái)的介質(zhì)。因此，科學(xué)家們就想是否用一種“管道”，讓光在其中發(fā)生全反射而不能出去，只能在“管道”的界面上作波浪式前進(jìn)，并從“管道”的另一端出來(lái)。于是，就發(fā)明了能任意彎曲的石英玻璃纖維。光導(dǎo)纖維一般由兩層組成，里面一層稱為內(nèi)芯，直徑幾十微米，但折射率較高；外面一層稱包層，折射率較低。從光導(dǎo)纖維一端入射的光線，經(jīng)內(nèi)芯反復(fù)折射而傳到末端，由于兩層折射率的差別，使進(jìn)入內(nèi)芯的光始終保持在內(nèi)芯中傳輸著。光導(dǎo)纖維

但光在玻璃纖維中傳播時(shí),往往會(huì)被一些雜質(zhì)吸收而減弱.經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的試驗(yàn)與探索,工程師們最終制造了雜質(zhì)含量?jī)H有十億分之一的光導(dǎo)纖維,這樣光的損耗率達(dá)到了10～3分貝/千米.所以,在現(xiàn)代信息時(shí)代,光電通訊事業(yè)得以迅速發(fā)展。在實(shí)際使用時(shí)，常把千百根光導(dǎo)纖維組合在一起并加以增強(qiáng)處理，制成象電纜一樣的光纜，既提高了光導(dǎo)纖維的強(qiáng)度，又大大增加了通訊容量。石英玻璃坩堝

（２）生物醫(yī)學(xué)材料對(duì)植入生物部件的代替物的要求：Ａ、生物相容性好，對(duì)肌體無(wú)免疫排異反應(yīng)；Ｂ、血液相容好，無(wú)溶血、凝血反應(yīng)；Ｃ、不會(huì)引起代謝作用異?，F(xiàn)象；Ｄ、對(duì)人體無(wú)毒、不會(huì)致癌。如高分子量的聚乳酸作為可生物降解的類骨骼材料；含氟人造血漿用于輸血材料；用有機(jī)硅材料作為親水性的隱形眼鏡材料，但功能仍不理想。用聚氨酯做成人造皮膚，骨膠原材料及其它人造血管材料，人造腎，人造心臟等都在研究之中。生物合金的缺點(diǎn)：易腐蝕。如把不銹鋼做成人工關(guān)節(jié)植入人體內(nèi)，三五年內(nèi)便會(huì)出現(xiàn)腐蝕斑，并且還會(huì)有微量金屬離子析出。有機(jī)高分子材料做成的人工器官容易老化。生物陶瓷是惰性材料，耐腐蝕，更適合植入人體。但最大缺點(diǎn)是性脆，韌性不足，這就嚴(yán)重影響了它作為人工人體器官的推廣應(yīng)用。另外一類材料是藥物制劑材料。如可將藥物包埋在材料中，制成緩釋或控釋制劑。（３）超導(dǎo)材料超導(dǎo)現(xiàn)象是1911年荷蘭物理學(xué)家H?K?onnes（昂納斯）發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)汞冷卻到４Ｋ時(shí)，其電阻突然消失。這種現(xiàn)象提供了十分誘人的工業(yè)前景，但４Ｋ的低溫讓人失去了的信心。1973年發(fā)現(xiàn)金屬間化合物Nb3Ge的Tc最高溫度為23K，并在理論上預(yù)言金屬最高的Tc不會(huì)超過(guò)30Ｋ。直到1986年IBM公司瑞士蘇黎世研究實(shí)驗(yàn)室的J?G?Bednorz和K?A?Mueller報(bào)道了一種La-Ba-CuO的陶瓷材料具有超導(dǎo)性，轉(zhuǎn)變溫度為35K，這是一種完全與過(guò)去已知超導(dǎo)體不同的新型材料，才激起了漢時(shí)世界的超導(dǎo)熱，他們因此而獲得了1987年的諾貝爾物理獎(jiǎng)。1987年，中國(guó)科學(xué)院趙忠賢和美國(guó)朱經(jīng)武等獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了Tc達(dá)90K的Y-Ba-Cu-O超導(dǎo)氧化物，實(shí)現(xiàn)了液氮區(qū)的超導(dǎo)性。不久以后，相繼有Bi-Sr-Ca-CuO

系及

Tl-Ba-Ca-CuO系Tc

超過(guò)120K的超導(dǎo)體發(fā)現(xiàn)。1991年有兩項(xiàng)重要發(fā)展：一是有機(jī)超導(dǎo)體的臨界轉(zhuǎn)變溫度達(dá)到12.5K；另外發(fā)現(xiàn)了堿金屬摻雜的C60也具有超導(dǎo)性，臨界轉(zhuǎn)變溫度達(dá)到33K。到1993年俄羅斯L?N?Grigorov發(fā)現(xiàn)了經(jīng)過(guò)氧化的聚丙烯體系能在300K呈現(xiàn)超導(dǎo)性。２１世紀(jì)超導(dǎo)材料的研究目標(biāo)是室溫超導(dǎo)，這將是能源工業(yè)的一次革命。富勒烯

1985年，英國(guó)Sussex大學(xué)的H.W.Kroto等人用激光作石墨的氣化試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了C60，這是一種由60個(gè)碳原子組成的穩(wěn)定原子簇。此后又發(fā)現(xiàn)了C50、C70、C240乃至C540，它們都是具有空心的球形結(jié)構(gòu)，屬于籠形碳原子簇分子。由于C60的結(jié)構(gòu)類似建筑師BuckminsterFuller設(shè)計(jì)的圓頂建筑，因而稱為富勒烯(Fullerend)，也有布基球、足球烯、球碳、籠碳等名稱。

以C60為代表的富勒烯是繼金剛石、石墨后發(fā)現(xiàn)的第3種碳的同素異形體。在富勒烯中，人們對(duì)C60研究得最深入。它獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和奇異的物理化學(xué)性質(zhì)備受國(guó)際科學(xué)界的關(guān)注，其研究不僅涉及到化學(xué)的各個(gè)分支，而且還涉及到生命科學(xué)、材料科學(xué)及固體物理等諸多領(lǐng)域。因此，C60是20世紀(jì)的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一。Kroto等人因此而榮獲1996年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。C60

富勒烯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

以C60為代表的富勒烯均是空心球形構(gòu)型，碳原子分別以五元環(huán)和六元環(huán)而構(gòu)成球狀。如C60就是由12個(gè)正五邊形和20個(gè)正六邊形組成的三十二面體，像一個(gè)足球。每個(gè)五邊形均被6個(gè)六邊形包圍,而每個(gè)六邊形則鄰接著3個(gè)五邊形和3個(gè)六邊形。富勒烯族分子中的碳原子數(shù)是28、32、50、60、70……240、540等偶數(shù)系列的“幻數(shù)”。其部分分子構(gòu)型如右圖所示。

C28C32C50C60

C70C240

C540

碳籠原子簇的應(yīng)用盡管有相當(dāng)多的報(bào)道，但仍處于研究階段，其應(yīng)用前景無(wú)法估量。從化學(xué)和材料科學(xué)的角度來(lái)看，它們都具有重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用前景。

★富勒烯的應(yīng)用前景

其中最早令人關(guān)注的是金屬摻雜富勒烯的超導(dǎo)性。由于室溫下富勒烯是分子晶體，面心立方晶格的C60的能帶結(jié)構(gòu)表明是半導(dǎo)體，能隙為1.5eV。但經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)慕饘贀诫s后，都能變成超導(dǎo)體。摻雜富勒烯超導(dǎo)體有兩個(gè)特點(diǎn):一是與一維有機(jī)超導(dǎo)體和三維氧化物超導(dǎo)體不同，摻雜富勒烯超導(dǎo)體是各向同性非金屬三維超導(dǎo)體;二是超導(dǎo)臨界溫度Tc比金屬超導(dǎo)體高，如摻雜I的IxC60的Tc已達(dá)57K。據(jù)推測(cè)，若C540的合成獲得突破，其摻雜物可能是室溫超導(dǎo)體。下表列出一些富勒烯衍生物超導(dǎo)體及其臨界溫度。超導(dǎo)體的一些應(yīng)用。（１）用超導(dǎo)材料輸電發(fā)電站通過(guò)漫長(zhǎng)的輸電線向用戶送電。由于電線存在電阻，使電流通過(guò)輸電線時(shí)電能被消耗一部分。由于超導(dǎo)體的零電阻特性，如果用超導(dǎo)材料做成超導(dǎo)電纜用于輸電，那么在輸電線路上的損耗為零。（２）超導(dǎo)發(fā)電機(jī)制造大容量發(fā)電機(jī)，關(guān)鍵部件是線圈和磁體。由于導(dǎo)線存在電阻，造成線圈發(fā)熱，如何使線圈冷卻成為難題。如果用超導(dǎo)材料制造超導(dǎo)發(fā)電機(jī)，線圈是由無(wú)電阻的超導(dǎo)材料繞成的，根本不會(huì)發(fā)熱，也無(wú)須冷卻，而且功率損失可減少５０％。（３）磁力懸浮高速列車如果把超導(dǎo)磁體裝在列車內(nèi)，在地面軌道上敷設(shè)鋁環(huán)，鋁環(huán)產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而產(chǎn)生排斥作用，把列車托起離地面約，使列車能懸浮在地面上而高速前進(jìn)10cm，使列車速度可達(dá)到500km/h。（４）可控?zé)岷司圩內(nèi)缜八?，為了使核聚變反?yīng)持續(xù)不斷，必須在108℃下將離子等約束起來(lái)，這就需要一個(gè)強(qiáng)大的磁場(chǎng)，而超導(dǎo)磁體能產(chǎn)生約束等離子所需要的磁場(chǎng)。人類只有掌握了超導(dǎo)技術(shù)，才有可能把可控?zé)岷司圩冏優(yōu)楝F(xiàn)實(shí)，為人類提供無(wú)窮的能源。(4)納米材料納米的“納”字,在希臘文中是“矮小”之意。納米的符號(hào)是nm,是一個(gè)長(zhǎng)度單位。1nm＝10-9m,即1納米是十億分之一米,它是普通氫原子的27倍，相當(dāng)于人發(fā)直徑的十萬(wàn)分之一。納米顆粒一般是指尺寸在1～100納米之間的顆粒。這樣小的固體顆粒是人眼無(wú)法看到的，所以，需要借助20萬(wàn)倍的電子顯微鏡才能看清楚。納米材料：顆粒加工到納米級(jí)大小（1-100nm)特點(diǎn)：粒子具超細(xì)微、粒子多，表面積大特性：具有奇特的光、電、磁、熱、力和化學(xué)性質(zhì)。應(yīng)用舉例：如Au熔點(diǎn)1063

℃，納米金330℃；Ag熔點(diǎn)1063

℃，納米Ag100℃；使低溫?zé)Y(jié)制備合金成為可能。納米鐵的抗斷裂應(yīng)力比普通鐵高12倍。納米顆粒與原子

實(shí)際上，納米材料早就存在(荷花葉的表面結(jié)構(gòu))，只是到20世紀(jì)80年代才被科技工作者發(fā)現(xiàn)與重視。隨著顆粒直徑的不斷減小，其表面原子的百分?jǐn)?shù)會(huì)迅速增加。當(dāng)微粒直徑達(dá)到10納米時(shí)，表面原子數(shù)是顆粒中原子總數(shù)的20%;但當(dāng)直徑小到1納米時(shí),表面原子百分?jǐn)?shù)增加至99%。納米印象10厘米10微米10納米1微米100微米1厘米100納米1毫米納米顆粒與原子

據(jù)資料報(bào)道，當(dāng)表面原子百分?jǐn)?shù)達(dá)到99%時(shí)，就會(huì)有組成該顆粒的30個(gè)原子幾乎完全裸露在顆粒表面。因表面原子與納米顆粒內(nèi)部原子所處的環(huán)境不同，它周圍缺少相鄰的原子，又有許多懸空鍵，具有不飽和性，易與其他原子結(jié)合而穩(wěn)定。所以，納米顆粒直徑減小的結(jié)果，使其表面積、表面結(jié)合能及化學(xué)活性等迅速增大。因而納米材料就具有了一些特殊的性能。納米材料的光學(xué)性能⒈光學(xué)性質(zhì)不同的金屬塊往往有不同的顏色,但當(dāng)其顆粒度減小到納米級(jí)的時(shí)候，其吸光能力大大增加，幾乎所有的光線都被吸收。所以，不管原來(lái)金屬塊是什么顏色，此時(shí)都呈黑色，且顆粒越細(xì)，顏色越深。納米氧化鐵納米材料的催化性能⒉催化性質(zhì)作為催化劑，催化反應(yīng)通常是在其表面進(jìn)行。當(dāng)催化劑顆粒達(dá)到納米級(jí)時(shí)，由于其表面積和表面能都非常高，導(dǎo)致活性點(diǎn)急劇增多。因此，與傳統(tǒng)催化劑相比，納米級(jí)催化劑的催化活性與選擇性大幅度提高。如納米鉑黑催化劑可使乙烯氫化反應(yīng)的溫度從600℃降至室溫。而超細(xì)的Fe、Ni、Fe2O3混合輕燒結(jié)體可代替貴金屬作為汽車尾氣的催化劑。納米材料的反應(yīng)性能⒊化學(xué)反應(yīng)性質(zhì)納米顆粒的粒徑小，表面原子百分?jǐn)?shù)高，吸附能力強(qiáng)，因此，表面反應(yīng)的活性很高。如金屬納米顆粒容易被氧化，在空氣中極易發(fā)光燃燒。平均顆粒度3～5nm納米材料的應(yīng)用⒈利用納米半導(dǎo)體顆粒制備光電轉(zhuǎn)化率更高的新型太陽(yáng)能電池；⒉再創(chuàng)“磁記錄材料”的新高

1998年美國(guó)首次研制出由磁性納米棒組成的“量子磁盤”，該磁盤的記錄密度可達(dá)400Gb/in2，相當(dāng)于每平方英寸可儲(chǔ)存20萬(wàn)部《紅樓夢(mèng)》。納米材料的應(yīng)用⒊細(xì)胞機(jī)器人細(xì)胞是生命的最小單位，其中酶分子就是一個(gè)活的微型機(jī)器人。利用納米技術(shù)模擬生命過(guò)程中功能不同的酶，就可以解決常規(guī)醫(yī)療條件不能解決的事情。納米材料的應(yīng)用如制造出負(fù)責(zé)清掃血管的納米機(jī)器人,專門清除血管壁上的膽固醇等沉積物,以預(yù)防心血管疾病。瑞典科學(xué)家用黃金和多層聚合物制作微型醫(yī)用機(jī)器人，用它在人體內(nèi)移動(dòng)單個(gè)細(xì)胞，成為微型手術(shù)器械。納米材料的應(yīng)用⒋汽車尾氣處理在汽車尾氣處理中加入納米復(fù)合稀土氧化物后，尾氣凈化的效果非常好，N、O和NO幾乎完全轉(zhuǎn)化成無(wú)毒的N2和CO2。納米TiO2可用來(lái)降解有機(jī)磷，催化降解紡染中的廢水，從而解決環(huán)境污染問(wèn)題。納米材料的應(yīng)用⒌納米防曬品在防曬品中加入表面遮蓋能力強(qiáng),吸光性強(qiáng)但對(duì)身體無(wú)害的聚合物納米顆粒,既可增強(qiáng)防曬品阻擋紫外線能力,同時(shí)也改善防曬品的其他功能。納米材料的應(yīng)用⒍納米殺菌除味劑利用納米顆粒吸附能力強(qiáng)的特點(diǎn),將納米顆粒添加到纖維制品和制冰箱的塑料中，可制得除味殺菌的纖維和無(wú)菌冰箱。納米材料的應(yīng)用⒎納米隱形飛機(jī)雷達(dá)探測(cè)飛行物的基本方法，是通過(guò)接受經(jīng)由飛行物表面所反射回來(lái)的電磁波來(lái)確定其方位的。而納米材料對(duì)電磁波有很強(qiáng)的吸收能力,因此,利用這個(gè)優(yōu)勢(shì)便可制造出隱形飛機(jī)。納米材料對(duì)光的反射率很低(約1%)，粒度越細(xì)，對(duì)光和電磁波的吸收越多，據(jù)此納米金屬材料可制作紅外線檢測(cè)元件、紅外吸收材料和隱形飛機(jī)上的雷達(dá)吸收材料。第四節(jié)有機(jī)高分子材料一、高分子化合物的結(jié)構(gòu)和性能高分子的合成方法：加成聚合、縮合聚合和共聚合。合成高分子的結(jié)構(gòu)：線型長(zhǎng)鏈狀不帶支鏈結(jié)構(gòu)、帶支鏈結(jié)構(gòu)和體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。特點(diǎn)：①化學(xué)穩(wěn)定性好；②優(yōu)良彈性、可塑性、機(jī)械性能（抗拉、抗彎、抗沖擊等）、電絕緣性、老化作用。影響因素：①分子結(jié)構(gòu)；②分子間作用力；③分子鏈的柔順性；④聚合度；⑤分子極性。線型（包括帶支鏈的）高聚物的長(zhǎng)鏈分子通常呈卷曲狀，且互相纏繞，分子間有較大的分子間作用力，顯示一定的柔順性和彈性。它們可溶解于合適的溶劑，在加熱時(shí)會(huì)變軟，冷卻時(shí)又變硬，可反復(fù)加工成型，稱為熱塑性高聚物。體型高聚物分子間以化學(xué)鍵交聯(lián)而形成具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，一般彈性和可塑性較小，而硬度和脆性較大。一次加工成型后不再能熔化，故又稱熱固性高聚物。高分子化合物的物理形態(tài)：玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)三種高彈態(tài)是高聚物所獨(dú)有的罕見(jiàn)的一種物理形態(tài)。呈高彈態(tài)的高聚物當(dāng)溫度降低到一定程度時(shí)可轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡB(tài)，該轉(zhuǎn)化溫度叫玻璃化溫度，用Tg表示。如天然橡膠的Tg為-73℃。而當(dāng)溫度升高時(shí)，高聚物可由高彈態(tài)轉(zhuǎn)變成能流動(dòng)的粘流態(tài)，此溫度叫粘流化溫度，用Tf表示。對(duì)于非晶態(tài)高分子化合物，Tg的高低決定了它在室溫下所處的狀態(tài)，以及是否適合作橡膠還是塑料等。Tg高于室溫的高聚物常稱為塑料。Tg低于室溫的高聚物常稱為橡膠。用作塑料的高聚物Tg要高，而作為橡膠，Tg與Tf之間溫度的差值則決定著橡膠類物質(zhì)的使用溫度范圍。二、重要有機(jī)高分子材料１、塑料塑料是在一定溫度和壓力下可塑制成型的有機(jī)高聚物材料的通稱。除樹(shù)脂外，在制塑過(guò)程中，還要加入各種輔助材料，以改進(jìn)性能。第一種由低分子通過(guò)化學(xué)合成的塑料是酚醛樹(shù)脂。塑料具有比重輕、強(qiáng)度高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、電絕緣性好、耐摩擦等優(yōu)點(diǎn)。合成樹(shù)脂具有熱固性和熱塑性，因而塑料可分為熱固性和熱塑性塑料。熱塑性塑料大都是線高分子，熱固性塑料為體型高分子。通常從應(yīng)用角度將塑料分為：通用塑料、工程塑料、特種塑料。通用塑料是指產(chǎn)量大、用途廣而價(jià)格低的塑料。包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、酚醛塑料以及脲醛童料、聚脂塑料和聚氨酯。工程塑料是可作為工程材料和代替金屬材料的塑料，主要有聚甲醛、聚酰胺、聚碳酸酯、聚四氟乙烯、ＡＢＳ塑料等。特種塑料是指在高溫、高腐蝕或高輻射等特殊條件下使用的塑料，它們重要用在尖端技術(shù)設(shè)備上如含氟塑料、有機(jī)硅樹(shù)脂、特種環(huán)氧樹(shù)脂、離子交換樹(shù)脂等。２、橡膠橡膠是在使用范圍內(nèi)處于高彈態(tài)的線型高聚物。任何線型非晶相高聚物在玻璃化溫度以上均可呈現(xiàn)高彈性，均可稱做彈性體。顯然，高聚物的玻璃化溫度琥低，流動(dòng)溫度越高，則它的彈性體作用的性能越好。在較小的外力作用下，能產(chǎn)生很大的形變，外力除去后又恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)。因此，在工業(yè)上用作彈性材料、密封材料、防震和傳動(dòng)材料。橡膠可分為天然橡膠和合成橡膠。天然橡膠來(lái)自熱帶和亞熱帶的橡膠樹(shù)，橡膠樹(shù)上流出的膠乳，經(jīng)凝固、干燥等工序，變成彈性固體，稱為生膠。生膠需加入硫化劑、硫化促進(jìn)劑、增塑劑、著色劑等，才能制成橡膠制品。它是順異戌二烯的線型聚合物。它具有優(yōu)良的彈性，是目前任何合成橡膠所不能比擬的，但它的數(shù)量及其它性能尚不能滿足各方面的要求。合成橡膠是人們用二烯作為單體進(jìn)行聚合反應(yīng)而制得的。如順丁橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠和氯丁橡膠等。合成橡膠品種很多，性能各異，在許多場(chǎng)合可以代替，甚至超過(guò)天然橡膠。合成橡膠可分為通用橡膠和特種橡膠。特種橡膠是在特殊條件下使用的橡膠，它們有特殊的性質(zhì)，如耐高溫、耐低溫、耐油、耐化學(xué)腐蝕和具有高彈性等。如硅橡膠、氟硅橡膠、硅硫橡膠等。３、粘結(jié)劑能將兩種固體材料連結(jié)起來(lái)，具有較好的粘結(jié)性能的物質(zhì)，通稱為粘結(jié)劑。它是工程技術(shù)中不可缺少的重要材料，用以粘結(jié)金屬、陶瓷、玻璃、塑料、橡膠和木材等，廣泛地應(yīng)用在機(jī)械制造、航天航空、造船和建筑等工業(yè)中，人造衛(wèi)星上數(shù)以千計(jì)的太陽(yáng)能電池，就是用粘結(jié)劑固定在衛(wèi)星表面的。粘結(jié)劑分為有機(jī)和無(wú)機(jī)粘結(jié)劑兩大類，而以高聚物為主。從來(lái)源上分，又有天然粘結(jié)劑（淀粉、蟲(chóng)膠、松香）和合成粘結(jié)劑（主要是合成樹(shù)脂），時(shí)至今日人類使用的粘結(jié)劑幾乎全是合成粘結(jié)劑。粘結(jié)劑可分為熱固性樹(shù)脂粘結(jié)劑，如酚醛樹(shù)脂、脲醛樹(shù)脂、醇酸樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂和聚氨酯樹(shù)脂等，熱塑性樹(shù)脂粘結(jié)劑，如聚乙酸乙烯樹(shù)脂、聚乙烯醇、聚丙烯酸樹(shù)脂等，橡膠型粘結(jié)劑如天然橡膠、丁苯橡膠、氯丁橡膠、和有機(jī)硅橡膠等。熱固性樹(shù)脂粘結(jié)劑，在加熱及固化劑作用下，交聯(lián)固化而粘結(jié)，能增加粘結(jié)層的內(nèi)聚力、強(qiáng)度高。熱塑性粘結(jié)劑加熱時(shí)軟化粘結(jié)，冷卻固化有一定強(qiáng)度，但耐熱性差，粘結(jié)強(qiáng)度不高。因此，用于受力部位粘結(jié)的結(jié)構(gòu)型粘結(jié)劑，主要是熱固性樹(shù)脂。它們常在固化劑或引發(fā)劑作用下，才能發(fā)揮其粘結(jié)能力。三、新型高分子材料功能高分子是指具有特殊的功能，且和常規(guī)高分子材料性質(zhì)不同的高分子。例如，通常高分子材料是電絕緣體，而作為功能高分子之一的導(dǎo)電高分子材料卻可以用作電子導(dǎo)電或離子導(dǎo)電的材料。又如，大多數(shù)高分子材料是化學(xué)惰性物質(zhì)，而高分子試劑的反應(yīng)活性卻很高。功能高分子材料具有獨(dú)特功能的原因，一方面是聚合物骨架的結(jié)構(gòu)具有某些特殊性能，例如聚乙炔中的共扼體系是它具有導(dǎo)電性能的根源。又如某些聚合物骨架包含適度的三維交聯(lián)結(jié)構(gòu)，使它能出現(xiàn)溶脹性。另一方面是在合成高分子的主鏈或支鏈上接上帶有顯示某種功能的官能團(tuán)，使高分子具有特殊的功能，如光敏性或選擇分離性、導(dǎo)電性、磁性、化學(xué)活性、生物相容性等。由于功能高分子具有各種特殊的功能，因此越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，它們的研制和開(kāi)發(fā)是個(gè)非?；钴S的領(lǐng)域。耐熱的塑料

１、導(dǎo)電高分子

一般認(rèn)為有機(jī)化合物是電絕緣體，這是收它的結(jié)構(gòu)所決定的，在已經(jīng)有的幾百萬(wàn)種有機(jī)化合物中，大多數(shù)確絕緣體。1974年日本的白川英樹(shù)等在高濃度催化劑作用下合成了具有金屬光澤的高順式聚乙炔薄膜，發(fā)現(xiàn)它有導(dǎo)電性能。它之所以能導(dǎo)電，是因?yàn)榉肿又写嬖陔p鍵、單鍵間隔連接的共扼π鍵體系，π電子可以在整個(gè)共扼體系中自由流動(dòng)。聚乙炔本身是一個(gè)導(dǎo)電性能并不太好的半導(dǎo)體，1977年發(fā)現(xiàn)通過(guò)AsF5或I2摻雜后，呈現(xiàn)出明顯的金屬特性，電導(dǎo)率可達(dá)105s/cm。這比未摻雜前提高了十幾個(gè)量級(jí)。隨后的研究相繼發(fā)現(xiàn)了多種不同結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電高分子，如聚1,4－亞苯、聚吡咯、聚苯硫醚、聚噻吩、聚對(duì)－1,4－亞苯基乙烯、聚苯胺等，經(jīng)摻雜后可產(chǎn)生高電導(dǎo)率。由于有機(jī)高分子材料具有易加工性，易與其它材料混合以及特殊的電性能等優(yōu)點(diǎn)，可望