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碩士畢業(yè)論文

高分子材料科學的發(fā)展進程

時間:2022-10-26 14:26:31 碩士畢業(yè)論文 我要投稿
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高分子材料科學的發(fā)展進程

  高分子材料科學作為一種前沿學科,在當前保持了一種持續(xù)發(fā)展的態(tài)勢。

  高分子材料科學的發(fā)展進程【1】

  摘 要 高分子材料科學作為一種前沿學科,在當前保持了一種持續(xù)發(fā)展的態(tài)勢。

  本文從基本概念以及發(fā)展的過程向大家介紹這一門科學。

  關鍵詞 高分子材料 現(xiàn)狀 可持續(xù)發(fā)展

  1高分子材料的相關概念

  1.1高分子材料的基本概念及來源

  高分子材料(macromolecular material),以高分子化合物為基礎的材料。

  高分子材料是由相對分子質(zhì)量較高的化合物構(gòu)成的材料。

  按來源可分為分為天然、半合成(改性天然高分子材料)和合成高分子材料。

  天然高分子是生命起源和進化的基礎。

  人類社會一開始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。

  如利用蠶絲、棉、毛織成織物,用木材、棉、麻造紙等

  1.2高分子材料的分類

  高分子材料按照特性分為橡膠、纖維、塑料、膠粘劑、涂料和高分子基復合材料等,其中前三種被稱為高分子的三大材料。

  橡膠是一類線型柔性高分子聚合物。

  其分子鏈柔性好,在外力作用下可產(chǎn)生較大形變,除去外力后能迅速恢復原狀。

  有天然橡膠和合成橡膠兩種。

  纖維分為天然纖維和化學纖維。

  前者指蠶絲、棉、麻、毛等。

  后者是以天然高分子或合成高分子為原料,經(jīng)過紡絲和后處理制得。

  纖維的次價力大、形變能力小、模量高,一般為結(jié)晶聚合物。

  塑料是以合成樹脂或化學改性的天然高分子為主要成分,再加入填料、增塑劑和其他添加劑制得。

  其分子間次價力、模量和形變量等介于橡膠和纖維之間。

  2高分子材料科學的發(fā)展進程

  2.1高分子材料科學的發(fā)展歷史

  高分子學科的建立,至今不到80年。

  從遠古時期開始,人類就已經(jīng)學會使用天然高分子材料,比如天然的樹脂、橡膠、棉花、木材等。

  20世紀20年代,才出現(xiàn)高分子科學的概念。

  到了20世紀30年代,高分子材料工業(yè)才步入發(fā)展階段,而到了20世紀50年代配位聚合的出現(xiàn)極大地推動了高分子材料的發(fā)展。

  進入20世紀下半葉,高分子取得了一系列突破性的進展,比如聚烯烴的多元聚合,設計合成嵌段,超支化等聚合物等。

  2.2高分子材料科學的發(fā)展現(xiàn)狀

  進入21世紀,單單從一個大方向來描述高分子材料的發(fā)展現(xiàn)狀是不可取的也是不全面的,所以將簡單分為幾個領域分別介紹目前的發(fā)展現(xiàn)狀。

  在電氣工業(yè)領域,高分子材料也有杰出的表現(xiàn)。

  隨著時代的發(fā)展,高分子材料在電子、家電和通信領域。

  我國電氣生產(chǎn)大國,全行業(yè)對高分子材料需求量較大用量。

  高分子材料輕質(zhì)、絕緣、耐腐蝕、表面質(zhì)量高和易于成型加工的特點正是生產(chǎn)各種家用電器的最佳材料,而家用電器是人們的必須生活用品,所以高分子材料在電氣工業(yè)的發(fā)展是會一直進行下去的。

  在機械制造領域更加少不了高分子材料。

  比如,目前世界不少轎車的塑料用量已經(jīng)超過 120千克/輛,德國高級轎車用量已經(jīng)達到300 千克/輛。

  可見在汽車制造方面,高分子的發(fā)展還是比較成熟,系統(tǒng)的。

  并且可以預見,隨著汽車輕量化進程的加速,塑料在汽車中的應用將更加廣泛

  高分子材料還在航空航天,建筑工程,醫(yī)療,包裝行業(yè)等眾多領域發(fā)展已經(jīng)比較成熟,并且正在朝著一個更加規(guī)范,更加科學,更加和諧的方向穩(wěn)定發(fā)展

  2.3高分子材料科學的發(fā)展前景

  高分子材料科學代表的是一種前沿技術,其發(fā)展趨勢也必然要適應社會發(fā)展的潮流和最先進工業(yè)發(fā)展的需求。

  2.3.1精細化

  隨著時代的發(fā)展,精細化必然成為材料的主流趨勢,未來將納米技術融入其中也是勢在必行的。

  高分子材料的納米化可以依賴于高分子的納米合成,這既包括分子層次上的化學方法,也包括分子以上層次的物理方法。

  利用外場包括電場、磁場、力場等的作用,采用自組裝或自合成等方法,靠分子間的相互作用,構(gòu)建具有特殊結(jié)構(gòu)形態(tài)的分子聚集體。

  2.3.2綠色友好化

  在強調(diào)可持續(xù)發(fā)展的21世紀,任何事物都在漸漸轉(zhuǎn)型,高分子材料也不例外。

  實現(xiàn)綠色友好化,需要在材料的合成,生產(chǎn),運用三方面全方位實現(xiàn)。

  現(xiàn)在的高分子合成材料對石油的依賴性特別強,尋找可以替代石油的其它資源,則成為21 世紀的高分子化學研究中的一個迫切需要解決的問題。

  調(diào)節(jié)原子和分子在物質(zhì)中的組合配置,控制物質(zhì)的微觀性質(zhì)、宏觀性質(zhì)和表面性質(zhì),就可能使某種物質(zhì)滿足某種使用要求,這種物質(zhì)就能作為材料來使用。

  2.3.3智能化

  在這個智能材料的時代,高分子化學同樣承擔著不可替代的作用。

  智能材料是材料的作用和功能可隨外界條件的變化而有意識的調(diào)節(jié)、修飾和修復,如若實現(xiàn),也必然會對人類發(fā)展發(fā)揮巨大的作用。

  3結(jié)語

  本文通過比較淺層次的語言向大家介紹了高分子這門前沿科學,相信在今后的生活中,隨著科技的發(fā)展,技術的進步,越來越多的人會認識高分子材料,并投入到這門與人類生活息息相關的科學研究中去。

  參考文獻

  [1] 富彥珍,王雅珍,李青山,馬立群,高分子化學實驗微型化的研究與實踐[J].高等工程教育研究,2004(03).

  [2] 楊利庭,趙敏,高俊剛.改進實驗教學培養(yǎng)應用性理科高分子人才[J].高等理科教育,2007(02).

  [3] 何平笙,楊小震.“分子的性質(zhì)“軟件用于高分子科學教學實驗[J].高分子通報,2000(01).

  [4] 王亞男,李婷婷,徐聰.淺析目前我國高分子化工材料的發(fā)展現(xiàn)狀[J].人力資源管理,2012(5).

  [5] 汪煥心.我國高分子材料未來發(fā)展的方向[J].廣州化工,2012(2).

  [6] 喬金��.高分子材料發(fā)展熱點展望[J].新材料產(chǎn)業(yè),2011(2).

  高分子材料的發(fā)展前景【2】

  摘要:隨著生產(chǎn)和科技的發(fā)展,以及人們對知識的追求,對高分子材料的性能提出了各種各樣新的要求。

  現(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。

  本文主要分析了高分子材料的發(fā)展前景和發(fā)展趨勢。

  關鍵詞:高分子材料;發(fā)展;前景

  一 高分子材料的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

  高分子材料作為一種重要的材料, 經(jīng)過約半個世紀的發(fā)展巳在各個工業(yè)領域中發(fā)揮了巨大的作用。

  從高分子材料與國民經(jīng)濟、高技術和現(xiàn)代生活密切相關的角度說, 人類已進人了高分子時代。

  高分子材料工業(yè)不僅要為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人們的衣食住行用等不斷提供許多量大面廣、日新月異的新產(chǎn)品和新材料又要為發(fā)展高技術提供更多更有效的高性能結(jié)構(gòu)材料和功能性材料。

  鑒于此, 我國高分子材料應在進一步開發(fā)通用高分子材料品種、提高技術水平、擴大生產(chǎn)以滿足市場需要的基礎上重點發(fā)展五個方向:工程塑料,復合材料,液晶高分子材料,高分子分離材料,生物醫(yī)用高分子材料。

  近年來,隨著電氣、電子、信息、汽車、航空、航天、海洋開發(fā)等尖端技術領域的發(fā)展和為了適應這一發(fā)展的需要并健進其進? 步的發(fā)展, 高分子材料在不斷向高功能化高性能化轉(zhuǎn)變方面日趨活躍,并取得了重大突破。

  二 高分子材料各領域的應用

  1高分子材料在機械工業(yè)中的應用

  高分子材料在機械工業(yè)中的應用越來越廣泛, “ 以塑代鋼” ,“ 塑代鐵” 成為目前材料科學研究的熱門和重點。

  這類研究拓寬了材料選用范圍,使機械產(chǎn)品從傳統(tǒng)的安全笨重、高消耗向安全輕便、耐用和經(jīng)濟轉(zhuǎn)變。

  如聚氨酉旨彈性體,聚氨醋彈性體的耐磨性尤為突出, 在某些有機溶劑 如煤油、砂漿混合液中, 其磨耗低于其它材料。

  聚氨醋彈性體可制成浮選機葉輪、蓋板, 廣泛使用在工況條件為磨粒磨損的浮選機械上。

  又如聚甲醛材料聚甲醛具有突出的耐磨性, 對金屬的同比磨耗量比尼龍小, 用聚四氟乙烯、機油、二硫化鑰、化學潤滑等改性, 其摩擦系數(shù)和磨耗量更小, 由于其良好的機械性能和耐磨性, 聚甲醛大量用于制造各種齒輪、軸承、凸輪、螺母、各種泵體以及導軌等機械設備的結(jié)構(gòu)零部件。

  在汽車行業(yè)大量代替鋅、銅、鋁等有色金屬, 還能取代鑄鐵和鋼沖壓件。

  2 高分子材料在燃料電池中的應用

  高分子電解質(zhì)膜的厚度會對電池性能產(chǎn)生很大的影響, 減薄膜的厚度可大幅度降低電池內(nèi)阻, 獲得大的功率輸出。

  全氟磺酸質(zhì)子交換 膜的大分子主鏈骨架結(jié)構(gòu)有很好的機械強度和化學耐久性, 氟素化合物具有僧水特性, 水容易排出, 但是電池運轉(zhuǎn)時保水率降低, 又要影響電解質(zhì)膜的導電性, 所以要對反應氣體進行增濕處理。

  高分子電解質(zhì)膜的加濕技術, 保證了膜的優(yōu)良導電性, 也帶來電池尺寸變大增大左右、系統(tǒng)復雜化以及低溫環(huán)境下水的管理等問題。

  現(xiàn)在一批新的高分子材料如增強型全氟磺酸型高分子質(zhì)子交換膜耐高溫芳雜環(huán)磺酸基高分子電解質(zhì)膜納米級碳纖維材料新的一導電高分子材料等等, 已經(jīng)得到研究工作者的關注。

  3 高分子材料在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)種子處理中的應用及發(fā)展

  高分子材料在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)種子處理中的應用:新一代種子化學處理一般可分為物理包裹利用干型和濕形高分子成膜劑, 包裹種子。

  種子表面包膜利用高分子成膜劑將農(nóng)用藥物和其他成分涂膜在種子表面。

  種子物理造粒將種子和其他高分子材料混和造粒, 以改善種子外觀和形狀, 便于機械播種。

  高分子材料在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)種子處理中研究開發(fā)進展:種子處理用高分子材料已經(jīng)從石油型高分子材料逐步向天然型以及功能型高分子材料的方向發(fā)展。

  其中較為常見和重要的高分子材料類型包括多糖類天然高分子材料, 具有在低溫情況下維持較好膜性能的高分子材料, 高吸水性材料, 溫敏材料, 以及綜合利用天然生物資源開發(fā)的天然高分子材料等, 其中利用可持續(xù)生物資源并發(fā)的種衣劑尤為引人關注。

  4 高分子材料在智能隱身技術中的應用

  智能隱身材料是伴隨著智能材料的發(fā)展和裝備隱身需求而發(fā)展起來的一種功能材料,它是一種對外界信號具有感知功能、信息處理功能。

  自動調(diào)節(jié)自身電磁特性功能、自我指令并對信號作出最佳響應功能的材料/系統(tǒng)。

  區(qū)別于傳統(tǒng)的外加式隱身和內(nèi)在式雷達波隱身思路設計,為隱身材料的發(fā)展和設計提供了嶄新的思路,是隱身技術發(fā)展的必然趨勢 ,高分子聚合物材料以其可在微觀體系即分子水平上對材料進行設計、通過化學鍵、氫鍵等組裝而成具有多種智能特性而成為智能隱身領域的一個重要發(fā)展方向。

  三 高分子材料的發(fā)展前景

  1高性能化

  進一步提高耐高溫,耐磨性,耐老化,耐腐蝕性及高的機械強度等方面是高分子材料發(fā)展的重要方向,這對于航空、航天、電子信息技術、汽車工業(yè)、家用電器領域都有極其重要的作用。

  高分子材料高性能化的發(fā)展趨勢主要有創(chuàng)造新的高分子聚合物,通過改變催化劑和催化體系,合成工藝及共聚,共混及交聯(lián)等對高分子進行改性,通過新的加工方法改變聚合物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu),通過微觀復合方法,對高分子材料進行改性。

  2高功能化

  功能高分子材料是材料領域最具活力的新領域,目前已研究出了各種各樣新功能的高分子材料,如可以像金屬一樣導熱導電的高聚物,能吸收自重幾千倍的高吸水性樹脂,可以作為人造器官的醫(yī)用高分子材料等。

  鑒于以上發(fā)展,高分子吸水性材料、光致抗蝕性材料、高分子分離膜、高分子催化劑等都是功能高分子的研究方向。

  3復合化

  復合材料可克服單一材料的缺點和不足,發(fā)揮不同材料的優(yōu)點,擴大高分子材料的應用范圍,提高經(jīng)濟效益。

  高性能的結(jié)構(gòu)復合材料是新材料革命的一個重要方向,目前主要用于航空航天、造船、海洋工程等方面,今后復合材料的研究方向主要有高性能、高模量的纖維增強材料的研究與開發(fā),合成具有高強度,優(yōu)良成型加工性能和優(yōu)良耐熱性的基體樹脂,界面性能,粘結(jié)性能的提高及評價技術的改進等方面。

  4智能化

  高分子材料的智能化是一項具有挑戰(zhàn)性的重大課題,智能材料是使材料本身帶有生物所具有的高級智能,例如預知預告性,自我診斷,自我修復,自我識別能力等特性,對環(huán)境的變化可以做出合乎要求的解答;根根據(jù)人體的狀態(tài),控制和調(diào)節(jié)藥劑釋放的微膠囊材料,根據(jù)生物體生長或愈合的情況或繼續(xù)生長或發(fā)生分解的人造血管人工骨等醫(yī)用材料。

  由功能材料到智能材料是材料科學的又一次飛躍,它是新材料,分子原子級工程技術、生物技術和人 工智能諸多學科相互融合的一個產(chǎn)物。

  5綠色化

  雖然高分子材料對我們的日常生活起了很大的促進作用,但是高分子材料帶來的污染我們?nèi)匀徊荒苄∫暋?/p>

  那些從生產(chǎn)到使用能節(jié)約能源與資源,廢棄物排放少,對環(huán)境污染小,又能循環(huán)利用的高分子材料備受關注,即要求高分子材料生產(chǎn)的綠色化。

  主要有以下幾個研究方向,開發(fā)原子經(jīng)濟的聚合反應,選用無毒無害的原料,利用可再生資源合成高分子材料,高分子材料的再循環(huán)利用。

  四 結(jié)束語

  高分子材料為我國的經(jīng)濟建設做出了重要的貢獻,我國已建立了較完善的高分子材料的研究、開發(fā)和生產(chǎn)體系,我國雖然在高分在材料的開發(fā)和綜合利用方面起步較晚,但目前來看也取得了不錯的進步,我們應提高其整體技術水平,致力于創(chuàng)新的高分在聚合反應和方法,開發(fā)出多種綠色功能材料和智能材料,以提高人類的生活質(zhì)量,并滿足各項工業(yè)和新技術的需求。

  參考文獻:

  [1]金關泰.《高分子化學的理論和應用》,中國石化出版社,1997

  [2]李善君 紀才圭等.《高分子光化學原理及應用》復旦大學出版社2003 6.

  [3]李克友, 張菊華, 向福如. 《高分子合成原理及工藝學》,科學出版社,1999

  液晶高分子材料的發(fā)展與應用【3】

  摘要:液晶高分子材料兼具有晶態(tài)和液體兩方面的性質(zhì),是一種新興的功能高分子材料,近年來,液晶高分子材料的應用獲得了迅速的發(fā)展,例如其在液晶顯示、光儲存和液晶紡絲等方面的應用,相信在不久的將來會有更多性能更優(yōu)異的液晶高分子材料應用于日常生活中。

  關鍵詞:液晶 液晶高分子 應用

  1 引言

  液晶高分子材料是在一定條件下可以液晶態(tài)存在的高分子所加工制成的材料,較高分子量和液晶有序的有機結(jié)合使液晶高分子材料具有一些優(yōu)異的特性。

  例如,液晶高分子材料具有非常高的強度和模量,或具有很小的熱膨脹系數(shù),或具有優(yōu)良的電光性質(zhì)等等。

  研究和開發(fā)液晶高分子材料,不僅可以提供新的高性能材料從而促使技術的進步和新技術的產(chǎn)生,同時可以促進高分子化學、高分子物理學、高分子加工以及高分子應用等領域的發(fā)展。

  因此,研究液晶高分子材料具有重要意義。

  2 液晶高分子材料的發(fā)展

  液晶高分子存在于自然界很多物質(zhì)中,像是生物體中的纖維素、多肽、核酸、蛋白質(zhì)、細胞及細胞膜等都存在液晶態(tài)。

  液晶的原理首先在1888年由奧地利植物學家F Reinitzer(F.Reinitzer,Monatsh,Chem,9,421,1888)提出,之后,德國科學家O,Lehamann驗證了液晶的各向異性,他建議將其命名為Fliess,endekrystalle,在英語中也就是液晶(Liquid Crystal或簡化為LC)。

  19世紀60年代,人們發(fā)現(xiàn)聚對苯甲酰胺溶解在二甲基乙酰胺LiCI中,和聚對苯二甲酰對本二胺溶解在濃硫酸中,都可以形成向列型液晶(根據(jù)分子排列的形式和有序性不同,液晶有三種不同的結(jié)構(gòu)類型:近晶型、向列型和膽甾型。

  向列型液晶只保留著固體的一維有序性,具有較好的流動性)。

  剛性分子鏈在溶液中伸展,當其濃度達到臨界濃度時由于部分剛性分子聚集在一起形成有序排列的微區(qū)結(jié)構(gòu),使溶液由各向同性向各向異性轉(zhuǎn)變,由此形成了液晶。

  隨即,美國杜邦公司(DuPont’s)先后推出了PSA(聚苯甲酰胺)及Kevelar纖維PPTA(聚對苯二甲酰對苯二胺),標志著液晶高分子研究工業(yè)化發(fā)展的開始。

  到70~80年代,出現(xiàn)了諸如Xydar(美國Dartin公司,1984年),Vectra(美國Calanese公司,1985年)等一系列商用型熱致液晶,液晶高分子材料逐漸開始推廣。

  發(fā)展至今,液晶這一形態(tài)已經(jīng)成為一個相當大的物質(zhì)家族,其商業(yè)用途多達幾百種,例如日常生活中所用的液晶顯示手表、計算器、筆記本電腦和高清晰的彩色電視等都已商品化,使得顯示技術領域發(fā)生重大的革命性變化。

  液晶高分子的一系列不同尋常的性質(zhì)已經(jīng)得到了廣泛的實際應用,其中大家最為熟悉的就是上面說到的液晶顯示技術,它是應用向列型液晶的靈敏的電響應特性和優(yōu)秀的光學特性的典型例子。

  把透明的向列型液晶薄膜夾在兩塊導電的玻璃板之間,在施加適當電壓的點上變得不透明,因此當電壓以某種圖形的形式加到液晶薄膜上就產(chǎn)生了圖像。

  這一原理等同于學生日常學習使用的計算器,在通電時液晶分子排列變得有秩序,使光線容易通過;不通電時分子排列混亂,阻止光線通過,因而顯示出所要計算的數(shù)字。

  液晶顯示器件最大的優(yōu)點在于耗電低,可以實現(xiàn)微型化和超薄化。

  與小分子液晶材料相比,液晶高分子在圖形顯示方面的應用前景在于利用其優(yōu)點開發(fā)大面積、平面、超薄型、直接沉積在控制電極表面的顯示器,具有相當大的優(yōu)勢。

  液晶高分子還可以利用其熱,光效應來實現(xiàn)光存儲。

  首先將存儲介質(zhì)制成透光的液晶態(tài)晶體,這時測試的光完全透過,證明沒有信息記錄;當用一束激光照射存儲介質(zhì)時,局部溫度升高而使液晶高分子熔融成各向同性熔體,分子失去有序性:激光消失后,液晶高分子凝結(jié)成不透光的固體,信號被記錄下來。

  此時如果再照射測試光,將僅有部分光透過,記錄的信息在室溫下永久保存。

  這同目前常用的存儲介質(zhì)――光盤相比,其對信息的存儲依靠記憶材料內(nèi)部的特性變化使得液晶高分子存儲材料的可靠性更高,而且不用擔心灰塵和表面的劃傷對存儲數(shù)據(jù)的影響,更適合于重要數(shù)據(jù)的長期保存。

  此外,將剛性高分子溶液的液晶體系所具有的流變學特性應用于纖維加工過程中,已創(chuàng)造出一種新的紡絲技術――液晶紡絲,這種新技術使纖維的力學性能提高了兩倍以上,獲得了高強度、高模量、綜合性能優(yōu)越的纖維。

  由于剛性高分子溶液形成的液晶體系具有高濃度、低粘度和低切變速率下高度取向的流變學特性,因此采用液晶紡絲便順利地解決了高濃度溶液必然伴隨著高粘度的問題。

  同時,由于液晶分子的取向,紡絲時可以在較低的牽伸條件下就獲得較高的取向度,避免纖維在高倍拉伸時產(chǎn)生應力和受到損傷。

  這樣所得的高性能纖維可用于制造防彈衣、纜�和特種復合材料等。

  3 液晶高分子材料的應用

  液晶高分子材料不僅在化學、物理方面得到了廣泛的應用,其在生物醫(yī)學方面的應用也是不可小視的。

  由于在電、磁、光、熱、力等條件變化時,液晶高分子將發(fā)生顯著的變化,使得液晶高分子膜比一般的膜材料具有更高的透過量和選擇性。

  因此,利用溶致性液晶(根據(jù)液晶形成條件的不同液晶態(tài)物質(zhì)又可分為“熱致型液晶”和“溶致型液晶”)高分子的成型過程,如形成層狀結(jié)構(gòu),再進行交聯(lián)固化成膜,可以制備具有部分類似功能的膜材料。

  脂質(zhì)體是液晶高分子在溶液中形成的一種聚集態(tài),這種微膠囊最重要的應用就是作為定點釋放和緩釋藥物的使用。

  微膠囊中包裹的藥物隨體液到達病變點后被酶作用破裂釋放出藥物,達到定點釋放藥物的目的。

  如前所述,作為新興的功能材料,液晶高分子材料具有很多突出的優(yōu)點。

  隨著人們對它不斷的研究,液晶高分子材料會逐步代替目前使用的部分金屬和非金屬材料。

  液晶高分子材料作為一種較新的高分子材料,人們對它的認識還不充分,但在不遠的將來,液晶高分子材料的應用一定會越來越廣泛。

  對人類的生存和發(fā)展做出新的貢獻。

  參考文獻:

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