功能材料展望1第1頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三第一節對功能材料的新要求透明度高的光投射型聚合物正在研究之中，折射率分布型的材料也在開發之中。光導纖維是在透明物的周圍包覆比該物質折射率低的材料。光導纖維的芯材是聚苯乙烯，外殼成分有聚甲基丙烯酸甲酯等。與石英纖維比較，缺點是對紅外線和一部分可見光有吸收作用而引起很大損失。2第2頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三塑料光導纖維只適合于近距離以及限定的玻璃化轉變溫度之下。由于聚合物柔軟、易加工，質輕價廉，因此日益廣泛地應用于傳送光信號、裝飾和廣告陳列。如果能夠提高透明度，減少光損失，提高玻璃化溫度，則用于光導纖維的高聚物用量會迅速增大。3第3頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三功能材料在光路上的應用有連接器、濾光器、光分度器、衍射光柵、光集成電路等。功能材料在光存貯器中的應用也很有前途。利用光的二聚作用、光異構化以及光開閉環等反應，將活性基導入到材料中以便控制反應的進行等等都是技術開發的關鍵。4第4頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三隨著微機技術的普及，硅板上越來越多的使用了各種工程塑料、樹脂、薄膜和陶瓷制品作為半導體的保護材料、印刷線路板和絕緣材料。超大規模集成電路使得存儲容量從16K升至32、64、128K，進而發展到256K，這都是由于照相蝕刻時所采用的光致刻蝕劑的功能進一步提高，使細微的電路圖的描制成為可能。5第5頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三

導電聚合物材料廣泛用于導電元件、電阻元件、電磁波屏蔽和防靜電等方面。由于分散型聚合物導電材料其微觀結構含有不均一性，目前的進展方向為開發聚合物本身具有導電性的材料。目前超導聚合物材料的研制也日益受到重視。有機系列的超導體一般導熱性低，易發脆，難以實際應用，因此人們致力于開發出超導的新材料和新的加工方法。6第6頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三敏感元件的需求材料用作敏感元件時，按照材料的特性，可分為幾類:

在主鏈上或側鏈上含有酞青、卟啉環或吡唑啉環等基團的聚合物材料在外加電壓的情況下會產生色澤的變化，被用于電場感應材料。7第7頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三液晶高聚物具有磁場定向、磁各向異性等特征。為使聚合物本身帶有磁性，人們力圖以不對稱電子、原子、離子或自由基為骨架制備高聚物用于磁場感應材料。共軛系高聚物具有光致導電性，希望在半導體激光使用的近紅外領域，開發出靈敏度高的材料用于光感應材料。8第8頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三在熱和光學性質之間，有聚苯乙烯和三苯甲烷系色素及對苯醌混合物的色澤變化，聚丙烯酸樹脂和EVA共聚物的透明度變化，用聚偏二氟乙烯可進行熱致發熱。聚合物由于溫度的變化而發生順反結構互變，具有可逆性伸縮的性質。這些性質可用于溫度敏感材料。9第9頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三聚偏二氟乙烯或偏二氰乙烯共聚物由于受壓力或壓電作用，會產生電阻或介電常數的變化。這種功能在擴音器、機器人觸覺以及振動傳感器等方面具有開發前景，通過高分子鏈的設計，有望出現更大壓電系數的材料。10第10頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三物性傳感材料是一種利用物理吸附而發生阻抗變化的材料，作為傳感器的必備條件，微小的異常應該引起很大的物性變化，重復性以及各種使用條件的耐受力也要有一定要求。如水的傳感劑可用于離子交換樹脂，多孔聚氟苯乙烯用在空調和控制程序上等等。11第11頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三工農業上的需求功能材料用于工業領域要求材料在強度、耐熱性、耐久性和耐化學藥品性等方面有良好的性能，同時還要具備可加工性以及良好的經濟效益。合成樹脂涂料還要有耐氣候性和強韌性等性能。反滲透膜、超濾膜以及氣體分離膜，吸附劑，離子交換樹脂等被用于質量轉移和分離。12第12頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三通過化學轉化導致的物理性刺激，如光、放射線、熱、力、電場等，可以用于光聚合物、壓敏復寫紙以及放射線交聯等等。各種催化劑提高了反應的選擇性，同時還具有高分子效應和協同效應，預計在工業上的用量會進一步擴大。13第13頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三功能材料中電、磁、光、熱、力和音的相互轉化可以分別適用于適當的領域。膜分離技術在工業上得到了廣泛的應用，將反滲透膜、離子交換樹脂或掙來法同時并用制備超純水取得了良好的效果。食品工業也迫切需要使用膜分離法取代真空蒸發和冷凍干燥。未來工業廢水的回收和利用以及海水的淡化也可以通過膜滲透以及生物工藝學的配合而產生新的途徑。而實際情況是膜的性能和耐久性等方面還不能滿足需要。14第14頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三在農業上，廣泛應用地膜，其耐候性、透光率以及可降解性都有待研究。功能材料用于農藥，對材料提出了以下要求：保持藥效的持久性，增強藥效，增強穩定性降低毒性，減小氣味，減輕作物所受毒害，使用方便。15第15頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三高分子農藥有本身帶有活性的，如用于抑制水中藻類或菌類繁殖用的季銨鹽高聚物；有將低分子制成高分子的農藥，如聚氨基甲酸乙酯型共聚物的除草劑。16第16頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三用于改良劑型的材料主要有：被高聚物溶解或吸附的農藥，如聚氯乙烯中浸漬2，2－二氯乙烯二甲基磷酸酯殺蟲劑20％制成的緩釋殺蟲片；用有機磷類殺蟲劑交聯的聚酰胺膜，明膠膜，聚氨基甲酸乙酯等制成的微膠囊；包合化合物如將對紫外線敏感的除蟲菊酯用－環糊精包合。緩釋農藥以及緩釋化肥(或按照植物生長特定時期提供必要肥料的智能型化肥)，都被人們寄予厚望。17第17頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三能源開發、交通中的需求在耐高壓、耐高溫等苛刻條件下，可靠性高的高強度材料一直是以高性能的金屬材料為主，近年來開始使用陶瓷或高聚物等材料。隨著油田的二次開發，要求開發出耐壓、耐熱、耐水、耐腐蝕等綜合性能優良的高性能材料。目前美國杜邦公司開發出的Karlez橡膠已基本滿足上述要求。18第18頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三此外用高分子吸附劑在海水中提取鈾、重水等應用有助于原子能的利用。據認為，高分子功能材料選由于擇性廣，可加工性好，可以用涂覆的方法得到廉價而且大面積的元件等優點，希望能夠將以硅材料為主的無機類太陽能電池轉向高分子材料制成的電池。但光電轉化效率尚有待提高，穩定性也有待進一步改善。19第19頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三汽車中應用的塑料制品越來越多，但纖維增強塑料的成型時間長，生產效率低，價格比鋼板高且涂裝質量不如鋼板，與其它材料的接合性差都限制了其應用。但纖維增強塑料作外裝修部件的輕型材料的需求量還是比較大，一些功能部件的塑料化也正在減小2，其老化疲勞問題是主要要解決的問題。20第20頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三飛機的輕型化是以復合材料取代鋁、鋼等金屬材料，但有些問題尚有待改進如改善加工性能，開發粘結材料，增強纖維的三維化等等。鐵路上，日本已研制出用增強塑料制造的火車車廂。未來的鐵路運輸將采用流線型電動車輛，其輕型化所采用的結構材料與汽車相似之處很多。21第21頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三醫療以及日常生活中的需求醫療上，醫用材料越來越廣泛的用于檢查、診斷、輔助治療以及藥品、人工臟器等方面。其生物適應性和醫用功能都有待提高，不能一概而論。作為醫用功能材料的一般要求，提高其醫用功能和安全性，延長使用時間，改善其加工性能等，有待于進一步開發新的適合不同需求的材料。22第22頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三日常生活中時時處處都充斥了塑料的影子，衣食住行樣樣離不開塑料。但其耐磨性、阻燃性耐候性等都相當重要，隨著材料用量的進一步擴大，廢棄的材料容易處理也成為材料必備的功能之一。23第23頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三第二節功能材料展望隨著新材料的開發，功能材料制品進入商品領域成為必然，功能材料正向著質量更高、附加值更大和功能更好的方向發展。24第24頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三在電學領域要求有絕緣和導電兩種相反功能的材料；在光學性質上需要光導纖維所具有的光透射性和光轉換元件，以及組成傳感器所應有的性質如電場感應性、磁場感應性、光感應性、溫度感應性和物性傳感能力等等。25第25頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三醫藥領域的重要功能有生物體適應性、替代功能和藥理活性等等。工業上，有待提高物料的分離功能、化學轉化功能和物理轉化功能。目前已經有許多領域應用功能材料，今后可以采用Auto-CAD進行計算機的輔助設計，開展更高層次的功能材料的分子設計，那么一批更為新型的功能材料必將進入我們的生活，在各個領域作出更大的貢獻。26第26頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三分子設計的思想在化學領域中由來已久，人們利用化學符號以及化學式對化學反應進行了規劃和設計，對試驗結果加以驗證。近年來由于各種基礎數據和知識的積累，分子設計的可靠程度有了顯著提高。材料設計的思想比分子設計要更為新穎。經分子設計合成的產品應稱之為物質，在考慮其性質中可能具有某種功能或性能可供利用時，便成為候選材料，在使用時才把它看作材料。27第27頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三在當前的市場經濟條件下，科研要力求高效利用產品開發資金。從迅速掌握社會需求開始建立能及時反映材料功能的新產品開發體系。以往的設計方法主要是依靠研究者的知識和經驗進行，而今后的計算機設計是通過數據庫進行檢索來產生候選材料，通過性能的預測來進行，從輸入要求開始到實用化實驗結束的過程相當于廣義的材料設計，這種流程結合了參與者或研究小組通常所采用的方法加以概括而成。28第28頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三材料的設計程序首先要分析輸入的要求項目，挑選規格參數和選定候選材料然后參閱科技情報以及文獻情況，加熱自己的觀點和看法，再開始實驗，評價成果。在取得滿意結果之前要耐心反復的思考。在科學技術迅速發展的今天，文獻浩瀚，而人的能力是有限的，因此我們可以借助計算機將情報處理系統編入材料設計的系統，以便對材料進行充分的整理利用。29第29頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三對以往設計過程中的設想、實驗和評價所需要的各種參考數據及基礎理論或經驗規律等等分別用計算機加以處理，保存在數據庫及知識庫中，將數據庫與知識庫并用，提出適合需要的候選材料作為實驗的原則同時預測其性能，然后對這些結果用多變量分析等方法選出新理論及經驗規律。30第30頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三由于功能材料具有各種奇特的功能，其發展潛力是巨大的，隨著科學技術的發展，必將會有更多的新型功能材料出現，已經開發和將要開發的主