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高分子材料的研究进展精选(九篇)

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高分子材料的研究进展

第1篇:高分子材料的研究进展范文

1有机阻燃剂概述

阻燃剂主要是用来提高材料的抗燃性,从而避免材料被引燃并且要抑制火焰的传播。阻燃剂成为高分子材料发展的重要动力之一,使用量仅次于增塑剂。阻燃剂根据不同类型的化合物分成有机阻燃剂、无机阻燃剂以及有机-无机混合阻燃剂这几种类型。其中无机阻燃剂应用最为广泛,需求量占到阻燃剂总量的50%以上。理想阻燃剂需要有着阻燃效果好以及添加量少的优点,同时要无烟无毒从而避免环境污染,并且对其他材料的性能影响小,有着良好的加工性能好,热稳定性高并且价格便宜等特带你。阻燃剂的这些要求,决定着阻燃剂以及阻燃技术的发展放心。有机阻燃剂有着添加量少以及基材相容性好的优点,同时对阻燃制品性能的影响也更小,不过现有的有机阻燃剂在燃烧时发烟量大同时挥发性大,热稳定性以及水解稳定性都比较差。目前研究的有机阻燃剂有氮系阻燃剂、卤系阻燃剂、有机磷阻燃剂以及硅系阻燃剂等。

2有机硅阻燃剂的合成

有机硅高分子材料近年来开发出来的新型高效环保的无卤阻燃剂,作为成炭型的抑烟剂,能够赋予高聚物在阻燃以及抑烟的过程中,还可以改善材料的机械强度以及加工性能。作用机理主要是硅氧烷燃烧过程中能够生成硅,进而碳阻隔层能够隔绝树脂与氧气的接触,避免熔体滴落,因此实现阻燃效果。有机硅阻燃剂有着热稳定性良好的特点,这是由分子主链的-Si-O-键所决定。有机硅闪点绝大多数都高于300℃,所有具有难燃性。较为常见的有硅油、硅树脂、硅橡胶以及聚硅氧烷等。目前市场应用的有机硅阻燃剂打斗是美国通用电器提供的SFR-100,是一种黏稠透明的硅酮聚合物,能够与各种协同剂例如多磷酸胺等并用,已经使用在聚烯烃阻燃,低用量可以满足阻燃要求,高用量能够赋予基材有意的抑烟性以及阻燃性。研究人员通过研究有机硅高分子材料的阻燃性,发现在PU弹性体当中加入粉末状环氧以及硅氧烷,只需要加入5%,就能够使HRR降低到80%,液态的硅氧烷则能够降低HRR到50%。通过分析阻燃PP,还能够发现有机硅的复合物对PP有着明显的阻燃以及减少熔滴效果。

3有机硅阻燃剂的国内外研究进展

1)国外研究进展。1981年坎贝尔等人发表关于聚碳酸酯与聚二甲基硅氧烷(PDMS)的共混,能够提高PC阻燃性的报告。不过PSMS自身阻燃效果不够理想,为了改善阻燃性能,需要在其结构当中加入反应性官能团,例如端羟基、氨基以及环氧基等,如下图所示。

1983年,GE公司采用1-40wt%的硅胶或者线性硅油,1-20wt%的有机化合物例如硬脂酸镁和1-20wt%的有机硅树脂制备热塑性塑料使用的有机硅阻燃剂,能够广泛应用于热塑性塑料。1985年,GE公司继续开发用于尼龙树脂的有机硅阻燃剂,通过添加10-50wt%,能够达到理想的阻燃效果。1990年,GE公司通过二羟基苯酚与羟基芳香酯硅氧烷进行光气化反应制备出有机硅-聚碳酸酯共聚物,用来做阻燃绝缘层,同时与2003年研制聚碳酸酯硅氧烷阻燃材料,在加工流动性以及阻燃性方面性能良好。日本的三菱瓦斯化学公司在羟苯基烷基封端的聚二甲基硅氧烷合成有机硅阻燃剂领域进行了大量研究工作,并合成含有聚硅氧烷链段的一系列阻燃剂,有着良好的耐热性、阻燃性、透明性以及低温冲击强度。日本NEC公司研发商品化的硅酮系阻燃剂“XC-99-B56-54,是一种带有芳香基同时含有支链结构的聚硅氧烷,突出特点是对分子结构当中的苯基含量以及功能端基反应性科学设计,从而达到最理想的水平。比聚甲基硅氧烷有着更好的分散性,对PC/ABS、PC合金具较高的阻燃性。

2)国内研究进展。我国科研机构也在有机硅高分子材料的阻燃性方面进行了大量工作。欧育湘等人对有机硅阻燃剂SFR-100性能和PE应用的效果展开了详细的研究,SFR-100是非卤成炭型的阻燃剂,一方面赋予聚烯烃良好的阻燃抑烟性,另一方面也改善材料加工性能,同时提高材料机械强度。华东理工大学的刘述梅以及王瑜润等合成苯基含量高的硅树脂阻燃剂,实验表明如果硅树脂中的苯基含量在80%~90%之间时,阻燃效果最优并且对机械性能的影响也最低。哈工大的黄玉东以及孙举涛等人用苯基氯硅烷以及甲基为单体合成耐高温的有机硅树脂,不过在空气气氛之下,因为有机基团出现氧化分解而导致硅树脂阻燃性有一定程度的下降。浙江大学的杨辉以及周文君等人通过水解缩合法制备有机硅树脂阻燃剂,在800℃以及N2气氛之下,热失重控制在38%之下,热稳定性优异,通过往PC添加5%(质量分数)之后,氧指数从25%进一步提高到35%。

4结语

总而言之,有机硅高分子材料有着性能优异以及环保的优点,符合目前阻燃剂发展的趋势,一方面能够提高阻燃效果,同时还能够改善材料的加工性能以及机械性能。有机硅高分子材料阻燃剂的各方面发展处于起步阶段,简化其合成工艺从而降低成本是有机硅阻燃剂继续发展的关键内容。

【参考文献】

[1]欧育湘,陈宇,王筱梅.阻燃高分子材料[M].北京:国防工业出版,2011.

[2]阻燃剂应用研究综述叨.化工中间体[J].2007.

[3]吕丹.聚合物的阻燃及阻燃剂的研究进展[J].广东化工,2009.

[4]李继彦,吴伯麟,刘志锋.无机阻燃剂及其应用的几个问题[J].塑料工业,2007.

第2篇:高分子材料的研究进展范文

关键词:功能高分子材料;研究现状;发展前景

一、功能高分子材料的概念及开发意义

功能高分子材料,是指具有一定传递或存储物质、信息及能量作用的高分子和高分子复合材料。这使得功能高分子材料不仅具有原来的力学性能,同时还兼具如光敏性、导电性、化学反应活性、生物相容性、选择分离性、能量转换性等一系列其他特定性能。按照其功能划分,功能高分子材料主要可分为4类:①物理功能:具体包括超导、导电、磁化等功能;②化学功能:具体包括光的聚合、降解、分解等;③生物功能:具体来说包括生理组织及血液的适应性等;④介于化学、物理之间的功能:主要是指高吸水、吸附等功能方面。

功能高分子材料由于具备特殊的功能,受到了各个领域的广泛重视,特别是其不可替代的诸多特性都为很多领域的技术进步提供了基础和前提,甚至已经因此而诞生出了一批先进的、符合社会发展潮流的新产品。因此,当前各国都加大了对功能高分子材料的人力物力财力投入,面对时间各国的竞争,我国也需要尽快加大对功能高分子材料的研发力度,从而摆脱我国国防、电子、医药和其他尖端领域严重依赖国外功能高分子材料市场的困境。

二、功能高分子材料的研究现状分析

目前针对功能高分子材料的研究和应用现状,主要集中于功能高分子材料的光功能、电功能、生物功能以及反应型功能应用这几个方面:

1.光功能高分子材料

目前的光功能功能高分子材料的研究和应用主要体现在光固化材料、光合作用材料、光显示用材料以及太阳能光板这几个方面,这些具体的应用能通过对光的吸收、储存、传输、以及转换功能,实现对光能的有效利用。例如,目前已经能够通过光功能高分子材料的运用实现光传导来帮助植物的光合作用。此外,运用光功能高分子材料实现手机的太阳能充电也已经成为现实。

2.电功能高分子材料

电功能高分子材料,除了具备良好的导电性能外,其电导率还能根据应用状况的不同,在半导体、金属态和绝缘体的范围进行变化。此外,由于电功能高分子材料一般密度较小、易于加工,同时具备良好的耐腐蚀性,在当前的工业领域中也被广泛的应用。

3.生物功能高分子材料

生物功能高分子材料在生物领域被广泛的应用。如常见的有,由生物功能高分子材料所制成的人体植入物(视网膜植入物、脑积水引流装置等)以及人体义肢等。

4.反应型功能高分子材料

这种高分子材料是一种具备很强化学活性的高分子材料,能够有效的促进化学反应。它是通过对构建高分子骨架,并将小分子反应活性物质通过离子键、共价键、配位键或物理吸附作用进行骨架填充,以实现高分子功能才能的强化化学合成与化学反应的效果。

三、功能高分子材料的发展前景及趋势分析

功能高分子材料具备很多优势特征,这些都使得其更加符合经济发展和社会发展的需求,这也使得功能高分子材料的研究工作在各国的竞争中日益白热化。而去随着投入的不断深化,和技术的不断完善。新型功能高分子材料必然在我们的尖端科学及日常生产生活中扮演越来越重要的角色。功能高分子材料的几种发展趋势。

1.复合高分子材料

目前,功能高分子材料正逐步由均质材料向着复合高分子材料的方向发展,同时其材料的功能也向着多功能材料的方面发展。复合高分子材料往往是在一种基体材料(如金属、陶瓷、树脂等)上,加入增强或增韧作用的高聚物,再通过将多相物复合成一体,就形成了新的复合高分子材料,这种高分子材料能够充分发挥各相的性能优势,因此具有广泛的发展应用前景。在今后的发展中,航天科技、医疗卫生、生活家居、甚至汽车制造等领域,都需要各种高性能的复合高分子材料。

2.环境友好型高分子材料

经济的粗放发展,给整个地球h境都带来了深重的灾难,而随着人们对环保问题的日益重视,各国对各种材料的生态可降解性要求也日益突出。因此,环境友好型高分子材料的开发和深入研究工作,也引起了各国的重视。当前,生物降解技术和环境友好型高分子材料技术大多掌握在发到国家,我国目前还处于追赶阶段。随着世贸组织对环保观念的更加重视,环境友好型高分子材料在产品中的应用优势也将日益显著,为了把握这一趋势,我国要积极开发研究出有自主知识产权的生物降解技术和环境友好高分子材料。

环境友好型高分子材料,通过易水解的高分子的作用在各种生物酶的作用下,能够加速材料的水解反应,帮助材料进行生物降解。这种高分子材料目前研究的重点方向在理化性能、生物相容性、降解速率的控制以及缓释性等方向。

3.隐身性能高分子材料

隐身性能高分子材料的研究应用主要在军事领域,其也是当前各国的尖端军事技术的研究方向之一。以往的隐身材料多采用超微粒子和细微粉,实践证实,通过吸收衰减层、激发变换层以及反射层等多层材料的微波吸收,能够取得一定的吸波效果,达到隐身的目的。但是,由于材料制备复杂,且雷达技术的日益发展,给隐身技术提出了更高的挑战。此后,隐身性能高分子材料必然是向着厚度更小、质量更轻、功能更多以及频带更宽的方向发展。

第3篇:高分子材料的研究进展范文

关键词:导电高分子复合材料;导电性;应用

中图分类号:TQ 316 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2016)06(a)-0000-00

导电高分子材料就是在高分子材料的基础上,根据使用的要求,加入了相应的导电体,经过多重技术的处理之后,使其具有了较高的导电能力。而由于这种材料在制造的过程中,使用对材料的要求不高,使用的技术加工手段简单,使用的生产成本较低,导电性能较好等原因,受到了社会各界的广泛重视。因此,为了使导电高分子复合材料在当前阶段中更好的应用,在当前的科学研究中,加强对其进行研究成为了必然趋势。

1导电高分子复合材料的导电理论

1.1 统计渗滤模型

在高分子复合材料的导电理论中,首先就是统计渗滤模型,这一模型通常是几何模型为基础上建立的,就是将复合材料中基本物质使用一定技术将其抽象化,使其存在一定形状的分散体系,然后根据一定的机理要求,将其进行重新的排列,使其重新组合成一个整体,使高分子材料中的基本物质成为了连续相,而加入的导电体材料根据其功能的不同,有些成为了连续相,有些成为了分散相,这些有效的分散相以及连续相,就在导电高分子复合材料中构造出了导电通道。在这一模型的基础上,对导电高分子复合材料的电阻率与导电体进行深层次的分析,在两者之间建立相应的联系。最具有代表性的就是在建立统计渗滤模型时,根据不同的需求,将基本物质抽象为形状、大小不同的球型、规则的多面体等,同时将导电体抽象成连续性的珠串等[1]。这种模型有效的将高分子材料的导电理论进行了阐述,但是其也具有一定的缺点,就是其只能使用在较为简单的复合材料中,复合材料中只能有一种基本物质以及导电体材料,对于具有多种基本物质或者导电体材料的复合材料时,虽然也能建立相应的模型,但得到的理论与实际之间会存在较大的差异。

1.2 热力学模型

随着统计渗滤模型的使用,人们逐渐的发现其有一些缺点,例如在构建模型时,往往忽略了基本物质与导电体之间的作用关系,使得到的结果具有一定的偏差,不满足当前社会发展的需求,在这种情况下,就研究出了热力学模型来对导电高分子复合材料导电理论进行了阐述,使结果得到了很大的改进。这一理论是以热力学原理的基础上建立的,在这项理论中,认为构建导电通道的过程中,导电体处于临界状态的体积与模型中多余的自由能具有一定的联系,当模型中多余的自由能达到一定的程度后,就会在模型的内部自动的构建出导电通道。并且,高分子材料中基本物质的熔融粘度较大,更好的阻止了平衡相的分离;导电体粒子的直径较小,更好的帮助平衡相分离。使用这种模型来对导电高分子复合材料进行阐述与实际更加接近[2]。

2 导电高分子复合材料的特殊效应理论

导电高分子材料的性能往往不是一成不变的,在特定的环境中,其性能也会逐渐的在变化着。例如一些导电高分子复合材料在拉力或压力的作用下,就会出现一些特别的效应,例如压敏效应、拉敏效应等,可以根据这些特殊的效应来对地导电高分子复合材料进行阐述。

在压敏、拉敏效应理论中,可以利用通道理论对其进行阐述。在不同的高分子材料,所中具有的临界范围不同,在压敏的情况下,材料中的导电体相对就不是很多,使得导电体的分布不是很好,无法直接构造出导电通道,如果在这时向复合材料施压,压力不是很高时,没有达到材料的最大临界值,复合材料仍然具有高阻态;当所施加的压力过高时,超过了最大临界值,就会使复合材料发生一定的形变,使其内部构建出了导电通道,从而使其具有了导电性。在拉敏的情况下,材料含有大量的导电体,其内部具有一定的导电通道,这时在对其使用拉力时,当垃圾过大,超过最大临界值时,复合材料就会发生形变,致使其全本具有的导电通道遭受了损坏,从而使复合材料不在具有导电性[3]。

3 导电高分子复合材料的应用以及发展趋势

3.1 导电高分子复合材料的应用

导电高分子的原材料一般为聚合物或者具有导电效果较强的填充物,随着科学技术的不断发展,目前已经成功研制出了具有良好导电性的高分子复合材料,且随着高分子复合材料的广泛应用,也增加了抗静电、电磁波屏蔽等功能,使得导电高分子材料获得了巨大的技术突破,目前,根据导电高分子材料的性能不同,可以将其分为半导体材料、高导电体材料、热敏导体材料等,其材料成分不仅有金属材料,如铜、铝等,同时也含有碳系聚合物,大大增加了导电高分子复合材料的稳定性,同时降低了制作成本。另外,由于导电高分子复合材料的优点,使得基于传统的工作方式有了极大程度的改善,如在开关元件生产过程,传统的导电材料的在开关中虽然能够保证电流的有效传输,但是金属材质会产生无用功率,同时导体过热还会引发安全事故,因此,在开关元件的生产中应用高分子复合材料,能够有效的保护用电安全,同时,利用高分子复合材料的热效应,能够制作出热敏传感器,提高能源的利用率,另外,导电高分子复合材料也在航电器的制作、煤电系统、建筑施工中有着广泛的应用[4]。

3.2 导电高分子复合材料的研究进展

由于高分子复合材料具有非常良好的应用前景,因此,我国重视并鼓励高分子复合材料研究的创新和发展,但是高分子复合材料具有较强的不稳定性,其性能容易受到制作工艺、制作环境等外在因素的影响,近年来,先进的导电理论指出寻研制能与复合材料稳定结合的导点模型是未来高分子复合材料的研究发展方向。随着科学技术的不断发展,目前已经得出复合体系的构建是建立导线模型的前提要素,利用拓扑学方法能够有效的对复合材料的参数进行测量,同时能够有效的观测出不同添加剂对导电高分子复合材料的影响。由于高分子复合材料必须具有实用性,因此,导电高分子复合材料的研究上也偏向于增加其稳定性、轻便型、降低制作工艺与成本,同时使导电高分子复合材料能够适应不同的温度及湿度,扩大导电高分子复合材料的应用范围,尽管在理论研究上存在诸多的困难,但是在应用方面已经取得了巨大的突破[5]。

4 总结

综上所述,在现阶段的发展中,导电高分子复合材料占据重要的作用,有效的对其进行使用,可以更好地促进社会的发展。并且随着不断对其进行研究,相关的理论知识已经得到了一定的发展,处在了一个瓶颈阶段,很难在使其继续发展。因此,在当前阶段对导电高分子复合材料进行研究时,就要向着应用方面进行研究,使其在实际中起到更大的作用,有效的促进我国社会的发展。

参考文献

[1]陆昶,胡小宁,赫玉欣等.特殊形态结构导电高分子复合材料的电学性能[J].材料研究学报,2012,07(01):37.

[2]屈莹莹,赵帅国,代坤等.各向异性导电高分子复合材料的研究进展[J].塑料工业,2012,06(05):22.

[3]徐晓英,王世安,王辉.复合导电高分子材料微观网络结构及导电行为仿真分析[J].高电压技术,2012,10(09):2221.

第4篇:高分子材料的研究进展范文

论文摘要:高分子化学是研究高分子化合物的合成、化学反应、物理化学、物理、加工成型、应用等方面的一门新兴的综合性学科。那么,高分子化学具体内容及高分子与生活、高科技的发展关系如何呢?以下作简单介绍。

人类从一开始即与高分子有密切关系,自然界的动植物包括人体本身,就是以高分子为主要成分而构成的,这些高分子早已被用作原料来制造生产工具和生活资料。人类的主要食物如淀粉、蛋白质等,也都是高分子。只是到了工业上大量合成高分子并得到重要应用以后,这些人工合成的化合物,才取得高分子化合物这个名称。但提到合成高分子材料(聚合物)的应用与发展,人们在想到它们极大地方便我们的生活的同时,很多人会想到“白色污染”,甚至将水污染、大气污染等各种环境问题的产生怪罪于高分子,这说明他们对高分子并不十分了解。当今社会高分子的功用无处不在,而人们认识高分子时,往往忽略了它带给人类生活的巨大变化和种种利益,不了解它为人类文明做出的贡献是巨大的。

一、高分子化学的内涵

1.何为高分子化学

顾名思义,高分子就是相对分子质量很高的分子,它是高分子化合物的简称。高分子化合物,又称聚合物或高聚物,是结构上由重复单元(低分子化合物—单体)连接而成的高相对分子质量化合物。高分子的相对分子质量非常的大,小到几千,大到几百万、上千万的都有。我们有时将相对分子质量较低的高分子化合物叫低聚物。高分子化学作为化学的一个分支,同样也是从事制造和研究分子的科学,但其制造和研究的对象都是大分子,即由若干个原子按一定规律重复地连接成具有成千上万甚至上百万质量的、最大伸直长度可达毫米量级的长链分子,称为高分子、大分子或聚合物。

2.高相对分子质量与高强度

相对分子质量和物质的性质是密切相关的,是决定物质性质的一个重要因素。只有相对分子质量高的化合物才有一定的机械力学性能,才能作为材料使用。例如乙烷、辛烷、廿烷、聚乙烯、超高分子量聚乙烯,都是直链的烷烃化合物,但是分子量变化很大,其机械力学性能因而也有极大的区别。

3.高分子科学的主要内容

既然高分子化学是制造和研究大分子的科学,对大分子的反应和方法的研究,显然是高分子化学最基本的研究内容。高分子科学不仅是研究化学问题,也是一门系统的科学。高分子科学的主要内容有:如何将低分子化合物连

接成高分子化合物,即聚合反应的研究。高分子化合物的结构与性质关系。不同性质的高分子,其结构必然是不同的。为了得到不同性质的高分子,就要去合成具有特殊结构的高分子。

二、高分子材料化学的应用

材料是人类社会文明发展阶段的标志,是人类赖以生存和发展的物质基础。它是指经过某种加工,具有一定结构、组分和性能,并可应用于一定用途的物质。上世纪半导体硅、高集成芯片、高分子材料的出现和广泛应用,把人类由工业社会推向信息和知识经济社会。可以说某一种新材料的问世及其应用,往往会引起人类社会的重大变革,材料是人类文明的重要标志。如果说现在人人离不开高分子材料,家家离不开高分子材料,处处离不开高分子材料,是一点也不过分的。高分子化合物的最主要的应用是以高分子材料的形式出现的,高分子材料包括了塑料、纤维、橡胶三大传统合成材料,另外许多精细化工材料也都是高分子材料。

第一,塑料:一类是通用塑料,如容器、管道、家具、薄膜、鞋底与泡沫塑料等等;另一类叫工程塑料,其强度大,如汽车零部件、保险杠、洗衣机内的滚筒、电器的外壳等。

第二,纤维:人们开发出聚酯、尼龙、腈纶、维尼纶等高分子化合物,通过不同的加工,生产出了各种纤维制品,极大地满足着人类的需要。

第三,橡胶:天然橡胶的种类和品质都受到很大的限制,于是科学家们不断开发出了各种人造橡胶,如丁苯橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶、氟橡胶、硅橡胶等。

第四,精细化工:比如使得我们的世界变得丰富多彩的各种涂料产品,如家具漆、内外墙乳胶漆、汽车漆、飞机漆等。女孩子用的指甲油,使牙齿变白的增白剂也都是涂料。还有万能胶、建筑用胶、医用胶、结构胶等黏合剂,以及各种吸水树脂等都是高分子产品。

三、高分子化学与高科技的结合

当今社会,人们将能源、信息和材料并列为新科技革命的三大支柱,而材料又是能源和信息发展的物质基础。自从合成有机高分子材料的那一天起,人们始终在不断地研究、开发性能更优异、应用更广泛的新型材料,来满足计算机、光导纤维、激光、生物工程、海洋工程、空间工程和机械工业等尖端技术发展的需要。高分子材料向高性能化、功能化和生物化方向发展,出现了许多产量低、价格高、性能优异的新型高分子材料。

随着生产和科学技术的发展,许多具有特殊功能的高分子材料也不断涌现出来,如分离材料、光电材料、磁性材料、生物医用材料、光敏材料、非线性光学材料等等。功能高分子材料是高分子材料中最活跃的领域,下面简单介绍特种高分子材料:功能高分子是指当有外部刺激时,能通过化学或物理的方法做出相应反应的高分子材料;高性能高分子则是对外力有特别强的抵抗能力的高分子材料。它们都属于特种高分子材料的范畴;特种高分子材料是指带有特殊物理、力学、化学性质和功能的高分子材料,其性能和特征都大大超出了原有通用高分子材料(化学纤维、塑料、橡胶、油漆涂料、粘合剂)的范畴。

第一,力学功能材料:强化功能材料,如超高强材料、高结晶材料等;)弹性功能材料,如热塑性弹性体等。

第二,化学功能材料:分离功能材料,如分离膜、离子交换树脂、高分子络合物等;反应功能材料,如高分子催化剂、高分子试剂;生物功能材料,如固定化酶、生物反应器等。

第三,生物化学功能材料:人工脏器用材料,如人工肾、人工心肺等;高分子药物,如药物活性高分子、缓释性高分子药物、高分子农药等;生物分解材料,如可降解性高分子材料等。

可以预计,在今后很长的历史时期中,特种与功能高分子材料研究将代表了高分子材料发展的主要方向。

四、高分子化学的可持续发展

研究高分子合成材料的环境同化,增加循环使用和再生使用,减少对环境的污染乃至用高分子合成材料治理环境污染,也是21世纪中高分子材料能否得到长足发展的关键问题之一。比如利用植物或微生物进行有实用价值的高分子的合成,在环境友好的水或二氧化碳等化学介质中进行化学合成,探索用前面提到的化学或物理合成的方法合成新概念上的可生物降解高分子,以及用合成高分子来处理污水和毒物,研究合成高分子与生态的相互作用,达到高分子材料与生态环境的和谐等。显然这些都是属于21世纪应当开展的绿色化学过程和材料的研究范畴。

参考文献

第5篇:高分子材料的研究进展范文

1.何为高分子化学

顾名思义,高分子就是相对分子质量很高的分子,它是高分子化合物的简称。高分子化合物,又称聚合物或高聚物,是结构上由重复单元(低分子化合物—单体)连接而成的高相对分子质量化合物。高分子的相对分子质量非常的大,小到几千,大到几百万、上千万的都有。我们有时将相对分子质量较低的高分子化合物叫低聚物。高分子化学作为化学的一个分支,同样也是从事制造和研究分子的科学,但其制造和研究的对象都是大分子,即由若干个原子按一定规律重复地连接成具有成千上万甚至上百万质量的、最大伸直长度可达毫米量级的长链分子,称为高分子、大分子或聚合物。

2.高相对分子质量与高强度

相对分子质量和物质的性质是密切相关的,是决定物质性质的一个重要因素。只有相对分子质量高的化合物才有一定的机械力学性能,才能作为材料使用。例如乙烷、辛烷、廿烷、聚乙烯、超高分子量聚乙烯,都是直链的烷烃化合物,但是分子量变化很大,其机械力学性能因而也有极大的区别。

3.高分子科学的主要内容

既然高分子化学是制造和研究大分子的科学,对大分子的反应和方法的研究,显然是高分子化学最基本的研究内容。高分子科学不仅是研究化学问题,也是一门系统的科学。高分子科学的主要内容有:如何将低分子化合物连

接成高分子化合物,即聚合反应的研究。高分子化合物的结构与性质关系。不同性质的高分子,其结构必然是不同的。为了得到不同性质的高分子,就要去合成具有特殊结构的高分子。

二、高分子材料化学的应用

材料是人类社会文明发展阶段的标志,是人类赖以生存和发展的物质基础。它是指经过某种加工,具有一定结构、组分和性能,并可应用于一定用途的物质。上世纪半导体硅、高集成芯片、高分子材料的出现和广泛应用,把人类由工业社会推向信息和知识经济社会。可以说某一种新材料的问世及其应用,往往会引起人类社会的重大变革,材料是人类文明的重要标志。如果说现在人人离不开高分子材料,家家离不开高分子材料,处处离不开高分子材料,是一点也不过分的。高分子化合物的最主要的应用是以高分子材料的形式出现的,高分子材料包括了塑料、纤维、橡胶三大传统合成材料,另外许多精细化工材料也都是高分子材料。

第一,塑料:一类是通用塑料,如容器、管道、家具、薄膜、鞋底与泡沫塑料等等;另一类叫工程塑料,其强度大,如汽车零部件、保险杠、洗衣机内的滚筒、电器的外壳等。

第二,纤维:人们开发出聚酯、尼龙、腈纶、维尼纶等高分子化合物,通过不同的加工,生产出了各种纤维制品,极大地满足着人类的需要。

第三,橡胶:天然橡胶的种类和品质都受到很大的限制,于是科学家们不断开发出了各种人造橡胶,如丁苯橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶、氟橡胶、硅橡胶等。

第四,精细化工:比如使得我们的世界变得丰富多彩的各种涂料产品,如家具漆、内外墙乳胶漆、汽车漆、飞机漆等。女孩子用的指甲油,使牙齿变白的增白剂也都是涂料。还有万能胶、建筑用胶、医用胶、结构胶等黏合剂,以及各种吸水树脂等都是高分子产品。三、高分子化学与高科技的结合

当今社会,人们将能源、信息和材料并列为新科技革命的三大支柱,而材料又是能源和信息发展的物质基础。自从合成有机高分子材料的那一天起,人们始终在不断地研究、开发性能更优异、应用更广泛的新型材料,来满足计算机、光导纤维、激光、生物工程、海洋工程、空间工程和机械工业等尖端技术发展的需要。高分子材料向高性能化、功能化和生物化方向发展,出现了许多产量低、价格高、性能优异的新型高分子材料。

随着生产和科学技术的发展,许多具有特殊功能的高分子材料也不断涌现出来,如分离材料、光电材料、磁性材料、生物医用材料、光敏材料、非线性光学材料等等。功能高分子材料是高分子材料中最活跃的领域,下面简单介绍特种高分子材料:功能高分子是指当有外部刺激时,能通过化学或物理的方法做出相应反应的高分子材料;高性能高分子则是对外力有特别强的抵抗能力的高分子材料。它们都属于特种高分子材料的范畴;特种高分子材料是指带有特殊物理、力学、化学性质和功能的高分子材料,其性能和特征都大大超出了原有通用高分子材料(化学纤维、塑料、橡胶、油漆涂料、粘合剂)的范畴。

第一,力学功能材料:强化功能材料,如超高强材料、高结晶材料等;)弹材料,如热塑性弹性体等。

第二,化学功能材料:分离功能材料,如分离膜、离子交换树脂、高分子络合物等;反应功能材料,如高分子催化剂、高分子试剂;生物功能材料,如固定化酶、生物反应器等。

第三,生物化学功能材料:人工脏器用材料,如人工肾、人工心肺等;高分子药物,如药物活性高分子、缓释性高分子药物、高分子农药等;生物分解材料,如可降解性高分子材料等。

可以预计,在今后很长的历史时期中,特种与功能高分子材料研究将代表了高分子材料发展的主要方向。

四、高分子化学的可持续发展

研究高分子合成材料的环境同化,增加循环使用和再生使用,减少对环境的污染乃至用高分子合成材料治理环境污染,也是21世纪中高分子材料能否得到长足发展的关键问题之一。比如利用植物或微生物进行有实用价值的高分子的合成,在环境友好的水或二氧化碳等化学介质中进行化学合成,探索用前面提到的化学或物理合成的方法合成新概念上的可生物降解高分子,以及用合成高分子来处理污水和毒物,研究合成高分子与生态的相互作用,达到高分子材料与生态环境的和谐等。显然这些都是属于21世纪应当开展的绿色化学过程和材料的研究范畴。

参考文献:

[1]冯新德.展望21世纪的高分子化学与工业[J].科学中国人,1997,(11)

第6篇:高分子材料的研究进展范文

关键词:锂离子电池 正极材料 负极材料 电解液

中图分类号:TM91 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)06(b)-0240-01

锂离子电池能够大规模地运用于电动汽车产业,并用于太阳能与风能等清洁能源的保存。因此,如今锂离子电池技术已经成为研究人员及企业高度关注的重要课题。锂离子电池凭借其极高的能量密度、较长循环的寿命、快速充电与放电等诸多方面的优势以及不断降低的生产制作成本,已经成为今后十至二十年中电动汽车的首选电池。为此,笔者对锂离子电池的研究现状开展了研究。

1 正极材料研究现状

锂离子电池的正极材料将直接影响到锂电池所具有的能量密度性能、比功率特点、温度特点和安全特点等等。在当前的市场化锂离子电池中,其正极材料主要包括了LiCoO2、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LixMn2O4等LiFePO4等四种。第一种是LiCoO2,这是第一代市场化锂离子电池正极材料,具备了一些优势,如比能量相对而言比较高,循环性能以及高、低温状态下的工作性能较好,与之相对应的锂离子电池产品一般用在各类小型电子设备。然而,因为使用这一材料的电池在安全性和耐过充性上相对较差,再加上Co资源较为稀缺,其价格十分昂贵,由此而无法成为大容量车用与储能锂电池正极上使用的材料。第二种是LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2,这是一种具有了高容量的三元类材料,其可逆比容量能够达到160mAh/g之上,是一种十分有前途的正极材料。这一材料和电解液之间的相容性比较好,循环性能十分好,能够应用于手机电池和动力电池等很多产品之中。因为三元材料会鉴于Ni、Co、Mn等三种元素的比例变化而具有不一样的性能,可见,这类材料能够产生出大量的正极材料,从而满足于各类产品之需求。第三种是LixMn2O4,这是一种成本更加低的材料,其热稳定性与抗过充电性均超过了LiCoO2与LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2,其三维隧道结构要比层间化合物更加有利于Li+的嵌入与脱出,主要应用在高功率动力电池上。然而,其相对较低的110mAh/g的比容量以及较差的300次循环性能,尤其是高温循环性之差导致其运用具有非常大的限制。第四种是LiFePO4。这是一种磷酸盐聚阴离子化合物,也是近年来较快地发展起来的正极材料之一,具备了比较高的安全性,其耐高温性相当好,循环性能也具有优势,从而使其在动力电池与备用电源领域具有十分广阔的实际运用前景。然而,同时其也存在着电压平台比较低、电导率较低以及低温的放电性与倍率放电差等特点。综合考虑正极材料的未来发展前景,磷酸铁锂材料中所存在的一系列问题必将得到合理的解决,学者们与企业所一致看好的LiFePO4能够在车用电池领域当中具备较好的发展前景。

2 负极材料研究现状

当前,对于锂电池负极材料的研究主要集中于碳材料、合金材料钛酸锂以及过渡金属氧化物等等。其中,碳材料是研究者最早投入研究并用在锂电池生产中的负极材料。依据负极材料的结构特性,一般分为三类:石墨,易石墨化碳即软碳,难石墨化碳,即硬碳。因为软碳和石墨所具有的结晶性能较为类似,一般均觉得其比硬碳更为容易插入锂之中,也就是更为容易进行充电,其安全性自然也就更加好。石墨类材料的技术相对来说较为成熟。常规锂电池负极材料主要有天然石墨、天然石墨改性材料、中间相炭微球以及石油焦类人造石墨等,其中中间相炭微球的结构较为特殊,呈现出球形的片层结构,而且表面上较为光滑,其直径介于5m~40m之间,这一材料所具有独特的形貌导致其在比容电量(能够达到330mAh/g之上)、安全性能、放电效能及循环寿命(循环次数在2000次之上)等诸多方面具备了明显的优势,然而其成本有待于进一步降低。当前,硬碳材料因为具有首效较低、压实的密度较低、工艺上不够成熟等大量问题,所以尚未进入到大规模的商品化之中,而国内对这一领域尚处在试验阶段之中,有关的文献报道非常少。除了上述碳类负极材料之外,其他的负极材料包括了锡基复合氧化物、碳硅复合材料以及钛酸锂等,其中的钛酸锂是目前重要的研究热点。这种材料是一种嵌入式的化合物,呈现出尖晶石结构,还可嵌入Li+。目前,电极理论嵌锂容量的大小是175mAh/g。在作为锂动力电池负极材料之时,钛酸锂具备了十分显著的有利条件,不仅循环寿命非常长,而且钛酸锂的体积变化十分小,被称之为零应变材料。钛酸锂与电解液间在界面上不会出现SEI膜,而且内阻并不会有增加,其安全性能十分优异,电压平台在1.5V左右,不容易导致金属锂的析出。电压的平台较为稳定,具备了极好的耐过充性能以及耐过放性能。然而,钛酸锂电极电位相对而言比较高,其压实密度与重量比能量相对而言比较低,导致导电性差与大倍率性能需要进一步提升,而产品的一致性与电池的加工性能相对而言也比较差,从而限制了钛酸锂更加广泛的市场化运用。

3 电解液研究现状

电解质的作用是在正、负极之间输送与传导锂离子。当前,电解液的溶剂包括了碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯以及碳酸甲乙酯等五类。当前,动力电池一般是以LiPF6为电解质盐的,并由碳酸乙烯酯与直链碳酸酯共同构成的混合溶剂作为电解液。然而,因为LiPF6的热稳定性与化学稳定性相对比较差,对于怎么进一步提升动力与储能电池安全性能、循环性能等方面具有无法忽视的负面影响。所以,要不断研究新型电解质锂盐、功能添加剂的作用,这已成为这些年来锂电池电解液研究的重要方向,因此,二草酸硼锂在锂离子电池当中的运用已经引起了研究者更大的关注。用这种盐所配制而成的电解液具有抗过充与阻燃等作用,所形成的SEI膜十分稳定。LiMn2O4在LiBOB电解液当中的分解热只达到60J/g,而LiFePO4则更低,大概是6~8J/g,如此一来,就能极大地提升动力电池的安全性。因此,把LiBOB视为添加剂加以运用,和LiPF6进行混合使用,能够极大地提升动力电池所具有的高温循环作用。

4 结语

当前,中国已将新能源汽车业列为今后一个时期大力发展的战略性新兴产业之一,这就为锂离子电池打开了更为广阔的市场空间。同时,在电动自行车领域、航天领域、军事领域之中,锂离子电池也具有非常好的发展前景。笔者坚信,随着锂离子电池技术的进一步发展,锂离子电池所具有的性能必然会愈来愈高,其应用价值也会越来越大,并朝着高能量密度化、高功率化、大型化等趋势继续发展。

参考文献

[1] 李明月.新型锂离子电池材料研究进展[J].化工生产与技术,2010(4).

第7篇:高分子材料的研究进展范文

口腔生物医学材料具有比较广泛的应用范围,不只是在因先天或后天原因导致牙体组织和颌面器官缺损的修复方面进行应用,还可能在鉴别诊断口腔疾病方面具有辅助作用。生物医学材料可实现对缺损组织与器官的修复和置换,恢复组织或器官的正常功能。随着迅猛发展的科技水平,口腔生物医学材料的制作方法也具有明显的改进,日益推出复合型与功能型形式各样的生物医学材料,并日益优化其性能。 

2. 资料与方法 

通过对生物医学和生命科学有关文献的数据库的检索,并进行较深入地分析。结合临床口腔生物医学材料应用的特点,比较分析有关数据。口腔生物医学材料基础性研究、临床应用的生物医学材料等相关文献都是重要依据,并将与目的无关的研究结果予以排除。 

3. 结果 

按照材质类别可将口腔生物医学材料分为金属、高分子及非金属生物复合材料三类。金属类材料在临床口腔生物材料中是最早应用的一类材料,这类材料优点是具有较高强度、较强韧性、获取容易等,在临床中应用广泛。还可结合其成分将金属类材料分为纯金属、合金及特种金属三种,在临床中纯金属类材料应用不多,应用较多的主要是合金和特种金属。合金类金属材料由不少于两种金属元素组成,尽管其延展与抗压等物理性能低于纯金属材料,但在应用中生物安全性较高,所以在临床中具有比较广泛的应用。钴基合金材料目前广泛应用的合金类材料,主要有钴铬钨镍和钴铬钼合金两类,具有抗腐蚀性较强的性能,高于单一金属材料40倍。但在加工制作过程中比较烦琐,所以相对具有比较昂贵的价格。此外,机械性能也比纯金属类材料高,通常在替换颞下颌关节与颌面部内固定大面积骨折中应用较多。钛合金与上述金属合金材料相比较,具有较高的机械性能和相容性,在人体植入后不会产生排斥反应和毒副作用,生物相容性较好。通常在种植牙基桩制作、固定骨折及骨缺损替代植入性材料中比较常用。但在使用中金属材料也具有不足之处,诸如在使用中因人体具有比较复杂的内部环境,因人体内长期存在金属材料部会造成离子向体内微渗入,进而产生较大的副作用和毒性。 

在现代口腔生物医学材料中非金属生物复合材料也是其中的重要组成部分,主要有以下三种。一是生物活性陶瓷,该材料是表面具有生物活性和吸附性的一種陶瓷,通常具有羟基,为多孔形,具有较高的孔隙率。在体内生物活性陶瓷能够降解吸收,通常在生物体内用于骨诱导材料对新生骨生长具有一定的诱导作用。在实际应用中骨传导性与诱导性良好,所以通常该材料可用于修复骨缺损的一种支架材料,在支架的周围利用填充材料的良好生物学活性充填覆盖,以实现对缺损的修复作用,并使材料增加生物相容性。二是惰性生物陶瓷材料,其主要成分是氧化铝和氧化锆,硬度高,生物相容性好,所以通常在内固定骨折中应用较多,在制作口腔全瓷牙内冠中也比较常用。三是复合树脂,主要混合有机树脂基质和无机填料形成,在特定条件下是能够引发化学性反应的一种修复材料,在修复小面积牙体缺损时比较适合。在临床中目前主要应用的有光固化、化学固化及复合固化等树脂类材料,该材料具有较强的可塑性、良好的仿真性、较高的生物相容性、比较耐磨等优势。 

在临床中高分子类材料是一种比较广泛应用的材料,稳定性强,聚乙烯和聚丙烯是其主要成分。与其它材料相比较,该材料在人体中不能降解产生离子,因此不具有毒性。抗冲击性和抗摩擦性也较强,所以在替换人工关节中应用比较广泛。高分子类材料中的硅橡胶材料耐高温、腐蚀及透气性较高,所以在制作颌面部复体及口腔印模精确制取材料中应用较广。另外,该材料可降解,经一段时间后可形成小分子化合物而随人体基础代谢排出患者体外。 

4. 讨论 

通过研究分析生物材料有关文献资料,在口腔临床生物医学材料中选取金属材料、高分子、生物复合材料三大类分别进行研究。大部分高分子材料与生物复合材料都是由不少于两种材料构成,对这类材料进行制作时,可利用相关技术对材料微观构造进行改变,使材料特性和优点得到充分发挥,对不足之处进行有效弥补,对生物材料赋予新的生物特性。材料的生物相容性和机械强度较高,具有较强的耐腐蚀性,在特定环境下能够降解吸收,在临床应用中完全满足。在高分子材料与生物复合材料中,我国开展相关的研究相对较晚,并在研究初期发展相对较为缓慢,但经过近年来的不断发展,已由最初的盲目效仿逐渐发展到自主研发,由质变迅速发展发展到量变。口腔医用生物医学材料目前在我国已逐渐由传统的单一功能、非专一化、低效逐步发展为功能完善、复合化、专业化及高效,发表的生物医学材料的相关文献也跃居世界第二。 

随着医学技术及材料技术的快速发展,口腔生物医学材料也得到了前所未有的发展机遇。目前在临床研究中已逐渐由常用的无机材料转变为有机材料,有机类生物材料在开展较多研究的就是多糖类物质。天然多糖类物质中壳聚糖属于其中一种,其生物相容性良好,抗菌性能优异。通常该类材料被用于对各种材料进行塑造以便于长入细胞和将应力传递至骨与骨之间。壳聚糖类物质因其生物相容性和细胞黏附性较好,而被广泛用于各种细胞因子和药物载体,实现对遗传信息进行传递以及相关疾病的临床治疗。 

5. 结语 

综上所述,口腔生物医学材料近年来已由传统的单一型材料逐渐过渡到新的复合型、智能型和功能型材料,生物医学材料可实现对缺损组织与器官的修复和置换,恢复组织或器官的正常功能。随着迅猛发展的科技水平,口腔生物医学材料的制作方法也具有明显的改进,日益推出复合型与功能型形式各样的生物医学材料,并日益优化其性能。相信在不远的将来,这种材料在组织工程学及口腔临床应用中将得到迅速发展。 

参考文献: 

[1] 殷武雄,李玲.医用骨修复碳素增强生物复合材料的研究进展[J],化工新型材料,2015.10 

[2] 欧阳建安,王大平.多孔钽应用于骨科的生物材料特性研究进展[J],中国临床解剖学杂志,2014.8 

[3] 黎淑婷,黄华,周永明.不同表面处理对聚乳酸可吸收桩与树脂核间粘结性能的影响[J],牙体牙髓牙周病学杂志,2015.4 

[4] 余森,于振涛,张强等.医用钛合金表面载银抗菌涂层的研究进展[J],稀有金属材料与工程,2014.7 

第8篇:高分子材料的研究进展范文

论文关键词:高分子化学 材料 高科技

论文摘要:高分子化学是研究高分子化合物的合成、化学反应、物理化学、物理、加工成型、应用等方面的一门新兴的综合性学科。那么,高分子化学具体内容及高分子与生活、高科技的发展关系如何呢?以下作简单介绍。

人类从一开始即与高分子有密切关系,自然界的动植物包括人体本身,就是以高分子为主要成分而构成的,这些高分子早已被用作原料来制造生产工具和生活资料。人类的主要食物如淀粉、蛋白质等,也都是高分子。只是到了工业上大量合成高分子并得到重要应用以后,这些人工合成的化合物,才取得高分子化合物这个名称。但提到合成高分子材料(聚合物)的应用与发展,人们在想到它们极大地方便我们的生活的同时,很多人会想到“白色污染”,甚至将水污染、大气污染等各种环境问题的产生怪罪于高分子,这说明他们对高分子并不十分了解。当今社会高分子的功用无处不在,而人们认识高分子时,往往忽略了它带给人类生活的巨大变化和种种利益,不了解它为人类文明做出的贡献是巨大的。

一、高分子化学的内涵

1.何为高分子化学

顾名思义,高分子就是相对分子质量很高的分子,它是高分子化合物的简称。高分子化合物,又称聚合物或高聚物,是结构上由重复单元(低分子化合物—单体)连接而成的高相对分子质量化合物。高分子的相对分子质量非常的大,小到几千,大到几百万、上千万的都有。我们有时将相对分子质量较低的高分子化合物叫低聚物。高分子化学作为化学的一个分支,同样也是从事制造和研究分子的科学,但其制造和研究的对象都是大分子,即由若干个原子按一定规律重复地连接成具有成千上万甚至上百万质量的、最大伸直长度可达毫米量级的长链分子,称为高分子、大分子或聚合物。

2.高相对分子质量与高强度

相对分子质量和物质的性质是密切相关的,是决定物质性质的一个重要因素。只有相对分子质量高的化合物才有一定的机械力学性能,才能作为材料使用。例如乙烷、辛烷、廿烷、聚乙烯、超高分子量聚乙烯,都是直链的烷烃化合物,但是分子量变化很大,其机械力学性能因而也有极大的区别。

3.高分子科学的主要内容

既然高分子化学是制造和研究大分子的科学,对大分子的反应和方法的研究,显然是高分子化学最基本的研究内容。高分子科学不仅是研究化学问题,也是一门系统的科学。高分子科学的主要内容有:如何将低分子化合物连

接成高分子化合物,即聚合反应的研究。高分子化合物的结构与性质关系。不同性质的高分子,其结构必然是不同的。为了得到不同性质的高分子,就要去合成具有特殊结构的高分子。

二、高分子材料化学的应用

材料是人类社会文明发展阶段的标志,是人类赖以生存和发展的物质基础。它是指经过某种加工,具有一定结构、组分和性能,并可应用于一定用途的物质。上世纪半导体硅、高集成芯片、高分子材料的出现和广泛应用,把人类由工业社会推向信息和知识经济社会。可以说某一种新材料的问世及其应用,往往会引起人类社会的重大变革,材料是人类文明的重要标志。如果说现在人人离不开高分子材料,家家离不开高分子材料,处处离不开高分子材料,是一点也不过分的。高分子化合物的最主要的应用是以高分子材料的形式出现的,高分子材料包括了塑料、纤维、橡胶三大传统合成材料,另外许多精细化工材料也都是高分子材料。

第一,塑料:一类是通用塑料,如容器、管道、家具、薄膜、鞋底与泡沫塑料等等;另一类叫工程塑料,其强度大,如汽车零部件、保险杠、洗衣机内的滚筒、电器的外壳等。

第二,纤维:人们开发出聚酯、尼龙、腈纶、维尼纶等高分子化合物,通过不同的加工,生产出了各种纤维制品,极大地满足着人类的需要。

第三,橡胶:天然橡胶的种类和品质都受到很大的限制,于是科学家们不断开发出了各种人造橡胶,如丁苯橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶、氟橡胶、硅橡胶等。

第四,精细化工:比如使得我们的世界变得丰富多彩的各种涂料产品,如家具漆、内外墙乳胶漆、汽车漆、飞机漆等。女孩子用的指甲油,使牙齿变白的增白剂也都是涂料。还有万能胶、建筑用胶、医用胶、结构胶等黏合剂,以及各种吸水树脂等都是高分子产品。

三、高分子化学与高科技的结合

当今社会,人们将能源、信息和材料并列为新科技革命的三大支柱,而材料又是能源和信息发展的物质基础。自从合成有机高分子材料的那一天起,人们始终在不断地研究、开发性能更优异、应用更广泛的新型材料,来满足计算机、光导纤维、激光、生物工程、海洋工程、空间工程和机械工业等尖端技术发展的需要。高分子材料向高性能化、功能化和生物化方向发展,出现了许多产量低、价格高、性能优异的新型高分子材料。

随着生产和科学技术的发展,许多具有特殊功能的高分子材料也不断涌现出来,如分离材料、光电材料、磁性材料、生物医用材料、光敏材料、非线性光学材料等等。功能高分子材料是高分子材料中最活跃的领域,下面简单介绍特种高分子材料:功能高分子是指当有外部刺激时,能通过化学或物理的方法做出相应反应的高分子材料;高性能高分子则是对外力有特别强的抵抗能力的高分子材料。它们都属于特种高分子材料的范畴;特种高分子材料是指带有特殊物理、力学、化学性质和功能的高分子材料,其性能和特征都大大超出了原有通用高分子材料(化学纤维、塑料、橡胶、油漆涂料、粘合剂)的范畴。

第一,力学功能材料:强化功能材料,如超高强材料、高结晶材料等;)弹性功能材料,如热塑性弹性体等。

第二,化学功能材料:分离功能材料,如分离膜、离子交换树脂、高分子络合物等;反应功能材料,如高分子催化剂、高分子试剂;生物功能材料,如固定化酶、生物反应器等。

第三,生物化学功能材料:人工脏器用材料,如人工肾、人工心肺等;高分子药物,如药物活性高分子、缓释性高分子药物、高分子农药等;生物分解材料,如可降解性高分子材料等。

可以预计,在今后很长的历史时期中,特种与功能高分子材料研究将代表了高分子材料发展的主要方向。

第9篇:高分子材料的研究进展范文

关于课题研究申请书1

市教科研领导小组:

姜堰市z初级中学于20__年6月申请立项了《突出学生主体,提高课堂教学效益的实践研究》的泰州市规划课题,经过课题组成员两年多的艰难探索与实践,本课题研究已初见成效。20__年8月本课题研究已到期,现向教科研领导小组提出结题申请。

课题名称:《突出学生主体,提高课堂教学效益的实践研究》

实验研究学校:

课题总负责人(课题组长):

课题副组长:

课题组办公室主任:

课题组办公室副主任:

子课题组长:

课题研究时间:20__年6月——20__年8月

课题研究过程:

该项目研究历时两年多,经三个阶段:

第一阶段:20__.5——20__.5,准备阶段。

专家引领,理念先行。20__年6月,泰州市规划课题《突出学生主体,提高课堂教学效益的实践研究》开题。泰州市教育局教研室胡唐明、钱德春,姜堰市教育局教研室周庆林、李念民、曹沐斌、王书月、孟太、曹军以及特级教师许亚平等到学校进行指导,课题组还专门聘请姜堰市教育局教研室沙化中主任为常务顾问,总体规划,制定目标。根据专家的指导和建议,本课题组请专家到校培训指导;走出去,与先进教科研学校结对,学习外校先进的教科研经验;课题组通过问卷调查,全面了解学生发展需要,分析制约效益课堂的因素,制定提高课堂教学效益的实施方案五效一堂,确定提高课堂教学效益的总体思路和目标。

负责人:

第二阶段:20__.5——20__.5,项目研究实施阶段。

(1)全面推进,突出重点,成立实验班级;典型示范,骨干带动,建立健全五效一堂的实践性实验机制;加强培训,力促成长,建立分层次、形式多样的培训机制,制订提高各层次课堂效益规划(定向初一年级语文、数学、英语三门功课,取得一定的经验后,再向其他科目、其他年级渗透、推广);发挥集体智慧,使五效一堂式集体备课日常化、常态化;正确引导,理论提升,加强新理念的学习,提升应对课改的能力。

(2)以打造高效课堂教学促师生成长,以创新研究促师生发展。

(3)重视教学实践基础上的反思。鼓励实验教师及时将教学所得诉诸笔端,在实践检验中形成论文。

(4)成功举行了首届教师博文比赛,建立骨干教师博客,实行教师论坛制度。为老师提供跨学科的交流平台。

负责人:

第三阶段:20__.5——20__.8,项目研究总结阶段。

整理实验材料,形成研究报告和工作报告,进行问卷调查,反馈实验结果。召开课题结题会,聘请专家对科研成果进行评审鉴定。

负责人:

(一)材料性成果

⒈编印了《树人》《秋韵》等校本教研教材

⒉编印了《五效一堂集体备课资料集》《五效一堂教学案集》等中期成果资料

⒊编印了数期《突出学生主体,提高课堂教学效益的实践研究论文集》

(二)经验性成果

⒈五效一堂课改要求。

⒉促进了教师观念的转变,为素质教育的深入开展和新课程的实施提供了保障。获得了教师专业发展的总体思路和规划。

⒊取得了促进师生发展的系列经验。

⒋获得了课题研究工作的经验。

(三)实效性成果

⒈提高了我校的教育科研能力,促进了教师的专业化成长。

⒉建立起了新的教师专业成长评价机制。

⒊积累了编写校本教材的经验。

⒋形成了良好的校本教研氛围。

此致

敬礼!

____初级中学

关于课题研究申请书2

泰兴市教育局教研室:

在小学作文教学研究这一领域,虽然在情境作文研究、读写结合作文研究、生活作文研究等方面已经取得大量研究成果,但是仍缺乏使学生感兴趣的写作内容和综合性教学策略方面的探索,更缺乏综合性与序列性,没有形成完善的快乐作文教学体系,导致学生习作兴趣不能长久保持,学生写作能力无法自然衔接和循序提高。为此,我校教师在教科室的领导下,结合作文教学实践和现状,确立了《在体验生活中快乐作文》这一课题。这一课题的提出,目的就是在快乐作文教学中寻求使学生更“易于动笔,乐于表达”之路。

课题名称:《在体验生活中快乐作文》 编号:TZJYS2011108选题依据:按照学生的认知规律和心理特点选择适宜的教学策略,并以课堂为现场,以教学为中心,以学生为主体,以校本教研为主,根据研究的内容选择有效的科研方法。在教学中通过分析研究,提高课题研究的质量。

研究的目的和意义:指导学生从体验生活入手,不断增强学生习作的兴趣,促进作文各因素的整体提高;促使学生深化对生活的认识和体验,进而快快乐乐写作文,促使学生主体人格的形成,语文综合能力和人文素养得到同步发展;改变教师的教学观念,使教师在语文教学方面具备较扎实的理论功底和实践能力,习作课堂教学水平和教学质量有新的提高,进而归纳、总结、探索出一套行之有效的快乐作文教学模式。

人员组成及分工:王金明为本课题的主要负责人,组织、指挥、处理实验日常事务。参研人员有王建友、王新锋、黄燕、吴梅、李慧民、封伟华、朱琴、黄慧等。

目前,本课题的研究组织机构已经建立,各项研究工作的准备已经就绪,特向市教研室申请开题,恳求教研室的各位领导、专家批准,并在今后的研究工作中给予关注、支持、指导。

泰兴市南沙小学《在体验生活中快乐作文》课题组

20xx年2月24日

关于课题研究申请书3

本项目将着重于新型量子功能材料的物性表征和新型量子功能材料的探索。主要研究方向为关联系统中的高温超导体、庞磁阻材料、石墨烯和拓扑绝缘体等材料中的电荷、轨道、自旋等自由度相互竞争、相互耦合,以及因此产生的多个量子态竞争和共存、自旋量子霍尔效应等现象。探索新型量子功能材料、发现新的量子态;对新型量子材料的物理基本性质进行研究、输运性质进行高精度测量、结合理论研究理解关联体系的物理机制;利用各种实验手段测量石墨烯和拓扑绝缘体的物理性质,研究因维数效应产生的新奇物理现象。按照项目的不同侧重点和研究手段的不同,将项目按照材料探索、物性研究、输运性质的高精度测量和低维体系四个方面展开研究:

1、新型超导材料和量子态的探索:

本课题的首要目标是探索新的高温超导材料,同时发展晶格结构和电子结构分析技术,以及超高压测量技术,分析自旋、电荷、轨道等有序现象,努力发现新的量子现象。研究内容互相补充,细分为以下几个方向:

(1)新材料的探索与合成及单晶生长:探索新超导材料,主要从事铁基超导材料以及类似的层状、多层含有类似Fe—As面的多元化合物的探索,以及包含稀土和过渡元素的其他层状多元化合物中的新材料探索;总结样品合成和成相规律,发展新方法、新工艺,寻找新现象、新效应;另外将生长高质量单晶样品以用于深入的物理研究。

(2)晶体结构表征与研究:对发现的新材料进行晶格结构、化学成分的表征,从而促进材料的探索;研究新的结构现象,深入分析新型超导体的微结构—物理性能之间的关联,研究化学成键、电子能带结构,研究高/低温结构相变等,研究晶格中缺陷、畸变对超导的影响。

(3)超高压下的量子效应研究:研发一套超高压低温测量系统(100GPa,1.5K),在此基础上研究超高压下铁基材料以及其他新材料中可能出现的新奇量子现象、超高压对超导转变的影响、高压高场下材料的物性和相图,探索高压下可能出现的新量子态和新奇量子现象。

(4)中子散射研究:研究铜氧化物和铁基高温超导材料以及其他新材料的晶格精细结构,电子自旋、电荷、轨道有序结构,研究超导材料及其母体中的自旋激发、自旋涨落的形成、演变及其和超导的关系,研究材料中形成的新的量子态和量子现象。

2、关联体系量子功能材料的物性研究:

利用谱学的方法研究新型量子功能材料的电子结构,主要包括ARPES,STM和自旋极化的STM(SP—STM),以及红外光谱的方法研究关联系统(以高温超导体和庞磁阻材料为主)的电子结构,争取在高温超导和庞磁阻材料的机理研究中有重大突破。具体到各种谱学实验方法和强关联体系中的问题,细分为:

(1)以高精度角分辨光电子能谱为手段,深入研究以高温超导体(包括铜氧超导体和铁基超导体)为主的多种新奇超导体材料。本项目将结合我们在高温超导材料和角分辨光电子能谱上的优势,对高温超导体进行深入系统的研究,重点研究超导态对称性、赝能隙、电子与其它集体激发模式耦合等现象。

(2)锰氧化物体系,特别是三维钙钛矿结构锰氧化物薄膜的电子结构,我们将在不同晶格参数的衬底上生长具有不同组分和厚度的高品质外延锰氧化物薄膜,用ARPES原位测量体系的电子结构。总结锰氧化物体系电子结构随组分、应力和温度的变化规律,研究电子—电子及电子—波色子相互作用对电子行为的影响,揭示电子结构和宏观物理特性之间的联系。从电子结构的角度出发试图阐明锰氧化物体系庞磁阻、相分离、电荷轨道有序等异常物理性质的内在机理。

(3)利用STM特有的原子级空间分辨率,局域态密度能谱,能量分辨谱图,及原子操纵功能。通过高分辨率的空间扫描成像,定位表面相关原子层结构,特别是掺杂原子的位置。研究掺杂原子对表面原子层结构的调制。通过局域态密度能谱,研究库珀电子对的激发态(超导能隙)与赝能隙(pseudogap)的关系。通过分析能量分辨谱图,研究超导序的二维结构及其演变规律。通过改变温度,调整掺杂浓度,及外加磁场,我们可以直观地观察超导序表面二维结构的变化。

(4)发展SP—STM技术研究高温超导材料中电子自旋结构。这个新型的SP—STM将能提供原子级空间分辨率和自旋极化分辨的谱图图像。利用这一工具,我们将着重研究在反铁磁与超导共存的高温超导体中的反铁磁自旋结构,超导磁通蜗旋中反铁磁核心的存在早已由SO(5)理论预测,此结果将验证SO(5)理论预测的结果。另外,我们将利用这一工具研究表面吸附的磁性原子对局域态密度能谱的影响及其与超导电子对的相互作用。

(5)建设强磁场下的红外反射谱测量系统,研究磁场下高温铜氧化物超导体和铁基超导体的准粒子激发行为。重点研究铜氧超导体和铁基超导体中电子与集体激发—声子激发/自旋激发模式的耦合问题。我们将用光学响应或光电导谱对材料的电子结构,传导载流子的动力学性质等重要信息进行分析,研究超导配对引起的能隙特征,揭示电子是与何种集体模式存在较强的耦合等基本信息。

(6)利用高压多重合成条件获得结构简单和性质独特的高质量的铜基和铁基高温超导体及巡游磁性体系单晶,探寻关联体系金属化过程的量子序及其调控机制。在我们成功的高温高压合成以上具有特点的多晶材料的基础上,进一步优化压力、温度和组分等极端合成条件,研制和研究在结构简单的、高质量的含卤素的Sr2CuO2+δCl2—x高温超导体单晶和可能的巡游型BaRuO3单晶,以及“111”型铁基超导体单晶体;运用多种能谱学、磁性、显微学等物理条件的综合表征体系,研究揭示这些体系的量子有序规律。

(7)利用我们发展的新的理论和计算方法,结合实验组的研究进展对多种过渡金属氧化物及其奇异物性进行定量的研究。一方面,为各种实验现象及其物理本质提供理论解释,另一方面,计算模拟并预测一些新型的量子有序现象,包括金属—绝缘体相变,轨道选择性的Mott转变,轨道有序态,Berry相等等。主要研究内容包括自旋与轨道自由度相关的量子现象计算研究;受限强关联电子系统中的量子现象计算研究。

3、量子材料输运性质的高精度测量

(1)首先我们将致力于自行研制加工一套较完备的电学、热学和磁学测量装置,其中包括热导率、热电势、能斯特效应、微晶比热和微杠杆磁强计等较独特的手段。这些装置将可以工作在低温、高真空、强磁场的极端物理条件下,测量结果的精度具有国际领先水平。将完善一套低温比热测量装置,获得比一般商业手段高出一个量级的测量精度。建造一套转角度的比热测量系统。研究非常规超导体的低能激发和配对对称性。完善小Hall探头系统和磁场极慢扫描的振动样品磁强计,精密测量磁场穿透行为,确定下临界磁场和超流密度随温度的变化关系。

(2)我们将对高温超导体、铁基超导体和钠钴氧体系进行深入的实验研究。这三个体系的共性是由于电子强关联作用,电荷与自旋自由度有分离的倾向,然而相互之间又存在着精微的相互作用,从而导致高温超导、超导与磁性紧邻甚至共存、居里—外斯金属等奇妙的物理现象。如何理解电荷与自旋自由度的关系是强关联物理的核心理论问题之一。我们可以通过选取特定的研究手段而选择性地分别探测电荷与自旋元激发,也可以同时研究二者之间的相互作用。将这些不同的手段结合起来将可以对关联体系中电荷与自旋的行为提供一个较完整的图像。我们关注的主要问题包括磁性与超导的相互关系、电荷与自旋有序态的形成机制、自旋自由度对电荷输运和熵输运的影响,等等。

(3)电荷与自旋的相互作用也是很多功能性关联材料在器件应用方面的物理基础,例如钠钴氧体系中自旋熵对热电效应的贡献、多铁材料中外加电场对自旋取向的控制、锰氧化物中外加磁场对电阻的巨大影响,等等。在对电荷自旋相互作用基本原理的理解基础上,我们还将探索它们在功能性器件应用方面,特别是超导效应、热电效应、磁阻效应等在能源和信息领域的新思路、新途径。(4)充分利用化学掺杂和结构修饰进行新量子材料体系的探索工作。采用合适的化学合成方法以及良好的合成设备,获得高质量的合乎要求的样品。采用x射线衍射、电子显微镜等常规实验手段对样品进行结构表征。必要时,通过同步辐射、中子衍射等大型研究设施对系统的结构作更细致的测量。对高质量样品进行各种精密的物理性质测量。包括电阻、磁电阻、霍尔效应、热电效应、能斯特效应、磁化强度、比热、热导、光学性质以及核磁共振和穆斯鲍尔谱等。归纳、总结系统的物理规律特性与电子相图。

(5)在新型铁基超导体系方面,我们将以元素替代作为主要探针,研究铁基超导体的超导机理。理论上拟以CeFeAsO1—xFx、CeFeAs1—xPxO等材料为代表,发展从磁性“坏金属”或“近莫特绝缘体”到重费米子液体过渡的理论框架,用平均场等方法、结合数值计算来研究这一理论,并以此来解释铁基超导材料在输运性质、磁学性质等方面表现出来的多样性和复杂性,探索这类体系中可能出现的奇特量子相变和相应的量子临界性。

(6)在铜氧化物高温超导方面,结合前述精确实验测量,我们将以掺杂莫特绝缘体模型为出发点,研究赝能隙区可能存在的隐藏的量子序、量子序和超导态的竞争和共存、费米面的重组、以及到费米液体区的量子相变。希望由此理解超导相图中在最佳掺杂区附近可能出现的量子临界点以及相联系的一系列反常输运和磁学性质;在重费米合金方面,我们拟以CeCu2(Si1—xGex)2等材料为代表,具体考察关联杂化项对量子临界点产生的影响,研究由于可能由于压力效应引起的f轨道价态杂变化,以及两个近邻的量子相变,确定相应的电阻标度行为和量子临界性。

4、低维量子体系和量子态的研究:

(1)探索制备高质量的石墨烯单晶的方法,研究生长条件对单层石墨烯结构的影响,探索重复性好、效率高、成本低、易控制的制备技术。表征单层石墨烯长程有序度。通过变温、低温STM/STS,深入研究石墨烯体系的本征电子结构以及缺陷、掺杂对电子结构的调制。生长高质量拓扑绝缘体单晶,研究它们的基本性质。

(2)探索和生长高质量的拓扑绝缘体材料,拓扑绝缘体大部分是合金材料,需要优化目前晶体生长工艺。争取准备组分分布均匀,形状规整的大尺寸二元固溶体多晶锭料。

(3)利用STM和扫描隧道谱(STS)表征,研究膜石墨烯的几何结构和本征电子结构。测量石墨烯膜的扶手椅型边缘和锯齿型边缘的局域电、磁性质。将充分发挥变温STM优势,研究单个分子以及多个分子在石墨烯表面可能的奇异动力学行为或几何结构,物化特征。

(4)利用STM研究在拓扑绝缘体的金属表面态;通过表面沉积非磁性杂质研究狄拉克费米子和杂质的相互作用,无磁性中性杂质对于拓扑绝缘体表面狄拉克费米子的散射,为输运性质的研究提供基础,检验和理解前人有效理论预言的拓扑磁电效应。利用自旋分辨的STM技术,观察杂质在实空间诱导的自旋texture。在表面沉积磁性杂质,研究体内磁性杂质所造成的时间反演破缺对于边界态的影响。尤其在带有内部自由度的杂质的研究中,着重研究在拓扑绝缘体背景下两个杂质的内部自由度相互间的量子关联,这对于量子信息处理将可能有重要的潜在价值。

(5)利用角分辨光电子谱测量石墨烯的电子结构,包括石墨烯的色散关系,电子—声子相互作用,电子—激子相互作用,能隙的大小等,以及这些参数随石墨烯层数、石墨烯与衬底相互作用导致的电子结构的变化。利用ARPES研究拓扑绝缘体的表面态,确定能级色散关系,狄拉克点的数目,判定系统是否是强的拓扑绝缘体。利用自旋分辨的ARPES和不同偏振模式的光源分辨电子不同自旋分支的色散关系,测量电子自旋的极化特性。

(6)利用核磁共振技术(NMR)研究研究三维拓扑绝缘体的磁性质,从磁性质上找到拓扑绝缘相变的证据。使用高压和掺杂技术调节三维拓扑绝缘体量子相变,进一步研究其在量子相变点的特性。改进NMR系统,提高核磁共振的灵敏性,从而可以对拓扑绝缘体的表面态进行研究。研究表面的磁激发谱及其金属态的特性,从而得到表面态在微波波段的磁性质,并进一步与块材绝缘态的性质进行对比。