第一篇：功能材料論文

納米復合涂層的研究進展

摘要：綜述了納米復合涂層的制備工藝,包括熱噴涂、納米復合鍍、納米粘結粘涂技術、納米復合涂料技術等;介紹了納米復合涂層在提高材料力學性能、耐腐蝕性、光學、電學、磁學等方面的性能研究,探究了納米復合涂層在科技界和產業界的應用。展望了納米復合涂層的發展、關鍵詞：納米復合涂層;制備;性能;研究進展 自從八十年代初，德國科學家提出納米晶體材料概念以來，世界各國科技界和產業界對納米材料產生了濃厚的興趣和廣泛的關注，到了90年代，國際上掀起了納米材料制備和研究的高潮。納米材料具有特殊的結構和處于熱力學上極不穩定的狀態，表現出有別于傳統材料的不同性能，正是由于納米材料這種獨特的效應，從而使納米材料具有一系列優異的功能特性。隨著相關應用基礎研究的不斷深入和相關技術的不斷完善，納米材料科學與技術已經開始進入應用研究階段。納米材料的合成與成形技術的發展和成熟，尤其是納米材料與表面技術的結合，對于納米材料和表面納米技術的應用和產業化起著至關重要的推動作用[1-3]。

納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍或它們作為基本單元構成的材料[1]。由于量子尺寸效應、小尺寸效應、表面界面效應、量子隧道效應等,使納米材料在力學性能、電學性能、磁學性能、熱學性能等方面與傳統的固體材料有許多不同的特殊性質,成為當今材料科學的前沿和一個開拓性的新領域,有著極為廣泛的應用前景[2]面工程是21世紀工業發展的關鍵技術之一,是先進制造技術的重要組成部分。表面工程是由多個學科交叉、綜合而發展起來的新興學科,它的最大優勢是能夠以多種方法制備優于本體材料性能的表面功能涂層,賦予零件防腐蝕、耐磨損、抗疲勞、防輻射等性能[3]，納米材料與傳統的表面涂層技術相結合,可得到納米復合涂層。納米復合涂層是由兩相或兩相以上的固態物質組成的薄膜材料,其中至少有一相是納米相,其他相可以是納米相,也可以是非納米相[4]。納米復合涂層集中了納米材料的優異特性,因而具有更好的性能,可以在更廣闊的領域應用。

納米復合涂層的制備

1納米熱噴涂技術熱噴涂技術是材料表面強化與保護的重要技術,它在表面技術中占有重要地位。熱噴涂是利用一種熱源將噴涂材料加熱至熔化或半熔化狀態,并通過氣流吹動使其霧化并高速噴射到基材表面,以形成噴涂層的表面加工技術〔’〕。納米微粒用于熱噴涂技術中備的納米復合涂層與傳統涂層相比,在強度、韌性、耐蝕、耐磨、熱障、抗疲勞等方面有顯著改善,而且部分涂層可以同時具有多種性能

制備納米復合涂層的熱噴涂方法包括超高速火焰噴涂、真空等離子噴涂、雙絲電弧噴涂等。李春福困等研究了對A1T3粉(納米1A20。與ITOZ混合物,ITO:質量分數為13%)在等離子噴涂中的應用,將經過超聲乳化的納米微粒與A1T3粉末混合,攪拌均勻,在適宜的溫度下燒結,制成適于等離子噴涂用,利用此粉制備的納米復合涂層的流平性能好,元素分布均勻,通孔率減小,涂層殘余應力降低,結合力提高,內部微裂紋減小,涂層耐磨、耐蝕性能明顯提高。丁紅燕等川將分散好的納米1A20。與F102粉(鎳、鉻、硼、硅自熔性合金粉)進行球磨混合制備了混合粉,再利用氧乙炔焰熱噴焊工藝制備了納米IAZ03作為彌散增強相的納米復合涂層,納米微粒在涂層中分散均勻,涂層的耐磨性明顯增強。tSewart等「`習用高速火焰噴涂(Hvo)F制得了WC一co納米復合涂層,在涂層組織中可以觀察到,納米微粒散布非晶態C。相中,結合良好,涂層顯微硬度明顯增加。Kear等〔9」對涂層硬度增加的原因作了進一步解釋。PilaS等[’oJ也利用HvoF制備了ere一NICr納米復合涂層,并對其力學和摩擦性能進行了研究,納米微粒在涂層中分布均勻,涂層的顯微硬度和彈性性質顯著提高,耐磨性增加 用熱噴涂技術所得到的納米復合涂層的結合強度、硬度、耐磨和耐蝕性等都較傳統涂層高,拓寬了這種技術在工業領域的應用。但如納米微粒在涂層的分布、涂層致密度的提高及如何制備優良的納米結構涂料等問題還需要進一步研究。2.物理氣相沉積技術

蒸發和濺射是真空物理鍍膜的兩種主要工藝，其沉積物的全部或部分由物理手段直接提供：前者使鍍料通過熱蒸發而獲得，即蒸發鍍膜；后者是由離子轟擊靶材獲得，即濺射鍍膜。產生濺射效應的離子來源于工作氣體放電，主要是輝光放電。從靶材濺射出來的粒子具有較高的動能，有利于提高涂層的附著力和致密度[4]。濺射鍍膜的研究可追溯至19世紀中。20世紀50年代，隨著高頻濺射技術的突破，濺射鍍膜得到了迅速發展，現有兩極濺射、三極濺射、反應濺射、磁控濺射、雙離子濺射和中頻濺射等多種沉積工藝。1964年，Mattox在前人研究的基礎上推出離子鍍系統，用于在金屬底材上鍍制耐磨和裝飾等用途的涂層[6]。離子鍍是指鍍膜與離子轟擊膜層同時進行的物理氣相沉積技術。離子轟擊可以改善膜層與基體之間的結合強度，改善膜層的結構(例如細化晶粒和提高致密度)和性能。事實上，離子鍍是以蒸鍍和濺射這兩種PVD技術為基礎，再加上離子轟擊而衍生的次級技術 3.離子鍍技術

目前，工業應用的離子鍍技術主要是以蒸鍍為基礎的陰極電弧離子鍍[7]。通過以靶材(鍍料)作為陰極，真空室作為陽極并接地，進行弧光放電。弧光放電僅在陰極(靶材)表面的弧斑處進行，其溫度高達8000~40000K。高溫下弧斑噴出的物質有電子、離子、原子和液滴。其中，離子占30%~90%。將工件加上例如100~200V負偏壓，吸引離子向工件方向運動，即可實現離子鍍。電弧離子鍍在20世紀80年代在美國實現產業化，并沿用至今。最近采用脈沖偏壓技術，導致鍍膜過程遠離平衡態特性，有利于提高涂層的結合強度，降低內應力。這種技術具有沉積速度快、附著力強、適合工業化生產等許多優點，但最大的問題在于靶材噴出的液滴會影響涂層的表面光潔度和均勻性。1985年，Window等在研究濺射技術時，提出增大普通磁控濺射陰極的雜散磁場，從而使等離子體范圍擴展到基體附近的非平衡磁控濺射陰極[8]。普通磁控濺射陰極的磁場將等離子體緊密地約束在靶面附近，基體(工件)附近的等離子體很弱，只受到輕微的離子和電子轟擊。而非平衡磁控濺射陰極的磁場可將等離子體擴展到遠離靶面處，使基體浸沒其中。這有利于以磁控濺射為基礎來實現離子鍍，并使磁控濺射離子鍍與陰極電弧蒸發離子鍍處于競爭和互補的狀態。英國TeerCoatings公司從20世紀90年代開始推出非平衡磁控濺射離子鍍的一系列設備，用于研發和生產[9-10]。與電弧離子鍍相比，濺射離子鍍克服了涂層表面粗糙的難題，而且在涂層化學組分上更易于控制和調節，是目前較為新穎的一種硬質涂層合成技術。利用離子鍍技術實現產業化的硬質涂層有TiN系列(包括TiC和TiCN等)硬膜、TiAlN抗高溫氧化膜、CrN耐磨耐腐蝕膜、ZrN高溫高強膜以及類金剛石DLC)和MoS2固體潤滑膜等，它們已廣泛用于刀具、模具和機械零部件等領域[11-13]。這些硬涂層的硬度一般為15~30GPa(注：純金剛石硬度為100GPa，石英為10GPa)。由于單一涂層材料往往難以滿足提高綜合性能的要求，因此涂層成分將趨于多元化、復合化。例如TiN系列硬質膜正向納米多層膜發展，其中包括TiN/TiCN、TiN/TiAlN和TiN/CrN等納米多層膜。另一種類型是碳系列硬質膜及其復合涂層，包括DLC、CNx及其多層復合涂層。此外，還有TiN系膜與碳系硬質膜的復合涂層(如TiN/CNx)等。納米多層涂層具有可控的一維周期結構，交替沉積的單層膜厚度一般不超過5~15nm。一般認為，納米多層涂層的高硬度主要是由于層內或層間位錯運動受阻所致。進一步的研究表明，納米多層涂層的性能與涂層的周期膜厚有很大關系[14]，當在形狀復雜的刀具或零件表面沉積納米多層膜時，很難均勻控制各層的膜厚，同時在高溫工作環境下，各層間的元素相互擴散也會導致涂層性能下降。

納米復合涂層的性能研究

力學性能

納米粒子的加人對于傳統涂層力學性能有很大的改善。納米微粒作為彌散相分布在涂層中,增強了涂層與基體間的結合,提高了涂層的耐磨性。納米iToZ分散在iN一P鍍液中利用化學鍍制備的納米復合鍍層,鍍層的硬度大于80HV,硬度的增加提高了鍍層的高溫抗氧化能力。利用電沉積的方法,將納米iN微粒加入到SIC中,在納米微粒添加到3%時,復合涂層的顯微硬度較傳統涂層提高了2倍[31] 蔣斌等[32]利用電刷鍍技術制得的納米SiO2/Ni復合涂層的抗疲勞性得到很大的提高,在不同的作用力下,納米復合涂層的抗疲勞性能都比未添加納米微粒時增加;經過退火處理后,涂層的抗疲勞程度更高。張而耕等人[33〕向PsP中分別加人納米級SiO2和微米級SiO2,對兩種復合涂層的力學性能進行了對比果表明,納米復合涂層的附著力和耐沖擊性都較微米級粒子的好,耐沖蝕磨損性能也有很大的提高,約為普通涂層的26倍,沖蝕磨損后涂層表面較為光滑,無裂紋和凹坑。將改性的納米微粒加入熱處理過的聚合物中,由于聚合物結晶度的改變及改性納米微粒的作用,提高了納米復合涂層的耐沖擊性和熱穩定性【34】，納米SiO2對環氧樹脂的改性也有顯著效果,添加納米微粒之后,復合涂層的拉伸強度提高了26%,無缺口沖擊強度提高了30%[35〕。iN納米微粒添加到聚氨酷中,復合涂層的摩擦系數減小,耐磨性提高[’36〕。環氧樹脂與聚醋的混合物經過納米Al2O3的改善,在納米微粒添加到8%時,沖擊強度較未加納米微粒的混合物及純環氧樹脂分別增加了110%、400%,拉伸強度則分別增加了4%、165%;同時,涂層的介電性和耐熱性也得到提高[37] 光、電、磁學性能

無機材料TiO2:、ZnO等具有很強的光催化功能,可利用紫外線或日光將有機物氧化為CO2和水。將納米TiO2:添加于涂料中,制成光催化涂料,利用陽光分解環境污染物,達到減少污染、保護環境的目的利用TiO2:的透明性、紫外線吸收性,將納米TiO2:金屬閃光材料與鋁粉顏料或珠光顏料等混合用在涂料中,能產生隨角異色效應,可制作汽車金屬閃光面漆,這種漆還具有極強的附著力和耐酸堿性能,在高檔汽車涂料、商標印刷油墨、特種建筑涂料等具有很大的應用市場

納米復合涂層因納米微粒的導電性可制成抗靜電材料。諸如納米微粒Fe2O3、TiO2、Cr2O3、ZnO等具有半導體特性的氧化微粒制成具有良好靜電屏蔽性能的涂料,而且可以調節顏色。在化纖品中加人金屬納米微粒可以解決其靜電問題,提高安全性[[38] 米金屬微粒具有較大的比表面,而且具有較好的吸收電磁波的特性,利用這個特性可以開發納米隱身涂料。納米磁性材料特別是類似鐵氧體的納米磁性材料加人涂料中,既有優良的吸波特性,又有良好的吸收和耗散紅外線的性能,加之相對密度小,在隱身方面的應用有明顯的優越性。采用單磁疇針狀微粒制備的納米復合涂層,具有單磁疇結構,高矯頑力,用它做磁性記錄材料可以提高記錄密度,提高信噪比。納米復合涂層的應用

近年來，不少研究機構采用PVD(包括磁控濺射)技術制備納米復合涂層，例如nc-TiN/a-Si3N4、nc-TiN/BN和nc-TiAlN/a-Si3N4等。初步研究結果顯示，納米復合涂層在金屬加工特別是干切削中有良好的應用前景。納米復合涂層技術之所以能夠起到這種重要作用，根本原因在于材料的納米尺寸效應，即當晶粒尺寸進入納米尺度范圍(<10nm)時，物質顯示出與常規材料截然不同的特性(例如超高硬度)[16-17]。納米復合涂層及其在干切削加工中的應用是目前高性能刀具的研究開發熱點。硬質涂層的應用可減小刀具與工件的摩擦，降低刀具在切削中的磨損，延長刀具的使用壽命。此外，高精度數控機床的應用和普及，綠色制造理念的提出，各種高硬度、高韌性的難切削材料的加工，使干切削技術愈來愈受到重視，同時也對刀具涂層技術及涂層材料提出了更高要求。而納米復合涂層的發展順應了現代機械加工對高效、高精度、高可靠性和環保的需求。迄今為止，納米涂層在制造業上的應用已初見成效[18]。例如，瑞士Platit公司利用LARC?(LateralRotatingARC-Cathodes)技術開發的新一代nc-TiAlN/a-Si3N4納米復合涂層以及其他納米多層膜，其高溫硬度十分突出[19-20]；德國CemeCon公司推出了新的納米結構(Supernitrides)涂層[21]，這類涂層將硬質涂層的抗磨損性能及氧化物涂層的化學穩定性結合起來，在應用中表現出極佳的熱穩定性；Balzers和Teer等公司在硬質涂層表面上再鍍上固體潤滑納米涂層如WC/C和MoS2/Ti，發現刀具的干切削效能得到進一步提高[22-23]。結論

將納米材料與表面涂層技術相結合制備出的納米復合涂層較傳統涂層有更大的優越性。納米復合涂層均勻、結構致密,有更好的力學性能如耐磨性、硬度、抗氧化性和耐腐蝕性等。利用納米材料的不同性質,在其他領域中,納米復合涂層也展示其誘人的前景,利用納米微粒光催化作用制備的納米復合涂層用于室內、醫院及某些公共場合可以產生很好的抗菌、殺菌及自清潔功能;納米微粒特有的吸波能力,使得復合涂層廣泛應用于飛機、導彈、軍艦等武器裝備上；利用納米復合涂層中納米微粒對環境的敏感性,可望制備出小型化、多功能、低能耗傳感器,如紅外線傳感器、壓電傳感器、光傳感器等。用分子自組裝技術已經制備了很好的雙疏性單分子膜,具有很好的摩擦學性能〔43,〕;將TiO2納米線與聚合物單體在玻璃片上用浸涂法成膜,再用紫外光照射引發原位聚合,得到TiO2:納米線彌散在高聚物的納米復合膜〔44,這種納米復合膜具有良好的減摩功能[45];同時,還利用原位復合技術制備了含氟聚合物一納米TiO2/聚丙烯酸丁醋納米復合膜及摩擦性能復合涂層,涂層具有很好的疏水效果[46]。

納米復合涂層的研究還處于剛剛起步階段,有很多問題有待于進一步研究,如納米微粒表面修飾和包覆、納米功能涂層的制備、納米微粒與表面涂層技術的結合等方面。在納米材料的制備合成技術不斷取得進展和基礎理論研究日益深人的基礎上,納米涂層將會有更快、更全面的發展,制備方法也在不斷得到創新和完善,其應用將遍及多個領域。

參考文獻

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第二篇：功能材料論文

《功能材料》課程論文

納米材料及其應用

姓 名： 虎少奇 班 級：金材132班 學 號：***3

材料科學與工程學院

河南科技大學

納米材料及其應用

摘 要：納米材料由于其獨特的效應，使得納米材料具有不同于常規材料的特殊用途。近年來，隨著科學技術尤其是納米技術的發展，納米材料已經從高精尖領域逐漸走到百姓的生活之中，它的科學價值及應用價值逐漸被發現和認識，納米技術的研究得到了更多的關注。逐漸新興起的的納米材料進入人們的眼球，就需要我們對納米材料進行更多的研究與發展，揭秘其中的奧秘之處，就像人們所認知的那樣被大家熟知。為此，我們應該付出更多的努力。本文將帶大家探索我們不太熟知的納米材料的奧秘，關鍵詞：納米材料；效應；納米技術；納米結構；應用范圍；

1.納米材料

納米級結構材料簡稱為納米材料，廣義上是三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍超精細顆粒材料的總稱。根據2011年10月18日歐盟委員會通過的定義，納米材料是一種由基本顆粒組成的粉狀、團塊狀的天然或人工材料，這一基本顆粒的一個或多個三維尺寸在1納米至100納米之間，并且這一基本顆粒的總數量在整個材料的所有顆粒總數中占50％以上。從尺寸大小來說，通常產生物理化學性質顯著變化的細小微粒的尺寸在0.1微米以下（注1米=100厘米，1厘米=10000微米，1微米=1000納米，1納米=10埃），即100納米以下。因此，顆粒尺寸在1～100納米的微粒稱為超微粒材料，也是一種納米材料。

納米顆粒材料又稱為超微顆粒材料，由納米粒子組成。納米粒子也叫超微顆粒，一般是指尺寸在1～100nm間的粒子，是處在原子簇和宏觀物體交界的過渡區域，從通常的關于微觀和宏觀的觀點看，這樣的系統既非典型的微觀系統亦非典型的宏觀系統，是一種典型的介觀系統，它具有表面效應、小尺寸效應和宏觀量子隧道效應。當人們將宏觀物體細分成超微顆粒（納米級）后，它將顯示出許多奇異的特性，即它的光學、熱學、電學、磁學、力學以及化學方面的性質和大塊固體時相比將會有顯著的不同。

2.納米材料的發展史

1962年，久保提出超微顆粒的量子限域理論，推動了實驗物理學家對納米微粒的探索。第一個真正認識到納米粒子的性能并引用納米概念的是日本科學家。他們在20世紀70年代用蒸發法做了超微粒子，并發現，導電、導熱的銅、銀導體做成納米尺度以后，失去原來的性質，表現出既不導電、也不導熱。

1984年德國的H.Gleiter教授等合成了納米晶體Pd, Fe等。并且1987年美國阿貢國立實驗室Siegel博士制備出納米TiO2多晶陶瓷，呈現良好的韌性，在100多度高溫彎曲仍不裂。這一突破性進展造成第一次世界性納米熱潮，使其成為材料科學的一個分支。這使得納米材料飛速發展。1990年7月，第一屆國際納米科學技術會議在美國巴爾的摩舉辦《Nanotechnology》和《Nanobiology》兩種國際性專業期刊也在同年相繼問世。標志著納米科學技術的正式誕生。今天，納米科技的發展使費曼的預言已逐步成為現實。納米材料的奇特物性正對人們的生活和社會的發展產生重要的影響。

納米材料的發展分為三個階段：第一個階段（在1990年以前）主要是在實驗室探索用各種手段制備各種材料的納米顆粒粉體，合成塊體（包括薄膜），研究評估表征的方法，探索納米材料不同于常規材料的特殊性能。對納米顆粒和納米塊體材料結構的研究在80年代末期一度形成熱潮。研究的對象一般局限在單一材料和單相材料，國際上通常把這類納米材料稱納米晶或納米相材料。第二個階段（1994年以前）是人們關注的熱點是如何利用納米材料已挖掘出來的奇特物理、化學和力學性能，設計納米復合材料，通常采用納米微粒與納米微粒復合，納米微粒與常規塊體復合及發展復合材料的合成及物性的探索一度成為納米材料研究的主導方向。第三個階段（1994年以后）主要是納米組裝體系、人工組裝合成的納米結構的材料體系越來越受到人們的關注，正在成為納米材料研究的新的熱點。

3.納米材料的五大效應

（1）體積效應

當納米粒子的尺寸與傳導電子的德布羅意波相當或更小時，周期性的邊界條件將被破壞，磁性、內壓、光吸收、熱阻、化學活性、催化性及熔點等都較普通粒子發生了很大的變化，這就是納米粒子的體積效應。

（2）表面效應

表面效應是指納米粒子表面原子與總原子數之比隨著粒徑的變小而急劇增大后所引起的性質上的變化。表9-2給出了納米粒子尺寸與表面原子數的關系。

（3）量子尺寸

粒子尺寸下降到一定值時，費米能級接近的電子能級由準連續能級變為分立能級的現象稱為量子尺寸效應。例如，導電的金屬在超微顆粒時可以變成絕緣體，磁矩的大小和顆粒中電子是奇數還是偶數有關，比熱亦會反常變化，光譜線會產生向短波長方向的移動，這就是量子尺寸效應的宏觀表現。因此，對超微顆粒在低溫條件下必須考慮量子效應，原有宏觀規律已不再成立。

（4）量子隧道

微觀粒子具有貫穿勢壘的能力稱為隧道效應。人們發現一些宏觀量，例如微顆粒的磁化強度、量子相干器件的磁通量以及電荷等亦具有隧道效應，它們可以穿越宏觀系統的勢壘產生變化，故稱為宏觀的量子隧道效應。用此概念可定性解釋超細鎳微粒在低溫下保持超順磁性等。

（5）介電限域

納米粒子的介電限域效應較少不被注意到。實際樣品中，粒子被空氣﹑聚合物﹑玻璃和溶劑等介質所包圍，而這些介質的折射率通常比無機半導體低。光照射時，由于折射率不同產生了界面，鄰近納米半導體表面的區域﹑納米半導體表面甚至納米粒子內部的場強比輻射光的光強增大了。這種局部的場強效應，對半導體納米粒子的光物理及非線性光學特性有直接的影響。對于無機-有機雜化材料以及用于多相反應體系中光催化材料，介電限域效應對反應過程和動力學有重要影響。

4.納米技術

納米技術的廣義范圍可包括納米材料技術及納米加工技術、納米測量技術、納米應用技術等方面。其中納米材料技術著重于納米功能性材料的生產（超微粉、鍍膜、納米改性材料等），性能檢測技術（化學組成、微結構、表面形態、物、化、電、磁、熱及光學等性能）。納米加工技術包含精密加工技術（能量束加工等）及掃描探針技術。目前，納米技術主要應用于“袖珍軍團“，微型環狀激光器，納米級微電子軟件，超微型計算機等方面。

5.納米結構

納米結構是以納米尺度的物質單元為基礎按一定規律構筑或營造的一種新體系。它包括納米陣列體系、介孔組裝體系、薄膜嵌鑲體系。對納米陣列體系的研究集中在由金屬納米微粒或半導體納米微粒在一個絕緣的襯底上整齊排列所形成的二位體系上。而納米微粒與介孔固體組裝體系由于微粒本身的特性，以及與界面的基體耦合所產生的一些新的效應，也使其成為了研究熱點，按照其中支撐體的種類可將它劃分為無機介孔復合體和高分子介孔復合體兩大類，按支撐體的狀態又可將它劃分為有序介孔復合體和無序介孔復合體。在薄膜嵌鑲體系中，對納米顆粒膜的主要研究是基于體系的電學特性和磁學特性而展開的。

6.納米材料的制備

（1）惰性氣體下蒸發凝聚法。通常由具有清潔表面的、粒度為1-100nm的微粒經高壓成形而成，納米陶瓷還需要燒結。國外用上述惰性氣體蒸發和真空原位加壓方法已研制成功多種納米固體材料，包括金屬和合金，陶瓷、離子晶體、非晶態和半導體等納米固體材料。我國也成功的利用此方法制成金屬、半導體、陶瓷等納米材料。

（2）化學方法：1水熱法，包括水熱沉淀、合成、分解和結晶法，適宜制備納米氧化物；2水解法，包括溶膠-凝膠法、溶劑揮發分解法、乳膠法和蒸發分離法等。

（3）綜合方法。結合物理氣相法和化學沉積法所形成的制備方法。其他一般還有球磨粉加工、噴射加工等方法。

6.納米材料的應用范圍

就目前而言，納米材料應用主要是天然納米材料，納米磁性材料，納米陶瓷材料，納米傳感器，納米傾斜功能材料，納米半導體材料，納米催化材料，納米計算機，納米碳管，醫

療應用，家電，環境保護，紡織工業，機械工業等方面。而被我們所了解的納米材料大概就有納米磁性材料，納米陶瓷，納米半導體材料了。

（1）納米磁性材料

在實際中應用的納米材料大多數都是人工制造的。納米磁性材料具有十分特別的磁學性質，納米粒子尺寸小，具有單磁疇結構和矯頑力很高的特性，用它制成的磁記錄材料不僅音質、圖像和信噪比好，而且記錄密度比γ-Fe2O3高幾十倍。超順磁的強磁性納米顆粒還可制成磁性液體，用于電聲器件、阻尼器件、旋轉密封及潤滑和選礦等領域。

（2）納米陶瓷材料

傳統的陶瓷材料中晶粒不易滑動，材料質脆，燒結溫度高。納米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上運動，因此，納米陶瓷材料具有極高的強度和高韌性以及良好的延展性，這些特性使納米陶瓷材料可在常溫或次高溫下進行冷加工。如果在次高溫下將納米陶瓷顆粒加工成形，然后做表面退火處理，就可以使納米材料成為一種表面保持常規陶瓷材料的硬度和化學穩定性，而內部仍具有納米材料的延展性的高性能陶瓷。（3）納米半導體材料

將硅、砷化鎵等半導體材料制成納米材料，具有許多優異性能。例如，納米半導體中的量子隧道效應使某些半導體材料的電子輸運反常、導電率降低，電導熱系數也隨顆粒尺寸的減小而下降，甚至出現負值。這些特性在大規模集成電路器件、光電器件等領域發揮重要的作用。

利用半導體納米粒子可以制備出光電轉化效率高的、即使在陰雨天也能正常工作的新型太陽能電池。由于納米半導體粒子受光照射時產生的電子和空穴具有較強的還原和氧化能力，因而它能氧化有毒的無機物，降解大多數有機物，最終生成無毒、無味的二氧化碳、水等，所以，可以借助半導體納米粒子利用太陽能催化分解無機物和有機物。

總之，納米材料存在我們生活中一切事物之中，只是我們沒有發現而已，就像鴿子大腦里的導航，生活的一些半導芯片，很多的精密儀器之中都可能存在納米材料。納米材料已經在我們身邊大量事物中出現。它的應用前景非常廣闊，我們應該更深一步的研究納米材料，揭開其神秘的面紗。

參考文獻

1.丁秉鈞，《納米材料》，普通高等教育材料科學與工程專業規劃教材，2011-07-27；

2.原繼紅，黃楠，韓曉云，康傳紅，孫治堯，閆爾云，納米材料的應用，《綏化學院學報》2012年第1期 184-186, 3.王仁清，納米材料的應用，《中國科技信息》，2004年第22期 19,21，課程學習后的收獲與建議： 收獲：

自當學習了功能材料之后，我便從中更深一步了解到了材料的本質，這對我們材料專業的學生來說無疑是最有幫助的，我們是學習材料的，就必須從材料的多個層面去了解，并且熟悉材料，這樣才可以更加熟悉的運用材料的特性，掌握材料的本質。學習本課程之后，我們便可以從只知道材料的一些淺顯的的特性像更深一層的特性去了解掌握。例如導電陶瓷的原理，鐵電體，壓敏陶瓷，氣敏陶瓷等等這些我們聽過和沒有見識過的材料和材料方面的其他知識。就拿形狀記憶合金來說，我們能想到的是它會記憶自己的形態，就像之前學過的Ti合金一樣，但是，卻沒有了解它的基本原理，不知道合金的這種記憶效應是由合金的 “相變化”來實現的，隨著溫度的改變，合金的結構從一相轉變到另一相。

總而言之，學習這門課程對我們來說還是收益頗多的，對我們今后的學習工作都將有頗為重要的作用。

建議：

總的來說對這門課程還是比較感興趣的，當初選這門課程就是沖著自己的興趣去的，龍老師對這門課程也是投入了大量的精力，講課也是相當認真負責；但是，由于課程內容比較抽象，同學們的熱情并不是很高。要是實驗的內容占大部分的比例，或許更容易去理解和感受，更有興趣去了解功能材料。希望在今后的學習中，老師可以帶領我們多去實驗室，在動手過程中幫我們指導學習。

第三篇：功能材料學課程論文

課

程

論

文 評 分 標 準

論文題目自擬（功能材料方向）

寫作要求：

1、論述某一種功能材料的概念、分類、進展、應用、發展趨勢。（40分）

2、論文書寫順序為：題目、作者、摘要、介紹、正文、結論、參考文獻。（10）

3、語言流暢，用詞規范，論證條理清晰，論據充分，重點突出，立意新穎，結合實際。（20分）

4、嚴禁抄襲，發現后按不及格處理。

5、字數在3000字以上。（10分）

6、論文格式要求，用Word文檔格式，A4紙，頁面設計選用Word文檔默認參數，第2行標題3#黑體居中；第3行為空行，第4行姓名小4#楷體居中；第5行學院、專業小4#楷體居中；第6行為空行，第7行摘要小五宋體；另起行關鍵詞小五宋體；正文與關鍵詞之間空一行，5#宋體首行縮進2個字符。（10分）

7、參考文獻用小5#宋體。（10分）

期刊：[序號] 作者.題名[J].刊名，出版年，卷號（期號）：起止頁碼.書籍：[序號] 作者.書名(版次，第1版不標注)[M].出版地：出版者，出版年.起止頁碼.論文集：[序號] 作者.題名[A].論文集編者.文集名[C].出版地：出版者，出版年.起止頁碼.學位論文：[序號] 作者.題名[D].保存地點：保存單位，年份.報紙：[序號] 作者.題名[N].報紙名，出版日期（版次）.

第四篇：功能高分子材料概論論文

論文

(理工類)

課程名稱:____ 功能高分子材料概論_ ___ 論文題目:__ 生物醫用高分子材料的現狀、研究進展 學 院: 先進材料與能源中心 ______ 學生姓名:_ 陳____俊 _______ 學

號: 2120*** ______ 完成時間: 2013 年 12月15日___ ________

摘要：了解生物醫用功能高分子材料近年來的現狀、發展方向及應用研究，綜述國內外生物醫用高分子材料的分類、特性及研究成果，展望對未來的生物醫用高分子材料的發展趨勢，通過介紹醫用高分子材料在人工臟器、藥劑及醫療器械方面的應用，以及我國近年來的研究情況和存在的問題,形成對生物醫用功能高分子的認識和其重要性的認識。

關鍵詞：功能高分子材料；生物醫用高分子材料 生物醫用高分子材料的現狀

生物醫用高分子材料(Poly-meric biomaterials)是指在生理環境中使用的高分子材料[1],它們中有的可以全部植入體內,有的也可以部分植入體內而部分暴露在體外, 或置于體外而通過某種方式作用于體內組織。醫用高分子材料需長期與人體體表、血液、體液接觸, 有的甚至要求永久性植入體內[2]。因此,這類材料必須具有優良的生物體替代性(力學性能、功能性)和生物相容性[3]。生物醫用高分子材料需要滿足的基本條件:在化學上是不活潑的,不會因與體液或血液接觸而發生變化;對周圍組織不會引起炎癥反應;不會產生遺傳毒性和致癌;不會產生免疫毒性;長期植入體內也應保持所需的拉伸強度和彈性等物理機械性能;具有良好的血液相容性;能經受必要的滅菌過程而不變形;易于加工成所需要的、復雜的形態[4]。醫用高分子材料的特殊要求

醫用高分子材料是要用在人身上的, 必須對人體組織無害, 所以對其要求十分嚴格, 總體上可以概括為以下四個方面: 1)生物功能性: 因各種生物材料的用途而異,如: 作為緩釋藥物時, 藥物的緩釋性能就是其生物功能性。

2)生物相容性: 可概括為材料和活體之間的相互關系, 主要包括血液相容性和組織相容性。組織相容性主要指無毒性, 無致癌性, 無熱原反應, 無免疫排斥反應, 不破壞鄰近組織等。血液相容性一般指不引起凝血, 不破壞紅細胞, 不破壞血小板, 不改變血中蛋白, 不擾亂電解質平衡。

3)化學穩定性: 耐生物老化性或可生物降解性。對于長期植入的醫用高分子材

料, 生物穩定性要好;對于暫時植入的醫用高分子材料, 則要求在確定時間內降解為無毒的單體或片段.通過吸收、代謝過程排出體外。

4)生產加工性：首先, 嚴格控制用于合成醫用高分子材料的原料純度, 不能帶入有害物質, 重金屬含量不能超標；其次, 材料加工助劑必須符合醫用標準；第三, 對于體內應用的高分子材料, 生產環境應當具有符合標準的潔凈級別；第四, 便于消毒滅菌(紫外滅菌、高壓煮沸、環氧乙烷氣體消毒和酒精消毒等)。正因為對于醫用高分子材料的要求嚴格, 相關的研發周期一般較長, 需要經過體外實驗、動物實驗、臨床實驗等不同階段的試驗, 材料市場化需要經國家藥品和醫療器械檢驗部門的批準, 且報批程序復雜, 費用高。這也是生物材料的市場價格居高不下的一個重要原因。生物醫用高分子材料的種類

生物醫用高分子材料按性質可分為非降解和可生物降解兩大類。非生物降解的生物醫用高分子包括：聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、芳香聚酯、聚硅氧烷、聚甲醛等，其在生理環境中能長期保持穩定，不發生降解、交聯或物理磨損等，并具有良好的力學性能。可生物降解的生物醫用高分子材料則包括膠原、脂肪族聚酯、聚氨基酸、聚己內酯等，這些材料能在生理環境中發生結構性破壞，且降解產物能通過正常的新陳代謝被基體吸收或排出體外。非降解和可生物降解生物醫用高分子材料在生物醫學領域各具有自己獨特的發展地位，然而，隨著生物醫學和材料科學的發展，人們對生物醫用高分子材料提出了更高的要求，可生物降解生物醫用高分子材料越來越得到人們的親睞。因此，在這里主要討論可生物降解醫用高分子材料的種類。

根據來源來劃分，可生物降解醫用高分子材料可分為天然可生物降解和合成可生物降解兩大類。生物醫用高分子材料的應用

根據不同的角度、目的甚至習慣，醫用高分子材料應用有不同的分類方法，尚無統一標準。主要在人造器官、人造組織、以及其它的一些高分子藥劑等。4.1人造器官

（1）人工腎：四十年前荷蘭醫生用賽璐洛玻璃紙作為透析膜, 成功地濾除了患者血液中的毒素。目前人工腎以中空絲型最為先進, 其材質有醋酸纖維, 賽

璐洛和聚乙烯醇。其中以賽璐路居多, 占98%, 它是一種親水性的、氣體和水都能通過的材料, 同時要求有很好的選擇過濾性, 病人的血液從人工腎里流過由它們所構成的中空絲膜, 就可將尿素、尿酸,Ca2+等物質通過, 并留在人工腎里繼而排出, 而人體所需的營養、蛋白質卻被擋住,留在血液里返回人體, 從而對血液起到過濾作用, 目前中空纖維膜已在西德的恩卡公司、日本旭化成和夕沙毛公司研究成功, 并用于工業化生產。（2）人工肺：人工肺并不是對于人體肺的完全替代，而是體外執行血液氧交換功能的一種裝置，目前以膜式人工肺最為適合生理要求,它是以疏水性硅橡膠, 聚四氟乙烯等高分子材料制成。(3)人工心臟：1982年美國猶他大學醫療中心, 成功地為61歲的牙科醫生克拉克換上了Jarvak一7型人工心臟, 打破了人造心臟持久的世界紀錄, 美國人工心臟專家考爾夫博士指出閉,人工心臟研制成功與否取決于找到合適的彈性體, 作為人工心臟主體心泵的高分子材料,現在所用的材料主要為硅橡膠。（4）其它，如人工心臟瓣膜、心臟起搏器電極的高分子包覆層、人工血管、人工喉、人工氣管、人工食管、人工膀胱等。4.2人造組織

指用于口腔科、五官科、骨科、創傷外科和整型外科等的材料，包括：(1)牙科材料：主要采用聚甲基丙烯酸甲酯系、聚砜和硅橡膠等，如蛀牙填補用樹脂、假牙和人工牙根、人工齒冠材料和硅橡膠牙托軟襯墊等；(2)眼科材料：這類材料特別要求具有優良的光學性質、良好的潤濕性和透氧性、生物惰性和一定的力學性能，主要制品有人工角膜(PTFE、PMMA)、人工晶狀體(硅油、透明質酸水溶液)、人工玻璃體、人工眼球、人工視網膜、人工淚道、隱型眼鏡(PMMA、PHEMA、PVA)等；；(3)骨科材料：人工關節、人工骨、接骨材料(如骨釘)等，原材料主要有高密度聚乙烯、高模量的芳香族聚酰胺、聚乳酸、碳纖維及其復合材料；(4)肌肉與韌帶材料：人工肌肉、人工韌帶等，原材料有PET、PP、PTFE、碳纖維等；(5)皮膚科材料：人工皮膚，含層壓型人工皮膚、甲殼素人工皮膚、膠原質人工皮膚、組織膨脹器。4.3藥用高分子

(1)高分子緩釋藥物載體：藥物的緩釋是近年來人們研究的熱點。目前的部分藥物尤其是抗癌藥物和抗心血管病類藥物(如強心苷)具有極高的生物毒性而

較少有生物選擇性，通常利用生物吸收性材料作為藥物載體，將藥物活性分子投施到人體內以擴散、滲透等方式實現緩慢釋放。通過對藥物醫療劑量的有效控制，能夠降低藥物的毒副作用，減少抗藥性，提高藥物的靶向輸送，減少給藥次數，減輕患者的痛苦，并且節省財力、人力、物力。目前存在時間控制緩釋體系(如“新康泰克”等，理想情形為零級釋放)、部位控制緩釋體系(脈沖釋放方式)。近年來研究較多的是利用聚合物的相變溫度依賴性(如智能型凝膠)，在病人發燒時按需釋放藥物，還有利用敏感性化學物質引致聚合物相變或構象改變來釋放藥物的物質響應型釋放體系。(2)高分子藥物(帶有高分子鏈的藥物和具有藥理活性的高分子)：如抗癌高分子藥物(非靶向、靶向)、用于心血管疾病的高分子藥物(治療動脈硬化、抗血栓、凝血)、抗菌和抗病毒高分子藥物(抗菌、抗病毒、抗支原體感染)、抗輻射高分子藥物、高分子止血劑等。將低分子藥物與高分子鏈結合的方法有吸附、共聚、嵌段和接枝等。第一個實現高分子化的藥物是青霉素(1 962年)，所用載體為聚乙烯胺，以后又有許多的抗生素、心血管藥和酶抑制劑等實現了高分子化。天然藥理活性高分子有激素、肝素、葡萄糖、酶制劑等。生物醫用高分子材料的發展方向

（1）可生物降解醫用高分子材料因其具有良好的生物降解性和生物相容性而受到高度重視, 無論是作為緩釋藥物還是作為促進組織生長的骨架材料, 都將得到巨大的發展。

（2）1906 年En rililich 首次提出藥物選擇性地分布于病變部位以降低其對正常組織的毒副作用, 使病變組織的藥物濃度增大, 從而提高藥物利用率這一靶向給藥的概念。此后一個世紀以來, 靶向藥物的載體材料一直吸引了醫藥工作者的興趣。其中高分子納米粒子以其特有的優點是近年來國內外一個極為重要的研究熱點。

（3）任何一種材料都是通過其表面與環境介質相接觸的, 因此材料的開發與應用必然涉及其表面問題的研究。一般高分子材料的表面對外界響應性較弱, 但有些高分子表面的結構形態會因外界條件(如pH、溫度、應力、光及電場等)的改變在極短時間內發生相應的變化, 從而造成表面性質的改變, 此乃智能高分子表面。因此設計這類智能表面將是生物醫用高分子材料發展的一個重要方面。

（4）隨著科學的發展,由高分子材料制成的人工臟器正在從體外使用型向內

植型發展,為滿足醫用功能性、生物相容性的要求,把酶和生物細胞固定在合成高分子材料上,從而制成各種臟器，將使生物醫用高分子材料發展前景越來越廣闊。

（5）通常,在組織工程的應用中,高分子材料支架要負載上生長因子,以促進組織在生物體內的再生,另一方面,把特殊的粘附因子,如粘連蛋白結合到支架上,可使聚合物表面能夠促進對某種細胞的粘附,而排斥其它種類的細胞,即支架對細胞進行有選擇的粘附。為了使生長因子和粘附因子能夠結合到可降解高分子材料上,就需要對材料進行表面改性,而有時表面改性很困難, 因此，可利用與天然聚合物雜化的方法來達到上述目的, 同時由于這些材料有良好的機械性能,又可以彌補天然聚合物強度不高、穩定性差的缺點。可見，生物雜化材料在這方面的表現是相當突出的, 必將成為醫用生物高分子材料發展的一個主要趨勢。

6.生物醫用高分子材料的研究進展

近年來, 美國、歐洲和日本對生物醫用高分子材料的研究與開發突飛猛進, 從人工器官到高效緩釋高分子藥物都取得了很多成果和巨大效益。據美國健康工業制造者協會資料報告, 1995 年世界市場達1 200 億美元, 美國為510 億美元, 預計在21 世紀將成為國民經濟的支柱產業。

目前, 除人腦外的大部分人體器官都可用高分子材料來制作, 有保健作用的功能高分子也在開發之中。目前植入的人工器官市場已達30 億美元/ a,人工心臟導管市場的年增長率為10 %, 1999 年達到6 億美元。預計藥物釋放系統的營業額將1993 年的50 億美元增長到2000 年的70 億美元。目前, 生物材料制品的總產值已達40 億美元, 其中生物高分子及制品的產值為25 億美元。據統計: 截至1990 年, 美國、日本和西歐等國發表的有關醫用高分子的學術論文和專利已超過3 萬篇。

我國生物醫學高分子研究起步較晚。自20 世紀70 年代末起, 北京大學和南開大學從事這一領域的研究。“九五”期間由何炳林與卓仁禧主持的國家自然科學基金重大項目組織大批科研力量進行研究, 在此領域取得了顯著成績。1998 年“生物醫學高分子”項目獲教育部科技進步一等獎。例如, 馮新德等設計合成的鏈段化聚醚氨酯以及由鈰離子引發的接枝聚合物, 具有良好的抗凝血性能；通過丙交酯與己內酯的開環共聚合反應制備了恒速降解的生物降解高分子, 可用作藥物緩釋材料。何炳林等根據分子識別原理設計合成的血液凈化材料不僅可通

過血液灌流清除肝衰竭[5]、腎衰竭、自免疫疾病患者體內積蓄的內源性物質[6] , 而且還可以救治安眠藥等藥物中毒患者, 已在臨床試用千余例;在醫用固定化酶和高分子修飾酶研究中, 發展了若干有效的反應方法, 使生物高分子保持高活性的前提下達到較高的固載量[7]。卓仁禧等不僅設計合成了大量的始于藥物控釋的生物降解聚磷酸酯, 而且發展了以4-二甲氨基吡啶催化磷酸酯的縮聚反應制備高分量聚磷酸酯[8] 和用脂肪酶催化含磷雜環化合物的開環聚合方法[9] , 并研究發現聚磷酸酯的免疫活性[10]。林思聰等提出設計抗凝血材料的表面結構的“維持正常構象”假說, 并發展了聚氨酯、聚硅氧烷、聚烯烴的表面接枝反應, 合成了多種表面抗凝血性能良好的新材料[11]。這些研究成果不僅在國際上產生了重要影響, 而且對于我國生物醫用高分子領域的發展奠定了基礎。如1988 年在昆明召開了國際高分子生物材料討論會, 它是繼在日本召開的Biomaterial Congress的Post-symposium。此外, 在天津、桂林、武漢、昆明也召開過多次國際生物醫學高分子討論會。目前, 國內主要有十幾個高校和研究機構從事生物醫用高分子研究, 研究隊伍不斷擴大, 研究方向幾乎包括生物醫用高分子的各個方面。

參考文獻

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第五篇：聚乳酸功能材料小論文（范文）

生物可降解塑料－聚乳酸

摘要：本文主要闡述了聚乳酸的合成，改性以及其應用 關鍵詞：聚乳酸 合成 改性 應用

一、前言

目前塑料制品被廣泛應用在各個領域，它在給人們生產、生活帶來極大方便的同時，“白色污染”也對生態系統造成了嚴重的威脅。而且，其原料主要來源于石油類不可再生資源，這勢必將引起嚴重的能源和人類生存危機。聚乳酸（PLA）是一種具有優良的生物相容性和可生物降解性的合成高分子材料，這種線型熱塑性生物可降解脂肪族聚酯是以玉米、小麥、木薯等一些植物中提取的淀粉為最初原料,經過酶分解得到葡萄糖再經過乳酸菌發酵后變成乳酸然后經過化學合成得到高純度聚乳酸。聚乳酸制品廢棄后在土壤或水中30天內會在微生物、水、酸和堿的作用下徹底分解成CO2 和H2O,隨后在太陽光合作用下又成為淀粉的起始原料不會對環境產生污染，因而是一種完全自然循環型的可生物降解材料。

由于聚乳酸樹脂具有環境保護、循環經濟、節約化石類資源、促進石化產業持續發展等多重效果，是近年來開發研究最活躍、發展最快的生物可降解材料，也是目前唯一一種在成本和性能上可與石油基塑料相競爭的植物基塑料。

二、聚乳酸合成

在聚乳酸生產中，生物技術主要體現在乳酸單體生產上，而由乳酸單體生產乳酸聚合物是常規的聚合物合成技術。生物法由植物性原料生產乳酸的關鍵問題是開發高效、低成本酶催化劑。

聚乳酸的合成主要有兩種方法：

1、乳酸直接縮聚法。在真空下乳酸脫水縮聚直接得到聚乳酸，該法簡單，但得到的聚合物分子量較小，一般小于5000。直接縮聚法的主要特點是合成的聚乳酸不含催化劑，但反應條件相對苛刻，近幾年來通過技術創新與改進，直接聚合法取得了一定的進展，但目前在工業上還少有應用。

直接法（一步法）

2、二步法，也叫非溶劑法或丙交酯開環聚合法。乳酸先脫水環化生成環狀二乳酸，再開環縮聚得到聚乳酸，該法可得到分子量較高的聚乳酸，是目前國內外應用較多的生產方法。二步法生產聚乳酸關鍵技術包括：催化劑和引發劑選擇、丙交酯提純等。

間接法（二步法）

三、聚乳酸改性

聚乳酸(PLA)降解材料具有良好的物理性能和生物相容性,但同時存在著降解速度難以控制,強度和韌性不夠以及致炎效應等缺點,為此人們對PLA 進行大量的改性研究。聚乳酸的改性方法有物理改性、化學改性。物理改性主要是通過共混、增塑及纖維復合等方法實現對聚合物的改性。化學改性包括共聚、交聯、表面修飾等，主要是通過改變聚合物大分子或表面結構改善其脆性、疏水性及降解速率等。現在,人們關注最多的是共聚改性,其通過調節乳酸(LA)和其他單體的比例改變聚合物的性能,或由第二單體給PLA 以特殊性能,特別是該單體為某功能分子時更加受到重視。下面介紹幾種主要的改性方法： 3.1共混改性

共混改性是將兩種或兩種以上的聚合物進行混合，通過聚合物各組分性能的復合來達到改性的目的。共混物除具有各組分固有的優良性能外，還由于組分間某種協同效應呈現新的效應。依據共混組分的生物降解性，可以將聚乳酸共混體系分為完全生物降解體系和部分生物降解體系兩大類。3.1.1 PLA 完全生物降解共混體系

完全生物降解共混體系的另一組分是完全生物降解的高分子。比如：

1、PLA/PHB（聚3-羥基丁酸酯）共混體系：在PLA 同PHB 的共混體系中,PLA 的分子量決定了共混組分的相容性。

2、PA/PCL（ε—己內酯）共混體系：將PLA 和PCL 共混，共混物存在兩個明顯的玻璃化轉變溫度，說明PLA/PCL 共混體系是不相容的。

3、PLA/PEO（聚氧化乙烯）共混體系：使用各種分子量的PEO 同PLA 共混，用以改善PLA 的機械性能和加工性能。

4、PLA/淀粉共混體系：將PLA 與淀粉共混，可以降低PLA 的價格，改善它的降解性。

5、PLA/PPC（聚丙撐碳酸亞丙酯）共混體系：將PLA 與PPC 共混，改善了PLA 的韌性，也解決了增韌劑從制品中向外遷移的問題。3.1.2 PLA 部分生物降解體系

PLA 的另一種共混體系是部分生物降解體系。比如PLA/PVPh（聚對乙烯基苯酚）共混體系。PLA/PVAc（聚醋酸乙烯酯）共混體系。PLA/PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）、PLA/PMA（聚丙烯酸甲酯）共混體系 3.2 增塑改性

增塑改性就是在高聚物中混溶一定量的高沸點、低揮發性的低分子量物質，從而改善其機械性能與加工性能。例如：把生物相容性增塑劑如檸檬酸酯醚、葡萄糖單醚、部分脂肪酸醚、低聚物聚乙二醇(PEG2400, PEG21500)、低聚物聚乳酸(OLA)、丙三醇添加入聚乳酸基體, 通過研究經增塑后的聚乳酸的玻璃化溫度、結晶溫度、熔點、結晶度、彈性模量、斷裂延伸率的變化可知, 增塑劑的加入使聚乳酸大分子鏈的柔性提高, 玻璃化溫度降低非常明顯, 其彈性模量下降, 斷裂伸長率提高, 即在一定程度上韌性增加。3.3纖維復合改性

聚乳酸可以由干法紡絲或熔融紡絲制得聚乳酸纖維, 由聚乳酸樹脂與聚乳酸纖維通過纖維集束模壓成型可以得到聚乳酸自增強材料;而且可以加工成板狀、棒狀、螺釘等各種形狀。碳纖維具有很高的比強度、比模量, 生物相容性和穩定性好, 同完全可吸收聚合物復合材料一樣, 骨折愈合后也不必二次手術取出。因此采用碳纖維增強聚乳酸制備復合材料可以用作骨折內固定生物材料。磷酸鹽玻璃纖維是一種能在體內完全吸收、活性很好的纖維, 用它可增強PLLA 的強度。在傳統的磷酸鈣玻璃中加入22%(質量)的三氧化二鐵制備的纖維增強PLLA 后的復合材料力學性能得到明顯的改善。但纖維與基體之間界面結合力差, 強度和模量保持的時間較短。3.4共聚改性

共聚改性是目前研究最多的用來提高聚乳酸柔性和彈性的方法,其主旨是在聚乳酸的主鏈中引入另一種分子鏈,使得PLLA大分子鏈的規整度和結晶度降低。目前聚乳酸的共聚改性主要可以分為以下幾個方面:

1、丙交酯與乙交酯共聚聚乙交酯(PGA)是最簡單的線型脂肪族聚酯,早在1970年,PGA縫合線就已以“Dexon”商品化,但PGA親水性好,降解太快,目前用單體乳酸或交酯與羥基乙酸或乙交酯共聚得到無定型橡膠狀韌性材料,其中通過調節LLAPG的比例可控制材料的降解速度,作為手術縫合線已得到臨床應用,其中L2丙交酯與乙交酯GA的共聚物已商品化。

2、聚乳酸與聚乙二醇(PEG的嵌段共聚物)，聚乙二醇(PEG)是最簡單的低聚醚大分子,具有優良的生物相容性和血液相容性、親水性和柔軟性。

3、丙交酯與己內酯(CL)共聚合聚(ε2己內酯)(PCL)是一種具有良好的生物相容性和降解性的生物醫用高分子,其降解速度比聚乳酸慢,因此制備LAPC嵌段共聚物來達到控制降解速度,LAPCL嵌段共聚物近年來由于優異的生物降解和生物相容性受到廣泛的關注,主要用于生物醫學領域。

四、聚乳酸應用 4.1在生物醫學中的應用

聚乳酸是一種具有良好的生物相容性和可生物降解的聚合物，是美國食品藥品管理局(FDA)認可的一類生物降解材料，其最終降解產物是二氧化碳和水，中間產物乳酸也是體內正常糖代謝產物，所以不會在重要器官聚集。它具有對人體無毒、無刺激、可控制生物降解、生物相容性較好，且原料易得等優點，因此聚乳酸及其共聚物已經成為一種備受關注的新興可生物降解的生物醫用高分子材料。其在生物醫學上的應用主要包括在縫合線、藥物控釋載體、骨科內固定材料、組織工程支架等方面的應用。

例如控制釋放就是將藥物或其他生物活性物質和基材結合在一起使藥物通過擴散等方式在一定時間內，以某一速來率釋放到環境中。聚乳酸作為藥物載體時，隨著聚乳酸在體內的降解，其結構變得疏松，內含藥物從中溶解，擴散的阻力減小，藥物釋放速度加快。當藥物釋放速度的加快剛好與含藥量的減少所引起的釋藥速度變慢一致時，就實現了藥物的長期衡量釋放。利用PLA 的末端羥基可以進行功能化，如接載藥物或靶向試劑等，通過PLA 的降解，可以將藥物或靶向試劑進行有效釋放。目前，聚乳酸及其共聚物已被應用到許多藥物的控制釋放中，主要包括生物活性分子(如生長素，牛血清白蛋白)、抗癌物(如順氯氨鉑，阿霉素，博來霉素等)、抗生素(如氯霉素，青霉素等)、麻醉劑、麻醉劑拮抗物、避孕藥以及其他藥物的釋放。4.2 在紡織領域的應用

PLA 在紡織領域的研究應用開發是最近10 年左右開始的。聚乳酸可用紡粘法或熔噴法直接制成非織造布,也可先紡制成短纖維,再經干法或濕法成網制得非織造布。聚乳酸非織造布用于農業、園藝方面,可用作種子培植、育秧、防霜及除草用布等;在醫療衛生方面,可用作手術衣、手術覆蓋布、口罩等,也可用作尿布、婦女衛生巾的面料及其他生理衛生用品;在生活用品方面,可用作衣料、擦揩布、廚房用濾水、濾渣袋或其他包裝材料。

由于聚乳酸纖維的物理力學性能、熱穩定性、和熱塑性好，較軟，較輕、染色性好、有生物相容性，因此用途十分廣泛。下表列出了其主要用途。聚乳酸纖維可制成復絲、單絲、短纖維、假捻變形絲、針織物和非織造布等，目前主要用于服裝和產業領域。

以聚乳酸纖維制得的布料具有真絲的光澤、優良的手感，亮度、吸水性、形狀保持性及抗皺性，因此是較理想的面料，適合做服裝尤其是婦女服裝。鐘紡，由尼契卡等公司還已將聚乳酸纖維的用途擴大到產業領域，聚乳酸纖維在產業領域的主要用途是：在木工工程中作網、墊子、沙袋等；在種植業中作養護薄膜等，在農業、林業中作播種織物，薄膜防蟲放獸害蓋布、芳草袋等，在漁業中做漁網，魚線等，在家用器具中做垃圾網、手巾、濾器等。4.3 在包裝領域的應用 PLA 在包裝領域的用途主要可用做包裝帶、包裝用膜、農用薄膜、泡沫塑料、餐具、園藝用膜、冷飲杯等。2002 年日本一學者開發了具有生物降解性和優良的機械性能以及柔韌性的包裝帶,該包裝帶材料由結晶性聚乳酸、增塑劑和無機填料組成,適用于自動包裝機。

五、結語

近年來,國內外可生物降解塑料得到了很快的發展,成為可持續、循環經濟發展的焦點。無論是從能源替代、二氧化碳減少,還是從環境保護方面都具有重要意義。與其它生物基或者生物降解塑料相比, PLA是其中最具代表性和最重要的一種塑料, PLA具有良好的可降解性、生物相容性,原料易得等優點,其領先地位可以由目前PLA在包裝、紡織、醫藥衛生等領域的廣泛應用,越來越多的PLA新型產品,逐漸增加的在建項目,日益擴大的工業生產規模和加工企業數量,以及與PLA相關的專利及文章的發表來證明,在當今社會必然有著廣闊的研究和應用前景。

六 參考文獻

1、陳佑寧，樊國棟，張知俠，黨西妹 聚乳酸的合成和改性研究進展

科技導報2009，27（17）

2、張望璽，可降解聚合物的合成及改性研究進展，塑料工業，第34卷 第七期

3、王劍峰，生物可降解材料聚乳酸的研究進展，化學工程與設備，2010年 第七期