第一篇：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(yī)用高分子材料的現(xiàn)狀、研究進展 學(xué) 院: 先進材料與能源中心 ______ 學(xué)生姓名:_ 陳____俊 _______ 學(xué)

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

摘要：了解生物醫(yī)用功能高分子材料近年來的現(xiàn)狀、發(fā)展方向及應(yīng)用研究，綜述國內(nèi)外生物醫(yī)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(yī)用高分子材料的發(fā)展趨勢，通過介紹醫(yī)用高分子材料在人工臟器、藥劑及醫(yī)療器械方面的應(yīng)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(yī)用功能高分子的認識和其重要性的認識。

關(guān)鍵詞：功能高分子材料；生物醫(yī)用高分子材料 生物醫(yī)用高分子材料的現(xiàn)狀

生物醫(yī)用高分子材料(Poly-meric biomaterials)是指在生理環(huán)境中使用的高分子材料[1],它們中有的可以全部植入體內(nèi),有的也可以部分植入體內(nèi)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(nèi)組織。醫(yī)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(nèi)[2]。因此,這類材料必須具有優(yōu)良的生物體替代性(力學(xué)性能、功能性)和生物相容性[3]。生物醫(yī)用高分子材料需要滿足的基本條件:在化學(xué)上是不活潑的,不會因與體液或血液接觸而發(fā)生變化;對周圍組織不會引起炎癥反應(yīng);不會產(chǎn)生遺傳毒性和致癌;不會產(chǎn)生免疫毒性;長期植入體內(nèi)也應(yīng)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(jīng)受必要的滅菌過程而不變形;易于加工成所需要的、復(fù)雜的形態(tài)[4]。醫(yī)用高分子材料的特殊要求

醫(yī)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(guān)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(yīng), 無免疫排斥反應(yīng), 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(zhì)平衡。

3)化學(xué)穩(wěn)定性: 耐生物老化性或可生物降解性。對于長期植入的醫(yī)用高分子材

料, 生物穩(wěn)定性要好;對于暫時植入的醫(yī)用高分子材料, 則要求在確定時間內(nèi)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(chǎn)加工性：首先, 嚴格控制用于合成醫(yī)用高分子材料的原料純度, 不能帶入有害物質(zhì), 重金屬含量不能超標(biāo)；其次, 材料加工助劑必須符合醫(yī)用標(biāo)準(zhǔn)；第三, 對于體內(nèi)應(yīng)用的高分子材料, 生產(chǎn)環(huán)境應(yīng)當(dāng)具有符合標(biāo)準(zhǔn)的潔凈級別；第四, 便于消毒滅菌(紫外滅菌、高壓煮沸、環(huán)氧乙烷氣體消毒和酒精消毒等)。正因為對于醫(yī)用高分子材料的要求嚴格, 相關(guān)的研發(fā)周期一般較長, 需要經(jīng)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(jīng)國家藥品和醫(yī)療器械檢驗部門的批準(zhǔn), 且報批程序復(fù)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(yī)用高分子材料的種類

生物醫(yī)用高分子材料按性質(zhì)可分為非降解和可生物降解兩大類。非生物降解的生物醫(yī)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(huán)境中能長期保持穩(wěn)定，不發(fā)生降解、交聯(lián)或物理磨損等，并具有良好的力學(xué)性能。可生物降解的生物醫(yī)用高分子材料則包括膠原、脂肪族聚酯、聚氨基酸、聚己內(nèi)酯等，這些材料能在生理環(huán)境中發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞，且降解產(chǎn)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(yī)用高分子材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域各具有自己獨特的發(fā)展地位，然而，隨著生物醫(yī)學(xué)和材料科學(xué)的發(fā)展，人們對生物醫(yī)用高分子材料提出了更高的要求，可生物降解生物醫(yī)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(yī)用高分子材料的種類。

根據(jù)來源來劃分，可生物降解醫(yī)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(yī)用高分子材料的應(yīng)用

根據(jù)不同的角度、目的甚至習(xí)慣，醫(yī)用高分子材料應(yīng)用有不同的分類方法，尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。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(yī)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(zhì)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(gòu)成的中空絲膜, 就可將尿素、尿酸,Ca2+等物質(zhì)通過, 并留在人工腎里繼而排出, 而人體所需的營養(yǎng)、蛋白質(zhì)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(yè)化生產(chǎn)。（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(zhí)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(xué)醫(yī)療中心, 成功地為61歲的牙科醫(yī)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(jì)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(xiàn)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(chuàng)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(yōu)良的光學(xué)性質(zhì)、良好的潤濕性和透氧性、生物惰性和一定的力學(xué)性能，主要制品有人工角膜(PTFE、PMMA)、人工晶狀體(硅油、透明質(zhì)酸水溶液)、人工玻璃體、人工眼球、人工視網(wǎng)膜、人工淚道、隱型眼鏡(PMMA、PHEMA、PVA)等；；(3)骨科材料：人工關(guān)節(jié)、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(fù)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(zhì)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(nèi)以擴散、滲透等方式實現(xiàn)緩慢釋放。通過對藥物醫(yī)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(shù)，減輕患者的痛苦，并且節(jié)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(fā)燒時按需釋放藥物，還有利用敏感性化學(xué)物質(zhì)引致聚合物相變或構(gòu)象改變來釋放藥物的物質(zhì)響應(yīng)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(jié)合的方法有吸附、共聚、嵌段和接枝等。第一個實現(xiàn)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(xiàn)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(yī)用高分子材料的發(fā)展方向

（1）可生物降解醫(yī)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(fā)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(jì)以來, 靶向藥物的載體材料一直吸引了醫(yī)藥工作者的興趣。其中高分子納米粒子以其特有的優(yōu)點是近年來國內(nèi)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(huán)境介質(zhì)相接觸的, 因此材料的開發(fā)與應(yīng)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(yīng)性較弱, 但有些高分子表面的結(jié)構(gòu)形態(tài)會因外界條件(如pH、溫度、應(yīng)力、光及電場等)的改變在極短時間內(nèi)發(fā)生相應(yīng)的變化, 從而造成表面性質(zhì)的改變, 此乃智能高分子表面。因此設(shè)計這類智能表面將是生物醫(yī)用高分子材料發(fā)展的一個重要方面。

（4）隨著科學(xué)的發(fā)展,由高分子材料制成的人工臟器正在從體外使用型向內(nèi)

植型發(fā)展,為滿足醫(yī)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(yī)用高分子材料發(fā)展前景越來越廣闊。

（5）通常,在組織工程的應(yīng)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(nèi)的再生,另一方面,把特殊的粘附因子,如粘連蛋白結(jié)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(jié)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(wěn)定性差的缺點?？梢?，生物雜化材料在這方面的表現(xiàn)是相當(dāng)突出的, 必將成為醫(yī)用生物高分子材料發(fā)展的一個主要趨勢。

6.生物醫(yī)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(yī)用高分子材料的研究與開發(fā)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(jù)美國健康工業(yè)制造者協(xié)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(yù)計在21 世紀(jì)將成為國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)。

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(fā)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(dǎo)管市場的年增長率為10 %, 1999 年達到6 億美元。預(yù)計藥物釋放系統(tǒng)的營業(yè)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(chǎn)值已達40 億美元, 其中生物高分子及制品的產(chǎn)值為25 億美元。據(jù)統(tǒng)計: 截至1990 年, 美國、日本和西歐等國發(fā)表的有關(guān)醫(yī)用高分子的學(xué)術(shù)論文和專利已超過3 萬篇。

我國生物醫(yī)學(xué)高分子研究起步較晚。自20 世紀(jì)70 年代末起, 北京大學(xué)和南開大學(xué)從事這一領(lǐng)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(xué)基金重大項目組織大批科研力量進行研究, 在此領(lǐng)域取得了顯著成績。1998 年“生物醫(yī)學(xué)高分子”項目獲教育部科技進步一等獎。例如, 馮新德等設(shè)計合成的鏈段化聚醚氨酯以及由鈰離子引發(fā)的接枝聚合物, 具有良好的抗凝血性能；通過丙交酯與己內(nèi)酯的開環(huán)共聚合反應(yīng)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(jù)分子識別原理設(shè)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(nèi)積蓄的內(nèi)源性物質(zhì)[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(yī)用固定化酶和高分子修飾酶研究中, 發(fā)展了若干有效的反應(yīng)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(shè)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(fā)展了以4-二甲氨基吡啶催化磷酸酯的縮聚反應(yīng)制備高分量聚磷酸酯[8] 和用脂肪酶催化含磷雜環(huán)化合物的開環(huán)聚合方法[9] , 并研究發(fā)現(xiàn)聚磷酸酯的免疫活性[10]。林思聰?shù)忍岢鲈O(shè)計抗凝血材料的表面結(jié)構(gòu)的“維持正常構(gòu)象”假說, 并發(fā)展了聚氨酯、聚硅氧烷、聚烯烴的表面接枝反應(yīng), 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(chǎn)生了重要影響, 而且對于我國生物醫(yī)用高分子領(lǐng)域的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。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(yī)學(xué)高分子討論會。目前, 國內(nèi)主要有十幾個高校和研究機構(gòu)從事生物醫(yī)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(yī)用高分子的各個方面。

參考文獻

[1] 凌繩,等.聚合物材料[M].北京:中國輕工出版社,2000,204.[2] 鄭玉峰,李莉.生物醫(yī)用材料學(xué)[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2005,8.[3] 顧漢卿,徐國鳳.生物醫(yī)學(xué)材料學(xué)[M].天津科技翻譯出版公司,1993.[4] 胡顯文,等.生物技術(shù)通報,2000(4):15.[5] 李乃宏, 何炳林.高分子控制的藥物傳遞[ J].中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報, 1982(1): 40.[6] 何炳林, 馬建標(biāo).血液凈化高分子吸附材料[ J].高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報, 1997, 18: 1212.[7] 馬建標(biāo).高分子對酶、抗體、DNA 的修飾、固定化及其生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用[ J].高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報, 1997, 18: 1227.[8] Mao H Q, Zhou R X, Fan C L, et al.Studies on the phospho rylating polycondensation catalyzed by 4-dimethylaminopyridine[J].Macromol Chem Phys, 1995, 196: 655.[9] Wen J, Zhuo R X.Enzyme-catalyzed ring-opening polymerization of ethylene isopropy l phosphate [ J].Macromol Rapid Commun, 1998, 19: 641.[10] Zhou Yu, Zhuo Renxi, Liu Zhilan.Synthesis and pr opert ies of novel biodeg radable triblock co polymers of poly(5-met hy-l 5-methox ycarbony-l 1, 3-dioxan-2-one)and poly(ethylene glycol)[ J].Polymer , 2004, 45: 5459~5463.[11] 林思聰.高分子生物材料分子工程研究進展[ J].高分子通報, 1997(1): 1.

第二篇：高分子論文材料

年輕的材料——高分子材料

在世界范圍內(nèi), 高分子材料的制品屬於最年輕的材料．它不僅遍及各個工業(yè)領(lǐng)域, 而且已進入所有的家庭, 其產(chǎn)量已有超過金屬材料的趨勢, 將是 ２１ 世紀(jì)最活躍的材料支柱．高分子材料在我們身邊隨處可見。在我們的認識中，高分子材料是以高分子化合物為基礎(chǔ)的材料。高分子材料按特性分為橡膠、纖維、塑料、高分子膠粘劑、高分子涂料和高分子基復(fù)合材料。今天，我想就高分子材料為主線，研究一下各種高分子材料所具有的特性和優(yōu)缺點。

從我們以前學(xué)過的化學(xué)知識中可以知道，高分子材料其實是有機化合物, 有機化合物是碳元素的化合物．除碳原子外, 其他元素主要是氫、氧、氮等．碳原子與碳原子之間, 碳原子與其他元素的原子之間, 能形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)．碳原子是四價, 每個一價的價鍵可以和一個氫原子鍵連接, 所以可形成為數(shù)眾多的、具有不同結(jié)構(gòu)的有機化合物．有機化合物的總數(shù)已接近千萬種, 遠遠超過其他元素的化合物的總和, 而且新的有機化合物還不斷地被合成出來．這樣, 由於不同的特殊結(jié)構(gòu)的形成, 使有機化合物具有很獨特的功能．高分子中可以把某些有機物結(jié)構(gòu)（又稱為功能團）替換, 以改變高分子的特性．高分子具有巨大的分子量, 達到至少１ 萬以上, 或幾百萬至千萬以上, 所以, 人們將其稱為高分子、大分子或高聚物．高分子材料包括三大合成材料, 即塑料、合成纖維和合成橡膠（未加工之前稱為樹脂）． 1.橡膠

橡膠是一類線型柔性高分子聚合物，橡膠是一種有彈性的碳氫化合物異戊二烯聚合，未經(jīng)加工時以乳劑的形態(tài)存在。橡膠乳劑可以從一些植物的樹液中取得，也可以是人造的。也是很普遍的高分子材料之一。其分子鏈間次價力小，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(fù)原狀。橡膠屬于完全無定型聚合物，它的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（T g）低，分子量往往很大，大于幾十萬。由于橡膠的分子鏈可以交聯(lián)，交聯(lián)后的橡膠受外力作用發(fā)生變形時，具有迅速復(fù)原的能力，并具有良好的物理力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性。所以橡膠是橡膠工業(yè)的基本原料，廣泛用于制造輪胎、膠管、膠帶、電纜及其他各種橡膠制品。

橡膠按原料分為天然橡膠和合成橡膠。

從橡膠的結(jié)構(gòu)來看的話我們不難發(fā)現(xiàn)從線性結(jié)構(gòu)來分析未硫化橡膠的普遍結(jié)構(gòu)。由于分子量很大，無外力作用下，呈細團狀。當(dāng)外力作用，撤除外力，細團的糾纏度發(fā)生變化，分子鏈發(fā)生反彈，產(chǎn)生強烈的復(fù)原傾向，這便是橡膠高彈性的由來。

用型橡膠的綜合性能較好，應(yīng)用廣泛。主要有：①天然橡膠。從三葉橡膠樹的乳膠制得，彈性好，強度高，綜合性能好。②異戊橡膠。全名為順-1，4-聚異戊二烯橡膠，由異戊二烯制得的高順式合成橡膠，因其結(jié)構(gòu)和性能與天然橡膠近似，故又稱合成天然橡膠。③丁苯橡膠。簡稱SBR，其綜合性能和化學(xué)穩(wěn)定性好。④順丁橡膠。與其他通用型橡膠比，硫化后的順丁橡膠的耐寒性、耐磨性和彈性特別優(yōu)異，動負荷下發(fā)熱少，耐老化性能好，易與天然橡膠、氯丁橡膠、丁腈橡膠等并用。

隨后我們介紹一下特種橡膠。特種型橡膠指具有某些特殊性能的橡膠。主要有：①氯丁橡膠。簡稱CR，由氯丁二烯聚合制得。具有良好的綜合性能，耐油、耐燃、耐氧化和耐臭氧。但其密度較大，常溫下易結(jié)晶變硬，貯存性不好，耐寒性差。②丁腈橡膠。簡稱NBR，由丁二烯和丙烯腈共聚制得。耐油、耐老化性能好，可在120℃的空氣中或在150℃的油中長期使用。此外，還具有耐水性、氣密性及優(yōu)良的粘結(jié)性能。③硅橡膠。主鏈由硅氧原子交替組成，在硅原子上帶有有機基團。耐高低溫，耐臭氧，電絕緣性好。④氟橡膠。分子結(jié)構(gòu)中含有氟原子的合成橡膠。通常以共聚物中含氟單元的氟原子數(shù)目來表示，如氟橡膠23，是偏二氟乙烯同三氟氯乙烯的共聚物。氟橡膠耐高溫、耐油、耐化學(xué)腐蝕。⑤聚硫橡膠。由二鹵代烷與堿金屬或堿土金屬的多硫化物縮聚而成。有優(yōu)異的耐油和耐溶劑性，但強度不高，耐老化性、加工性不好，有臭味，多與丁腈橡膠并用。此外，還有聚氨酯橡膠、氯醇橡膠、丙烯酸酯橡膠等。2.塑料

我們都知道生活中由于塑料的輕便和便宜，隨處可以用到塑料。下面就介紹一下塑料的各種特性和用途。塑料為合成的高分子化合物，可以自由改變形體樣式。塑料是利用單體原料以合成或縮合反應(yīng)聚合而成的材料，由合成樹脂及填料、增塑劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑、色料等添加劑組成的，它的主要成分是合成樹脂。

廣義的塑料定義指具有塑性行為的材料，所謂塑性是指受外力作用時，發(fā)生形變，外力取消后，仍能保持受力時的狀態(tài)。塑料的彈性模量介于橡膠和纖維之間，受力能發(fā)生一定形變。軟塑料接近橡膠，硬塑料接近纖維。狹義的塑料定義是指以樹脂(或在加工過程中用單體直接聚合)為主要成分，以增塑劑、填充劑、潤滑劑、著色劑等添加劑為輔助成分，在加工過程中能流動成型的材料?！舅芰吓c其它材料比較有如下的特性】

〈1〉 耐化學(xué)侵蝕

〈2〉 具光澤，部份透明或半透明

〈3〉 大部分為良好絕緣體

〈4〉 重量輕且堅固

〈5〉 加工容易可大量生產(chǎn)，價格便宜

〈6〉 用途廣泛、效用多、容易著色、部分耐高溫

塑料也區(qū)分為泛用性塑料及工程塑料，主要是用途的廣泛性來界定，如PE、PP價格便宜，可用在多種不同型態(tài)的機器上生產(chǎn)。工程塑料則價格較昂貴，但原料穩(wěn)性及物理物性均好很多，一般而言，其同時具有剛性與韌性兩種特性。

大部分塑料的抗腐蝕能力強，不與酸、堿反應(yīng)。塑料制造成本低。耐用、防水、質(zhì)輕容易被塑制成不同形狀。是良好的絕緣體。塑料可以用于制備燃料油和燃料氣，這樣可以降低原油消耗。

而其也有很多不足之處，比如回收利用廢棄塑料時，分類十分困難，而且經(jīng)濟上不合算。塑料容易燃燒，燃燒時產(chǎn)生有毒氣體。塑料是由石油煉制的產(chǎn)品制成的，石油資源是有限的。根據(jù)各種塑料不同的理化特性，可以把塑料分為熱固性塑料和熱塑料性塑料兩種類型。

塑料的成型加工是指由合成樹脂制造廠制造的聚合物制成最終塑料制品的過程。加工方法（通常稱為塑料的一次加工）包括壓塑（模壓成型）、擠塑（擠出成型）、注塑（注射成型）、吹塑（中空成型）、壓延等。

中國塑料工業(yè)經(jīng)過長期的奮斗和面向全球的開放，已形成門類較齊全的工業(yè)體系，成為與鋼材、水泥、木材并駕齊驅(qū)的基礎(chǔ)材料產(chǎn)業(yè)，作為一種新型材料，其使用領(lǐng)域已遠遠超越上述三種材料進入21世紀(jì)以來，中國塑料工業(yè)取得了令世人矚目的成就，實現(xiàn)了歷史性的跨越。作為輕工行業(yè)支柱產(chǎn)業(yè)之一的塑料行業(yè)，近幾年增長速度一直保持在10%以上，在保持較快發(fā)展速度的同時，經(jīng)濟效益也有新的提高。塑料制品行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)產(chǎn)值總額在輕工19個主要行業(yè)中位居第三，實現(xiàn)產(chǎn)品銷售率97.8%，高于輕工行業(yè)平均水平。從合成樹脂、塑料機械和塑料制品生產(chǎn)來看，都顯示了中國塑料工業(yè)強勁的發(fā)展勢頭。

塑料技術(shù)的發(fā)展日新月異，針對全新應(yīng)用的新材料開發(fā)，針對已有材料市場的性能完善，以及針對特殊應(yīng)用的性能提高可謂新材料開發(fā)與應(yīng)用創(chuàng)新的幾個重要方向。

新型高熱傳導(dǎo)率生物塑料，這種生物塑料除導(dǎo)熱性能好外，還具有質(zhì)量輕、易成型、對環(huán)境污染小等優(yōu)點，可用于生產(chǎn)輕薄型的電腦、手機等電子產(chǎn)品的外框?？勺兩芰媳∧?，這種薄膜把天然光學(xué)效果和人造光學(xué)效果結(jié)合在一起，實際上是讓物體精確改變顏色的一種新途徑。塑料血液，英國設(shè)菲爾德大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種人造“塑料血”，外形就像濃稠的糨糊，只要將其溶于水后就可以給病人輸血，可作為急救過程中的血液替代品。新型防彈塑料，這種新型材料受到子彈沖擊后，雖然暫時也會變形，但很快就會恢復(fù)原狀并可繼續(xù)使用。此外，這種新材料可以將子彈的沖擊力平均分配，從而減少對人體的傷害。可降低汽車噪音的塑料，該種材料主要應(yīng)用于車身和輪艙襯墊，產(chǎn)生一個屏障層，能吸收汽車車廂內(nèi)的聲音并且減少噪音，減少幅度為25%~30%。

隨著人類對于科技的不斷探索和材料研究事業(yè)的不斷發(fā)展，我相信，會有越來越多的新型的塑料產(chǎn)品問世，到時候，就可以更加好的造福人類了。3.纖維

纖維（Fiber）： 聚合物經(jīng)一定的機械加工（牽引、拉伸、定型等）后形成細而柔軟的細絲，形成纖維。纖 2

維具有彈性模量大，受力時形變小，強度高等特點，有很高的結(jié)晶能力，分子量小，一般為幾萬。纖維大體分天然纖維、人造纖維和合成纖維

天然纖維指自然界生長或形成的纖維，包括植物纖維(天然纖維素纖維)、動物纖維(天然蛋白質(zhì)纖維)和礦物纖維。

人造纖維是利用自然界的天然高分子化合物——纖維素或蛋白質(zhì)作原料(如木材、棉籽絨、稻草、甘蔗渣等纖維或牛奶、大豆、花生等蛋白質(zhì))，經(jīng)過一系列的化學(xué)處理與機械加工而制成類似棉花、羊毛、蠶絲一樣能夠用來紡織的纖維。如人造棉、人造絲等。

合成纖維的化學(xué)組成和天然纖維完全不同，是從一些本身并不含有纖維素或蛋白質(zhì)的物質(zhì)如石油、煤、天然氣、石灰石或農(nóng)副產(chǎn)品，加工提煉出來的有機物質(zhì)，再用化學(xué)合成與機械加工的方法制成纖維。如滌綸、錦綸、腈綸、丙綸、氯綸等。

纖維是天然或人工合成的細絲狀物質(zhì).在現(xiàn)代生活中，纖維的應(yīng)用無處不在，而且其中蘊含的高科技還不少呢。導(dǎo)彈需要防高溫，江堤需要防垮塌，水泥需要防開裂，血管和神經(jīng)需要修補，這些都離不開纖維這個小身材的“神奇小子”。

穿得舒服, 御寒防曬，是我們對衣服的最初要求，如今這個要求已很容易達到。海藻碳纖維做成衣服后，穿著時能長期使人體分子摩擦產(chǎn)生熱反應(yīng)，促進身體血液循環(huán)，因此能蓄熱保溫，而防紫外線輻射的纖維制成衣服便可減少我們夏日撐傘的麻煩。

而纖維更大的作用早已不僅停留在日常穿著了，粘膠基碳纖維幫導(dǎo)彈穿上“防熱衣”，可以耐幾萬度的高溫；無機陶瓷纖維耐氧化性好，且化學(xué)穩(wěn)定性高，還有耐腐蝕性和電絕緣性，航空航天、軍工領(lǐng)域都用得著；聚酰亞胺纖維可以做高溫防火保護服、賽車防燃服、裝甲部隊的防護服和飛行服；碳納米管可用作電磁波吸收材料，用于制作隱形材料、電磁屏蔽材料、電磁波輻射污染防護材料和“暗室”（吸波）材料。

纖維在環(huán)保上也是好幫手。聚乳酸作為可完全生物降解性塑料，越來越受到人們重視。可將聚乳酸制成農(nóng)用薄膜、紙代用品、紙張塑膜、包裝薄膜、食品容器、生活垃圾袋、農(nóng)藥化肥緩釋材料、化妝品的添加成分等。

纖維在醫(yī)藥方面的應(yīng)用已非常廣泛。甲殼素纖維做成醫(yī)用紡織品，具有抑菌除臭、消炎止癢、保濕防燥、護理肌膚等功能，因此可以制成各種止血棉、繃帶和紗布，廢棄后還會自然降解，不污染環(huán)境；聚丙烯酰胺類水凝膠可能控制藥物釋放；聚乳酸或者脫乙酰甲殼素纖維制成的外科縫合線，在傷口愈合后自動降解并吸收，病人就不用再動手術(shù)拆線了。

在建筑領(lǐng)域，防滲防裂纖維可以增強混凝土的強度和防滲性能，纖維技術(shù)與混凝土技術(shù)相結(jié)合，可研制出能改善混凝土性能，提高土建工程質(zhì)量的ＰＰ纖維，對于大壩、機場、高速公路等工程可起到防裂、抗?jié)B、抗沖擊和抗折性能，在國家大劇院、上海市公安局指揮中心屋頂停機坪、上海虹口足球場等大型工程中已露了一手。

隨著生物科技的發(fā)展，一些纖維的特性可以派上用場。類似肌肉的纖維可制成“人工肌肉”、“人體器官”。聚丙烯酰胺具有生物相容性，一直是人體組織良好的替代材料，聚丙烯酰胺水凝膠能夠有規(guī)律地收縮和溶脹，這些特性正可以模擬人體肌肉的運動。

膠原是人體中最多的蛋白質(zhì)，人體心臟、眼球、血管、皮膚、軟骨及骨路中都有它的存在，并為這些人體組織提供強度支撐。合成納米纖維能在骨折處形成一種類似膠質(zhì)的凝膠，引導(dǎo)骨骼礦質(zhì)在膠原纖維周圍生成一個類似于天然骨骼的結(jié)構(gòu)排列，修補骨骼于無形之中。

蜘蛛絲一直是人類想要模仿制造的，天然蜘蛛絲的直徑為４微米左右，而它的牽引強度相當(dāng)于鋼的５倍，還具有卓越的防水和伸縮功能。如果制造出一種具有天然蜘蛛絲特點的人造蜘蛛絲，將會具有廣泛的用途。它不僅可以成為降落傘和汽車安全帶的理想材料，而且可以用作易于被人體吸收的外科手術(shù)縫合線。

纖維的充填能有效地提高塑料的強度和剛度。纖維增強塑料屬剛性結(jié)構(gòu)材料。

纖維增強塑料主要有兩個組分?；w是熱固性塑料或熱塑性塑料，用纖維材料充填。通?；w的強度較低，而纖維填料具有較高的剛性但呈脆性。兩者復(fù)合得到的增強塑料中，纖維承受很大的載荷應(yīng)力，基體樹脂通過與纖維界面上的剪切應(yīng)力，支撐了纖維傳遞了外載荷。

增強塑料以玻璃纖維使用占優(yōu)勢，其品種很多，無堿玻璃（E-glass）為常用普通纖維，堿金屬氧化物含量很低，具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和電絕緣性。高強度玻璃纖維（S-glass）含有鎂鋁硅酸鹽等成分，具有比E-glass纖維高10%-50%的強度。由于化學(xué)成分和生產(chǎn)工藝的不同，還有高模量、中堿和高堿等各種玻璃纖維。碳纖維具有較大的剛性和優(yōu)良的耐腐性，常用于增強熱固性塑料。

目前，世界上有機高分子材料的研究正在不斷地加強和深入．一方面，對重要的通用有機高分子材料繼續(xù)進行改進和推廣，使它們的性能不斷提高，應(yīng)用范圍不斷擴大．例如，塑料一般作為絕緣材料被廣泛使用，但是近年來，為滿足電子工業(yè)需求，又研制出具有優(yōu)良導(dǎo)電性能的導(dǎo)電塑料．導(dǎo)電塑料已用于制造電池等，并可望在工業(yè)上獲得更廣泛的應(yīng)用．另一方面，與人類自身密切相關(guān)、具有特殊功能的材料的研究也在不斷加強，并且取得了一定的進展，如仿生高分子材料、高分子智能材料等．這類高分子材料在宇航、建筑、機器人、仿生和醫(yī)藥領(lǐng)域已顯示出潛在的應(yīng)用前景．總之，有機高分子材料的應(yīng)用范圍正在逐漸擴展，高分子材料必將對人們的生產(chǎn)和生活產(chǎn)生越來越大的影響．

參考文獻：材料網(wǎng)，《新型有機高分子材料》，復(fù)合材料學(xué)報，藥用功能的高分子材料，《橡膠參考資料》，《塑料加工應(yīng)用》，《物理化學(xué)》，百度百科，《高性能纖維》

第三篇：功能高分子重點實驗室(精)

功能高分子重點實驗室 2009開放基金申請指南

“深圳市功能高分子重點實驗室”是成立于2007年，以深圳大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院為依托單位，以高性能高分子、生物與醫(yī)學(xué)高分子、高分子液晶等領(lǐng)域為主要領(lǐng)域的重點實驗室。為了加強重點實驗室與國內(nèi)外高校和科研院所之間的學(xué)術(shù)聯(lián)系與交流，創(chuàng)造良好的科學(xué)研究條件和學(xué)術(shù)環(huán)境。重點實驗室本著“開放、流動、協(xié)作”的精神，設(shè)立重點實驗室開放課題。旨在通過實驗室的開放和協(xié)作，吸引、凝聚更多國內(nèi)外優(yōu)秀學(xué)者，推動功能高分子材料的發(fā)展。為深圳市的科技發(fā)展、社會經(jīng)濟發(fā)展和人才培養(yǎng)服務(wù)。

根據(jù)重點實驗室的研究領(lǐng)域，開放課題重點支持高性能高分子、生物與醫(yī)學(xué)高分子、高分子液晶等方面的研究，填補深圳市在高性能高分子、液晶高分子領(lǐng)域的研究與產(chǎn)業(yè)空白，為深圳市的液晶顯示器、生物醫(yī)療器械等行業(yè)提供技術(shù)支撐與服務(wù)。根據(jù)重點實驗室的研究目標(biāo)和研究進展，2009重點支持以下方向：

一、重點資助方向

1、生物大分子方向

針對DNA、RNA、蛋白質(zhì)多糖等生物大分子，研究并計算其結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，研究生物大分子與配位化合物的相互作用；新型生物醫(yī)用高分子材料的開發(fā)并結(jié)合臨床開展理論基礎(chǔ)研究；綠色環(huán)保型農(nóng)藥乳化劑的工業(yè)化研究。

2、高分子液晶及離子液體

側(cè)鏈液晶的分子設(shè)計、合成及理論研究；功能離子液體的分子設(shè)計、合成及理論計算研究。

3、有機-無機高分子復(fù)合材料

碳膜包覆或介孔鋰離子電極材料磷酸鐵鋰制備工藝及電化學(xué)性能研究；碳膜包覆功能無機顆粒材料的制備與表征；高性能有機硅樹脂封裝材料的合成；高性能有機高分子-無機功能涂層材料的制備研究。

4、高性能高分子

高碳樹脂防腐涂層的制備及性能研究；高碳樹脂修復(fù)碳纖維缺陷的工藝及力學(xué)性能研究；燃料電池用高性能隔膜材料的制備工藝研究。

5、管理系統(tǒng)及軟件開發(fā) 探索新型實驗室管理機制，制訂并完善實驗室管理體系；開發(fā)實驗室在線管理系統(tǒng)，建立藥品、開放實驗室、儀器預(yù)約及固定資產(chǎn)等項目的統(tǒng)一管理平臺；開發(fā)功能高分子重點實驗室、化學(xué)實驗中心及學(xué)院網(wǎng)站

二、項目申請

1、開放基金主要資助對象為國內(nèi)外具有中級，或具有碩士學(xué)位，并在高等院校、科研機構(gòu)、產(chǎn)業(yè)部門中獲得一定工作經(jīng)驗的教學(xué)、科研及工程技術(shù)人員。

2、凡申請本實驗室開放基金資助的研究課題，應(yīng)符合本實驗室的研究方向，對具有重大意義、處于學(xué)科前沿的研究課題、國際合作研究課題及優(yōu)秀青年科技工作者，本實驗室將優(yōu)先予以資助。

3、申請者須向本實驗室提交經(jīng)申請者所在單位簽署意見的項目申請書一式三份,同時提供電子文檔。

4、開放課題基金申請金額為2～3萬，研究期限一般為一年。

三、項目管理

1、本實驗室對申請項目提出初審意見后提交實驗室學(xué)術(shù)委員會進行評審，評審結(jié)果由本實驗室通知申請者及其所在單位。

2、申請者在收到批準(zhǔn)資助通知后，應(yīng)按批準(zhǔn)金額、研究年限和評審意見，在一個月內(nèi)提交研究工作計劃，并簽訂項目合同，報本室核準(zhǔn)后開展工作。

3、申請者應(yīng)在研究中期向本室提交工作進展情況及經(jīng)費開支情況報告，課題結(jié)束時向?qū)嶒炇姨峤谎芯繄蟾婧脱芯砍晒?/p>

4、重點實驗室主任定期檢查開放課題的進展情況，包括計劃和經(jīng)費使用。實驗室學(xué)術(shù)委員會對各開放課題的工作報告的水平和成果作出評價。

5、本實驗室有權(quán)檢查研究者的工作進展和經(jīng)費使用情況，對難以繼續(xù)完成任務(wù)者，將限期整改或停止資助。

6、申請者若要延長研究期限，需提出申請并經(jīng)實驗室負責(zé)人同意。

四、經(jīng)費管理

課題的資助金額實行一次核定，?？顚Ｓ茫Y(jié)算，課題完成后進行總結(jié)算。資助金額只限于在下列幾方面使用：

1、開放基金的開支范圍包括：與資助課題直接有關(guān)的研究費用，包括試驗費、材料費、加工費等；儀器設(shè)備的使用費；研究人員的學(xué)術(shù)活動費及差旅費；各種資料費，如印刷費、評審費等。

2、訪問學(xué)者和研究人員來實驗室的差旅、住宿費和適當(dāng)?shù)纳钛a貼費；申請者在原單位進行科研的業(yè)務(wù)費用（原則上不得超過項目經(jīng)費的30%）。

3、申請者應(yīng)在財政制度規(guī)定的范圍內(nèi)，按照工作計劃合理安排支配研究經(jīng)費。對使用不合理或不按進度完成計劃者，實驗室主任有權(quán)調(diào)整或停發(fā)經(jīng)費。

4、課題結(jié)束后，節(jié)余經(jīng)費由本實驗室支配。

五、課題成果的歸屬

1、論文署名：發(fā)表論文或其它理論成果時應(yīng)注明發(fā)表成果系本實驗室開放研究課題，并且并列本實驗室和客座人員原單位名稱。論文發(fā)表只有注明“深圳市功能高分子重點實驗室開放基金資助項目XXXXX（項目編號）”，才能作為結(jié)題驗收的成果。

2、成果歸屬：資助課題的成果歸實驗室和研究人員所在單位共享。實驗室為成果第一單位。

實驗室開放課題面向海內(nèi)外所有學(xué)者，自由申請、擇優(yōu)支持。申請人需經(jīng)所在單位主管領(lǐng)導(dǎo)同意后，向本重點實驗室提出申請，并將蓋有單位公章的可行性研究報告寄往本重點實驗室，并同時發(fā)送電子版。申請截止日期為2009年6月20日（以郵戳為準(zhǔn)）。

聯(lián)系方式：

通訊地址：深圳大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院功能高分子重點實驗室 聯(lián) 系 人：朱才鎮(zhèn) 郵政編碼：518060 聯(lián)系電話：0755-26535427 傳 真：0755-26536141 E-mail: makingway@163.com

第四篇：功能高分子合成實驗室規(guī)則

功能高分子合成實驗室規(guī)則

1、進入實驗室工作的人員，必須嚴格遵守實驗室的規(guī)章制度，服從本室實驗管理人員的安排和管理，保持室內(nèi)肅靜和整潔，做到文明實驗。

2、使用儀器設(shè)備必須嚴格遵守操作規(guī)程，認真填寫使用記錄，發(fā)生鼓掌或損壞應(yīng)及時報告實驗室管理人員。

3、保證賬、物相符；對儀器設(shè)備要定期進行保養(yǎng)、維修、檢驗，保持儀器設(shè)備完好和實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、可靠；提倡分工協(xié)作、專管專用，提高儀器設(shè)備使用率。

4、隨時保證實驗室，試驗臺，實驗設(shè)備及實驗用玻璃儀器的清潔。

5、每日值日生要保證實驗室的清潔及維持衛(wèi)生，按時倒垃圾。

6、不得將儀器設(shè)備，藥瓶、場地私自租借給他人使用。

7、未經(jīng)負責(zé)人同意，非本室人員不得在實驗室內(nèi)做實驗；跟本實驗室無關(guān)的任何人不得以任何借口長期代硫.8、注意安全，做好防火、防盜、防爆炸、防破壞工作，防止事故的發(fā)生。

9、做實驗期間不得離開實驗室，隨時保證實驗的安全進行。

10、每次從實驗室最后離開實驗室的學(xué)生負責(zé)實驗室的安全，要檢查水，電，窗戶，檢查無誤后才能離開實驗室。

11、過夜進行實驗的學(xué)生必須給實驗室管理人員那備案后才能利用實驗室。按以上條列為準(zhǔn)如有違規(guī)者承擔(dān)相應(yīng)責(zé)任并在實驗室作檢討及承擔(dān)部分經(jīng)濟責(zé)任。

第五篇：功能材料論文

《功能材料》課程論文

納米材料及其應(yīng)用

姓 名： 虎少奇 班 級：金材132班 學(xué) 號：***3

材料科學(xué)與工程學(xué)院

河南科技大學(xué)

納米材料及其應(yīng)用

摘 要：納米材料由于其獨特的效應(yīng)，使得納米材料具有不同于常規(guī)材料的特殊用途。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)尤其是納米技術(shù)的發(fā)展，納米材料已經(jīng)從高精尖領(lǐng)域逐漸走到百姓的生活之中，它的科學(xué)價值及應(yīng)用價值逐漸被發(fā)現(xiàn)和認識，納米技術(shù)的研究得到了更多的關(guān)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(fā)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(yīng)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(guān)鍵詞：納米材料；效應(yīng)；納米技術(shù)；納米結(jié)構(gòu)；應(yīng)用范圍；

1.納米材料

納米級結(jié)構(gòu)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(jù)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(shù)量在整個材料的所有顆?？倲?shù)中占50％以上。從尺寸大小來說，通常產(chǎn)生物理化學(xué)性質(zhì)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(qū)域，從通常的關(guān)于微觀和宏觀的觀點看，這樣的系統(tǒng)既非典型的微觀系統(tǒng)亦非典型的宏觀系統(tǒng)，是一種典型的介觀系統(tǒng)，它具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)。當(dāng)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(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)以及化學(xué)方面的性質(zhì)和大塊固體時相比將會有顯著的不同。

2.納米材料的發(fā)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(xué)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(xué)家。他們在20世紀(jì)70年代用蒸發(fā)法做了超微粒子，并發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)電、導(dǎo)熱的銅、銀導(dǎo)體做成納米尺度以后，失去原來的性質(zhì)，表現(xiàn)出既不導(dǎo)電、也不導(dǎo)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(xiàn)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(xué)的一個分支。這使得納米材料飛速發(fā)展。1990年7月，第一屆國際納米科學(xué)技術(shù)會議在美國巴爾的摩舉辦《Nanotechnology》和《Nanobiology》兩種國際性專業(yè)期刊也在同年相繼問世。標(biāo)志著納米科學(xué)技術(shù)的正式誕生。今天，納米科技的發(fā)展使費曼的預(yù)言已逐步成為現(xiàn)實。納米材料的奇特物性正對人們的生活和社會的發(fā)展產(chǎn)生重要的影響。

納米材料的發(fā)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(guī)材料的特殊性能。對納米顆粒和納米塊體材料結(jié)構(gòu)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(guān)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(xué)和力學(xué)性能，設(shè)計納米復(fù)合材料，通常采用納米微粒與納米微粒復(fù)合，納米微粒與常規(guī)塊體復(fù)合及發(fā)展復(fù)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(dǎo)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(jié)構(gòu)的材料體系越來越受到人們的關(guān)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(yīng)

（1）體積效應(yīng)

當(dāng)納米粒子的尺寸與傳導(dǎo)電子的德布羅意波相當(dāng)或更小時，周期性的邊界條件將被破壞，磁性、內(nèi)壓、光吸收、熱阻、化學(xué)活性、催化性及熔點等都較普通粒子發(fā)生了很大的變化，這就是納米粒子的體積效應(yīng)。

（2）表面效應(yīng)

表面效應(yīng)是指納米粒子表面原子與總原子數(shù)之比隨著粒徑的變小而急劇增大后所引起的性質(zhì)上的變化。表9-2給出了納米粒子尺寸與表面原子數(shù)的關(guān)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(zhǔn)連續(xù)能級變?yōu)榉至⒛芗壍默F(xiàn)象稱為量子尺寸效應(yīng)。例如，導(dǎo)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(shù)還是偶數(shù)有關(guān)，比熱亦會反常變化，光譜線會產(chǎn)生向短波長方向的移動，這就是量子尺寸效應(yīng)的宏觀表現(xiàn)。因此，對超微顆粒在低溫條件下必須考慮量子效應(yīng)，原有宏觀規(guī)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(yīng)。人們發(fā)現(xiàn)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(yīng)，它們可以穿越宏觀系統(tǒng)的勢壘產(chǎn)生變化，故稱為宏觀的量子隧道效應(yīng)。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(yīng)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(zhì)所包圍，而這些介質(zhì)的折射率通常比無機半導(dǎo)體低。光照射時，由于折射率不同產(chǎn)生了界面，鄰近納米半導(dǎo)體表面的區(qū)域﹑納米半導(dǎo)體表面甚至納米粒子內(nèi)部的場強比輻射光的光強增大了。這種局部的場強效應(yīng)，對半導(dǎo)體納米粒子的光物理及非線性光學(xué)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(yīng)體系中光催化材料，介電限域效應(yīng)對反應(yīng)過程和動力學(xué)有重要影響。

4.納米技術(shù)

納米技術(shù)的廣義范圍可包括納米材料技術(shù)及納米加工技術(shù)、納米測量技術(shù)、納米應(yīng)用技術(shù)等方面。其中納米材料技術(shù)著重于納米功能性材料的生產(chǎn)（超微粉、鍍膜、納米改性材料等），性能檢測技術(shù)（化學(xué)組成、微結(jié)構(gòu)、表面形態(tài)、物、化、電、磁、熱及光學(xué)等性能）。納米加工技術(shù)包含精密加工技術(shù)（能量束加工等）及掃描探針技術(shù)。目前，納米技術(shù)主要應(yīng)用于“袖珍軍團“，微型環(huán)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(jié)構(gòu)

納米結(jié)構(gòu)是以納米尺度的物質(zhì)單元為基礎(chǔ)按一定規(guī)律構(gòu)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(dǎo)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(chǎn)生的一些新的效應(yīng)，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(fù)合體和高分子介孔復(fù)合體兩大類，按支撐體的狀態(tài)又可將它劃分為有序介孔復(fù)合體和無序介孔復(fù)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(xué)特性和磁學(xué)特性而展開的。

6.納米材料的制備

（1）惰性氣體下蒸發(fā)凝聚法。通常由具有清潔表面的、粒度為1-100nm的微粒經(jīng)高壓成形而成，納米陶瓷還需要燒結(jié)。國外用上述惰性氣體蒸發(fā)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(tài)和半導(dǎo)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(dǎo)體、陶瓷等納米材料。

（2）化學(xué)方法：1水熱法，包括水熱沉淀、合成、分解和結(jié)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(fā)分解法、乳膠法和蒸發(fā)分離法等。

（3）綜合方法。結(jié)合物理氣相法和化學(xué)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(yīng)用范圍

就目前而言，納米材料應(yīng)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(dǎo)體材料，納米催化材料，納米計算機，納米碳管，醫(yī)

療應(yīng)用，家電，環(huán)境保護，紡織工業(yè)，機械工業(yè)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(dǎo)體材料了。

（1）納米磁性材料

在實際中應(yīng)用的納米材料大多數(shù)都是人工制造的。納米磁性材料具有十分特別的磁學(xué)性質(zhì)，納米粒子尺寸小，具有單磁疇結(jié)構(gòu)和矯頑力很高的特性，用它制成的磁記錄材料不僅音質(zhì)、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(zhuǎn)密封及潤滑和選礦等領(lǐng)域。

（2）納米陶瓷材料

傳統(tǒng)的陶瓷材料中晶粒不易滑動，材料質(zhì)脆，燒結(jié)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(guī)陶瓷材料的硬度和化學(xué)穩(wěn)定性，而內(nèi)部仍具有納米材料的延展性的高性能陶瓷。（3）納米半導(dǎo)體材料

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

利用半導(dǎo)體納米粒子可以制備出光電轉(zhuǎn)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(dǎo)體粒子受光照射時產(chǎn)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(shù)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(dǎo)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(fā)現(xiàn)而已，就像鴿子大腦里的導(dǎo)航，生活的一些半導(dǎo)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(jīng)在我們身邊大量事物中出現(xiàn)。它的應(yīng)用前景非常廣闊，我們應(yīng)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(xué)與工程專業(yè)規(guī)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(yīng)用，《綏化學(xué)院學(xué)報》2012年第1期 184-186, 3.王仁清，納米材料的應(yīng)用，《中國科技信息》，2004年第22期 19,21，課程學(xué)習(xí)后的收獲與建議： 收獲：

自當(dāng)學(xué)習(xí)了功能材料之后，我便從中更深一步了解到了材料的本質(zhì)，這對我們材料專業(yè)的學(xué)生來說無疑是最有幫助的，我們是學(xué)習(xí)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(zhì)。學(xué)習(xí)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(dǎo)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(tài)，就像之前學(xué)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(yīng)是由合金的 “相變化”來實現(xiàn)的，隨著溫度的改變，合金的結(jié)構(gòu)從一相轉(zhuǎn)變到另一相。

總而言之，學(xué)習(xí)這門課程對我們來說還是收益頗多的，對我們今后的學(xué)習(xí)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(dāng)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(dāng)認真負責(zé)；但是，由于課程內(nèi)容比較抽象，同學(xué)們的熱情并不是很高。要是實驗的內(nèi)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(xué)習(xí)中，老師可以帶領(lǐng)我們多去實驗室，在動手過程中幫我們指導(dǎo)學(xué)習(xí)。