功能高分子材料及其应

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1、功能高分子材料及其应陈坤（南通大学化学化工）摘要着重介绍了电磁功能高分子材料、生物医用功能高分子材料、化学功能分子材料和光功能高分子材料的性质及应用领域。关键词功能高分子材料，电磁，生物医用，化学进入本世纪80年代以来，一场与之相适应的“新材料革命”蓬勃兴起。新材料的开发重点是功能材料、高性能陶瓷材料和复合材料。在功能材料中，功能高分子材料占有举足轻重的地位，其内容丰富、品种繁多、发展迅速，已成为新技术革命必不可少的关键材料，并将对21世纪人类社会生活产生巨大影响。对功能高分子材料，目前尚无明确的定义，一般认为，是指除了具有一定的力学性能之外，还具有特定功能(如导电性、电磁

2、性、催化性和生物活性等)的高分子材料。现代多学科交叉的特点促进了功能高分子材料的研究与发展，从功能及应用上可将功能高分子材料大致分为以下几类：1电磁功能高分子材料电磁功能高分子材料主要包括：导电性材料[1]、高分子磁性体[2]、光电导材料、压电材料、热电材料和磁记录材料等。导电性高分子材料按材料的结构和组成，可将导电高分子分为两大类：一类是结构型导电高分子，它依靠高分子结构本身提供的导电载流子导电；另一类是复合型导电高分子，它是依靠添加在不具备导电性的高分子材料中的炭黑、金属粉、箔等。结构型导电高分子材料，它是指高分子本身或经过“掺杂”之后具有导电功能的一类材料，这类导电高

3、分子一般为共轭型高分子。它是指高分子链中具有大量共轭双键结构，其导电机理在于丌电子的非定域化，电载流子。虽然共轭结构具有较强的导电倾向，但电导率并不高，在实际应用中，需要经过掺杂后才能使用，例如：在聚乙炔中添加碘等电子受体，由于聚乙炔的7【电子向受体转移，电导率可增至104S／cm，达到金属导电的水平。另一方面由于聚乙炔的电子亲和力很大，可以从作为电子给体的碱金属接受电子而使电导率上升。这种因添加电子受体或电子给体提高电导率的方法称为“掺杂”。因此掺杂是提高共轭高聚物电导率很重要的方法。属于这类聚合物的有聚乙炔、聚对苯乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等。其中聚苯胺以其具有原料易

4、得、合成简便、较高的电导率、较好的环境稳定性，已在二次电池、电致显色、抗静电、微波吸收、防腐[3]、防污等领域显示广阔的应用前景。与结构型导电高分子不同，在复合型导电高分子中，高分子材料本身并不具备导电性，只充当了粘合剂的角色。导电性是通过混合在其中的导电性的物质如炭黑、金属粉末等获得的。复合型导电高分子制备方便，有较强的实用性，用作导电橡胶、导电涂料、导电粘合剂、电磁波屏蔽材料和抗静电材料，在许多领域发挥着重要的作用。为了能实用化，近年来在研究结构型导电高分子的同时，加强了结构型导电高分子的应用研究，已取得不少进展。利用结构型导电高分子的波谱性能可用于电致变色、电致发光、

5、微波吸收、电磁屏蔽、非线性光学等方面，利用结构型导电分子的电化学性能可用于电容器、电池、选择性透过膜、传感器和检测器的敏感元件、二极管和三极管与药物释放等方面。由于结构型导电高分子现有的加工难、掺杂剂不稳定、结构均匀性较差、电导率比较低和成本过高等缺点，离真正的实用化还有相当距离。今后结构型导电高分子的研究方向将集中在以下几个方面(1)合成可溶性导电高分子，直接合成可溶性导电高分子是实现可加工性和研究结与性能的有效途径；(2)自掺杂或不掺杂导电高分子，这样可以解决聚合物稳定性问题；(3)超高电导率的导电高分子；(4)开发出价格低廉的导电高分子。复合型导电高分子的实用化远胜于

6、结构型导电高分子[4]，这是因为它有成型简便、重量轻、性能易于调节、成本低和可选择的品种多等许多优点，美国的市场价值每年以20％～30％的速度递增。目前复合型导电高分子主要用于电磁屏蔽、防静电、计算机触点、导电轮胎、电子元件等。高分子磁性材料也可分为结构型和复合型两大类。所谓结构型是指在不添加无机类磁粉的情况下，高分子材料本身就具有强磁性，如聚1，4一双(2，2，6，6一四甲基一4一羟基一1一氧自由基哌啶)丁炔(简称聚BIPO)。所谓复合型是由磁粉材料与合成树脂及橡胶两部分组成的复合型磁性材料，所填充的磁粉性塑料为主。合成树脂与橡胶可分为橡胶类、热塑性树脂、热固性树脂。真正

7、已实用的主要是复合型高分子磁性材料，结构型高分子性材料还处于研究探索阶段。铁氧体塑料磁性体主要用于家用电器和日用品，如电冰箱、冷藏库的密封件，作为磁性元件用于电机、电子仪器仪表、音响器械以及磁疗等领域。稀土类塑料磁性体，可应用于小型精密机电、自动控制用的步进电机、通讯设备的传感器以及微型扬声器、耳机、流量计、行程开关、微型电机等领域。由于结构型高分子磁性材料的密度小，易成型故可在航空航天等有特殊要求的磁性器件中取得应用；又由于结构型高分子磁性材料绝缘性好，不存在涡流，故在微波通讯及电子对抗方面的各类磁发生材料中可获