導(dǎo)語：如何才能寫好一篇高分子復(fù)合材料前景，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

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關(guān)鍵詞：導(dǎo)電高分子　納米復(fù)合材料　應(yīng)用

確切來說，聚乙炔具有導(dǎo)電功能的發(fā)現(xiàn)是在上個世紀(jì)的1977年，距今也才四十五年的時間；而納米技術(shù)融合到導(dǎo)電高分子技術(shù)中的發(fā)展更短，不到二十年的時間，在這么短的時間里，導(dǎo)電高分子的研究已經(jīng)取得了飛躍的發(fā)展，同時導(dǎo)電高分子材料也被應(yīng)用在了眾多的領(lǐng)域眾多的產(chǎn)品中，給我們的生活生產(chǎn)起著重要的作用；從這項技術(shù)的發(fā)展中可以看出，其應(yīng)用的背景遠(yuǎn)不止目前這些。顧名思義，導(dǎo)電高分子中納米復(fù)合材料應(yīng)該具備有兩個特點，一個是納米功能，另一個是導(dǎo)電性；本文主要探討導(dǎo)電高分子技術(shù)中的納米復(fù)合材料的應(yīng)用現(xiàn)狀，同時對其發(fā)展略表看法。

一、導(dǎo)電高分子中納米復(fù)合材料的應(yīng)用

在導(dǎo)電高分子技術(shù)領(lǐng)域中，納米復(fù)合材料的優(yōu)點非常多。從產(chǎn)品的特點來說，其具有高彈性、高可塑性、低密度、耐腐蝕性、質(zhì)量輕、柔軟和加工性能好等特點，另外其電導(dǎo)率的范圍非常寬，具有半導(dǎo)體的特點；從經(jīng)濟層面上來說，這種材料的價格也很便宜。導(dǎo)電高分子材料包括納米復(fù)合材料的經(jīng)濟利用價值非常高，其不僅在我國經(jīng)濟生產(chǎn)中具有重要作用，在進行科學(xué)實驗中也是意義重大；在這樣的時代背景下，其商業(yè)價值已經(jīng)不用明說了。目前，不僅是科學(xué)研究機構(gòu)，就連很多企業(yè)都已經(jīng)開始進行納米復(fù)合材料的研究工作了。具體來說，導(dǎo)電高分子的納米復(fù)合技術(shù)和材料的應(yīng)用包括：

1.在電子元件特別是在晶體管和二極管上的應(yīng)用

納米復(fù)合技術(shù)及其產(chǎn)品在電子器件中的應(yīng)用非常廣泛（其他的導(dǎo)電高分子技術(shù)在這方面的應(yīng)用同樣非常廣泛），且從目前的形式來說，其應(yīng)用前景仍然非常大。在上世紀(jì)聚乙炔的導(dǎo)電性能被發(fā)現(xiàn)后，人們很快就在導(dǎo)電聚合物的基礎(chǔ)上研究出了一種可以彎曲并且也非常薄的電子元件，這種電子元件就是發(fā)光二級管；發(fā)光二級管的出現(xiàn)意義非常重大，其象征著導(dǎo)電高分子向著實用化邁出了第一步。另外，導(dǎo)電高分子很快也應(yīng)用到了場效應(yīng)管中，這種應(yīng)用很有可能會帶來下一步高分子材料的規(guī)模性應(yīng)用。另外，納米復(fù)合技術(shù)及其材料還被應(yīng)用到了高分子的發(fā)光二極管中，這項應(yīng)用時至今日仍然是社會討論和研究的熱門課題。就目前納米復(fù)合技術(shù)及其材料在電子器件中的應(yīng)用之一“發(fā)光二極管”在性能上已經(jīng)非常成熟，完全可以和那些無機的發(fā)光材料相提并論了。另外，除了聚乙炔，還出現(xiàn)了新的材料比如聚噻吩和聚吡咯，這些材料所制成的二極管都已經(jīng)陸陸續(xù)續(xù)被用在商業(yè)中，制成商業(yè)產(chǎn)品了。納米復(fù)合技術(shù)及其材料所制成的發(fā)光二極管在性能上相對傳統(tǒng)的二極管而言，具有成本低、可彎曲、可調(diào)色和面積大等特點。另外，納米復(fù)合技術(shù)及其材料已經(jīng)進入到電子器件的壽命和發(fā)光效率的研究領(lǐng)域了；這表明這種先進的科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)泳薮?，另外，這項研究也是實現(xiàn)導(dǎo)電高分子技術(shù)更加實用化的有效途徑。

2.在電磁屏蔽領(lǐng)域上的應(yīng)用

在導(dǎo)電高分子技術(shù)出現(xiàn)之前，人們用來對電磁進行屏蔽的材料一般都是銅，這種屏蔽材料和方法自身在性能上的不足導(dǎo)致了電磁干擾的情況非常嚴(yán)重；另外，使用銅來進行電磁的屏蔽并不能很好地滿足手機、電腦、電視機、計算機房和一些醫(yī)療設(shè)備比如心臟的起搏器等的需求。在對人體健康愈加重視的今天，對相關(guān)的設(shè)備進行良好的電磁屏蔽已經(jīng)越來越被重視。通過對導(dǎo)電高分子技術(shù)的研究也實驗發(fā)現(xiàn)，在對電磁進行屏蔽的過程中將導(dǎo)電高分子特別是納米復(fù)合的技術(shù)及其材料融合在其中，不僅能夠起到防止靜電、對電磁進行屏蔽的特點，還具有成本低和可塑性強不受形狀影響的優(yōu)異性能，是一種屏蔽電磁干擾的理想材料。隨著研究的不斷深入和發(fā)展，目前，導(dǎo)電高分子中的納米復(fù)合技術(shù)及其材料應(yīng)經(jīng)被應(yīng)用在電腦的屏保中了，這項應(yīng)用能夠有效防止電腦的電磁對人體的輻射。另外，在眾多的納米復(fù)合材料之中，聚苯胺的防電磁輻射性能最受重視。

3.在電池中的應(yīng)用

納米復(fù)合技術(shù)及其材料本身具有很好的摻雜與脫摻雜性能，如果將其應(yīng)用在電池中，將會帶來良好的效果。目前，對于高分子材料中的聚乙炔材料電池的研究已經(jīng)基本成功了，這款由日本生產(chǎn)出來的電池比傳統(tǒng)的電池要更加輕便，因此受到了消費者的青睞。另外，聚吡咯也具有很好的穩(wěn)定性和高摻雜度，這種材料對電的敏感性也非常高，即使是在紡織物中圖上這種材料，也能讓其具有良好的導(dǎo)電性；所以，聚吡咯正在被研究應(yīng)用在對低濃度、可發(fā)揮的有機物進行監(jiān)測的傳感器中，這種傳感器具有很高的靈敏度。另一種納米復(fù)合材料乙烯也已經(jīng)開始使用在太陽能的電池中以及二次電池中；這種材料的使用有可能會使二次電池成為更加大眾的商品，但是這種材料在穩(wěn)定性和耐久性中的問題目前還沒有得到很好的解決。另外，導(dǎo)電高分子的納米復(fù)合技術(shù)及其材料在太陽能電池中的應(yīng)用也已經(jīng)開始嘗試了。和一般的無機光電材料比較，這種導(dǎo)電高分子的材料具有價格便宜、能夠規(guī)模生產(chǎn)、制造簡單和對太陽光中的物質(zhì)進行篩選選擇等優(yōu)點，但是這種材料也具有穩(wěn)定性較差、阻值比較高的缺陷。

4.在導(dǎo)電橡膠中的應(yīng)用

導(dǎo)電高分子材料本身具備良好的導(dǎo)電性，通過不同的納米復(fù)合技術(shù)摻雜和加工所生產(chǎn)出來的聚乙炔在導(dǎo)電性能上可以達到銅的效果，只是目前這種高分子的材料的導(dǎo)電穩(wěn)定性不夠，所以還沒有被廣泛使用。不過，通過納米復(fù)合技術(shù)研究出來的導(dǎo)電橡膠的使用意義非常大。這種導(dǎo)電的橡膠在一般情況下并不會導(dǎo)電，不過，只要對其施加壓力，就能夠使其產(chǎn)生導(dǎo)電的效果，并且這種導(dǎo)電的效果只是出現(xiàn)在被施加壓力的部位，沒有被施加壓力的地方的絕緣性能非常好。目前，這種導(dǎo)電橡膠已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在防爆開關(guān)、壓敏傳感器、醫(yī)用電極、加熱原件和高級的自動把柄中去了。

二、導(dǎo)電高分子中納米復(fù)合技術(shù)的前景

雖然納米復(fù)合技術(shù)在屏蔽電磁干擾、光電子原件、能源等方面都已經(jīng)得到了很多的應(yīng)用，但是其實用化還是沒有得到充分的利用，甚至說其應(yīng)用尚未實現(xiàn)實用化。目前，這些材料很多還是停留在“材料”的層面上，而產(chǎn)品層面還是比較少。在未來的研究工作中，主要研究的方向有：

1.對納米復(fù)合技術(shù)及其材料在穩(wěn)定性和加工型方面的研究。就目前來說，導(dǎo)電高分子的材料很多在導(dǎo)電性、加工性和穩(wěn)定性的融合上還做得很不足，解決這一問題的一個比較有效的方向是對可溶性的納米復(fù)合材料進行合成。

2.對納米復(fù)合技術(shù)及其材料在自摻雜和不摻雜方面的研究。材料不穩(wěn)定以及摻雜劑本身不穩(wěn)定往往會對納米復(fù)合材料在導(dǎo)電性能方面產(chǎn)生影響，所以對納米復(fù)合技術(shù)及其材料在自摻雜和不摻雜方面的研究能夠有效結(jié)局材料在穩(wěn)定性方面存在的問題。

3.對納米復(fù)合技術(shù)及其材料在綠色生產(chǎn)上的研究。這項工作同樣引起了很大的關(guān)注。在研究的過程中如果能夠解決導(dǎo)電高分子的納米復(fù)合材料在加工上更加綠色的要求，將是一場對傳統(tǒng)的電子元件提出挑戰(zhàn)的革命。

參考文獻

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關(guān)鍵詞：高分子阻尼材料；減振降噪；環(huán)保

一、高分子阻尼材料的工作機理

高分子阻尼材料的工作機理是在交變應(yīng)力等作用到聚合物時，由于因鏈狀大分子必須花費一定時間去克服鏈段間的內(nèi)摩擦阻力才能繼續(xù)運動，在應(yīng)力變化過程中，變形往往會更為緩慢，特別是在某種頻率或溫度下這種滯后表現(xiàn)的更為明顯。這種變形滯后必須消耗更多的能量所以減小了振動體動能，最終實現(xiàn)減震的效果。

現(xiàn)如今，阻尼材料已經(jīng)有了更多的發(fā)展，新型阻尼材料的出現(xiàn)讓高分子阻尼材料的工作機理變得更為復(fù)雜，因此用傳統(tǒng)的方式來解釋是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。當(dāng)代的學(xué)者為了更好的解釋高分子阻尼材料的工作機理，試圖從粘彈性性能和微觀分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系來進行剖析。學(xué)者Fradlin是最早定義阻尼性能和分子結(jié)構(gòu)關(guān)系的，他認(rèn)為互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物具有協(xié)同效應(yīng)，它可以使兩聚合物之間相互交聯(lián)而限制相區(qū)，促使分子水平混合，從而具有寬廣的阻尼峰。Thomas指出，聚合物中各個分子基團對阻尼的貢獻不僅與其分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且還與在聚合物分子中所處的位置有關(guān)，進而定量地提出了基團貢獻分子理論。相關(guān)學(xué)者的分析，加深了對高分子阻尼材料的研究，讓新型高分子阻尼材料能夠應(yīng)用的更為廣泛，也擴寬了高分子阻尼材料的研發(fā)領(lǐng)域和設(shè)計水平。

二、高分子阻尼材料的結(jié)構(gòu)性能

傳統(tǒng)的高分子阻尼材料具有一定局限性，結(jié)構(gòu)上呆板和單一的特性約束了使用者的使用需求，其主要包括離散型、約束型和自由型阻尼結(jié)構(gòu)。最近這些年以來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，高分子阻尼材料已經(jīng)取得了更多的研究進展，在設(shè)計上取得了矚目的成就，其中最值得關(guān)注的便是復(fù)合型高分子阻尼材料。它主要是通過簡單物理組合來實現(xiàn)各種單一阻尼材料的混合，并轉(zhuǎn)換其中的性能和結(jié)構(gòu)從而衍生出具有更多性能的高分子阻尼材料。

（一）具有隔離層的復(fù)合阻尼結(jié)構(gòu)

具有隔離層的復(fù)合阻尼結(jié)構(gòu)在阻尼層和基本彈性層之間添加了一層隔離層，這是它和自由阻尼結(jié)構(gòu)最大的區(qū)別點。隔離層的主要材質(zhì)是鋁蜂窩、紙蜂窩、硬質(zhì)泡沫塑料等，具有高剛度、輕質(zhì)的性能特點。在彎曲振動力作用于基本彈性層時，這個隔離層將拉壓變形的力度增大，從而阻尼層材料的能效隨之增加，類似于杠桿放大的作用，所以也叫擴變層。具有隔離層的復(fù)合阻尼結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 具有隔離層的復(fù)合阻尼結(jié)構(gòu)

（二）吸收低頻振動的復(fù)合阻尼結(jié)構(gòu)

吸收低頻振動的復(fù)合阻尼結(jié)構(gòu)和具有隔離層的復(fù)合阻尼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)存在一定相似之處，但是中間的聚氨酯泡沫不具備高剛度的物理特性，它呈現(xiàn)出的是柔軟的特性。因此，吸收低頻振動的復(fù)合阻尼結(jié)構(gòu)往往在低頻震動上具有更好的效果，如圖2所示。

圖2 吸收低頻振動的復(fù)合阻尼結(jié)構(gòu)

為適應(yīng)低頻振動，增加了泡沫層，該泡沫層就相當(dāng)于一根很軟的彈簧，而普通阻尼層就相當(dāng)于一個質(zhì)量塊，故其本身就構(gòu)成質(zhì)量彈簧減振系統(tǒng)，根據(jù)隔振理論，其有效隔振頻率k的范圍為k≥ 2 P，式中P為質(zhì)量彈簧系統(tǒng)的固有頻率，可由下式求出：

式中m為上層普通阻尼材料的質(zhì)量，k為泡沫層的剛度，只要泡沫層很軟，就意味著P很小，有效隔振頻率就更低。適當(dāng)選擇質(zhì)量及彈簧，便可控制有效隔振頻率范圍。

（三）消聲復(fù)合阻尼結(jié)構(gòu)

消聲復(fù)合阻尼結(jié)構(gòu)的組成材料是對聲音具有特定作用的，纖維型或是泡沫型阻尼材料內(nèi)部有著空洞結(jié)構(gòu)，在聲波進入到這些空隙中時，孔壁和空氣之間具備摩擦力，伴隨空氣間的粘性力，材料細(xì)纖維和空氣產(chǎn)生振動，振動能隨之降低，因此消聲復(fù)合阻尼結(jié)構(gòu)的消聲效果較為明顯。

（四）用于隔離地震的復(fù)合阻尼結(jié)構(gòu)

用于隔離地震的復(fù)合阻尼結(jié)構(gòu)，顧名思義是運用到地震災(zāi)害中去的阻尼材料。把建筑物同地震運動相隔離的主要條件，一是支承座既能確保建筑物和其地基在水平方向上柔性連接，又能在垂直方向上提供足夠的支承剛度，二是支承座具有吸收振動能量的能力，圖6即為其原理圖。

圖5 用于隔離地震的復(fù)合阻尼結(jié)構(gòu)原理圖

三、應(yīng)用及發(fā)展趨勢

隨著社會的不斷發(fā)展，高分子阻尼材料也得以展開深入研究，并應(yīng)用到越來越多的領(lǐng)域中去?，F(xiàn)如今的高分子阻尼材料主要呈現(xiàn)如下發(fā)展趨勢。

一是高分子阻尼材料的寬溫域和高性能。高性能阻尼材料的要求主要為材料在寬溫域內(nèi)應(yīng)具備高損耗因子（tanδ）。互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)（IPN）由于網(wǎng)絡(luò)間的相互貫穿、強迫互容、協(xié)同效應(yīng)及特殊的細(xì)胞狀結(jié)構(gòu)、雙相連續(xù)等形態(tài)特征，可有效拓寬高聚物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg），這已成為目前制備此類材料頗具前景的方法。

二是高分子阻尼材料需要對環(huán)境的負(fù)面影響小。由于當(dāng)前社會環(huán)境壓力不斷增大，因此對于任何新型材料都要求具備較好的環(huán)保性能，因此高分子阻尼材料也朝著無溶劑型材料、高固體分、水性材料方向發(fā)展，從而具備環(huán)境友好性。

三是高分子阻尼材料的精細(xì)化和智能化。隨著科技的發(fā)展，高分子阻尼材料已經(jīng)朝著智能方向不斷發(fā)展，也表現(xiàn)出更多的應(yīng)用前景。在未來的研究工作中，改進智能材料成為了重中之重，只有這樣才能符合科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的需要。

四、結(jié)語

現(xiàn)如今，高分子阻尼材料已經(jīng)在全世界各地廣泛應(yīng)用開來，也形成了一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，德國漢高便是行業(yè)里的重要代表。在未來的發(fā)展過程中，高分子阻尼材料已經(jīng)朝著寬溫域、高性能、環(huán)境友好型、精細(xì)化和智能化的方向不斷發(fā)展，也成為了各個生產(chǎn)S家研發(fā)的重要考慮因素，特別是在開發(fā)環(huán)保型材料，水性材料和無溶劑材料方面成為了該領(lǐng)域研究中的重中之重。相信只要加快材料的綠色化進程，高分子阻尼材料將會表現(xiàn)出更為重要的應(yīng)用作用，逐步縮小我國同國外材料發(fā)展的距離。

參考文獻

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關(guān)鍵詞:納米復(fù)合材料；特性；制備技術(shù)；應(yīng)用

1 引言

“納米復(fù)合材料”的提出是在20 世紀(jì)80 年代末期,由于納米復(fù)合材料種類繁多以及納米相復(fù)合粒子具有獨特的性能,使其一出現(xiàn)即為世界各國科研工作者所關(guān)注,并看好它的應(yīng)用前景。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的定義,復(fù)合材料就是由2種或2種以上物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)組合而成的一種多相固態(tài)材料。在復(fù)合材料中,通常有一種為連續(xù)相的基體和分散相的增強材料。由于納米復(fù)合材料各組分間性能“取長補短”,充分彌補了單一材料的缺點和不足,產(chǎn)生了單一材料所不具備的新性能,開創(chuàng)了材料設(shè)計方面的新局面,因此研究納米復(fù)合粒子的制備技術(shù)有著重要的意義。

納米復(fù)合材料由2種或2種以上的固相[其中至少有一維為納米級大小(1 nm～100 nm) ]復(fù)合而成。納米復(fù)合材料也可以是指分散相尺寸有一維小于100 nm的復(fù)合材料,分散相的組成可以是有機化合物,也可以是無機化合物。本文在文獻的基礎(chǔ)上,針對納米復(fù)合材料的主要性能與特點、制備技術(shù)、主要應(yīng)用及應(yīng)用前景等作了比較詳細(xì)的介紹和展望。

2納米復(fù)合材料的性能與特點

2. 1納米復(fù)合材料的基本性能

納米復(fù)合材料在基本性能上具有普通復(fù)合材料所具有的共同特點:

1) 可綜合發(fā)揮各組分間協(xié)同效能。這是其中任何一種材料都不具備的功能,是復(fù)合材料的協(xié)同效應(yīng)所賦予的。納米材料的協(xié)同效應(yīng)更加明顯。

2) 性能的可設(shè)計性 。當(dāng)強調(diào)紫外線光屏蔽時,可選用TiO2 納米材料進行復(fù)合;當(dāng)強調(diào)經(jīng)濟效益時,可選用CaCO3 納米材料進行復(fù)合。

2. 2納米復(fù)合材料的特殊性質(zhì)

由無機納米材料與有機聚合物復(fù)合而成的納米復(fù)合材料具有獨特的性能:

1) 同步增韌、增強效應(yīng)。納米材料對有機聚合物的復(fù)合改性則可在發(fā)揮無機材料增強效果的同時起到增韌的效果,這是納米材料對有機聚合物復(fù)合改性最顯著的效果之一。

2) 新型功能高分子材料。納米復(fù)合材料以納米級水平平均分散在復(fù)合材料中,沒有所謂的官能團,但它可以直接或間接地達到具體功能的目的,比如光電轉(zhuǎn)換、高效催化劑、紫外光屏蔽等。

3) 強度大、彈性模量高。納米材料加入的有機聚合物復(fù)合材料有更高的強度和彈性模量,加入很少量( 3% ～5%,質(zhì)量分?jǐn)?shù))即可使聚合物的強度、剛度、韌性和阻隔性得到明顯地提高,且納米材料粒度越細(xì),復(fù)合材料的強度、彈性模量就越大。

4) 阻隔性能。對插層納米復(fù)合材料能顯著地提高復(fù)合材料的耐熱性及尺寸的穩(wěn)定性,層狀無機納米材料可在二維方向上阻隔各種氣體的滲透,所以具有良好的阻燃、氣密作用。

3納米復(fù)合材料的制備技術(shù)

粒子表面處理的方法通常是將一種物質(zhì)吸附或包覆于另一種物質(zhì)的表面,兩種或多種物質(zhì)接觸緊密或形成一定的化學(xué)鍵。從國內(nèi)外目前的研究現(xiàn)狀來看,納米復(fù)合材料的制備方法主要有下列幾種。

2. 1機械化學(xué)法

采用機械化學(xué)法對超細(xì)粉體進行表面改性。機械化學(xué)法具有處理時間短、反應(yīng)過程易控制、可連續(xù)批量生產(chǎn)的優(yōu)點。該法的缺點是易使無機離子的晶型遭到破壞,包覆不均勻,而且一般要求母粒子在微米級,并要先制備單一的超細(xì)粒子。

2. 2氣相法

氣相法制備納米復(fù)合材料的方法主要包括物理氣相沉淀法和化學(xué)氣相沉淀法。

1) 物理沉淀法是最早用來制備單一物質(zhì)的納米材料的經(jīng)典物理制備方法。

2) 氣相反應(yīng)法是以揮發(fā)性金屬鹵化物和氫化物或有機金屬化合物為原料,進行氣相熱分解和其他化學(xué)反應(yīng)來制成超細(xì)復(fù)合材料,這是合成高熔點無機化合物細(xì)粉最引人注目的方法之一。

2. 3液相法

該方法是目前廣泛使用的合成納米粒子的方法,也是制備納米復(fù)合材料的重要方法。

2. 4固相反應(yīng)法

固相反應(yīng)法是指固體直接參與化學(xué)反應(yīng)并發(fā)生化學(xué)變化,同時在固體內(nèi)部或外部至少有1個過程起控制作用的反應(yīng)。

3納米復(fù)合材料的應(yīng)用

納米復(fù)合材料是隨著納米技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一種新型材料,由于納米復(fù)合材料特殊的性能,所以它一經(jīng)產(chǎn)生便引起了人們的極大關(guān)注,并被廣泛地應(yīng)用于國民經(jīng)濟各領(lǐng)域和軍事領(lǐng)域。

在功能材料中,主要可用作納米復(fù)合功能陶瓷的納米復(fù)合材料,金屬基納米復(fù)合功能材料、高分子納米復(fù)合功能材料、超導(dǎo)復(fù)合材料和納米復(fù)合隱身材料等。在醫(yī)用器件中,主要用作納米生物醫(yī)用信息處理系統(tǒng)、醫(yī)用納米機器人;納米醫(yī)用藥物中的藥物性納米粒子和納米醫(yī)用載體。在軍事領(lǐng)域中最有代表性的是采用納米復(fù)合材料制備高性能的發(fā)動機,美國已開始進入實用階段。電子對抗領(lǐng)域也是納米粒子的重要應(yīng)用領(lǐng)域。

4結(jié)束語

納米復(fù)合材料作為一種新型的納米材料,以其優(yōu)良的性能和特點以及眾多潛在的應(yīng)用領(lǐng)域正日益成為研究和開發(fā)的重點。世界發(fā)達國家正在部署的未來10年～15年納米研究發(fā)展規(guī)劃,無論是美國的“信息高速公路計劃”、歐盟的“尤里卡計劃”,還是日本的“高技術(shù)探索計劃”,都已把納米材料列為重點發(fā)展項目 。我國在20世紀(jì)80年代末的“八五”期間,就將“納米材料科學(xué)”列入了“國家攀登計劃”,國家“863”計劃新材料主題也對納米材料有關(guān)科技創(chuàng)新的課題進行了立項研究。20多年來,雖然我國在納米材料基礎(chǔ)研究方面取得了一些令人矚目的研究成果,但就國家總體重視程度、投資力度、信息和成果的共享以及產(chǎn)業(yè)化的程度方面來看,仍與發(fā)達國家存在著較大差距。因此,我們應(yīng)盡快制定納米技術(shù)發(fā)展計劃,加快納米復(fù)合材料研究和開發(fā)的進程。

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篇4

關(guān)鍵詞：改性方法 碳納米管 復(fù)合材料 研究進展

中圖分類號：TB383

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1007-3973（2012）005-118-03

1 前言

自從1991年碳納米管被Iijima發(fā)現(xiàn)以來，其憑借出眾的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、化學(xué)性能、極高的長徑比（100—1000）以及納米尺寸上獨特的準(zhǔn)一維管狀分子結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出運用在未來科技領(lǐng)域里所具有的巨大潛在價值，迅速成為物理、化學(xué)、材料科學(xué)領(lǐng)域里的研究熱點。碳納米管是由很多碳原子組合在一起形成的石墨片層卷成的中空管體，根據(jù)其石墨片層數(shù)的不同，可分為單壁碳納米管(SWNTs)和多壁碳納米管(MWNTs)。由于碳納米管主要由碳元素組成，與聚合物的成分相似，所以可以使用CNT來增強聚合物納米復(fù)合材料。隨著的生產(chǎn)CNT方法越來越簡便，其價格也越來越便宜，這種方法相對于在聚合物中添加含碳填料來改善聚合物性能等傳統(tǒng)方法，改性效果更好，市場需求更廣，經(jīng)濟前景更樂觀?？梢灶A(yù)見，在不久的將來CNT將會成為制備聚合物基復(fù)合材料的主要原料。

2 碳納米管的處理

由于其自身固有缺陷，碳納米管從合成到被應(yīng)用到復(fù)合材料中，需要經(jīng)過純化和表面改性兩個過程。

2.1 碳納米管的純化

目前合成碳納米管的方法很多，但無論是經(jīng)典的電弧放電法，還是新興的水熱法、火焰法、固相復(fù)分解反應(yīng)制備法、超臨界流體技術(shù)法制備成的碳納米管都不可避免的被各種無定形碳顆粒、無定形碳纖維和石墨微粒等雜質(zhì)附著，混雜在一起，影響其納米粒子獨有的小尺寸效應(yīng)、界面效應(yīng)、量子效應(yīng)。它們的化學(xué)性質(zhì)也相似，不但給后續(xù)制備復(fù)合材料帶來困難，而且使其性能的發(fā)揮受到很大的影響，所以必須進行純化處理。主要的方法是依靠碳納米管和雜質(zhì)對強氧化劑的敏感程度不一樣，通過控制氧化劑的用量和氧化反應(yīng)的時間來達到純化的目的。目前主要的氧化方法有：氣相氧化法、液相氧化法、固相氧化法和電化學(xué)氧化法。

2.2 碳納米管的改性

經(jīng)過純化處理的碳納米管仍然不能直接用來制備復(fù)合材料，由于它的惰性表面、管與管之間固有的范德華力、極大的比表面積和長徑比，會使其在復(fù)合材料基體和溶液體系中產(chǎn)生非常嚴(yán)重的團聚與纏結(jié)，不利于創(chuàng)造良好的界面和在聚合物中的均勻分散及其優(yōu)異性能的發(fā)揮。因此為了增加碳納米管與聚合物基體間的界面粘結(jié)力，防止界面發(fā)生滑移，需要對碳納米管實施表面改性。

目前從本質(zhì)上來說，CNT改性方法主要有2種：共價鍵改性（化學(xué)改性）和非共價改性（物理改性）。

2.2.1 共價鍵改性

共價鍵改性是利用接枝、氧化等手段直接在CNT的側(cè)壁上引入小分子化合物、活性官能基團（如-COOH、-OH和-NH2）等，提高CNT的活性，從而來達到增加其在溶液和聚合物中的分散度和相容性的目的。但是這種方法將SP2雜化的碳原子改變成了SP3雜化，使長徑比大大下降，削弱了碳管的力學(xué)和電學(xué)性能，破壞了碳納米管的結(jié)構(gòu)，所以一般較少使用這類方法對CNT進行改性。近幾年通過不斷改良，發(fā)現(xiàn)濃硝酸常溫處理法和重氮化技術(shù)處理法是其中兩種較為成熟且對碳管結(jié)構(gòu)損傷較小的優(yōu)良改性方法。

2.2.2 非共價鍵改性

非共價鍵改性方法最大的優(yōu)點是它在不破壞CNT結(jié)構(gòu)的同時，也能克服自身固有缺陷提高其與聚合物的相容性和制備復(fù)合材料時的加工性。一般方法是通過加入陰離子、陽離子或非離子型表面活性劑（如十二烷基硫酸鈉（SDS）和十二烷基苯磺酸鈉（NaDDBS））使碳納米管吸附在聚合物上而不發(fā)生團聚或者是加入生物大分子（如蛋白質(zhì)、DNA或多糖類高分子）使聚合物分子中的%i鍵和CNT上的離域%i鍵發(fā)生相互作用來實現(xiàn)非共價鍵改性。為此本文還將介紹芳香二羧酸酰胺類%[成核劑(%[-NA)改性和離子液體改性兩種改性方法。此外還可以對CNT實行包覆改性，但其缺點是包覆分子與CNT之間的范德華力較弱，使得CNT在復(fù)合材料中傳遞有效載荷的能力較低，改性效果較差，應(yīng)用較少。

3 碳納米管復(fù)合材料的制備

當(dāng)碳納米管經(jīng)過純化和表面改性處理后，會表現(xiàn)出某些優(yōu)異的性能（因改性方法的不同而各具特點），將其應(yīng)用到復(fù)合材料的制備中，可以進一步提高復(fù)合材料的力學(xué)、電學(xué)、化學(xué)、和生物特性等等。下文將以實驗實例介紹。

3.1 濃硝酸常溫處理CNT、水相沉淀聚合法制備聚丙烯腈基碳納米管復(fù)合材料

把一定量的碳納米管經(jīng)過超聲分散后，室溫下浸泡在濃硝酸中,并每隔大約2h更換一次濃硝酸。24h后取出碳納米管，經(jīng)去離子水反復(fù)洗滌、抽濾直至呈中性，再加入到去離子水中，加水溶性引發(fā)劑APS，溶解后超聲分散2h。然后將聚合單體AN、共聚單體IA按一定比例混合均勻溶入其中，以水相沉淀法制備聚合物基復(fù)合材料，整個過程需通N2保護防止CNT被氧化。實驗測試表明，碳納米管經(jīng)濃硝酸常溫處理后，不僅給碳管接枝上羧基，而且還保持了本身穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，使制備的復(fù)合材料預(yù)氧化溫度提前，放熱量和放熱速率均降低,避免了集中放熱；雖然結(jié)晶程度稍稍有所減弱，但并沒有改變聚合物的結(jié)晶晶型和結(jié)構(gòu)，但是卻大大提高了導(dǎo)電性能。

3.2 重氮化技術(shù)處理CNT、原位氧化聚合法合成磺化碳納米管改性聚苯胺復(fù)合材料

聚苯胺(PANI)，作為制作超級電容器的絕佳材料，具有價格低廉，良好的導(dǎo)電性，較高的比電容，獨特的摻雜/脫摻雜機理和優(yōu)異的氧化/還原特性等優(yōu)點，然而PANI的循環(huán)穩(wěn)定性差，卻限制了它在電子行業(yè)里的廣泛應(yīng)用。CNT的穩(wěn)定性好，同時也有高導(dǎo)電率和大比表面積的特點，采用重氮化技術(shù)處理，合成水溶性的磺化CNT，作為原位氧化聚合的載體與PANI復(fù)合，可降低PANI的內(nèi)阻，提高其循環(huán)穩(wěn)定性，賦予PANI碳納米管復(fù)合材料極高的比電容(>300 F/g)。經(jīng)紅外和紫外-可見光譜分析表明，PANI與磺化CNT之間存在著%i電子間的相互作用，并形成了電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物，在一定范圍內(nèi)碳納米管直徑的越小，電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物越多。循環(huán)伏安實驗結(jié)果顯示，與單一的PANI納米棒相比(271 F/g)，PANI碳納米管復(fù)合材料擁有更高的比電容(309～457F/g)，呈現(xiàn)出更高的比電容和更快速的充放電特性。

3.3 溶液法制備聚丙烯(PP)/%[-NA-MWCNT復(fù)合材料

此法選用帶有共軛苯環(huán)結(jié)構(gòu)的芳香二羧酸酰胺類%[成核劑(%[-NA) 和MWCNT在冰水浴中混合，超聲分散一段時間后使%[-NA吸附在MWCNT上，通過%i-%i共軛作用來提高碳納米管的分散性，低溫抽濾即可得到穩(wěn)定性良好的%[成核劑改性的碳納米管(%[-NA-MWCNT)，再通過溶液法使之與pp復(fù)合，得到聚丙烯/%[-NA-MWCNT納米復(fù)合材料。通過廣角X射線衍射(WAXD)分析了復(fù)合材料的結(jié)晶形態(tài)，結(jié)果表明%[-NA-MWCNT誘導(dǎo)聚丙烯在短時間內(nèi)生成大量尺寸較小的%[球晶，增加了復(fù)合材料的結(jié)晶度，使得晶粒大小分布更窄，進一步提高了復(fù)合材料的電學(xué)和力學(xué)性能。

3.4 離子液體中碳納米管復(fù)合材料制備

與傳統(tǒng)的溶劑相比，離子液體(ionic liquids，ILs)作為一種新型的綠色環(huán)保溶劑及優(yōu)良電解質(zhì)，近幾年來在碳納米管復(fù)合材料制備中得到了廣泛的應(yīng)用。離子液體是一種主要由有機陽離子和各類陰離子組成的鹽類，在室溫下呈現(xiàn)為液態(tài)。作為“綠色”溶劑，離子液體擁有許多特異的性能：極高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性；很寬的液態(tài)溫度范圍（-96℃到300-400℃）可以滿足在惡劣環(huán)境下工作的需要；離子電導(dǎo)率強，電化學(xué)窗口寬；對許多物質(zhì)表現(xiàn)出良好的溶解能力等。經(jīng)試驗測試表明：CNT能夠均勻地分散在ILs中，而且ILs獨特表面修飾作用，可以通過形成細(xì)束網(wǎng)格結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)CNT的表面功能化，賦予CNT復(fù)合材料更加優(yōu)異的性能（因各種離子所帶的官能基團不同而異）。目前，Zhang已經(jīng)在ILs中采用電沉積法合成出了CNT/納米AuPt/IL復(fù)合電極，ILs作為模板和活性劑提高了納米AuPt在CNT膜上的分布密度，降低了電極的電子轉(zhuǎn)移電阻。而且ILs還可以依靠其陰離子與纖維素中羥基的作用，破壞纖維素分子間的氫鍵，有效地提高CNT在纖維素中的溶解度，采用濕紡絲干噴法制備CNT復(fù)合纖維，大大提高纖維的儲能模量和機械性能。

4 結(jié)語

近幾年來，在材料領(lǐng)域里不斷涌現(xiàn)出各種利用改性CNT與金屬、聚合物復(fù)合的新型納米復(fù)合材料，這些材料由于本身特殊復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)在物理、化學(xué)、生物上表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。而取得這些科技成果的重大挑戰(zhàn)就是如何提高CNT分散度和改善界面性能，達到CNT的最佳改性。本文較全面的綜述了目前關(guān)于碳納米管改性及其復(fù)合材料的制備方法，其中包括技術(shù)較為成熟的濃硝酸常溫處理法、效果顯著的重氮化技術(shù)處理法和芳香二羧酸酰胺類%[成核劑(%[-NA)改性法、綠色環(huán)保的離子液體改性方法，以及相關(guān)的復(fù)合材料制備實例。總的來說，隨著科技的不斷發(fā)展，新方法的不斷涌現(xiàn)，CNT的改性必將變得越來越高效，高性能的CNT復(fù)合材料的開發(fā)和應(yīng)用勢必會越來越廣。

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篇5

20世紀(jì)初，第一次世界大戰(zhàn)以前所使用的材料為第一代生物醫(yī)學(xué)材料。代表材料有石膏、金屬、橡膠以及棉花等物品。這一代的材料大都已被現(xiàn)代醫(yī)學(xué)所淘汰。第二代生物醫(yī)學(xué)材料的發(fā)展是建立在醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)(尤其是高分子材料學(xué))、生物化學(xué)、物理學(xué)以及大型物理測試技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上的，研究人員也多由材料學(xué)家和醫(yī)生來擔(dān)任。代表材料有經(jīng)基磷灰石、磷酸三鈣、聚經(jīng)基乙酸、聚甲基丙烯酸輕乙基醋、膠原、多膚、纖維蛋白等。這類材料與第一代生物醫(yī)學(xué)材料一樣，其研究思路仍舊是從改善材料本身的力學(xué)性能和生化性能，使其在生理環(huán)境下能夠長期地替代生物組織。第三代生物醫(yī)學(xué)材料川是一類具有促進人體自身修復(fù)和再生作用的生物醫(yī)學(xué)復(fù)合材料。它是在生物體內(nèi)各種細(xì)胞組織、生長因子、生長抑素及生長機制的結(jié)構(gòu)和性能的基礎(chǔ)上建立的叫，由具有生理“活性”的組元及控制載體的“非活性”組元構(gòu)成，有較理想的修復(fù)再生效果。它通過材料之間的復(fù)合、材料與活細(xì)胞的融合、活體組織和人工材料的雜交等手段，賦予材料特異的靶向修復(fù)、治療和促進作用，從而使病變組織大部分甚至全部由健康的再生組織取代。骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bonemorphogenetieprotein，BMP)材料是第三代生物醫(yī)學(xué)材料中的代表。表1列出了近年來生物陶瓷復(fù)合材料的發(fā)展情況〕。

2生物醫(yī)學(xué)材料的分類

2.1生物醫(yī)學(xué)金屬材料(biomedicalmetallicmeterials)

生物醫(yī)用金屬材咪斗通常采用合金或欽金，具有很高的機械強度和抗疲勞特性，是臨床應(yīng)用最廣泛的承力植人材料川，主要有鉆合金(C。一Cr一Ni)、欽合金(Ti一6AI一4V)和不銹鋼的人工關(guān)節(jié)和人工骨〔7口。鎳欽形狀記憶合金具有形狀記憶特性和智能性，可用于矯形外科、心血管外科等。

2.2生物醫(yī)學(xué)高分子材料(biomediealpolymer)

生物醫(yī)學(xué)高分子材料有天然和合成兩種，其中合成高分子材料發(fā)展較快。合成的軟性材料常用作人體軟組織(如血管、食道和指關(guān)節(jié)等)的代用品;合成的硬性材料則用作人工硬腦膜、人工心臟瓣膜的球形閥等;液態(tài)的合成材料(如室溫硫化硅橡膠)可作為注人式組織修補材料閣。

2.3生物醫(yī)學(xué)無機非金屬材料或生物陶瓷(biomediealeeramies)

生物陶瓷的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有良好的生物相容性。生物陶瓷主要包括兩類:①惰性生物陶瓷(如氧化鋁、醫(yī)用碳素材料等)，這類材料具有較高的強度，耐磨性能良好，分子中化學(xué)鍵的作用力較強;②生物活性陶瓷(如輕基磷灰石和生物活性玻璃等)，此類材料能在生理環(huán)境中逐步降解、吸收，或與生物機體形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵，因而具有極為廣泛的發(fā)展前景。

2.4生物醫(yī)學(xué)復(fù)合材料(biomediealeomposlites)

生物醫(yī)學(xué)復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同材料復(fù)合而成的，主要用于修復(fù)或替換人體組織、器官或增進其功能，也可用作人工器官的制造。其中鉆欽合金和聚乙烯組織假體常用作人工關(guān)節(jié);被欽合成材料作為人工股骨頭在臨床上有良好的應(yīng)用;高分子材料與生物高分子(如酶、抗原、抗體和激素等)結(jié)合可以作為生物傳感器。

2.5生物醫(yī)學(xué)衍生材料(biOI.刃iadded目叮.妞dais)

生物醫(yī)學(xué)衍生材料是由經(jīng)過特殊處理的天然生物組織衍生而成的。經(jīng)過處理的生物衍生材料是無生物活性的材料，但其具有類似天然組織的構(gòu)型和功能，在維持人體動態(tài)的修復(fù)和替換中具有重要作用，如皮膚掩膜、血液透析膜、人工心臟瓣膜等〔9]。

3生物醫(yī)學(xué)材料的市場現(xiàn)狀

生物醫(yī)學(xué)材料產(chǎn)業(yè)是一種發(fā)展迅猛的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。1992一1995年，其銷量的全國增長率為7%一12%，超過全球經(jīng)濟的一般發(fā)展水平，在亞洲地區(qū)發(fā)展最快，增長率達到22%。根據(jù)經(jīng)濟合作與發(fā)展組織(oganizationofeeonomiceorporationanddevelopment，OECD)預(yù)算[5〕，到2010年生物醫(yī)學(xué)材料產(chǎn)業(yè)的市場銷售額將達到4000億美元(藥物市場的銷售額)。隨著材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和人體器官的廣泛應(yīng)用，生物醫(yī)學(xué)材料這門新興的交叉型學(xué)科已經(jīng)成為新技術(shù)革命的一個重要組成部分。經(jīng)濟發(fā)達的國家已經(jīng)形成了新型的生物醫(yī)學(xué)材料工業(yè)體系，其生產(chǎn)廠家由過去的商品材料工廠轉(zhuǎn)為專業(yè)的生產(chǎn)工廠。生物醫(yī)學(xué)材料的產(chǎn)品數(shù)目眾多，僅高分子材料在全球醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用已達到90多個品種，1800多種制品[‘o。1990~1995年，世界生物醫(yī)學(xué)材料市場以每年大于20%的速度增長，中國雖然增長較快，但由于起點低，其市場份額只占全球市場的1.6%。近年來，生物醫(yī)學(xué)材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，其經(jīng)濟地位同信息、汽車產(chǎn)業(yè)相當(dāng)?，F(xiàn)將世界各地區(qū)生物醫(yī)學(xué)材料的市場狀況。當(dāng)代生物醫(yī)學(xué)材料產(chǎn)業(yè)仍以常規(guī)材料占主導(dǎo)地位。2000年全球醫(yī)療器械市場的銷售額己達1650億美元，其中生物醫(yī)學(xué)材料及制品約占40%一50%[ll〕。20世紀(jì)90年代，全球醫(yī)療器械銷售額的平均年增長率為n%左右，1999~2004年有所增加，其中發(fā)展中國家增長最快。例如，除日本外的亞洲地區(qū)其銷售額從200。年占全球市場份額的17%(280億美元)增長至2005年的25%，其中矯形外科修復(fù)材料和制品的銷售額在全球市場的年增長率可達26%(1999~2005年)。預(yù)計工程化組織和器官上市后，可開拓800億美元的新市場;人造皮膚、組織粘合劑及術(shù)后防粘連制品的年增長率可達45%;心血管系統(tǒng)修復(fù)材料、血液凈化材料、藥物緩釋材料等領(lǐng)域也呈高速增長的趨勢〔‘2〕。目前，比較有代表性的生物醫(yī)學(xué)材料包括:①用于人工器官及代用品制造的膨體聚四氟乙烯、低溫各向同性碳、表面修飾與交聯(lián)的血紅蛋白、碳化硅脂和超高分子量聚乙烯等;②用于人工關(guān)節(jié)及骨骼替代的高分子量、高密度聚乙烯，氧化鋁陶瓷，甲基丙烯酸甲酷和苯乙烯的共聚物等;③用于人工膜替換的甲基烯酸醋類共聚水凝膠、硅橡膠聚甲基丙烯酷等;④用于應(yīng)用粘合劑的亞甲基丙二酸酷、明膠、蛋白膠等。

4我國生物醫(yī)學(xué)材料的發(fā)展前景

我國生物醫(yī)學(xué)材料的應(yīng)用和開發(fā)起步較晚，但在政府的大力支持下，已取得了一批較高水平的科研成果。如生物活性骨、關(guān)節(jié)系統(tǒng)替換材料、人工心臟瓣膜以及眼科手術(shù)類高分子復(fù)合材料等。國家科技部資料表明〔’3〕，1996一200。年間，我‘國生物醫(yī)學(xué)材料市場需求的年均增長率達到27%，比全球的增長速度高出10個百分點。其中生物醫(yī)學(xué)材料制品的市場增長更加迅猛，例如2000年我國人工關(guān)節(jié)市場需求量的年均增長率高達30%，遠(yuǎn)高于美國同期的4%;“九五”期間國家的“復(fù)明計劃’，[1叼規(guī)定，每年生產(chǎn)5萬套人工晶體以滿足市場的需求;我國國內(nèi)每年消耗接人人體內(nèi)的導(dǎo)管1億多條，而且需求量還在不斷增長。但是我國國內(nèi)生物醫(yī)學(xué)材料的生產(chǎn)仍然處于初級階段，其產(chǎn)值還不到全球份額的千分之一，且增長緩慢，1996一2001年，我國生物醫(yī)學(xué)材料產(chǎn)值的年均增長率只有2%左右。國內(nèi)生物醫(yī)學(xué)材料與國外同類產(chǎn)品相比，存在4個突出的問題:①仿制品多，缺乏自主知識產(chǎn)權(quán);②銷售價格低，但檔次和質(zhì)量也低;③企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模普遍偏小，難以形成規(guī)模效應(yīng);④研發(fā)投入少，產(chǎn)品技術(shù)含量較低。與此同時，外商的大批涌人，不僅帶來了大量具有競爭力的產(chǎn)品，同時還展開專利權(quán)、商標(biāo)權(quán)等知識產(chǎn)權(quán)方面的競爭。2000年底國內(nèi)公司在我國注冊生產(chǎn)的生物醫(yī)學(xué)材料及制品只有53種、，而國際醫(yī)療器械生產(chǎn)公司在我國注冊生產(chǎn)、銷售的品種多達300多種睡〕。因此，本文建議從以下幾個方面提升我國生物醫(yī)學(xué)材料產(chǎn)業(yè)的競爭力。

4.1確立重點開發(fā)產(chǎn)品

復(fù)合材料作為硬組織修復(fù)材料的主體，有效地解決了材料的強度、韌性及生物相容性的問題，是生物醫(yī)學(xué)材料新品種開發(fā)的重點，在臨床上得到了廣泛的應(yīng)用哪〕。目前研究較多的是合金、碳纖維、無機材料(生物陶瓷、生物活性玻璃)、高分子材料的復(fù)合以及血液凈化劑的開發(fā)。這些生物醫(yī)學(xué)材料應(yīng)該作為我國今后重點開發(fā)的產(chǎn)品。

4.2構(gòu)建生物醫(yī)學(xué)材料產(chǎn)業(yè)的新技術(shù)體系

生物醫(yī)學(xué)材料產(chǎn)業(yè)的新技術(shù)體系必須以生物醫(yī)學(xué)材料企業(yè)為技術(shù)創(chuàng)新的主體，充分發(fā)揮科研院所、大專院校的帶頭作用，實行產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合，成立學(xué)科齊全、隊伍精干、人才結(jié)構(gòu)合理的生物醫(yī)學(xué)材料科研隊伍，開發(fā)有自主知識產(chǎn)權(quán)的生物醫(yī)學(xué)高新技術(shù)產(chǎn)品。

4.3加強對外合作與交流

加強對外合作與交流必須積極參加國際間的技術(shù)交流與合作，學(xué)習(xí)國外先進的技術(shù)和管理經(jīng)驗，及時掌握生物醫(yī)學(xué)材料技術(shù)在國際上的發(fā)展?fàn)顩r和趨勢，積極引進、消化和吸收國外的先進技術(shù)，強化“產(chǎn)品國際化”的意識，在新產(chǎn)品開發(fā)上要緊緊跟隨甚至超越國際潮流，增強我國生物醫(yī)學(xué)材料產(chǎn)品的競爭力，縮小與發(fā)達國家之間的差距。

篇6

[關(guān)鍵詞]水箱內(nèi)膽 集熱器 太陽能轉(zhuǎn)換材料 防老化涂料

中圖分類號：TU822+.2 文獻標(biāo)識碼：TU 文章編號：1009914X（2013）34052601

前言

太陽能熱水系統(tǒng)是太陽能利用技術(shù)中商業(yè)化程度最高、推廣普及應(yīng)用最普遍的技術(shù)之一。以色列80%的家庭、日本20%的家庭使用太陽能熱水器。據(jù)了解，2000年我國太陽能熱水器總銷量在600萬m2以上，年產(chǎn)值超過50億元人民幣，全國太陽能熱水器保有量約2500m2，成為全世界太陽能熱水器年產(chǎn)銷量及保有量最大的國家，但目前我國家庭太陽能熱水器的普及率僅為4%。

在最簡單的太陽能熱水器中，它的吸收層材料、封閉式熱水器的透明蓋板材料、絕熱材料以及其他許多方面，多已采用了高分子材料。

1、外殼材料

目前，我國使用的太陽能熱水器外殼多為金屬材料，殼體結(jié)構(gòu)同保溫材料相分離，既存在容易腐蝕、壽命短、造價高、工藝繁雜等問題，又常使保溫材料脫落，失去保溫性能，影響熱水器整體性能的提高。

為此，有人研發(fā)了新型非金屬的復(fù)合材料外殼，外殼的表層以鎂質(zhì)凝膠物為主，并加入玻璃纖維等增強材料。據(jù)太陽能熱水器外殼不同溫區(qū)、不同部位的結(jié)構(gòu)要求，選取了高分子材料聚苯泡沫板（或顆粒）為保溫材料，同鎂質(zhì)凝膠物復(fù)合制成不同性能的保溫層。

2、內(nèi)膽

太陽能熱水器儲水箱內(nèi)膽普通采用不銹鋼薄板（厚度約為0.3mm～0.6mm）焊接加工而成。在制造過程中，材料經(jīng)沖壓、拉伸、焊接等工序，導(dǎo)致水箱表面存在缺陷和焊縫處材質(zhì)發(fā)生變化，長期使用中，缺陷處、焊縫部位及其周圍易被腐蝕，尤其是在水質(zhì)較差的地區(qū)腐蝕更加明顯，造成穿孔漏水，從而導(dǎo)致整個熱水器水箱損壞。

為了解決不銹鋼內(nèi)膽存在的缺點，根據(jù)太陽能熱水器內(nèi)膽的工作條件，有人選擇了PPR、PEX、ABS三種材料作為內(nèi)膽的原材料進行實驗。通過對該三種材料制成的內(nèi)膽進行一系列的性能測試，發(fā)現(xiàn)PPR作為太陽能熱水器水箱材料更有優(yōu)勢。

3、太陽能集熱器

用高分子板材和染料制成的集熱器，當(dāng)太陽光穿過大面積的板材并為底下的染料吸收時，染料會發(fā)出相應(yīng)的光輻射，并通過內(nèi)部反射被收集在板材內(nèi)，然后再聚集到吸熱器上。

巴斯夫Basotect三聚氰胺泡沫目前應(yīng)用在太陽能集熱器制造商Heliodyne生產(chǎn)的產(chǎn)品中。Heliodyne選擇了高分子復(fù)合材料制造商瓦克來完成Basotect絕緣部件的合成。將巴斯夫Basotect泡沫材料應(yīng)用于太陽能集熱器，該泡沫具有優(yōu)良的絕緣能力以及長期耐高溫能力。Basotect泡沫可以承受超過350°F的溫度，有別于其他聚合物絕緣材料。

4、高分子太陽能集熱器蓋板

對于雙層蓋板的集熱器，要求外層蓋板能抗沖擊，內(nèi)層蓋板能耐高溫?？箾_擊是高分子材料的主要優(yōu)點之一，所以可用透明的高分子材料來代替玻璃蓋板。

用輕質(zhì)塑料取代玻璃和銅制造有關(guān)零部件，可以降低太陽能熱水器的成本，在太陽能加熱游泳池水的太陽能集熱器上已取得了商業(yè)化成功。有關(guān)專家已試驗過許多種太陽能熱水系統(tǒng)高分子蓋板材料：聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET，一種聚酯）薄膜的透光度很高、成本低、機械性能亦較好，但連續(xù)使用溫度只有90℃左右，抗紫外線能力也比較差。近年加入紫外線吸收劑以后，抗紫外線能力有所提高，但毒性問題有待解決。

聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）雖然成本高于PET，但熱性能和機械性能均有提高，不過抗紫外光透過率還有問題。很多含氟高分子材料有優(yōu)良的抗紫外線和抗熱性能，不過成本很高，只能做成薄膜形狀使用。

丙烯酸類材料也有優(yōu)良的抗紫外線能力，但做太陽能集熱器蓋板時經(jīng)受不住工作溫度的考驗，并且很脆，即使作成板狀，也經(jīng)不住冰雹打擊。Korad雖有這樣的缺陷，抗紫外性能卻極好，可在層壓型蓋板中做抗紫外層，與基板有很好的結(jié)合效果。Tedlar也是一種含氟聚合物，把它和Korad都同玻璃基板作成層壓結(jié)構(gòu)，做加速暴露試驗，結(jié)果表明Korad的紫外線過濾性能優(yōu)于Tedlar，做成Korad/玻璃層壓蓋板有很好的抗紫外線特性。

聚碳酸酯類材料的透光性較好，強度亦高，只是在紫外線照射下會變黃、變脆。Bayer公司已開發(fā)出兩種聚碳酸酯材料，名叫APEC5391和APEC5393。APEC5391熱穩(wěn)定性好，連續(xù)使用溫度可高達180℃，而APEC5393的熱穩(wěn)定性和抗紫外線能力都很好。

5、高分子太陽能轉(zhuǎn)換材料

日本京都大學(xué)研制出一種高分子太陽能貯能材料，即一種能大量吸收太陽能的有機高分子物質(zhì)，是一種黃色的晶體，在陽光下可以大量吸收熱量（每公斤可吸收92千卡熱量）。當(dāng)熱量吸足后，它就從黃色變?yōu)榘咨?。需要使用時，只需要添加進一些銀做催化劑，就能把熱量釋放出來。熱量釋放完畢，白色的晶體又變?yōu)辄S色的晶體，可重復(fù)使用。

在PP中添加炭黑等助劑，共混復(fù)合制成太陽能光熱轉(zhuǎn)換材料，并制出太陽能塑料熱水器，具有較高的平均日效率（54.3%）和較低的平均熱損失系數(shù)2.34 w/（In ?℃），耐老化性優(yōu)良，可使用9年以上，且不會結(jié)硬水垢。

6、高分子太陽能透光材料

國內(nèi)常用的太陽能透光材料是普通平板玻璃，其含鐵雜質(zhì)約0.1-0.14%，可見區(qū)域透光率較高，而紫外區(qū)域和近紅外區(qū)域存在較大的吸收。為了獲得性能優(yōu)良的透光材料，有人通過對高分子材料PVA與纖維狀材料的預(yù)處理，復(fù)合得到一種增強透光材料，具有透光率高、重量輕、易運輸和不易破碎、抗拉和抗震強度大等優(yōu)點。

確定單體PVA、醋酸纖維的比例后，與交聯(lián)劑在水溶液中混合攪拌一定時間，再加壓過濾，成型后得到PVA透光材料。在相同的測試條件下，盡管有機玻璃具有較高的透過率，可是它的軟化濕度低（約60-75℃），拉伸強度小，韌性差，使用溫度范圍窄。普通玻璃含鐵量高，吸收率大，其平均透光率只有70-75%，容易破碎，不能使用過薄的平板玻璃。

美國杜邦公司的F-46薄膜，是一種集熱器蓋層材料，其太陽透光率達90%以上，且入射角修正系數(shù)也很小，很適合房屋的采光、保溫。

結(jié)語

高分子材料以其低成本、易成型、種類多樣，纖維強度高、橡膠彈性好、塑料強又韌，其功能化后可用于許多拓展領(lǐng)域。高分子材料應(yīng)用在太陽能熱水器上，能在一定程度上解決現(xiàn)有太陽能熱水器存在的問題，并能降低成本、提高產(chǎn)品性能。在日益強調(diào)節(jié)能的今天，太陽能作為一種清潔、環(huán)保能源，受到越來越多的重視。通過在材料、工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)計上不斷完善和發(fā)展太陽能熱水器，必將使太陽能熱水器走入千家萬戶。

參考文獻

[1] 郭廷瑋，劉鑒民. 太陽能的利用. 北京：中國科學(xué)技術(shù)文獻出版社，1987；78-94

篇7

復(fù)合材料是指由兩種或兩種以上不同物質(zhì)以不同方式組合而成的材料，它可以發(fā)揮各種材料的優(yōu)點，克服單一材料的缺陷，擴大材料的應(yīng)用范圍。由于復(fù)合材料具有重量輕、強度高、加工成型方便、彈性優(yōu)良、耐化學(xué)腐蝕和耐候性好等特點，已逐步取代木材及金屬合金，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、電子電氣、建筑、健身器材等領(lǐng)域，在近幾年更是得到了飛速發(fā)展。

隨著科技的發(fā)展，樹脂與玻璃纖維在技術(shù)上不斷進步，生產(chǎn)廠家的制造能力普遍提高，使得玻纖增強復(fù)合材料的價格成本已被許多行業(yè)接受，但玻纖增強復(fù)合材料的強度尚不足以和金屬匹敵。因此，碳纖維、硼纖維等增強復(fù)合材料相繼問世，使高分子復(fù)合材料家族更加完備，已經(jīng)成為眾多產(chǎn)業(yè)的必備材料。目前全世界復(fù)合材料的年產(chǎn)量已達550多萬噸，年產(chǎn)值達1300億美元以上，若將歐、美的軍事航空航天的高價值產(chǎn)品計入，其產(chǎn)值將更為驚人。從全球范圍看，世界復(fù)合材料的生產(chǎn)主要集中在歐美和東亞地區(qū)。近幾年歐美復(fù)合材料產(chǎn)需均持續(xù)增長，而亞洲的日本則因經(jīng)濟不景氣，發(fā)展較為緩慢，但中國尤其是中國內(nèi)地的市場發(fā)展迅速。據(jù)世界主要復(fù)合材料生產(chǎn)商PPG公司統(tǒng)計，2000年歐洲的復(fù)合材料全球占有率約為32%，年產(chǎn)量約200萬噸。與此同時，美國復(fù)合材料在20世紀(jì)90年代年均增長率約為美國GDP增長率的2倍，達到4%~6%。2000年，美國復(fù)合材料的年產(chǎn)量達170萬噸左右。特別是汽車用復(fù)合材料的迅速增加使得美國汽車在全球市場上重新崛起。亞洲近幾年復(fù)合材料的發(fā)展情況與政治經(jīng)濟的整體變化密切相關(guān)，各國的占有率變化很大?？傮w而言，亞洲的復(fù)合材料仍將繼續(xù)增長，2000年的總產(chǎn)量約為145萬噸，預(yù)計2005年總產(chǎn)量將達180萬噸。

從應(yīng)用上看，復(fù)合材料在美國和歐洲主要用于航空航天、汽車等行業(yè)。2000年美國汽車零件的復(fù)合材料用量達14.8萬噸，歐洲汽車復(fù)合材料用量到2003年估計可達10.5萬噸。而在日本，復(fù)合材料主要用于住宅建設(shè)，如衛(wèi)浴設(shè)備等，此類產(chǎn)品在2000年的用量達7.5萬噸，汽車等領(lǐng)域的用量僅為2.4萬噸。不過從全球范圍看，汽車工業(yè)是復(fù)合材料最大的用戶，今后發(fā)展?jié)摿θ允志薮?，目前還有許多新技術(shù)正在開發(fā)中。例如，為降低發(fā)動機噪聲，增加轎車的舒適性，正著力開發(fā)兩層冷軋板間粘附熱塑性樹脂的減振鋼板；為滿足發(fā)動機向高速、增壓、高負(fù)荷方向發(fā)展的要求，發(fā)動機活塞、連桿、軸瓦已開始應(yīng)用金屬基復(fù)合材料。為滿足汽車輕量化要求，必將會有越來越多的新型復(fù)合材料將被應(yīng)用到汽車制造業(yè)中。與此同時，隨著近年來人們對環(huán)保問題的日益重視，高分子復(fù)合材料取代木材方面的應(yīng)用也得到了進一步推廣。例如，用植物纖維與廢塑料加工而成的復(fù)合材料，在北美已被大量用作托盤和包裝箱，用以替代木制產(chǎn)品；而可降解復(fù)合材料也成為國內(nèi)外開發(fā)研究的重點。

另外，納米技術(shù)逐漸引起人們的關(guān)注，納米復(fù)合材料的研究開發(fā)也成為新的熱點。以納米改性塑料，可使塑料的聚集態(tài)及結(jié)晶形態(tài)發(fā)生改變，從而使之具有新的性能，在克服傳統(tǒng)材料剛性與韌性難以相容的矛盾的同時，大大提高了材料的綜合性能。

樹脂基復(fù)合材料的增強材料

樹脂基復(fù)合材料采用的增強材料主要有玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維等。

1、玻璃纖維

目前用于高性能復(fù)合材料的玻璃纖維主要有高強度玻璃纖維、石英玻璃纖維和高硅氧玻璃纖維等。由于高強度玻璃纖維性價比較高，因此增長率也比較快，年增長率達到10%以上。高強度玻璃纖維復(fù)合材料不僅應(yīng)用在軍用方面，近年來民用產(chǎn)品也有廣泛應(yīng)用，如防彈頭盔、防彈服、直升飛機機翼、預(yù)警機雷達罩、各種高壓壓力容器、民用飛機直板、體育用品、各類耐高溫制品以及近期報道的性能優(yōu)異的輪胎簾子線等。石英玻璃纖維及高硅氧玻璃纖維屬于耐高溫的玻璃纖維，是比較理想的耐熱防火材料，用其增強酚醛樹脂可制成各種結(jié)構(gòu)的耐高溫、耐燒蝕的復(fù)合材料部件，大量應(yīng)用于火箭、導(dǎo)彈的防熱材料。迄今為止，我國已經(jīng)實用化的高性能樹脂基復(fù)合材料用的碳纖維、芳綸纖維、高強度玻璃纖維三大增強纖維中，只有高強度玻璃纖維已達到國際先進水平，且擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，形成了小規(guī)模的產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)階段年產(chǎn)可達500噸。

2、碳纖維

碳纖維具有強度高、模量高、耐高溫、導(dǎo)電等一系列性能，首先在航空航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，近年來在運動器具和體育用品方面也廣泛采用。據(jù)預(yù)測，土木建筑、交通運輸、汽車、能源等領(lǐng)域?qū)笠?guī)模采用工業(yè)級碳纖維。1997~2000年間，宇航用碳纖維的年增長率估計為31%，而工業(yè)用碳纖維的年增長率估計會達到130%。我國的碳纖維總體水平還比較低，相當(dāng)于國外七十年代中、末期水平，與國外差距達20年左右。國產(chǎn)碳纖維的主要問題是性能不太穩(wěn)定且離散系數(shù)大、無高性能碳纖維、品種單一、規(guī)格不全、連續(xù)長度不夠、未經(jīng)表面處理、價格偏高等。

3、芳綸纖維

20世紀(jì)80年代以來，荷蘭、日本、前蘇聯(lián)也先后開展了芳綸纖維的研制開發(fā)工作。日本及俄羅斯的芳綸纖維已投入市場，年增長速度也達到20%左右。芳綸纖維比強度、比模量較高，因此被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的高性能復(fù)合材料零部件（如火箭發(fā)動機殼體、飛機發(fā)動機艙、整流罩、方向舵等）、艦船（如航空母艦、核潛艇、游艇、救生艇等）、汽車（如輪胎簾子線、高壓軟管、摩擦材料、高壓氣瓶等）以及耐熱運輸帶、體育運動器材等。

4、超高分子量聚乙烯纖維

超高分子量聚乙烯纖維的比強度在各種纖維中位居第一，尤其是它的抗化學(xué)試劑侵蝕性能和抗老化性能優(yōu)良。它還具有優(yōu)良的高頻聲納透過性和耐海水腐蝕性，許多國家已用它來制造艦艇的高頻聲納導(dǎo)流罩，大大提高了艦艇的探雷、掃雷能力。除在軍事領(lǐng)域，在汽車制造、船舶制造、醫(yī)療器械、體育運動器材等領(lǐng)域超高分子量聚乙烯纖維也有廣闊的應(yīng)用前景。該纖維一經(jīng)問世就引起了世界發(fā)達國家的極大興趣和重視。

5、熱固性樹脂基復(fù)合材料

熱固性樹脂基復(fù)合材料是指以熱固性樹脂如不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、乙烯基酯樹脂等為基體，以玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維等為增強材料制成的復(fù)合材料。環(huán)氧樹脂的特點是具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、電絕緣性、耐腐蝕性、良好的粘接性能和較高的機械強度，廣泛應(yīng)用于化工、輕工、機械、電子、水利、交通、汽車、家電和宇航等各個領(lǐng)域。1993年世界環(huán)氧樹脂生產(chǎn)能力為130萬噸，1996年遞增到143萬噸，1997年為148萬噸，1999年150萬噸，2003年達到180萬噸左右。我國從1975年開始研究環(huán)氧樹脂，據(jù)不完全統(tǒng)計，目前我國環(huán)氧樹脂生產(chǎn)企業(yè)約有170多家，總生產(chǎn)能力為50多萬噸，設(shè)備利用率為80%左右。酚醛樹脂具有耐熱性、耐磨擦性、機械強度高、電絕緣性優(yōu)異、低發(fā)煙性和耐酸性優(yōu)異等特點，因而在復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)的各個領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。1997年全球酚醛樹脂的產(chǎn)量為300萬噸，其中美國為164萬噸。我國的產(chǎn)量為18萬噸，進口4萬噸。乙烯基酯樹脂是20世紀(jì)60年展起來的一類新型熱固性樹脂，其特點是耐腐蝕性好，耐溶劑性好，機械強度高，延伸率大，與金屬、塑料、混凝土等材料的粘結(jié)性能好，耐疲勞性能好，電性能佳，耐熱老化，固化收縮率低，可常溫固化也可加熱固化。南京金陵帝斯曼樹脂有限公司引進荷蘭Atlac系列強耐腐蝕性乙烯基酯樹脂，已廣泛用于貯罐、容器、管道等，有的品種還能用于防水和熱壓成型。南京聚隆復(fù)合材料有限公司、上海新華樹脂廠、南通明佳聚合物有限公司等廠家也生產(chǎn)乙烯基酯樹脂。

1971年以前我國的熱固性樹脂基復(fù)合材料工業(yè)主要是軍工產(chǎn)品，70年代后開始轉(zhuǎn)向民用。從1987年起，各地大量引進國外先進技術(shù)如池窯拉絲、短切氈、表面氈生產(chǎn)線及各種牌號的聚酯樹脂（美、德、荷、英、意、日）和環(huán)氧樹脂（日、德）生產(chǎn)技術(shù)；在成型工藝方面，引進了纏繞管、罐生產(chǎn)線、拉擠工藝生產(chǎn)線、SMC生產(chǎn)線、連續(xù)制板機組、樹脂傳遞模塑(RTM)成型機、噴射成型技術(shù)、樹脂注射成型技術(shù)及漁竿生產(chǎn)線等，形成了從研究、設(shè)計、生產(chǎn)及原材料配套的完整的工業(yè)體系，截止2000年底，我國熱固性樹脂基復(fù)合材料生產(chǎn)企業(yè)達3000多家，已有51家通過ISO9000質(zhì)量體系認(rèn)證，產(chǎn)品品種3000多種，總產(chǎn)量達73萬噸/年，居世界第二位。產(chǎn)品主要用于建筑、防腐、輕工、交通運輸、造船等工業(yè)領(lǐng)域。在建筑方面，有內(nèi)外墻板、透明瓦、冷卻塔、空調(diào)罩、風(fēng)機、玻璃鋼水箱、衛(wèi)生潔具、凈化槽等；在石油化工方面，主要用于管道及貯罐；在交通運輸方面，汽車上主要有車身、引擎蓋、保險杠等配件，火車上有車廂板、門窗、座椅等，船艇方面主要有氣墊船、救生艇、偵察艇、漁船等；在機械及電器領(lǐng)域如屋頂風(fēng)機、軸流風(fēng)機、電纜橋架、絕緣棒、集成電路板等產(chǎn)品都具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模；在航空航天及軍事領(lǐng)域，輕型飛機、尾翼、衛(wèi)星天線、火箭噴管、防彈板、防彈衣、魚雷等都取得了重大突破。

熱塑性樹脂基復(fù)合材料

熱塑性樹脂基復(fù)合材料是20世紀(jì)80年展起來的，主要有長纖維增強粒料(LFP)、連續(xù)纖維增強預(yù)浸帶(MITT)和玻璃纖維氈增強型熱塑性復(fù)合材料(GMT)。根據(jù)使用要求不同，樹脂基體主要有PP、PE、PA、PBT、PEI、PC、PES、PEEK、PI、PAI等熱塑性工程塑料，纖維種類包括玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維和硼纖維等一切可能的纖維品種。隨著熱塑性樹脂基復(fù)合材料技術(shù)的不斷成熟以及可回收利用的優(yōu)勢，該品種的復(fù)合材料發(fā)展較快，歐美發(fā)達國家熱塑性樹脂基復(fù)合材料已經(jīng)占到樹脂基復(fù)合材料總量的30%以上。

高性能熱塑性樹脂基復(fù)合材料以注射件居多，基體以PP、PA為主。產(chǎn)品有管件（彎頭、三通、法蘭）、閥門、葉輪、軸承、電器及汽車零件、擠出成型管道、GMT模壓制品（如吉普車座椅支架）、汽車踏板、座椅等。玻璃纖維增強聚丙烯在汽車中的應(yīng)用包括通風(fēng)和供暖系統(tǒng)、空氣過濾器外殼、變速箱蓋、座椅架、擋泥板墊片、傳動皮帶保護罩等。

滑石粉填充的PP具有高剛性、高強度、極好的耐熱老化性能及耐寒性?；墼鰪奝P在車內(nèi)裝飾方面有著重要的應(yīng)用，如用作通風(fēng)系統(tǒng)零部件，儀表盤和自動剎車控制杠等，例如美國HPM公司用20%滑石粉填充PP制成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)的吸音天花板和轎車的搖窗升降器卷繩筒外殼。

云母復(fù)合材料具有高剛性、高熱變形溫度、低收縮率、低撓曲性、尺寸穩(wěn)定以及低密度、低價格等特點，利用云母/聚丙烯復(fù)合材料可制作汽車儀表盤、前燈保護圈、擋板罩、車門護欄、電機風(fēng)扇、百葉窗等部件，利用該材料的阻尼性可制作音響零件，利用其屏蔽性可制作蓄電池箱等。

我國的熱塑性樹脂基復(fù)合材料的研究開始于20世紀(jì)80年代末期，近十年來取得了快速發(fā)展，2000年產(chǎn)量達到12萬噸，約占樹脂基復(fù)合材料總產(chǎn)量的17%，，所用的基體材料仍以PP、PA為主，增強材料以玻璃纖維為主，少量為碳纖維，在熱塑性復(fù)合材料方面未能有重大突破，與發(fā)達國家尚有差距。

我國復(fù)合材料的發(fā)展?jié)摿蜔狳c

我國復(fù)合材料發(fā)展?jié)摿艽螅毺幚砗靡韵聼狳c問題。

1、復(fù)合材料創(chuàng)新

復(fù)合材料創(chuàng)新包括復(fù)合材料的技術(shù)發(fā)展、復(fù)合材料的工藝發(fā)展、復(fù)合材料的產(chǎn)品發(fā)展和復(fù)合材料的應(yīng)用，具體要抓住樹脂基體發(fā)展創(chuàng)新、增強材料發(fā)展創(chuàng)新、生產(chǎn)工藝發(fā)展創(chuàng)新和產(chǎn)品應(yīng)用發(fā)展創(chuàng)新。到2007年，亞洲占世界復(fù)合材料總銷售量的比例將從18%增加到25%，目前亞洲人均消費量僅為0.29kg，而美國為6.8kg，亞洲地區(qū)具有極大的增長潛力。

2、聚丙烯腈基纖維發(fā)展

我國碳纖維工業(yè)發(fā)展緩慢，從CF發(fā)展回顧、特點、國內(nèi)碳纖維發(fā)展過程、中國PAN基CF市場概況、特點、“十五”科技攻關(guān)情況看，發(fā)展聚丙烯腈基纖維既有需要也有可能。

3、玻璃纖維結(jié)構(gòu)調(diào)整

我國玻璃纖維70%以上用于增強基材，在國際市場上具有成本優(yōu)勢，但在品種規(guī)格和質(zhì)量上與先進國家尚有差距，必須改進和發(fā)展紗類、機織物、無紡氈、編織物、縫編織物、復(fù)合氈，推進玻纖與玻鋼兩行業(yè)密切合作，促進玻璃纖維增強材料的新發(fā)展。

4、開發(fā)能源、交通用復(fù)合材料市場

一是清潔、可再生能源用復(fù)合材料，包括風(fēng)力發(fā)電用復(fù)合材料、煙氣脫硫裝置用復(fù)合材料、輸變電設(shè)備用復(fù)合材料和天然氣、氫氣高壓容器；二是汽車、城市軌道交通用復(fù)合材料，包括汽車車身、構(gòu)架和車體外覆蓋件，軌道交通車體、車門、座椅、電纜槽、電纜架、格柵、電器箱等；三是民航客機用復(fù)合材料，主要為碳纖維復(fù)合材料。熱塑性復(fù)合材料約占10%，主要產(chǎn)品為機翼部件、垂直尾翼、機頭罩等。我國未來20年間需新增支線飛機661架，將形成民航客機的大產(chǎn)業(yè)，復(fù)合材料可建成新產(chǎn)業(yè)與之相配套；四是船艇用復(fù)合材料，主要為游艇和漁船，游艇作為高級娛樂耐用消費品在歐美有很大市場，由于我國魚類資源的減少、漁船雖發(fā)展緩慢，但復(fù)合材料特有的優(yōu)點仍有發(fā)展的空間。

5、纖維復(fù)合材料基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用

國內(nèi)外復(fù)合材料在橋梁、房屋、道路中的基礎(chǔ)應(yīng)用廣泛，與傳統(tǒng)材料相比有很多優(yōu)點，特別是在橋梁上和在房屋補強、隧道工程以及大型儲倉修補和加固中市場廣闊。

6、復(fù)合材料綜合處理與再生

篇8

關(guān)鍵詞：功能高分子材料；納米技術(shù)；可生物降解；

高分子材料早已經(jīng)滲透到。我們?nèi)祟惿畹姆椒矫婷?，在日常生活處處。都有著重要的?yīng)用。所以我們每個人都。對于高分子材料不陌生。它又叫聚合物材料，通常指的是無數(shù)個小分子化合物再通過化學(xué)鍵，形成的大分子化合物。生活里可見的聚合物材料主要有合成橡膠、合成塑料、合成纖維這三種。到上世紀(jì)六十年代左右，這些聚合物材料已經(jīng)可以用來制造衣服、日常用品及各種工業(yè)材料，滿足相關(guān)行業(yè)的需求。在未來，高分子材料主要運用領(lǐng)域分別是：納米高分子材料復(fù)合應(yīng)用、高分子材料功能化、生物可降解高分子材料開發(fā)。以及航天工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用。

一、高分子材料功能化發(fā)展

功能高分子材料是一種聚合物大分子，它大多來自于半人工及人工合成的高分子材料。它與一般的聚合物有很大的不同，在化學(xué)性質(zhì)及物理性能上都發(fā)生了很大的變化，主要是增加了一些光學(xué)、電學(xué)等方面的特殊功能。在高分子研究中，有一個特殊領(lǐng)域，就是功能高分子，也就是那些數(shù)量甚微、作用特別、性能獨特卻是運用新技術(shù)時必不可少的高分子材料。

隨著科技的進步，以及社會經(jīng)濟的發(fā)展，新能源開發(fā)、交通和航天技術(shù)、微電子技術(shù)、生物醫(yī)藥等多個領(lǐng)域都如雨后春筍般蓬勃發(fā)展，這些領(lǐng)域的發(fā)展離不開功能高分子材料這個重要的基礎(chǔ)。

在功能設(shè)計方面，高分子材料的主要作用是：

1）用分子設(shè)計來合成新的功能。如研制非晶質(zhì)光盤（APO）；

2）以特別加工來增添材料功能特性。如功能高分子膜和塑料光纖；

3）用兩種或兩種以上性能不同或者功能各異的材料，加以復(fù)合之后形成新材料所具有的功能，如EMI/RFI屏蔽導(dǎo)電、塑料、高分子磁性體和復(fù)合層積復(fù)合填料；

4）對材料的表面進行處理，從而讓材料具備新功能，如EMI/RFI屏蔽導(dǎo)電塑料、表面處理法。

功能設(shè)計，這一理論在所有功能高分子材料領(lǐng)域內(nèi)都得到了運用，這自然也同其材料的研究方向緊密相關(guān)。在生物醫(yī)藥上，有研究者利用電化學(xué)反應(yīng)，模仿自然骨的成分及其產(chǎn)生過程，讓膠原通過微環(huán)境及反應(yīng)動力，實現(xiàn)分子自組裝和礦化，最終獲得有關(guān)成份、骨組織及其結(jié)構(gòu)。利用相似度極高的生物活性涂層以及調(diào)控生物活性因子促進骨的生長。這種技術(shù)可以提高醫(yī)用移植體相關(guān)材料的生物活性，從而可以加速治好患病的骨骼。

由于功能高分子材質(zhì)具備與眾不同的出色作用，它可以替換許多功能材料，并可以通過功能高分子材質(zhì)來改善其他材料的性能，讓其變成一種全新的功能材料。有鑒于此，功能高分子材料及特種高分子材料在國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)受到越來越高的重視，科學(xué)家開展的相關(guān)研究也非常多。因此，發(fā)展功能高分子，其涉及面O廣，關(guān)系到許多學(xué)科的研究。我國也非常關(guān)注這一領(lǐng)域的研究，在自主研發(fā)的基礎(chǔ)上，加強國際交流，目前相關(guān)水平已處在世界的前列。

二、運用納米技術(shù)，改性高分子材料

納米技術(shù)一般是來鉆研納米材料的特性和對其結(jié)構(gòu)進行制造的工藝。當(dāng)一種東西在現(xiàn)代化手段下以納米來描述時，那么它本身的作用便會產(chǎn)生一些變化，從而出現(xiàn)一些奇特的現(xiàn)象，表現(xiàn)出和普通物質(zhì)不一樣的性質(zhì)。并且，若是把具有特殊性質(zhì)的粒子和其他高分子物質(zhì)混合時，這種特殊的粒子會使高分子物質(zhì)發(fā)生性能的改變。所以，在改變高分子物質(zhì)的過程中，運用的納米技術(shù)有兩種：一是對這兩種物質(zhì)加以合成，二是用納米粒子影響高分子材料的性能。第一種占得比例最多。

舉個例子，在探究苯乙烯一丙烯酸醋IPN/MMT納米復(fù)合阻尼材料時，可將這兩種物質(zhì)時行復(fù)合，據(jù)此提高其抗震、降噪的效果。結(jié)合眾多實驗結(jié)果，我們可以知道，聚合物基體中平均分布了二維納米片之后，該材料原本的能量將會有很大的升高，與此同時，基體材料的增韌性更好，耐磨性更強，阻透性也大大提高，也發(fā)送了其抗菌性以及抗老化性能，同時防紫外線的能力也有所提高。

又比如，把納米無機粘土粒子利用其他的改性劑，在化學(xué)反應(yīng)后得到的納米粒子片層，與尼龍等其他材料混合，得到的新材料的阻止燃燒的功能更加好。將納米材料和它的結(jié)構(gòu)的多種特性組合使用，能夠產(chǎn)生其他的多種新的材料。

三、生物可降解高分子材料的發(fā)展

在特定時間及一定條件下，微生物或其分泌物利用化學(xué)分解的形式，可以獲得降解的新材料。

高分子材料已在日常生產(chǎn)及生活中得到了廣泛的應(yīng)用?？墒?，由于它無法循環(huán)使用，不易分解，加上用量很大，久而久之，就給環(huán)境帶來了比較厲害的化學(xué)污染。一般情況下，在降解這些廢棄的塑料制品時，最廣泛使用的辦法是挖坑埋掉或者燒掉，然而，這些方法都會對環(huán)境造成不可彌補的傷害。

譬如，我們的日常生活中，超市購物，買菜，包裝，全都用塑料制品，面對這一現(xiàn)象，四川有一家生物科技公司研制了一種抑菌的可降解的包裝食物的材質(zhì)，先把殼聚糖通過輻射法作出輻照降解，再混入偶聯(lián)劑助劑溶液，攪拌均勻，而后通過干燥使溶劑脫離后，再和聚己內(nèi)酯類可降解高分子材料混合在一起得出。聚己內(nèi)酯可以全部的溶解掉，而殼聚糖則可以抑制某些微生物的生存繁衍。

所以，在研究這一新材料時，重點是研究出可降解的聚合物，如何對已經(jīng)存在的可降解聚合物加以利用，經(jīng)濟意義是十分明顯的，值得研究。

四、先進高分子材料在航天工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

自中華人民共和國建立以后，航天工業(yè)獲得了長足進步，其代表是兩彈一星，這也促進了相關(guān)新材料的科研及發(fā)展。進入新時代，我國又陸續(xù)開展了載人航天及探月工程等一系列重大科研項目，這自然也離不開更多新材料的支持，在這個領(lǐng)域，一些關(guān)鍵的材料研制獲得突破性進展。這里面就包括高分子材料。它是發(fā)展航天工業(yè)必備的配套產(chǎn)品，一般包含橡膠、膠黏劑、工程塑料、密封劑和涂料等。

五、結(jié)語

本人從思考人類生存的環(huán)境問題出發(fā)，在建設(shè)環(huán)境友好型社會的基礎(chǔ)上，形成了上述四個基本觀點。當(dāng)下，人們研究高分子材料，在目的及目標(biāo)等方面，改變都十分明顯：以往研究的目的是給人們的生活帶來方便，如今則開始注意環(huán)境安全，不浪費能源與物質(zhì)，循環(huán)使用，同時研發(fā)出能耗低、效率高的新材料。毫無疑問，環(huán)境因素已成為今后任何研發(fā)工作所需要重點考慮的問題。對于從事新材料研發(fā)工作的人們來說，只有研發(fā)出無毒、綠色、功能化、可降解的材料，與環(huán)境有利，才能解決白色、黑色等方面的污染問題。

參考文獻：

[1]謝建玲.現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用，1995.

篇9

生物醫(yī)學(xué)材料是一類對人體細(xì)胞、組織、器官具有增強、替代、修復(fù)、再生作用的新型功能材料。它有獨特的基本要求：①具有生物相容性，要求材料在使用期間，同機體之間不產(chǎn)生有害作用，不引起中毒、溶血、凝血、發(fā)熱、過敏等現(xiàn)象；②具有生物功能性，在生理環(huán)境的約束下能夠發(fā)揮一定的生理功能；③具有生物可靠性，無毒性，不致癌、不致畸、不致引起人體組織細(xì)胞突變和組織細(xì)胞反應(yīng)（即“三致物質(zhì)”），有一定的使用壽命，具有與生物組織相適應(yīng)的物理機械性能；④化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，抗體液、血液及酶的作用；⑤針對不同的使用目的具有特定功能。按生物醫(yī)用材料性質(zhì)的不同可分為四大類：①醫(yī)用金屬材料。主要用于硬組織的修復(fù)和置換，有鈷合金（Co-Cr-Ni）、不銹鋼、鈦合金（Ti-6Al-4V）、貴金屬系、形狀記憶合金、金屬磁性材料等7類，廣泛用于齒科填充、人工關(guān)節(jié)、人工心臟等。②醫(yī)用高分子材料。有天然與合成兩類，通過分子設(shè)計與功能拓展，即合金化、共混、復(fù)合（ABC）等技術(shù)手段，可獲得許多具有良好物理機械性能和生物相容的新型生物材料。③生物陶瓷材料。有惰性生物陶瓷（氧化鋁陶瓷材料、醫(yī)用碳素材料等）和生物活性陶瓷（羥基磷灰石、生物活性玻璃等）。④醫(yī)用復(fù)合材料。由兩種或者兩種以上不同性質(zhì)材料復(fù)合而成，取長補短，達到功能互補。主要用于修復(fù)或者替換人體組織、器官或增進其功能以及人工器官的制造。膠原屬于細(xì)胞外基質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，根據(jù)分子結(jié)構(gòu)決定功能和性質(zhì)的原則。其分子量大小、形狀、化學(xué)反應(yīng)以及獨特的生物分子等對功能、性質(zhì)起著決定性作用。膠原來源廣泛，資源豐富，性質(zhì)特殊。是21世紀(jì)生物醫(yī)學(xué)材料研究和應(yīng)用的熱點和重點[1]。

1膠原生物醫(yī)學(xué)材料的優(yōu)勢

（1）低免疫源性。組織膠原具有一定的免疫性，20世紀(jì)90年代研究發(fā)現(xiàn)，其免疫源性來自于端肽及變性膠原和非膠原蛋白質(zhì)，在提取膠原時，除去端肽及純化分離掉變性膠原和非膠原蛋白，能得到極弱免疫原性的膠原材料。（2）與宿主細(xì)胞及組織之間的協(xié)調(diào)作用。其特點：①膠原有利于細(xì)胞的存活和促進不同類型細(xì)胞的生長；②膠原不但可增加細(xì)胞黏結(jié)，而且有利于控制細(xì)胞的形態(tài)、運動、骨架組裝及細(xì)胞增殖與分化。（3）止血作用。膠原的四級特殊結(jié)構(gòu)能使血小板活化、釋放出顆粒成分，起到迅速凝血的作用。（4）可生物降解性。膠原是一種特殊的生物降解材料，其降解性作為器官移植的基礎(chǔ)。（5）物理機械性能。膠原的三螺旋結(jié)構(gòu)以及自身交聯(lián)而成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使其具有很高的強度，可滿足機體對機械強度的要求；另外通過進一步的交聯(lián)增強其強度，而且采用不同的交聯(lián)劑可獲得不同的強度和韌性材料。通過復(fù)合和接枝共聚能獲得更多性能優(yōu)良的材料。（6）組織工程（Tissueengineering）。膠原的優(yōu)良特性使其在組織工程中扮演更重要的角色，大量應(yīng)用于臨床，前景廣闊。

2膠原在生物臨床醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

[2]（1）手術(shù)縫合線。當(dāng)前應(yīng)用的天然與合成材料制備縫合線均存在這樣那樣的不足和缺陷，或者不能自然吸收，需要拆線；或者與組織反應(yīng)大，引起發(fā)炎、造成傷口瘢痕明顯；或者吸收時間過長等。而膠原制備的縫合線既有與天然絲一樣的高強度，又有可吸收性；使用時有優(yōu)良的血小板凝聚性能，止血效果好，有較好的平滑性和彈性，縫合結(jié)頭不易松散，操作過程中不易損傷肌體組織?？刹捎脧?fù)合與交聯(lián)改性方法提高縫合線功能和性能，制備的可吸收縫合線有：①純膠原可吸收縫合線；②膠原/聚乙烯醇共混復(fù)合；③膠原/殼聚糖復(fù)合可吸收縫合線；④膠原/殼聚糖/聚丙烯酰胺復(fù)合可吸收縫合線。（2）止血纖維。膠原纖維是一種天然的止血劑和凝血材料，且止血功能優(yōu)異。膠原纖維是一種集止血、消炎、促愈為一體，可被組織吸收，無毒、無副作用的醫(yī)用功能纖維，相比于以前使用的氧化纖維素、羧甲基纖維素及明膠海綿等止血材料，其效果要好的多。（3）止血海綿。膠原海綿有良好的止血作用，能使創(chuàng)口滲血區(qū)血液很快凝結(jié)，被人體組織吸收，一般用于內(nèi)臟手術(shù)時的毛細(xì)血管滲出性出血。臨床應(yīng)用于普外科、心血管外科、整形外科、泌尿外科、骨科、皮膚科、燒傷科、婦產(chǎn)科以及口腔科、耳鼻喉科、眼科等幾乎所有的手術(shù)。（4）代血漿。當(dāng)人體由于外傷或其他原因發(fā)生意外急性失血時，最佳方法必須立刻輸血，但眾所周知，血液來源非常困難！而且不能長久保存，輸血之前還需鑒定血型和配型。因此，尋找理想的代用品成為人們的夢想。20世紀(jì)50年明膠代血漿受到重視，且符合血漿的條件和性質(zhì)，國外已大量使用，我國正在積極推進其產(chǎn)業(yè)化。國外明膠類代血漿有脲交聯(lián)明膠、改性液體明膠和氧化聚明膠3種。國內(nèi)有氧化聚明膠、血安定（Gelofu-sine）海星明膠和血代（Haemaccel）。（5）水凝膠。水凝膠是一些由親水大分子吸收了大量水分形成的溶脹交聯(lián)狀態(tài)的半固體（三維網(wǎng)絡(luò)），能保持大量水分而不溶解，具有良好的溶脹性、柔軟性和彈性，以及較低的表面張力等特殊性質(zhì)。交聯(lián)方式有共價鍵、離子鍵和次級鍵（范德華力、氫鍵等）。水凝膠是高分子凝膠中的一類，可分為物理凝膠和化學(xué)凝膠。為改善性能需對天然高分子與合成高分子進行共混復(fù)合制備新型水凝膠（互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠），現(xiàn)已取得很大進展。制成的復(fù)合材料有膠原/聚甲基丙烯酸羥乙酯水凝膠、膠原/聚乙烯醇水凝膠、膠原/聚異丙酰胺水凝膠、膠原/殼聚糖水凝膠等。（6）敷料。敷料是能夠起到暫時保護傷口、防止感染、促進愈合作用的醫(yī)用材料。有普通敷料（常用植物纖維紗布）、生物敷料（膠原蛋白及其改性產(chǎn)品以及左旋糖酐、殼聚糖、淀粉磷酸酯等）、合成敷料和復(fù)合敷料等四種。開發(fā)使用的品種有海綿型敷料、膠原膜敷料、凝膠敷料。（7）人工皮膚。

人工皮膚是在創(chuàng)傷敷料基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種皮膚創(chuàng)傷修復(fù)材料和損傷皮膚的替代品。其制備方法采用復(fù)合與交聯(lián)法，一是提高膠原的機械強度；二是膠原與其他天然高分子進行雜化改善機械性能和生物活性。（8）人工血管。人工血管是近年來組織工程（一門多學(xué)科的交叉科學(xué)）研究的重點之一。當(dāng)今臨床應(yīng)用的人工血管主要是人工合成材料制成的，最早是滌綸纖維編織的人工血管，但只能對大口徑血管有較短的替代作用。后來開發(fā)聚四氟乙烯（PTFE）、聚氨酯（PU）、膨體聚四氟乙烯（ePTFE），并采取多種方法進行改性，以適應(yīng)血管植入的要求。此外，還有生物降解材料如聚乙醇酸（PGA）、聚乳酸（PLA）、聚乳酸異構(gòu)體（PLLA）等。（9）人工食管。分為兩種，一種是用自身的其他組織或器官（如結(jié)腸、空腸、胃、胃管和游離的空腸等）加工而成，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于臨床，優(yōu)缺互見；另一種是人工合成材料加工而成，比如塑料管、金屬管、PTFE管、硅膠管等，效果均不理想。最早制成使用的聚乙烯（PE）管，此后發(fā)展了PTFE、硅橡膠、硅膠涂覆的滌綸編織管（PET）、碳纖維管等。近年以來，使用聚乙烯醇（PVA）、PLA降解塑料。用降解塑料制作無細(xì)胞支架的人工食管、組織工程化食管等。（10）心臟瓣膜。分為機械瓣膜（金屬瓣）和生物瓣膜。心臟瓣膜支架材料有可降解合成高分子和生物高分子?？山到夂铣筛叻肿佑蠵LA、PGA及二者共聚物（PGLA），此外還有聚β—羥基烷酸酯、聚羥基丁酸酯（PHB）；生物高分子材料有膠原、纖維蛋白凝膠、去細(xì)胞瓣膜支架等。（11）骨的修復(fù)和人工骨。目前仍以金屬（不銹鋼、鈷鉻合金、鈷鎳合金、鈦合金）為主；高分子材料，諸如PTFE、聚硅氧烷、高密度聚乙烯（HDPE）、陶瓷（結(jié)晶氧化鋁、羥基磷灰石）以及復(fù)合材料。膠原以其獨特的性能成為不可或缺的生物材料，在骨修復(fù)中起舉足輕重作用。①在組織引導(dǎo)再生術(shù)中（guidedtissueregeneration,GTR）能起到“誘導(dǎo)成骨”、“傳導(dǎo)成骨”，實現(xiàn)再生修復(fù)和骨愈合的作用。②組織工程化骨組織的構(gòu)建。包括三個方面：一是尋求能夠作為細(xì)胞移植與引導(dǎo)新骨生長的支架結(jié)構(gòu)作為細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）的替代物；二是種子細(xì)胞；三是組織工程骨的組織還原（骨缺損修復(fù)）。（12）角膜與神經(jīng)修復(fù)。角膜膠原膜和組織工程化角膜；人工神經(jīng)支架采用膠原、膠原/殼聚糖或膠原/糖胺聚糖等。（13）藥物載體。藥物載體由高分子材料充當(dāng)，大多數(shù)為傳遞系統(tǒng)，其主要成分是膠原和明膠。有膠原膜、膠原海綿、藥用膠囊和微膠囊和丸劑與片劑。（14）固定化酶載體。膠原可作為細(xì)胞或酶的載體，其特點：①膠原本身是蛋白質(zhì)，對酶和細(xì)胞的親和性是其他材料不可及的；②膠原蛋白成膜性好，可制成各種酶膜；③膠原蛋白肽鏈上具有許多官能團，諸如羧基、氨基、羥基等，易于吸附和固化。膠原蛋白有很好的生物相容性，在體內(nèi)可被逐步吸收，交聯(lián)接枝共聚后賦予了材料良好的物理機械性能，且可在體內(nèi)長期保存。廣泛應(yīng)用于人體的各個部位。生物醫(yī)學(xué)材料在人體的應(yīng)用部位，詳見圖1[3]。

篇10

【文章編號】0450-9889（2017）06C-0078-02

高分子材料是化工產(chǎn)品的一個分支，是目前發(fā)展最快、應(yīng)用前景最廣且最具生命力的一類化工產(chǎn)品；高分子行業(yè)的迅猛發(fā)展，急需大量復(fù)合型人才。而大多數(shù)高校高分子材料專業(yè)的人才培養(yǎng)側(cè)重在材料的合成等偏理論方面，對高分子材料加工成型為終極產(chǎn)品的工藝環(huán)節(jié)關(guān)注的程度不高。廣西大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)在化工材料加工工藝方面開設(shè)了系統(tǒng)的專業(yè)課程群，為“高分子材料成型與工藝”課程的設(shè)置打下了堅實的理論基礎(chǔ)。然而，廣西大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)沒有開設(shè)過高分子物理、高分子化學(xué)、高分子材料、聚合物加工原理、高分子材料基礎(chǔ)等高分子基礎(chǔ)或?qū)I(yè)基礎(chǔ)課程，且該專業(yè)作為一個覆蓋范圍廣泛的交叉的專業(yè)，開設(shè)的專業(yè)課程很多，所有的專業(yè)課程學(xué)時都高度壓縮。在高分子材料理論知識缺乏、課程學(xué)時數(shù)少、無配套實驗的背景下，本文從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、創(chuàng)新能力培養(yǎng)等方面對“高分子材料成型與工藝”課程教學(xué)改革進行探索。

一、教材的選用

廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院“高分子材料成型與工藝”課程剛開設(shè)時，選用的教材是史玉升等編著的《高分子材料成型工藝》，學(xué)生通過學(xué)習(xí)可以掌握高分子材料的制備、性能、成型、評價及應(yīng)用，全面系統(tǒng)地了解高分子材料成型技術(shù)的最新知識。教學(xué)過程中，學(xué)生反映這本教材的難度太大，因為“高分子材料成型與工藝”是一門專業(yè)技術(shù)課程，需在完成化工熱力學(xué)、化工原理、物理化學(xué)、有機化學(xué)、無機化學(xué)、分析化學(xué)、高分子物理和化學(xué)、高分子材料、聚合物加工原理、高分子材料基礎(chǔ)等基礎(chǔ)理論課和專業(yè)基礎(chǔ)課程后，對學(xué)生進行綜合訓(xùn)練。

“高分子材料成型與工藝”課程是在大三第一學(xué)期開設(shè)的專業(yè)課，此時學(xué)生已經(jīng)修完化工熱力學(xué)、化工原理、物理化學(xué)、有機化學(xué)、無機化學(xué)、分析化學(xué)等基礎(chǔ)理論課，然而基本沒有學(xué)過高分子物理、高分子化學(xué)、高分子材料、聚合物加工原理、高分子材料基礎(chǔ)等專業(yè)基礎(chǔ)課，高分子材料方面的基礎(chǔ)較差，加上這本教材講述的理論知識較少，所以學(xué)起來較吃力。根據(jù)學(xué)生的反映，學(xué)院及時更換了教材，采用周達飛等主編的《高分子材料成型加工》“九五”重點教材，該教材高度概括了高分子材料的最基礎(chǔ)的知識，對加工成型影響很大的高分子流變學(xué)基礎(chǔ)知識進行較全面深入的介紹，全面介紹了高分子材料成型加工最常用的基本工藝，也兼顧了新技術(shù)和新方法，難度適中，得到學(xué)生好評。

二、教學(xué)內(nèi)容的改革

高分子材料成型技術(shù)涉及化學(xué)、材料、材料加工、機械等多種學(xué)科，“高分子材料成型與工藝”課程是一門專業(yè)技術(shù)課程，需要廣泛的理論知識基礎(chǔ)。化學(xué)工程與工藝專業(yè)的學(xué)生基本無高分子材料理論基礎(chǔ)知識，學(xué)習(xí)起來的確難度很大。非高分子材料專業(yè)的“高分子材料成型與工藝”課程要以“高分子材料―成型加工―制品性能”這條主線展開教學(xué)內(nèi)容，重點掌握三者的關(guān)系，強調(diào)成型加工對制品性能的重要性，這是本課程的主題思想，也是高分子材料的工程特征；選用“九五”重?c教材《高分子材料成型加工》，充分利用國內(nèi)外重要專業(yè)期刊了解行業(yè)最新動態(tài)，不斷更新及補充教學(xué)內(nèi)容，確保教學(xué)內(nèi)容的先進性；在教學(xué)內(nèi)容安排上，以高分子材料成型加工的大工程觀點為著眼點，以寬專業(yè)為目標(biāo)，概況高分子材料理論基礎(chǔ)和概念（詳細(xì)的內(nèi)容指定參考范圍讓學(xué)生利用課外時間自學(xué)），從高分子材料的加工原理出發(fā)，著重對成型加工工藝進行討論。從高分子材料的成型加工的共性出發(fā)，對模壓、擠出、注塑及壓延四大成型技術(shù)及工藝進行重點講授，然后講授塑料、橡膠及復(fù)合材料的成型特點和區(qū)別，對于一些新的成型方法，以及教材中未涉及而在一些科技文獻中見報道的新的成型方法及工藝，教師建立了QQ群這樣的交流平臺，并將高分子領(lǐng)域權(quán)威的一些微信公眾號分享到平臺上，經(jīng)常轉(zhuǎn)發(fā)高分子材料國際國內(nèi)的重要進展到平臺，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，讓學(xué)生以興趣為導(dǎo)向自動組成興趣學(xué)習(xí)小組的方式進行自學(xué)。筆者首先通過課內(nèi)課外結(jié)合強化高分子理論基礎(chǔ)與概念，對成型加工影響最大的流變性在課堂上進行詳細(xì)介紹，而其他性能如穩(wěn)定性、電性能、光性能等材料性能則作為課外學(xué)習(xí)內(nèi)容，在有限的學(xué)時內(nèi)，節(jié)選核心內(nèi)容，把高分子材料合成、性能、加工及相互間的影響規(guī)律簡要完整地介紹。比如教材中同一種成型方法按不同的應(yīng)用體系分成很多小結(jié)，而教學(xué)過程中每種成型工藝僅以一種材料為代表來講，但不同章節(jié)會選不同的材料體系來進行，比如講橡膠的壓延，那么注塑可能選塑料，而擠出可能選復(fù)合材料，這樣來兼顧各類高分子材料的成型。

三、教學(xué)方法的改革

教學(xué)方法是影響教學(xué)目標(biāo)是否能夠?qū)崿F(xiàn)、實現(xiàn)的程度和效率的關(guān)鍵。非高分子材料專業(yè)的“高分子材料成型與工藝”課程教學(xué)存在兩個難點：一是許多內(nèi)容涉及高分子加工機械、設(shè)備結(jié)構(gòu)及操作過程，這要求有實際感性認(rèn)識和直觀性；二是該課程的理論性和實踐性都很強，如何在教學(xué)過程中實現(xiàn)理論與實際的結(jié)合，用理論來解釋生產(chǎn)中的實際問題，或以具體實例來說明理論，促使學(xué)生真正掌握知識。針對這些問題，“高分子材料成型與工藝”課程在教學(xué)過程中對教學(xué)方法、教學(xué)手段進行了改革。

（一）現(xiàn)代化教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合?！案叻肿硬牧铣尚团c工藝”課程中許多內(nèi)容涉及高分子加工機械、設(shè)備結(jié)構(gòu)及操作過程，這要求有實際感性認(rèn)識和直觀性，同時，該課程的理論性和實踐性都很強。筆者根據(jù)所選用教材，利用PowerPoint加入聲音、圖像、動畫、視頻等各種多媒體信息，并根據(jù)需要設(shè)計各種演示效果，將抽象、生澀難懂的知識形象生動地展示給學(xué)生，激起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣、吸引他們的注意力，大大加深學(xué)生對知識的理解和印象。由于化學(xué)化工學(xué)院缺乏相應(yīng)的高分子材料成型教學(xué)設(shè)備，教學(xué)小組聯(lián)系外界資源制作了幾個基本成型工藝的微課，同時廣泛收集案例、動畫演示及成型錄像，不斷補充到授課內(nèi)容中，讓學(xué)生對高分子成型工藝及設(shè)備等有更直觀的認(rèn)識，對課件內(nèi)容進行更新和完善，豐富課堂內(nèi)容，加大課堂信息量，使學(xué)生獲得對高分子材料成型加工的理性和感性雙重認(rèn)識，使教學(xué)達到事半功倍的效果。

同時，教師也要注意吸取傳統(tǒng)教學(xué)中講解的優(yōu)點，將教師的語言、激情和應(yīng)變能力體現(xiàn)在多媒體教學(xué)中，并用眼神、情感、心靈與學(xué)生溝通，必要時還要進行板書，讓學(xué)生徹底把握一些關(guān)鍵問題。

（二）采用“任務(wù)驅(qū)動”教學(xué)法和啟發(fā)式互動式教學(xué)。與傳統(tǒng)的以教師為主體的“填鴨式”“灌輸式”教學(xué)方式不同，筆者在部分知識點的授課中嘗試采用“任務(wù)驅(qū)動”教學(xué)法，從傳統(tǒng)教學(xué)的講授、灌輸和教師主宰課堂，轉(zhuǎn)變?yōu)榻M織和引導(dǎo)；從單純講解轉(zhuǎn)變?yōu)榕c學(xué)生進行適當(dāng)?shù)慕涣骱吞接憽９P者在講述“高分子材料配方設(shè)計”這一章內(nèi)容時，并沒有按照書本來進行，而是布置了一道思考題“設(shè)計食品袋的配方”，讓學(xué)生通過自學(xué)課本內(nèi)容與上網(wǎng)查找相關(guān)知識等來完成這一思考題，并在學(xué)生完成后讓他們用PPT來展示成果，通過討論的形式與學(xué)生探討了配方設(shè)計中的一些原則與內(nèi)容。

啟發(fā)式互動式教學(xué)強調(diào)先讓學(xué)生積極思考，再進行適時啟發(fā)；教師不僅要加強自身專業(yè)素養(yǎng)和知識積累，而且更重要的是建立師生互動的教學(xué)過程，并營造良好的課堂教學(xué)氛圍，實現(xiàn)教學(xué)相長；教師注意自己角色的轉(zhuǎn)變，良好的學(xué)習(xí)情境可使學(xué)生了解學(xué)習(xí)任務(wù)的必要性和與學(xué)習(xí)任務(wù)相關(guān)的學(xué)習(xí)信息，從而激發(fā)學(xué)習(xí)意愿和濃厚的學(xué)習(xí)興趣；在教學(xué)過程中，對于重要的知識點，通過案例教學(xué)，與學(xué)生共同分析和討論，啟發(fā)學(xué)生進行思考，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。