導(dǎo)語：如何才能寫好一篇天然高分子材料的應(yīng)用，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

高分子的概念

首先，什么是高分子？從化學(xué)角度來定義，高分子是由分子量很大的長(zhǎng)鏈分子所組成，而每個(gè)分子鏈都是由共價(jià)鍵聯(lián)合的成百上千的一種或多種小分子構(gòu)造而成。我們?nèi)粘Ｋ佑|到的大分子、聚合物以及高聚物都可以稱為高分子。高分子通常有如下兩個(gè)特點(diǎn)：1.高分子的分子量很高，其相對(duì)分子量為1萬～100萬，很高的分子量也賦予了高分子材料很高的機(jī)械強(qiáng)度，從而決定了它們具有很好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。2.高分子的結(jié)構(gòu)千變?nèi)f化，一般材料的性能是由材料的結(jié)構(gòu)所決定的，我們可以根據(jù)實(shí)際需求，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方法制出不同性能的高分子材料。

高分子材料發(fā)展歷史

高分子一詞的產(chǎn)生不足一百年，最早于1922年由著名德國化學(xué)家赫爾曼·施陶丁格提出，但其應(yīng)用卻已有幾千年的歷史。從人類最開始利用蠶絲、棉、毛等織成織物，到后來用木材、棉、麻等造紙，人類在利用這些天然高分子作為生活資料和生產(chǎn)資料中不斷進(jìn)步。到了19世紀(jì)30年代，天然高分子衍生物即改性或半合成天然高分子材料被使用，其中典型代表就是硫化橡膠和硝化纖維素的使用。1907年出現(xiàn)合成高分子——酚醛樹脂，標(biāo)志合成高分子時(shí)代的到來，從此，合成高分子材料逐漸在諸多領(lǐng)域大放異彩。如今，高分子材料已經(jīng)成為社會(huì)進(jìn)步中不可或缺的基石，在日常生活、國防工業(yè)、科技發(fā)展等各個(gè)領(lǐng)域占有舉重輕重的地位。

高分子材料分類

如上所述，高分子按來源可以分為天然高分子、天然高分子衍生物、合成高分子三大類。天然高分子是存在于動(dòng)物、植物及生物體內(nèi)的天然物質(zhì)，如植物中的淀粉、纖維素、棉、麻等以及動(dòng)物中的蛋白質(zhì)、糖類、毛發(fā)等等。天然高分子可通過化學(xué)改性成天然高分子衍生物，從而改變其加工性能和使用性能，例如硫化橡膠、硝酸纖維素等。合成高分子是指自然界中不存在，通過化學(xué)方法合成的高分子，如我們常見的聚乙烯、聚氯乙烯、尼龍等等。與天然高分子材料相比，合成高分子材料通常具有較好的力學(xué)性能、低密度、耐腐蝕性、耐磨性等一系列優(yōu)異的性能。

此外，高分子材料根據(jù)其應(yīng)用功能又可以分為通用高分子材料及功能高分子材料。

通用高分子材料是指能夠通過大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，并普遍應(yīng)用于建筑、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、電子工業(yè)等國民經(jīng)濟(jì)主要領(lǐng)域和人們?nèi)粘Ｉ畹母叻肿硬牧?，如塑料、橡膠、纖維、粘合劑、涂料等。通用高分子材料給人類生活帶來了極大的改變。以使用最多的塑料、橡膠和纖維為例，塑料的使用已經(jīng)滲透到我們生活的方方面面，從日常食品、化妝品、藥瓶等包裝，到建材管道、電子器件、家居裝修及日常用品，再到汽車、火車裝飾甚至航天設(shè)施。橡膠主要是用來制作輪胎，除此之外，由橡膠作為原材料制作的密封制品（密封條、橡膠圈等）、膠管、傳動(dòng)帶及安全制品等在汽車、航空航天及國防裝置中都發(fā)揮著極其重要的作用。合成纖維的出現(xiàn)首先解決了天然纖維種植的制約，隨后隨著技術(shù)的進(jìn)步，從我們常穿的的確良（滌綸）、尼龍（錦綸）等，到消防員所穿的聚酰亞胺防火服，以及防彈衣中的碳纖維都屬于合成纖維。合成纖維性能優(yōu)異，能夠滿足不同領(lǐng)域需求的纖維得到廣泛應(yīng)用。

功能高分子材料一般是指具有傳遞、轉(zhuǎn)換或貯存物質(zhì)、能量和信息作用的高分子及其復(fù)合材料。其突出特點(diǎn)在于其特殊的光、電、磁、催化等性能，具體如光敏高分子材料、導(dǎo)電高分子材料、鐵磁性高分子材料以及生物高分子材料。因其功能的獨(dú)特性，功能高分子材料在諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。如光?dǎo)高分子材料用于靜電復(fù)印、噴墨打印等領(lǐng)域，極大地提高了辦公效率；導(dǎo)電功能高分子材料用于電池、電路、精密儀器等，大大提高了傳導(dǎo)效率；高分子分離膜在水污染處理、物質(zhì)分離等環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用，降低了生產(chǎn)處理成本，利于環(huán)境保護(hù)；最后還有與生命息息相關(guān)的生物醫(yī)用功能高分子材料，在人工器官、外科修復(fù)以及藥物及藥物釋放等方面，獲得越來越多的關(guān)注。

高分子材料的未來發(fā)展

篇2

1、生物可降解高分子材料概念及降解機(jī)理

生物可降解高分子材料是指在一定的時(shí)間和一定的條件下，能被微生物或其分泌物在酶或化學(xué)分解作用下發(fā)生降解的高分子材料。

生物可降解的機(jī)理大致有以下3種方式：生物的細(xì)胞增長(zhǎng)使物質(zhì)發(fā)生機(jī)械性破壞；微生物對(duì)聚合物作用產(chǎn)生新的物質(zhì)；酶的直接作用，即微生物侵蝕高聚物從而導(dǎo)致裂解。一般認(rèn)為，高分子材料的生物可降解是經(jīng)過兩個(gè)過程進(jìn)行的。首先，微生物向體外分泌水解酶和材料表面結(jié)合，通過水解切斷高分子鏈，生成分子量小于500的小分子量的化合物；然后，降解的生成物被微生物攝入人體內(nèi)，經(jīng)過種種的代謝路線，合成為微生物體物或轉(zhuǎn)化為微生物活動(dòng)的能量，最終都轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳。

因此，生物可降解并非單一機(jī)理，而是一個(gè)復(fù)雜的生物物理、生物化學(xué)協(xié)同作用，相互促進(jìn)的物理化學(xué)過程。到目前為止，有關(guān)生物可降解的機(jī)理尚未完全闡述清楚。除了生物可降解外，高分子材料在機(jī)體內(nèi)的降解還被描述為生物吸收、生物侵蝕及生物劣化等。生物可降解高分子材料的降解除與材料本身性能有關(guān)外，還與材料溫度、酶、PH值、微生物等外部環(huán)境有關(guān)。

2、生物可降解高分子材料的類型

按來源，生物可降解高分子材料可分為天然高分子和人工合成高分子兩大類。按用途分類，有醫(yī)用和非醫(yī)用生物可降解高分子材料兩大類。按合成方法可分為如下幾種類型。

2.1微生物生產(chǎn)型

通過微生物合成的高分子物質(zhì)。這類高分子主要有微生物聚酯和微生物多糖，具有生物可降解性，可用于制造不污染環(huán)境的生物可降解塑料。如英國ICI公司生產(chǎn)的“Biopol”產(chǎn)品。

2.2合成高分子型

脂肪族聚酯具有較好的生物可降解性。但其熔點(diǎn)低，強(qiáng)度及耐熱性差，無法應(yīng)用。芳香族聚酯(PET)和聚酰胺的熔點(diǎn)較高，強(qiáng)度好，是應(yīng)用價(jià)值很高的工程塑料，但沒有生物可降解性。將脂肪族和芳香族聚酯(或聚酰胺)制成一定結(jié)構(gòu)的共聚物，這種共聚物具有良好的性能，又有一定的生物可降解性。

2.3天然高分子型

自然界中存在的纖維素、甲殼素和木質(zhì)素等均屬可降解天然高分子，這些高分子可被微生物完全降解，但因纖維素等存在物理性能上的不足，由其單獨(dú)制成的薄膜的耐水性、強(qiáng)度均達(dá)不到要求，因此，它大多與其它高分子，如由甲殼質(zhì)制得的脫乙?；嗵堑裙不熘频谩?/p>

2.4摻合型

在沒有生物可降解的高分子材料中，摻混一定量的生物可降解的高分子化合物，使所得產(chǎn)品具有相當(dāng)程度的生物可降解性，這就制成了摻合型生物可降解高分子材料，但這種材料不能完全生物可降解。

3、生物可降解高分子材料的開發(fā)

3.1生物可降解高分子材料開發(fā)的傳統(tǒng)方法

傳統(tǒng)開發(fā)生物可降解高分子材料的方法包括天然高分子的改造法、化學(xué)合成法和微生物發(fā)酵法等。

3.1.1天然高分子的改造法

通過化學(xué)修飾和共混等方法，對(duì)自然界中存在大量的多糖類高分子，如淀粉、纖維素、甲殼素等能被生物可降解的天然高分子進(jìn)行改性，可以合成生物可降解高分子材料。此法雖然原料充足，但一般不易成型加工，而且產(chǎn)量小，限制了它們的應(yīng)用。

3.1.2化學(xué)合成法

模擬天然高分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)，從簡(jiǎn)單的小分子出發(fā)制備分子鏈上含有酯基、酰胺基、肽基的聚合物，這些高分子化合物結(jié)構(gòu)單元中含有易被生物可降解的化學(xué)結(jié)構(gòu)或是在高分子鏈中嵌入易生物可降解的鏈段?；瘜W(xué)合成法反應(yīng)條件苛刻，副產(chǎn)品多，工藝復(fù)雜，成本較高。

3.1.3微生物發(fā)酵法

許多生物能以某些有機(jī)物為碳源，通過代謝分泌出聚酯或聚糖類高分子。但利用微生物發(fā)酵法合成產(chǎn)物的分離有一定困難，且仍有一些副產(chǎn)品。

3.2生物可降解高分子材料開發(fā)的新方法——酶促合成

用酶促法合成生物可降解高分子材料，得益于非水酶學(xué)的發(fā)展，酶在有機(jī)介質(zhì)中表現(xiàn)出了與其在水溶液中不同的性質(zhì)，并擁有了催化一些特殊反應(yīng)的能力，從而顯示出了許多水相中所沒有的特點(diǎn)。

3.3酶促合成法與化學(xué)合成法結(jié)合使用

酶促合成法具有高的位置及立體選擇性，而化學(xué)聚合則能有效的提高聚合物的分子量，因此，為了提高聚合效率，許多研究者已開始用酶促法與化學(xué)法聯(lián)合使用來合成生物可降解高分子材料

篇3

高分子材料：以高分子化合物為基礎(chǔ)的材料，高分子材料是由相對(duì)分子質(zhì)量較高的化合物構(gòu)成的材料，包括橡膠、塑料、纖維、涂料、膠粘劑和高分子基復(fù)合材料，由千百個(gè)原子彼此以共價(jià)鍵結(jié)合形成相對(duì)分子質(zhì)量特別大、具有重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的有機(jī)化合物。

高分子的分子量從幾千到幾十萬甚至幾百萬，所含原子數(shù)目一般在幾萬以上，而且這些原子是通過共價(jià)鍵連接起來的。高分子化合物中的原子連接成很長(zhǎng)的線狀分子時(shí)，叫線型高分子(如聚乙烯的分子)。如果高分子化合物中的原子連接成網(wǎng)狀時(shí)，這種高分子由于一般都不是平面結(jié)構(gòu)而是立體結(jié)構(gòu)，所以也叫體型高分子。

二、高分子材料的結(jié)構(gòu)特征

高分子材料的高分子鏈通常是由103~105個(gè)結(jié)構(gòu)單元組成，高分子鏈結(jié)構(gòu)和許許多多高分子鏈聚在一起的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)形成了高分子材料的特殊結(jié)構(gòu)。因而高分子材料除具有低分子化合物所具有的結(jié)構(gòu)特征(如同分異構(gòu)體、幾何結(jié)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)異構(gòu))外，還具有許多特殊的結(jié)構(gòu)特征。高分子結(jié)構(gòu)通常分為鏈結(jié)構(gòu)和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)兩個(gè)部分。鏈結(jié)構(gòu)是指單個(gè)高分子化合物分子的結(jié)構(gòu)和形態(tài)，所以鏈結(jié)構(gòu)又可分為近程和遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)。近程結(jié)構(gòu)屬于化學(xué)結(jié)構(gòu)，也稱一級(jí)結(jié)構(gòu)，包括鏈中原子的種類和排列、取代基和端基的種類、結(jié)構(gòu)單元的排列順序、支鏈類型和長(zhǎng)度等。遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)是指分子的尺寸、形態(tài)，鏈的柔順性以及分子在環(huán)境中的構(gòu)象，也稱二級(jí)結(jié)構(gòu)。聚集態(tài)結(jié)構(gòu)是指高聚物材料整體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括晶體結(jié)構(gòu)、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)、取向態(tài)結(jié)構(gòu)、液晶態(tài)結(jié)構(gòu)等有關(guān)高聚物材料中分子的堆積情況，統(tǒng)稱為三級(jí)結(jié)構(gòu)。

三、高分子材料按來源分類

高分子材料按來源分，可分為天然高分子材料、半合成高分子材料（改性天然高分子材料）和合成高分子材料。

天然高分子材料包括纖維素、蛋白質(zhì)、蠶絲、橡膠、淀粉等。合成高分子材料以及以高聚物為基礎(chǔ)的，如各種塑料，合成橡膠，合成纖維、涂料與粘接劑等。

四、生活中的高分子材料

生活中的高分子材料很多，如蠶絲、棉、麻、毛、玻璃、橡膠、纖維、塑料、高分子膠粘劑、高分子涂料和高分子基復(fù)合材料等。下面就以塑料和纖維素舉例說明。

（一）、塑料

塑料是一種合成高分子材料，又可稱為高分子或巨分子，也是一般所俗稱的塑料或樹脂，可以自由改變形體樣式。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、劑、色料等添加劑組成的，它的主要成分是合成樹脂。

塑料主要有以下特性：①大多數(shù)塑料質(zhì)輕，化學(xué)性穩(wěn)定,不會(huì)銹蝕；②耐沖擊性好；③具有較好的透明性和耐磨耗性；④絕緣性好，導(dǎo)熱性低；⑤一般成型性、著色性好，加工成本低；⑥大部分塑料耐熱性差，熱膨脹率大，易燃燒；⑦尺寸穩(wěn)定性差，容易變形；⑧多數(shù)塑料耐低溫性差，低溫下變脆；⑨容易老化；⑩某些塑料易溶于溶劑。塑料的優(yōu)點(diǎn)1、大部分塑料的抗腐蝕能力強(qiáng)，不與酸、堿反應(yīng)。2、塑料制造成本低。3、耐用、防水、質(zhì)輕。4、容易被塑制成不同形狀。5、是良好的絕緣體。6、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。塑料的缺點(diǎn)1、回收利用廢棄塑料時(shí)，分類十分困難，而且經(jīng)濟(jì)上不合算。2、塑料容易燃燒，燃燒時(shí)產(chǎn)生有毒氣體。3、塑料是由石油煉制的產(chǎn)品制成的，石油資源是有限的。

塑料的結(jié)構(gòu)基本有兩種類型：第一種是線型結(jié)構(gòu)，具有這種結(jié)構(gòu)的高分子化合物稱為線型高分子化合物；第二種是體型結(jié)構(gòu)，具有這種結(jié)構(gòu)的高分子化合稱為體型高分子化合物。線型結(jié)構(gòu)（包括支鏈結(jié)構(gòu)）高聚物由于有獨(dú)立的分子存在，故有彈性、可塑性，在溶劑中能溶解，加熱能熔融，硬度和脆性較小的特點(diǎn)。體型結(jié)構(gòu)高聚物由于沒有獨(dú)立的大分子存在，故沒有彈性和可塑性，不能溶解和熔融，只能溶脹，硬度和脆性較大。塑料則兩種結(jié)構(gòu)的高分子都有，由線型高分子制成的是熱塑性塑料，由體型高分子制成的是熱固性塑料。轉(zhuǎn)

塑料的應(yīng)用：透明塑料制成整體薄板車頂。薄板車頂?shù)男赂拍罨谕该黛`活的聚碳酸酯或硅樹脂材料，可以被永久性地塑造成單個(gè)的聚碳酸酯薄板，也可作為可折疊鉸鏈和封條。拜耳材料科技研發(fā)的原型總共配備了四個(gè)靈活的薄板部件，形成了四扇“頂窗”，每扇窗都可單獨(dú)打開和關(guān)閉。導(dǎo)軌用于連接薄板部件，形成一個(gè)牢固、透明的聚碳酸酯車頂外殼。一個(gè)同樣透明的管子沿車頂結(jié)構(gòu)中央縱向放置，在“頂窗”打開后用來調(diào)節(jié)折疊薄板。這樣可以形成三維立體結(jié)構(gòu)，組件比平坦的薄板更加牢固。同時(shí)也大大降低了單個(gè)組件的數(shù)量。

（二）、纖維素

纖維素是由葡萄糖組成的大分子多糖。不溶于水及一般有機(jī)溶劑。是植物細(xì)胞壁的主要成分。纖維素是世界上最豐富的天然有機(jī)物，占植物界碳含量的50%以上。纖維素是自然界中存在量最大的一類有機(jī)化合物。它是植物骨架和細(xì)胞的主要成分。在棉花、亞麻和一般的木材中，含量都很高。

纖維素的結(jié)構(gòu)：纖維素是一種復(fù)雜的多糖，分子中含有約幾千個(gè)單糖單元，即幾千個(gè)（C6H10O5）；相對(duì)分子質(zhì)量從幾十萬至百萬；屬于天然有機(jī)高分子化合物；纖維素結(jié)構(gòu)與淀粉不同，故性質(zhì)有差異。

篇4

【關(guān)鍵詞】高分子材料 合成應(yīng)用 綠色戰(zhàn)略

綠色化學(xué)的概念從提出到現(xiàn)在一直備受關(guān)注，我國的化學(xué)研究工作中也逐漸重視綠色和環(huán)保的理念。尤其是在高分子材料的研究方面，人們更傾向于無毒的環(huán)保的生產(chǎn)過程。近來，高分子材料的綠色化學(xué)有了新的進(jìn)展，高分子材料合成與應(yīng)用中的綠色戰(zhàn)略已經(jīng)形成。

1 原材料本身的無毒化

在現(xiàn)今的高分子化學(xué)材料的研究過程中我們逐漸引進(jìn)了生物降解的技術(shù)來保證高分子化學(xué)材料本身的無毒和綠色，這也是化學(xué)研究的一大熱門領(lǐng)域。用生物來降解高分子化學(xué)材料的方式應(yīng)用較為廣泛，降解的高分子材料包括了天然的有機(jī)高分子材料和合成的有機(jī)高分子材料。這種技術(shù)對(duì)淀粉、海藻酸、聚氨基酸等各種高分子的研究非常實(shí)用。目前，醫(yī)藥領(lǐng)域的許多材料多采用這種綠色無毒的形式來進(jìn)行生產(chǎn)，達(dá)到和人體的和諧相容。

2 高分子原料合成朝無毒化方向發(fā)展

高分子原料的合成也在向綠色的方向發(fā)展。在化學(xué)合成過程中，許多高分子化學(xué)材料的合成可以采用一步催化的方式來完成，轉(zhuǎn)化利用率可以達(dá)到百分之一百。而且這種過程避免了使用有毒的化學(xué)催化劑，改變了傳統(tǒng)的操作模式。例如已二酸的合成就是采用生物合成的技術(shù)，使其生產(chǎn)過程完全綠色化，安全可操作。傳統(tǒng)的方法生產(chǎn)環(huán)氧丙烷是采用兩步反應(yīng)的方式，而且中間使用了氯氣。這種氣體帶有一定的毒性會(huì)造成環(huán)境的污染。但現(xiàn)在，國內(nèi)外已經(jīng)改變了這種生產(chǎn)方法，采用的催化氧化的方法使原材料在制作反應(yīng)的過程中完全利用，而不產(chǎn)生有的物質(zhì)來污染環(huán)境。目前，在進(jìn)行制作合成化學(xué)材料的過程中，許多都在逐步改善材料合成產(chǎn)生有毒廢棄物的或排放物的情況，朝著綠色生態(tài)環(huán)保的方向發(fā)展。

3 合成原料的綠色化

生活物質(zhì)材料中有許多都是采用高分子合成的原料制造的。尤其是醫(yī)用材料，這些材料在使用的過程中必須保證無毒，而且必須是生物可降解、可以為人體的免疫系統(tǒng)所接受的。因此，對(duì)合成原料的要求必須是綠色的、安全的。近年來，在這方面，國內(nèi)外已經(jīng)取得了較多的成就。

1988年在荷蘭有相關(guān)學(xué)著就在研究聚乳酸類網(wǎng)狀彈性體材料，這種材料完全采用綠色原料合成，并且可以被生物所降解。他們用賴氨酸二異氰酸醋等擴(kuò)鏈了由肌醇、L--丙交酯等生成的星形預(yù)聚體。LDI可以稱為“綠色”的二異氰酸酯擴(kuò)鏈劑，因?yàn)長(zhǎng)DI擴(kuò)鏈部分最終的降解產(chǎn)物是乙醇、賴氨酸等，這些降解產(chǎn)物都是無毒的，完全可以進(jìn)行生物利用。在這一聚合物生成的過程中，不僅最終的產(chǎn)物是環(huán)保安全的，而且其原料肌醇是人體所需的維生素之一，乳酸、6―烴基己酸等在生物醫(yī)學(xué)上頗為常見，也是一些安全的、“綠色”的物質(zhì)，可以說這一過程接近于“完全綠色”。1994年strey等學(xué)者在此基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步的研究，合成了與該綠色試劑LDI聚乳酸衍生物，用高結(jié)晶性的聚乙醇酸纖維為增強(qiáng)材料，制備了無毒的、可生物吸收的骨科固定復(fù)合材料。

4 催化劑的綠色化

在聚乳酸類材料研究過程中，雖然目前的高分子原材料和聚合物都實(shí)現(xiàn)了基本的綠色化、無毒化，但在這過程中大家可能會(huì)忽略一個(gè)因素，那就是催化劑的使用安全問題。例如聚乳酸化合物的生成過程中大多采用辛酸亞錫作為中間催化劑，加快化學(xué)反應(yīng)的過程。但是這種催化劑由于含有錫鹽成分可能會(huì)具有生理毒性，如果是人體吸收可能會(huì)造成中毒的情況。相比而言，用生物酶作催化劑就顯得安全可靠。使用生物酶催化的瓶頸在于酶的種類有限問題，致使一些化學(xué)反應(yīng)找不到相應(yīng)的生物酶進(jìn)行催化。在目前的高分子聚合物當(dāng)中，雖然一些加聚反應(yīng)的原子利用率可以達(dá)到100%，但是各種催化劑和添加劑的使用對(duì)安全情況造成的影響卻不能忽視。尤其是在醫(yī)用物品當(dāng)中，必須對(duì)這些材料的安全性進(jìn)行試驗(yàn)和考核。催化劑的綠色化道路的發(fā)展還值得我們進(jìn)一步努力探索。

5 合成高分子材料的安全應(yīng)用

人工合成的高分子材料可能會(huì)對(duì)環(huán)境存在一定的危害，對(duì)不可利用的高分子材料的垃圾處理也得考慮到綠色無毒的問題。我們必須選擇正確的方法來安全使用這些高分子材料。

對(duì)于可用生物降解的高分子合成材料可以采用填埋的方式進(jìn)行處理。對(duì)于不可生物降解的高分子材料廢物進(jìn)行分類，主要分為可回收利用的廢物和不可回收利用的廢物。將可回收的高分子材料分類進(jìn)行整理，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，減少資源的浪費(fèi)。對(duì)于可焚燒的高分子材料可以進(jìn)行焚燒處理，還可以將垃圾焚燒過程中釋放的熱能加以利用。

（1）對(duì)可以再生與循環(huán)使用的環(huán)境惰性高分子材料，如 PP、PE、PET、尼龍 66、PMMA、PS 等，應(yīng)盡可能地再次利用，盡可能避免使用填埋方法處理環(huán)境惰性塑料垃圾。

（2）PP、PE等聚烯烴具有很高的熱值，與燃料油相當(dāng)，并且具有無害化燃燒特性。因此，可以將這些高分子材料燃燒產(chǎn)生的巨大熱能轉(zhuǎn)化為電能或者其他形式的能源，避免熱能污染。目前，順利實(shí)施城市生活垃圾變電能的關(guān)鍵是將 PVC 除開，避免與PP、PE等混雜，避免造成能源回收困難而浪費(fèi)能源。

（3）對(duì) PVC 應(yīng)合理使用。PVC 的制造、加工、使用和廢棄物的處理，都涉及環(huán)境問題，其中最危險(xiǎn)的是PVC 廢棄物的處理。PVC的加工過程使用的添加劑非常多，使用不當(dāng)就會(huì)使材料中的有毒物質(zhì)滲出，應(yīng)該盡量避免其與食物和醫(yī)藥產(chǎn)品的接觸。PVC廢棄物處理要盡可能避免使用焚燒的方式，因?yàn)檫@種高分子材料在焚燒的過程中會(huì)產(chǎn)生毒性物質(zhì)，對(duì)環(huán)境造成的傷害非常大。應(yīng)盡快使 PVC退 出包裝、玩具 、地膜等使用周期短的應(yīng)用領(lǐng)域；同時(shí)，鑒于PVC具有節(jié)約天然資源、適用性廣、價(jià)格低廉、難燃、血液相容性好等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì) PVC 生產(chǎn)、加工、使用、廢棄物處理等方面的研究。

6 結(jié)語

高分子材料合成與應(yīng)用的綠色化、無毒化、安全化會(huì)是將來高分子材料化學(xué)發(fā)展的熱潮，結(jié)合高分子材料特有的實(shí)用性因素來建立高分子材料綠色戰(zhàn)略的系統(tǒng)，可以使高分子材料化學(xué)朝著更加全面的、長(zhǎng)遠(yuǎn)的綠色化道路發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 戈明亮.高分子材料探尋綠色發(fā)展之路[J].中國化工報(bào)，2003

[2] 羅水鵬.綠色高分子材料的研究進(jìn)展[J].廣東化工，2012

[3] 石璞，戈明亮.高分子材料的綠色可持續(xù)發(fā)展[J].化工新型材料，2006

篇5

（一）知識(shí)脈絡(luò)

本節(jié)教材在學(xué)生學(xué)習(xí)了淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)等天然有機(jī)高分子化合物之后，很自然地過渡到學(xué)習(xí)合成有機(jī)高分子化合物，首先介紹有機(jī)高分子化合物的相對(duì)分子質(zhì)量，然后初淺地以聚乙烯、聚氯乙烯為例介紹有機(jī)高分子化合物的結(jié)構(gòu)與基本性質(zhì)，合成高分子化合物在溶劑中的溶解和在不同溫度時(shí)的性能變化等性質(zhì)是與合成高分子化合物的科學(xué)研究及生產(chǎn)加工密切相關(guān)的；最后簡(jiǎn)單介紹了常見高分子塑料、橡膠、纖維中某些有代表性的品種。

（二）知識(shí)框架

（三）新教材的主要特點(diǎn)：

新教材依然保持緊密聯(lián)系實(shí)際和新的化學(xué)知識(shí)從生活和生產(chǎn)實(shí)際切入的風(fēng)格，也注意了緊密聯(lián)系學(xué)生已學(xué)過的知識(shí)如烯烴的加成反應(yīng)、羧酸的酯化反應(yīng)等，以幫助他們理解高分子化合物的性質(zhì)、正確書寫重要高聚物加聚反應(yīng)的化學(xué)方程式，復(fù)習(xí)鞏固已學(xué)的有機(jī)化學(xué)知識(shí)，也為他們選擇后續(xù)的選修模塊“有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)”奠定必要基礎(chǔ)。

二．教學(xué)目標(biāo)

（一）知識(shí)與技能目標(biāo)

1.引導(dǎo)學(xué)生初步認(rèn)識(shí)有機(jī)高分子化合物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其應(yīng)用，學(xué)會(huì)書寫重要加聚反應(yīng)的化學(xué)方程式，了解合成高分子化合物的主要類別及其在生產(chǎn)、生活、現(xiàn)代科技發(fā)展中的廣泛應(yīng)用。

2.引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和認(rèn)識(shí)由塑料廢棄物所造成的白色污染和防治、消除白色污染的途徑和方法，培養(yǎng)他們的綠色化學(xué)思想和環(huán)境意識(shí)，提高他們的科學(xué)素養(yǎng)。

3.通過多樣化的學(xué)習(xí)活動(dòng)（自主檢索、收集、分類比較、展示等）使學(xué)生了解塑料、合成橡膠、合成纖維的主要品種以及它們的原料來源與石油化工、煤化工的密切聯(lián)系，同時(shí)提高他們的學(xué)習(xí)能力，豐富他們的學(xué)習(xí)方式。

（二）過程與方法目標(biāo)

1.讓學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)、書籍等途徑收集各種各樣的材料及圖片、實(shí)物，課堂上采用互動(dòng)式教學(xué)，激發(fā)學(xué)生探究有機(jī)合成材料的組成、性能的興趣。。

2、通過“遷移•應(yīng)用”、“交流•研討”、“活動(dòng)•探究”等活動(dòng)，提高學(xué)生分析、聯(lián)想、類比、遷移以及概括的能力。

（四）情感態(tài)度與價(jià)值觀目的

1、通過“遷移•應(yīng)用”、“交流•研討”、“活動(dòng)•探究”活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生探索未知知識(shí)的興趣，讓他們享受到探究未知世界的樂趣。

2.引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和認(rèn)識(shí)由塑料廢棄物所造成的白色污染和防治、消除白色污染的途徑和方法，培養(yǎng)他們的綠色化學(xué)思想和環(huán)境意識(shí)，提高他們的科學(xué)素養(yǎng)。

三、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)

（一）知識(shí)上重點(diǎn)、難點(diǎn)

重要高聚物的加聚反應(yīng)及其化學(xué)方程式

（三）方法上重點(diǎn)、難點(diǎn)

有機(jī)高分子化合物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系的理解

四、教學(xué)準(zhǔn)備

（十二）學(xué)生準(zhǔn)備

1.課前讓學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)、書籍等途徑收集各種各樣的材料及圖片、實(shí)物。

2.收集有關(guān)廢棄塑料造成的白色污染、危害及其防治方法的資料。

（十三）教師準(zhǔn)備

教學(xué)媒體、課件；準(zhǔn)備“活動(dòng)•探究”實(shí)驗(yàn)用品。

五、教學(xué)方法

問題激疑、實(shí)驗(yàn)探究、交流討論、

六、課時(shí)安排

3課時(shí)

七、教學(xué)過程

第一課時(shí)

【引入】人類的生產(chǎn)和生活離不開各種各樣的材料，請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)自己收集的資料結(jié)合已有的知識(shí)對(duì)材料進(jìn)行分類。

【點(diǎn)評(píng)】課前讓學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)、書籍等途徑收集各種各樣的材料及圖片、實(shí)物，課堂上采用互動(dòng)式教學(xué)。

【交流、投影】

無機(jī)非金屬材料（如：晶體硅、硅酸鹽材料等）

無機(jī)材料

無機(jī)金屬材料（包括金屬和合金）

材料天然有機(jī)高分子材料（如：棉花、羊毛、蠶絲、天然橡膠等）

有機(jī)材料合成有機(jī)高分子材料（如：塑料、涂料、合成纖維、合成橡膠等）

新型有機(jī)高分子材料（如：高分子分離膜等）

【聯(lián)想、質(zhì)疑】在日常生活中，你一定接觸過許多塑料、合成橡膠、合成纖維制品。你能舉例說明嗎？它們是什么原料制造的？它們具有哪些優(yōu)于天然材料的性能？

【點(diǎn)評(píng)】通過回憶生活中的常識(shí)激發(fā)學(xué)生探究有機(jī)合成材料的組成、性能的興趣。

【練習(xí)】計(jì)算葡萄糖和硬脂酸甘油酯的相對(duì)分子質(zhì)量。

【質(zhì)疑】經(jīng)計(jì)算，它們的相對(duì)分子質(zhì)量分別為180和890。數(shù)值已經(jīng)不小，但是，我們?nèi)苑Q它們?yōu)榈头肿踊衔?，?jiǎn)稱小分子；那么，什么是高分子化合物或高分子呢？

【講述】如果有機(jī)化合物的相對(duì)分子質(zhì)量達(dá)到幾萬到幾百萬，我們就稱它們?yōu)橛袡C(jī)高分子化合物，簡(jiǎn)稱高分子或聚合物。像以前所學(xué)過的淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)等物質(zhì)都屬于有機(jī)高分子化合物。有機(jī)高分子化合物的結(jié)構(gòu)有哪些特點(diǎn)呢？

【引題、板書】一、有機(jī)高分子化合物

1.有機(jī)高分子化合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

【講述】有機(jī)高分子化合物雖然相對(duì)分子質(zhì)量很大，但是它們的結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，通常是由簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)單元連接而成的，例如，聚乙烯是由結(jié)構(gòu)單元重復(fù)連接而成的，聚氯乙烯是由結(jié)構(gòu)單元重復(fù)連接

而成的，其中的n表示結(jié)構(gòu)單元重復(fù)的次數(shù)。

【投影講述】高分子中的結(jié)構(gòu)單元連接成長(zhǎng)鏈，這就是通常所說的高分子的線型結(jié)構(gòu)。具有線型結(jié)構(gòu)的高分子，可以不帶支鏈，也可以帶支鏈。高分子鏈上如果有能起反應(yīng)的原子或原子團(tuán)，當(dāng)這些原子或原子團(tuán)發(fā)生反應(yīng)時(shí)，高分子鏈之間將形成化學(xué)鍵，產(chǎn)生一定的交聯(lián)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這就是高分子的體型結(jié)構(gòu)。

【過渡】由于有機(jī)高分子化合物的相對(duì)分子質(zhì)量大及其結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，因而使它們具有與小分子不同的一些性質(zhì)。

【活動(dòng)、探究】將教材的“觀察•思考”涉及的實(shí)驗(yàn)改成學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)（2～4人一組）。

1.從廢舊輪胎上刮下的一些橡膠粉末約0.5g放入試管中，加入5mL汽油，觀察粉末能否溶解。

2.取內(nèi)徑比實(shí)驗(yàn)室用導(dǎo)氣膠管外徑稍大的試管，膠管與試管等長(zhǎng)。向試管中加入少量汽油后，將膠管插入試管，再用滴管向膠管內(nèi)孔中滴滿汽油，稍侯，可見膠管伸長(zhǎng)。

3.取一小塊聚乙烯塑料碎片，用酒精燈加熱直至熔化時(shí)停止加熱，等冷卻后再加熱，反復(fù)幾次后點(diǎn)燃，觀察變化的全過程。

【交流、討論、板書】2.有機(jī)高分子化合物的主要性質(zhì)

⑴溶解性：難溶于水，在有機(jī)溶劑中也只能溶脹并極緩慢。

⑵熱塑性和熱固性

⑶電絕緣性

⑷不耐高溫易燃燒

【講述】聚乙烯塑料受熱到一定溫度范圍時(shí)，開始變軟，直到熔化成流動(dòng)的液體。冷卻后又變?yōu)楣腆w。加熱后又熔化，這種現(xiàn)象就是線型高分子的熱塑性。有些體型高分子一經(jīng)加工成型就不會(huì)受熱熔化，因而具有熱固性，如酚醛樹脂。高分子化合物中的原子是以共價(jià)鍵結(jié)合的，因此它們一般不導(dǎo)電。

【小結(jié)】結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途，正因?yàn)橛袡C(jī)高分子化合物有以上的主要性質(zhì)，決定了高分子材料在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的重要作用。

作業(yè)：探究活動(dòng)：學(xué)生分為若干小組通過去圖書館、上網(wǎng)查閱資料探究以下問題：

1．我們身邊有哪些高分子化合物；

2．高分子化合物對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活有哪些重要作用；

3．了解高分子化合物的新發(fā)展，例如可導(dǎo)電的高分子材料、可降解塑料等。

并動(dòng)員學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)回答下列問題：

1．為什么聚乙烯塑料涼鞋破裂可以熱補(bǔ)，而電木插座不能熱修補(bǔ)。

2．裝苯的試劑瓶不能用普通的膠塞的原因。

3．家貿(mào)市場(chǎng)上出售的香油的膠塞為什么要用玻璃紙包起來，如果不包起來會(huì)出現(xiàn)什么后果。

第二課時(shí)

【聯(lián)想、質(zhì)疑】現(xiàn)在，人們?cè)谌粘Ｉ钪薪?jīng)常與塑料打交道，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國防建設(shè)也大量使用塑料。那么，究竟什么是塑料？它們是怎樣制成的？

【講述】塑料的主要成分是被稱為合成樹脂的有機(jī)高分子化合物。例如，聚乙烯就是生產(chǎn)聚乙烯塑料的合成樹脂。聚乙烯是以石油化工產(chǎn)品乙烯為原料，在適宜的溫度、壓強(qiáng)和引發(fā)劑存在的條件下發(fā)生反應(yīng)而制得的。反應(yīng)時(shí)，乙烯分子中碳碳雙鍵中的一個(gè)鍵斷裂，然后相互兩兩加成而聚成含n個(gè)結(jié)構(gòu)單元的相對(duì)分子質(zhì)量達(dá)幾萬以上的聚乙烯樹脂。

【板書】二、塑料

【講述】講述聚合反應(yīng)和加聚反應(yīng)的概念。

【講述、投影】塑料與合成樹脂

⑴塑料是由合成樹脂及填料、增塑劑、穩(wěn)定劑、色料、防老劑等添加劑組成的。

⑵樹脂是指還沒有跟各種添加劑混合的高聚物。

⑶有些塑料基本上是由合成樹脂所組成的，不含或少含其它添加劑，如有機(jī)玻璃等。

【遷移、應(yīng)用】氯乙烯、苯乙烯、四氟乙烯在引發(fā)劑作用下經(jīng)過聚合反應(yīng)所得聚合物都是重要的合成樹脂。⑴它們?yōu)槭裁春鸵蚁┮粯?，也能發(fā)生加聚反應(yīng)？⑵寫出化學(xué)反應(yīng)式。

【交流、討論】組織學(xué)生交流討論聚合反應(yīng)的書寫技巧，尤其苯乙烯的聚合反應(yīng)，可以適當(dāng)點(diǎn)撥：將苯基（—C6H5）當(dāng)作支鏈，使雙鍵碳原子作為端點(diǎn)碳原子，以便于兩兩加成聚合。

【閱讀】塑料王與工程塑料ABS的用途。

【過渡】聚乙烯是當(dāng)今世界上產(chǎn)量最大的塑料產(chǎn)品，它有著廣泛的應(yīng)用。

【閱讀、討論】聚乙烯的性質(zhì)和用途。

【講述】塑料工業(yè)的發(fā)展，極大地提高了人們的生活質(zhì)量，但是這些結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、難以分解的塑料廢棄物的急劇增加也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境問題。全世界每年產(chǎn)生數(shù)千萬噸的廢舊塑料，比如聚乙烯、聚苯乙烯等它們聚集在海洋里、地面上、土壤中，造成白色污染。白色污染已成為困擾人類社會(huì)的一大公害。減少與消除白色污染既要全社會(huì)共同努力，從我做起，少用并及時(shí)回收、再生，也要依靠科技，生產(chǎn)可降解的塑料。

【指導(dǎo)閱讀】塑料的回收利用與可降解塑料。

作業(yè)：探究活動(dòng)：

1.收集有關(guān)廢棄塑料造成的白色污染、危害及其防治方法，在各社區(qū)進(jìn)行宣傳或提出倡議。

2.課外實(shí)驗(yàn)，參照教材第97頁動(dòng)手實(shí)踐的方法進(jìn)行廢舊塑料裂解得燃?xì)馀c燃油的實(shí)驗(yàn)。

3.收集橡膠制品的圖片

第三課時(shí)

【引題】今天我們討論第二大合成材料合成橡膠。

三、合成橡膠

【展示】展示課前同學(xué)們收集的橡膠制品的圖片。

【交流、研討】結(jié)合你已有的知識(shí)和生活常識(shí)思考：

1.橡膠的特性是什么？由此決定著它有哪些用途？

2.根據(jù)來源和組成不同，常用的橡膠有哪幾種？

【講述】構(gòu)成橡膠的高分子鏈在無外力作用時(shí)呈卷曲狀，而且有柔性，受外力時(shí)可伸直，但取消外力后又可恢復(fù)原狀，因此橡膠是具有高彈性的高分子化合物。根據(jù)來源和組成不同，橡膠可分為天然橡膠和合成橡膠。合成橡膠往往具有高彈性、絕緣性以及耐油、耐酸堿、耐高溫或低溫等特性，因此具有廣泛的應(yīng)用。

【講述】順丁橡膠是化學(xué)家們最早模擬天然橡膠制得的合成橡膠，它具有較高的耐磨性，廣泛用于制造輪胎、耐寒制品及膠鞋、膠布、海綿膠等。利用工具欄講解順丁橡膠的合成，并以順丁橡膠的高分子鏈的卷曲認(rèn)識(shí)橡膠的高彈性。

【質(zhì)疑】為什么實(shí)驗(yàn)室的橡膠管在空氣中易老化？為什么盛酸的試劑瓶要用玻璃塞？

【過渡】常用的橡膠除天然橡膠、順丁橡膠外還有其它的通用橡膠。

【閱讀、講述】閱讀表3-4-1幾種常用橡膠的性能和用途，以說明當(dāng)今合成橡膠的廣泛應(yīng)用，以及“挑戰(zhàn)者”航天飛機(jī)失事的悲慘事件就是由于橡膠密封圈失靈造成的。

【過渡】接下來討論第三大合成材料合成纖維。

【交流、研討】生活中你們知道哪些是纖維制品呢？棉花、羊毛、蠶絲與錦綸、滌綸有何區(qū)別？纖維素是如何分類的？

【投影、講述】1.纖維素分類

纖維素：棉、麻

天然纖維蛋白質(zhì)：絲、毛

纖維人造纖維：人造棉、人造絲

化學(xué)纖維合成纖維：錦綸、腈綸

篇6

一、高分子化學(xué)的內(nèi)涵

1．何為高分子化學(xué)

顧名思義，高分子就是相對(duì)分子質(zhì)量很高的分子，它是高分子化合物的簡(jiǎn)稱。高分子化合物，又稱聚合物或高聚物，是結(jié)構(gòu)上由重復(fù)單元（低分子化合物—單體）連接而成的高相對(duì)分子質(zhì)量化合物。高分子的相對(duì)分子質(zhì)量非常的大，小到幾千，大到幾百萬、上千萬的都有。我們有時(shí)將相對(duì)分子質(zhì)量較低的高分子化合物叫低聚物。高分子化學(xué)作為化學(xué)的一個(gè)分支，同樣也是從事制造和研究分子的科學(xué)，但其制造和研究的對(duì)象都是大分子，即由若干個(gè)原子按一定規(guī)律重復(fù)地連接成具有成千上萬甚至上百萬質(zhì)量的、最大伸直長(zhǎng)度可達(dá)毫米量級(jí)的長(zhǎng)鏈分子，稱為高分子、大分子或聚合物。

2．高相對(duì)分子質(zhì)量與高強(qiáng)度

相對(duì)分子質(zhì)量和物質(zhì)的性質(zhì)是密切相關(guān)的，是決定物質(zhì)性質(zhì)的一個(gè)重要因素。只有相對(duì)分子質(zhì)量高的化合物才有一定的機(jī)械力學(xué)性能，才能作為材料使用。例如乙烷、辛烷、廿烷、聚乙烯、超高分子量聚乙烯，都是直鏈的烷烴化合物，但是分子量變化很大，其機(jī)械力學(xué)性能因而也有極大的區(qū)別。

3．高分子科學(xué)的主要內(nèi)容

既然高分子化學(xué)是制造和研究大分子的科學(xué)，對(duì)大分子的反應(yīng)和方法的研究，顯然是高分子化學(xué)最基本的研究?jī)?nèi)容。高分子科學(xué)不僅是研究化學(xué)問題，也是一門系統(tǒng)的科學(xué)。高分子科學(xué)的主要內(nèi)容有：如何將低分子化合物連接成高分子化合物，即聚合反應(yīng)的研究。高分子化合物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系。不同性質(zhì)的高分子，其結(jié)構(gòu)必然是不同的。為了得到不同性質(zhì)的高分子，就要去合成具有特殊結(jié)構(gòu)的高分子。

二、高分子材料化學(xué)的應(yīng)用

材料是人類社會(huì)文明發(fā)展階段的標(biāo)志，是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。它是指經(jīng)過某種加工，具有一定結(jié)構(gòu)、組分和性能，并可應(yīng)用于一定用途的物質(zhì)。上世紀(jì)半導(dǎo)體硅、高集成芯片、高分子材料的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，把人類由工業(yè)社會(huì)推向信息和知識(shí)社會(huì)。可以說某一種新材料的問世及其應(yīng)用，往往會(huì)引起人類社會(huì)的重大變革，材料是人類文明的重要標(biāo)志。如果說現(xiàn)在人人離不開高分子材料，家家離不開高分子材料，處處離不開高分子材料，是一點(diǎn)也不過分的。高分子化合物的最主要的應(yīng)用是以高分子材料的形式出現(xiàn)的，高分子材料包括了塑料、纖維、橡膠三大傳統(tǒng)合成材料，另外許多精細(xì)化工材料也都是高分子材料。

第一，塑料：一類是通用塑料，如容器、管道、家具、薄膜、鞋底與泡沫塑料等等；另一類叫工程塑料，其強(qiáng)度大，如汽車零部件、保險(xiǎn)杠、洗衣機(jī)內(nèi)的滾筒、電器的外殼等。

第二，纖維：人們開發(fā)出聚酯、尼龍、腈綸、維尼綸等高分子化合物，通過不同的加工，生產(chǎn)出了各種纖維制品，極大地滿足著人類的需要。

篇7

材料學(xué)專業(yè)畢業(yè)生的就業(yè)面比較廣，主要就業(yè)方向包括計(jì)算機(jī)、金融、教育和科技咨詢等領(lǐng)域。材料專業(yè)的畢業(yè)生可以從事高分子材料加工、高分子材料合成、信息材料、醫(yī)用材料、新型建筑材料、電子電器、汽車、航空航天、貿(mào)易等工作，還可以進(jìn)入研究院所、高等院校和海關(guān)、商檢等部門工作。

材料學(xué)專業(yè)的分類

通常來講，材料分為高分子、無機(jī)非金屬、金屬三大種類。從學(xué)科的角度來講，不同的學(xué)校所開設(shè)的材料學(xué)專業(yè)也不相同。除了傳統(tǒng)意義上的材料科學(xué)專業(yè)、有機(jī)高分子材料專業(yè)、無機(jī)非金屬材料專業(yè)、金屬材料專業(yè)之外，一些學(xué)校還增設(shè)了高分子復(fù)合材料專業(yè)、機(jī)械材料專業(yè)等。以北京航空航天大學(xué)的材料科學(xué)與工程學(xué)院為例，材料科學(xué)與工程學(xué)科為國家一級(jí)重點(diǎn)學(xué)科，下設(shè)材料科學(xué)系、材料物理與化學(xué)系、材料加工工程與自動(dòng)化系、高分子及復(fù)合材料系等。

材料學(xué)專業(yè)就業(yè)知多少

從就業(yè)角度來講，金屬材料專業(yè)作為一門基礎(chǔ)學(xué)科，應(yīng)用面廣，就業(yè)面也相對(duì)較廣。復(fù)合材料因?yàn)椴┎杀婇L(zhǎng)，在性能上結(jié)合了各種材料的優(yōu)勢(shì)，作為一種新型材料廣泛應(yīng)用于生物、航天領(lǐng)域，就業(yè)前景也很好。

總體就業(yè)前景分析

其一，材料學(xué)專業(yè)性強(qiáng)，受國家重視，高技術(shù)人才供不應(yīng)求?，F(xiàn)代材料學(xué)科更注重研究各類材料及它們之間相互滲透的交叉性和綜合性特點(diǎn)。經(jīng)歷近半個(gè)世紀(jì)對(duì)材料微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性質(zhì)相關(guān)機(jī)制的探索和認(rèn)識(shí)，材料學(xué)研究的范圍得到巨大拓展，一些具有特殊功能的材料日益受到重視并快速發(fā)展，也為材料學(xué)的發(fā)展提供了前所未有的機(jī)遇和空間。這就需要有一定專業(yè)知識(shí)的人才投入到科研工作中，攀登材料科學(xué)的高峰。

其二，隨著時(shí)代的進(jìn)步，新型材料運(yùn)用更加廣泛，現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展也需要很多新型材料的支持。根據(jù)我國當(dāng)前及未來發(fā)展的實(shí)際情況，材料學(xué)專業(yè)人才在各個(gè)行業(yè)需求量的增加為此專業(yè)的學(xué)生提供了很好的就業(yè)機(jī)會(huì)。

研究生階段課題方向的選擇很重要

據(jù)中國科學(xué)院學(xué)高分子材料專業(yè)研究生的王芬（化名）同學(xué)介紹，全班40個(gè)人，男多女少。雖然傳統(tǒng)意義上是要去中石油、中海油等對(duì)口單位，但目前她投簡(jiǎn)歷的對(duì)象主要是民營企業(yè)，這些企業(yè)對(duì)研究方向沒有特別硬性的規(guī)定。

找工作的這段時(shí)間以來，王芬覺得材料學(xué)所有的專業(yè)中，金屬材料學(xué)專業(yè)的就業(yè)面還比較寬。找工作時(shí)，用人單位會(huì)看重求職者的教育背景、研究方向以及課題方向，尤其當(dāng)面試崗位是專職科研人員時(shí)，單位對(duì)專業(yè)方面的考量會(huì)針對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)提出，因此研究生階段的課題選擇非常重要。她建議大家認(rèn)真對(duì)待畢業(yè)設(shè)計(jì)。

腳踏實(shí)地的研究精神不可少

航天某院工作人員高女士建議，在學(xué)校期間，材料學(xué)專業(yè)的學(xué)生應(yīng)該扎實(shí)學(xué)好專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)。她認(rèn)為專業(yè)理論基礎(chǔ)扎實(shí)與否，一方面決定了就業(yè)面的寬窄，更重要的是決定了未來工作發(fā)展?jié)摿Υ笮　Ｒ驗(yàn)榇蠹耶厴I(yè)后的工作與生活是比較忙碌的，很少再有機(jī)會(huì)系統(tǒng)學(xué)習(xí)。

以高女士的就業(yè)經(jīng)歷為例，她認(rèn)為就業(yè)前應(yīng)該事先做好以下準(zhǔn)備：充分利用師兄師姐的經(jīng)驗(yàn)、經(jīng)歷了解可能的工作方向，了解具體工作單位及崗位情況；面試前一定先盡可能了解面試的單位及崗位需求，做到有的放矢。

據(jù)哈爾濱玻璃鋼研究院人事部一名負(fù)責(zé)人介紹，材料學(xué)專業(yè)的學(xué)生，要具備適應(yīng)艱苦的工作條件的素質(zhì)，因?yàn)樽鰪?fù)合材料研究工作要經(jīng)常去實(shí)驗(yàn)室，更重要的是搞科研一定要坐得下來，能夠經(jīng)得起反復(fù)失敗和挫折的考驗(yàn)。

此外，在面試中，還應(yīng)該積極鍛煉個(gè)人表達(dá)能力，為自己增光。

走進(jìn)材料學(xué)專業(yè)

高分子材料——性能優(yōu)異，不可替代

高分子材料獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和易改性、易加工特點(diǎn)，使其具有不可取代的優(yōu)異性能，廣泛用于科學(xué)技術(shù)、國防建設(shè)和國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域。很多天然材料通常是高分子材料組成的，如天然橡膠、棉花、人體器官等。人工合成的化學(xué)纖維、塑料和橡膠等也是如此。然而，一些高分子材料會(huì)含有毒性，使用、實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意。

中科院高分子材料學(xué)研究方向的研究生王芬（化名）說：“我在本科時(shí)讀的是無機(jī)非金屬材料學(xué)，在研究生時(shí)根據(jù)導(dǎo)師的研究方向，選擇了高分子材料學(xué)，即有機(jī)無機(jī)復(fù)合材料學(xué)，重點(diǎn)研究塑料、橡膠等，應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)生活中，為鉆井平臺(tái)進(jìn)行驅(qū)油。平日里我們大部分時(shí)間在實(shí)驗(yàn)室度過，研究對(duì)象為甲醛、乙醇、乙烷等化學(xué)物質(zhì)，一些化學(xué)物質(zhì)如甲醛會(huì)有毒性，因此要做好防毒設(shè)施?！?/p>

無機(jī)非金屬材料——基礎(chǔ)學(xué)科，必不可少

無機(jī)非金屬材料是與有機(jī)高分子材料和金屬材料并列的三大材料之一，主要研究建筑、水泥、陶瓷、玻璃等材料。目前比較受到關(guān)注的納米材料也屬于無機(jī)非金屬行列。

無機(jī)非金屬材料品種和名目極其繁多，用途各異，通常把它們分為普通的（傳統(tǒng)的）和先進(jìn)的（新型的）無機(jī)非金屬材料兩大類。新型無機(jī)非金屬材料是20世紀(jì)中期以后發(fā)展起來的，具有特殊性能和用途的材料。它們是現(xiàn)代新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)改造、現(xiàn)代國防和生物醫(yī)學(xué)所不可缺少的物質(zhì)基礎(chǔ)。常見的無機(jī)非金屬材料有水泥、 玻璃、 陶瓷等。

篇8

形狀：上段成錐形，下部是圓柱形。

化學(xué)組成：礦泉水和可樂瓶是用的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯PET。另外食品包裝塑料瓶材料還有聚丙烯PP，高密度聚乙烯HDPE等。

用途：生活中最常見的就是用塑料瓶裝水了，也就是常見的礦泉水。另外就是可以用塑料瓶裝其他物品，比如說實(shí)驗(yàn)室中不能用玻璃瓶裝的試劑有時(shí)必須用塑料瓶裝。塑料瓶的用途有很多很多，生活中到處可以見到塑料瓶。

改進(jìn)措施：可以改進(jìn)塑料瓶的生產(chǎn)工藝，如果能將塑料瓶生產(chǎn)成可自動(dòng)降解的，那么我們的環(huán)境將不會(huì)再有更多的白色污染，這是一個(gè)非常有前景的技術(shù)，如果能夠成功，并且價(jià)格能夠和現(xiàn)在的塑料瓶相當(dāng)，那么塑料瓶的用途可能將大大增加！

2．名稱：一次性紙杯。

形狀：上大下小的錐形形狀。

化學(xué)組成：聚乙烯。

性能：柔軟性好、耐沖擊性能好；耐熱性、耐溶劑性、硬度較差。

用途：最好用于裝冷水，不要裝開水。

改進(jìn)措施：如果選用的材料不好，或加工工藝不過關(guān)，在聚乙烯熱熔或涂抹到紙杯過程中，可能會(huì)氧化為羰基化合物。羰基化合物在常溫下不易揮發(fā)，但在紙杯倒入熱水時(shí)就可能揮發(fā)出來。它既不環(huán)保，也不健康。還有些一次性紙杯生產(chǎn)商購買價(jià)格低廉的紙漿，在生產(chǎn)過程中添加熒光漂白劑，有致癌危險(xiǎn)。建議大家，一次性杯不到萬不得已不要使用，如果使用最好裝冷水。

3．洗潔精

形狀：粘稠狀

化學(xué)組成：洗潔精的主要成份是:1表面活性劑；其主要作用是產(chǎn)生泡沫及去污；2、洗滌助劑：常用的原料有氫氧化鈉和檸檬酸鈉；3、增稠劑量：其主要作用是增稠，穩(wěn)泡及去污，常用的原料有6501、6502、氯化鈉；4、防腐劑，其主要作用是殺菌，保持，常用的原料有：苯甲酸鈉、甲基異噻唑啉酮等；5、添加劑，其主要作用是處理水質(zhì)，改善氣味，常用的原料有：1、乙二胺四乙酸二鈉，2、EDTA四鈉

性能：去污性能，去油性能等。

用途：可以用來清洗碗筷，也可以用來清洗鞋子或衣服上的污濁等。

4．電冰箱外殼

形狀：長(zhǎng)方體或者不規(guī)則多邊形

化學(xué)組成：塑料，金屬等。

性能：支撐冰箱外形，美觀漂亮及減少冰箱成本等等。

改進(jìn)措施：我們都知道，冰箱在使用一段時(shí)間后外形將不再漂亮美觀，主要是由于塑料經(jīng)過長(zhǎng)期的外置于空氣中可能發(fā)生老化，變色等。如果能將塑料的性能改優(yōu)使其老化速度減緩或者不老化，那么將是一件非常有價(jià)值的進(jìn)步，另外就是和上面一樣，如果做到塑料能夠自動(dòng)降解，那么我們的世界將少了一份白色污染。我們的世界也將變得更加美麗！

5．各種醫(yī)用高分子材料制品

醫(yī)用高分子材料是指可以應(yīng)用于醫(yī)藥的人工合成（包括改性）的高分子材料，一般不包括天然高分子材料、生物高分子材無機(jī)高分子材料等在內(nèi)。隨著生物科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，越來越多的高分子材料被用于與人類生命健康息息相關(guān)的各種器官和皮膚的替代材料。

醫(yī)用高分子材料大致可分為機(jī)體外使用與機(jī)體內(nèi)使用兩大類。機(jī)體外用的材科主要是制備醫(yī)療用品。如輸液袋、輸液管、注射器等。輸液袋、管可用衛(wèi)生級(jí)聚氯乙烯制造。由于這些高分子材料成本低、使用方便，現(xiàn)已大量使用。機(jī)體內(nèi)用材料又可分為外科用和內(nèi)科用兩類。外科方面有人工器官、醫(yī)用粘合劑、整形材料等。內(nèi)科用的主要是高分子藥物。所謂高分子藥物，就是具有藥效的低分子與高分子載體相綜合的藥物，它具有長(zhǎng)效、穩(wěn)定的特點(diǎn)。

歸納起來，一個(gè)具備了以下七個(gè)方面性能的材料，可以考慮用作醫(yī)用材料。

篇9

相比基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，綜合性實(shí)驗(yàn)的設(shè)置和開展對(duì)學(xué)生各課程知識(shí)的掌握在廣度和深度上均提出了更高的要求，也使得學(xué)生能夠?qū)Ψ謱儆诓煌n程的知識(shí)點(diǎn)有了更為深刻的認(rèn)識(shí)，通過相互對(duì)比和驗(yàn)證，有助于專業(yè)知識(shí)的全面掌握和理解。但鑒于實(shí)驗(yàn)開展仍然遵循著學(xué)生預(yù)習(xí)、老師講授、動(dòng)手操作和課后交報(bào)告的傳統(tǒng)模式，雖然實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師針對(duì)實(shí)驗(yàn)可以設(shè)計(jì)不同的反應(yīng)歷程，讓不同組別的學(xué)生獲得迥異的結(jié)果，但實(shí)驗(yàn)結(jié)論的預(yù)測(cè)性很強(qiáng)，一些意外問題的發(fā)生也會(huì)在指導(dǎo)教師的預(yù)料之中，并能夠很快給出解決方案，這對(duì)于提升學(xué)生在主觀能動(dòng)學(xué)習(xí)能力的效果很有限。另外，本校開展的高分子實(shí)驗(yàn)在內(nèi)容的編排上還存在著較為明顯的學(xué)科界限，還不能完全融合高分子化學(xué)、高分子物理和高分子成型加工原理等課程內(nèi)容，因此很有必要開設(shè)具有創(chuàng)新型的研究型實(shí)驗(yàn)課程。

2實(shí)驗(yàn)開設(shè)時(shí)機(jī)

鑒于此類研究型實(shí)驗(yàn)的開展往往需要比較集中的時(shí)間段，高分子材料教研室經(jīng)過多次商討，確定本實(shí)驗(yàn)的學(xué)時(shí)為90學(xué)時(shí)(30學(xué)時(shí)/周×3周)，將主要的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容集中安排在大四上學(xué)期的最后3周內(nèi)完成。此時(shí)，一方面學(xué)生已經(jīng)完成了所有的理論課程的學(xué)生和各類基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，為本實(shí)驗(yàn)的開展提供了先決條件;其次，在此時(shí)間段有關(guān)校園招聘活動(dòng)也會(huì)告一段落，可以保證學(xué)生有充足的時(shí)間和精力完成實(shí)驗(yàn);最后，此次實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練也為下一學(xué)期的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的開展提供一次很好的預(yù)演，能夠有效地消除學(xué)生對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的恐慌和迷茫心理。

3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)王新平等［5］的觀點(diǎn)，創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)必須具有實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不確定性和探索性、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)程序的自主性和開放性，以及實(shí)驗(yàn)過程的可行性和可操縱性等基本要素。因而，這類實(shí)驗(yàn)的開展必然會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)人員(包括指導(dǎo)教師和學(xué)生)、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和場(chǎng)地等諸多方面提出了更高的要求。根據(jù)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)的三點(diǎn)原則［5］和本專業(yè)教研室老師的科研情況，教研室選擇了“導(dǎo)電性高分子材料的制備及其應(yīng)用”這一開放性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)。通過多方面的探討和論證，我們嘗試設(shè)計(jì)了一個(gè)以摻雜聚苯胺的合成、表征及其在聚丙烯和天然橡膠中的應(yīng)用為主線的研究型實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和所需基本學(xué)時(shí)安排如下:(1)學(xué)生分組，布置實(shí)驗(yàn)的側(cè)重方向(一組在聚丙烯中的應(yīng)用，一組在天然橡膠中的應(yīng)用)，安排相關(guān)文獻(xiàn)的查詢和閱讀，著重了解聚苯胺的特性和合成方法、聚丙烯和天然橡膠的性能和加工特性，溫習(xí)有關(guān)設(shè)備的操作和安全注意事項(xiàng)(30學(xué)時(shí))。(2)根據(jù)分組，學(xué)生在老師的指導(dǎo)下搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行聚苯胺的合成，分別采用化學(xué)氧化聚合法、乳液聚合法、微乳液聚合法和分散聚合法制得一系列經(jīng)過質(zhì)子酸或無機(jī)酸摻雜改性的聚苯胺，經(jīng)純化干燥后備用(30學(xué)時(shí))。(3)用高阻計(jì)測(cè)試聚苯胺的電導(dǎo)率，X射線衍射儀分析產(chǎn)物的物相結(jié)構(gòu)，紅外光譜儀觀察產(chǎn)物的特征官能團(tuán)，并在掃描電鏡下觀察產(chǎn)物的形貌，并比較不同組別間所得聚苯胺產(chǎn)物在性能和外觀上的異同(15學(xué)時(shí))。(4)各組同學(xué)在制得合格的聚苯胺后，按照預(yù)先選定的應(yīng)用方向，分別添加到聚丙烯或天然橡膠中制成復(fù)合材料，前者在雙螺桿擠出機(jī)中完成，而后者在雙輥開煉機(jī)和平板硫化機(jī)中進(jìn)行。(30學(xué)時(shí))(5)將所得復(fù)合材料進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化制樣后，分別用萬能電子試驗(yàn)機(jī)、擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)和高阻計(jì)測(cè)試復(fù)合材料的拉伸性能、沖擊韌性和電導(dǎo)率隨聚苯胺添加量的變化規(guī)律并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果;用掃描電鏡觀察復(fù)合材料斷面形貌，分析破壞機(jī)制，探討材料的強(qiáng)度和韌性變化的機(jī)理(15學(xué)時(shí))。(6)學(xué)生整理數(shù)據(jù)，并撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。報(bào)告要求參照本科畢業(yè)論文的模板和格式，須包括引言、實(shí)驗(yàn)過程、結(jié)果與討論、結(jié)論和參考文獻(xiàn)等主要部分(30學(xué)時(shí))。其中(1)和(6)要求學(xué)生利用課余時(shí)間分別在實(shí)驗(yàn)周的前后一周內(nèi)完成，不占用實(shí)驗(yàn)周的學(xué)時(shí)。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過程中，如因出現(xiàn)不可抗力或意外情況導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)進(jìn)展不順利，可通過與實(shí)驗(yàn)室管理人員協(xié)調(diào)，利用周六和周日的時(shí)間進(jìn)行彌補(bǔ)，以保證學(xué)生有充足的實(shí)驗(yàn)時(shí)間。通過這樣一個(gè)研究型實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和內(nèi)容編排，不但使學(xué)生能夠?qū)⒂袡C(jī)化學(xué)、高分子化學(xué)、高分子物理、高分子成型加工原理以及材料現(xiàn)代測(cè)試與分析技術(shù)等課程中散落的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行有機(jī)串聯(lián)，還同時(shí)大大增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)高分子材料從合成、表征到應(yīng)用的整體認(rèn)識(shí)。在實(shí)驗(yàn)過程出現(xiàn)不可預(yù)料的事件時(shí)，合理引導(dǎo)學(xué)生利用理論知識(shí)去分析問題，并通過查找資料尋求解決問題的方法，有力地推動(dòng)了學(xué)生在理論知識(shí)和實(shí)踐應(yīng)用方面的融會(huì)貫通，極大地提升了學(xué)生的主觀能動(dòng)性。

4實(shí)驗(yàn)課程考核

本實(shí)驗(yàn)的考核采用過程管理與結(jié)果考核并用的模式，主要分為以下三個(gè)方面:(1)學(xué)生實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)(40%):指導(dǎo)教師觀察并記錄學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的表現(xiàn)，包括實(shí)驗(yàn)時(shí)間的合理安排、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的正確搭建、實(shí)驗(yàn)藥品和原料的適用和管理，以及意外情況出現(xiàn)時(shí)的應(yīng)對(duì)措施等。(2)綜合報(bào)告撰寫(40%):要求每一位學(xué)生在查閱文獻(xiàn)和整理資料的基礎(chǔ)上，獨(dú)立分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，撰寫一份符合要求的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。(3)教師提問考核(20%):學(xué)生提交報(bào)告期間，指導(dǎo)教師根據(jù)報(bào)告內(nèi)容進(jìn)行提問，考核學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過程和報(bào)告內(nèi)容的熟悉程度，同時(shí)考察學(xué)生在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析中的邏輯性，進(jìn)一步深化學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的印象，達(dá)到初步培養(yǎng)學(xué)生科研素質(zhì)的目的。

5結(jié)語與展望

篇10

依照天然高分子的結(jié)構(gòu)屬性，改性修飾或者納米化研制開發(fā)出適合于人類可持續(xù)發(fā)展的、無毒害、易降解的高分子材料，成為了當(dāng)今全球節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域重要的研究方向?！澳茉磫栴}勢(shì)必會(huì)引起環(huán)境問題，把自然界中的生物質(zhì)作為一種能量，通過循環(huán)使之得以釋放，可以極大地減少對(duì)化石能源的依賴性，同時(shí)也不會(huì)對(duì)環(huán)境造成不良影響?！蹦暇┬畔⒐こ檀髮W(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院化學(xué)系教授劉大剛?cè)绱苏J(rèn)為。

田野里走出來的材料工作者

出生于20世紀(jì)70年代末的劉大剛成長(zhǎng)于革命老區(qū)大別山腳下，自小玩耍于山間田野，一束花草、一顆粒石、一只甲殼蟲……都可以讓他玩得不亦樂乎。因歷史原因，當(dāng)?shù)厥重毨?，食不裹腹并不罕見。在此等生活條件下，讀書成為一種奢侈。

他的爺爺是以前的私塾先生，在當(dāng)?shù)厮愕蒙现R(shí)分子，“家里的教育傳承還可以”，因此，劉大剛才能一路從小學(xué)、中學(xué)讀到大學(xué)，最終成長(zhǎng)為一個(gè)前線教育工作者，科研人員。談及小時(shí)候的生長(zhǎng)環(huán)境，劉大剛很是興奮，“那時(shí)候上學(xué)也不是全身心地在學(xué)習(xí)上，而是喜歡跑到山溝溝里到處去玩”。

自然界各色各樣的生物，種種神秘現(xiàn)象，填滿了劉大剛的少年時(shí)代。“我喜歡一些自然、天然純粹的東西，同時(shí)也喜歡思考自然界中的五顏六色是怎么來的一類問題”。開闊的山間田野塑造了他自由、崇尚天然的性格，對(duì)各種自然現(xiàn)象高度好奇培養(yǎng)了他對(duì)自然的無限興趣?？梢哉f正是在這種興趣的指引下，讓他在今后的科研過程中以自然為導(dǎo)向，一步一步走進(jìn)大自然深處。

從大學(xué)時(shí)期的化學(xué)專業(yè)，到留美期間的可再生資源研究，再到目前所從事的環(huán)境友好高分子納米材料研究，劉大剛把他感興趣的自然生物一點(diǎn)點(diǎn)轉(zhuǎn)移到實(shí)驗(yàn)室里的瓶瓶罐罐中，熱衷于探索天然高分子結(jié)構(gòu)的不規(guī)整性、分子間鍵全作用的復(fù)雜性、難溶解、手性以及親水性等特征，為尋找可替代原料不遺余力。

“自然界中有很多生物質(zhì)，其通過自然本身的循環(huán)作用，把這些生物質(zhì)當(dāng)作一種能量利用起來，通過不同形式的排列組合直接轉(zhuǎn)化為人類所需要的能源材料，這是我一直想做的”，劉大剛始終認(rèn)為，科研要取于自然，回歸自然。“利用豐富的可再生材料，實(shí)現(xiàn)功能化仿生，使用后也是天然環(huán)保，這才是正確的循環(huán)發(fā)展的道路”。

探索天然高分子性能

當(dāng)前，傳統(tǒng)能源在消耗過程中不可避免出現(xiàn)有毒物質(zhì)，危害生態(tài)環(huán)境的正常發(fā)展，同時(shí)也損害人類身體健康。隨著近年來國內(nèi)外天然高分子領(lǐng)域研究腳步的加快，人們逐漸對(duì)天然高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)、材料的降解循環(huán)利用有了深入了解。

劉大剛帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)將淀粉、紙漿、甲殼素、殼聚糖、絲蛋白等通過機(jī)械物理的方法分別制備成天然高分子納米顆粒，通過對(duì)流變分析淀粉、殼聚糖、甲殼素在尺寸降低的過程中納米顆粒的溶膠―凝膠轉(zhuǎn)變，研究了尺寸轉(zhuǎn)變和形貌等對(duì)顆粒性質(zhì)的影響。該技術(shù)克服了傳統(tǒng)化學(xué)污染或者生物酶技術(shù)的不足，為天然高分子半結(jié)晶性納米顆粒以及水分散膠體提供了有效的制備方法，并得到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛認(rèn)可。這些納米顆粒有效地增加了比表面積和相對(duì)官能團(tuán)數(shù)量，卻保持了原始的剛性特征，當(dāng)嵌入柔性高分子鏈段中易形成“海-島”結(jié)構(gòu)。他們將天然高分子納米晶或者納米纖維與高分子進(jìn)行共混，實(shí)現(xiàn)軟硬兩相之間的有序結(jié)合，增加材料的抗蠕變性能。他們的研究受到關(guān)注并受邀撰寫書稿和綜述。

像纖維素納米晶這樣的尺寸小、比表面積大的聚集體，可以通過緩慢的自組裝恢復(fù)其生物體內(nèi)纖維的膽甾相有序結(jié)構(gòu)。但是若在三維尺寸范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)有序組裝，必須在聚集體中間引入如電荷排斥等排斥力，劉大剛及其團(tuán)隊(duì)通過調(diào)節(jié)納米晶表面電荷密度和手性旋轉(zhuǎn)調(diào)控具有長(zhǎng)程有序結(jié)構(gòu)的膽甾相液晶膜，而且這種手性向列相液晶可以選擇性地反射可見光，表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)顏色現(xiàn)象。這種彩虹色的薄膜被用于傳感膜、防偽涂層材料。這一研究發(fā)現(xiàn)受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注，獲得較高的引用。

此外，基于生命體中天然高分子聚合存在的特征，他提出利用雜化形式實(shí)現(xiàn)對(duì)天然高分子材料結(jié)構(gòu)性質(zhì)的調(diào)控和應(yīng)用。比如大豆蛋白質(zhì)是一種優(yōu)良的鈣離子結(jié)合物，利用球蛋白亞單元7S和11S作為模板，通過無機(jī)納米顆粒的識(shí)別效應(yīng)，區(qū)分出大豆蛋白質(zhì)球蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)單元，建立起7S和11S的有機(jī)/無機(jī)納米晶之間的識(shí)別/組裝模式。通過雜化增強(qiáng)等方式解決了大豆蛋白材料的吸水性強(qiáng)、韌性差的問題，并且將離子鍵合/螯合作用力用于增強(qiáng)大豆蛋白質(zhì)/木材的膠合界面，提出復(fù)雜的有機(jī)/無機(jī)雜化納米膠黏劑在粘接木材中三相界面作用力的膠合機(jī)理。相關(guān)的膠黏劑產(chǎn)品并已實(shí)現(xiàn)了該技術(shù)的工業(yè)化，在環(huán)境公益和工業(yè)方面貢獻(xiàn)了技術(shù)力量。

眾所周知，重金屬離子污染極大地破壞了當(dāng)前生態(tài)環(huán)境，利用天然高分子微納米顆粒的多功能活性基團(tuán)和高比表面積，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬離子的吸附分離，有效地減少了二次污染。劉大剛帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成員將大豆蛋白微球、甲殼素、殼聚糖納米纖絲等微納米尺寸的天然高分子顆粒應(yīng)用于重金屬離子等污染物的去除，取得超高的吸附量和吸附效率。在過濾器件的應(yīng)用上，為快速、高效的污染處理開辟了新思路。

在今后的科研過程中，劉大剛認(rèn)為，分離出細(xì)小的半結(jié)晶天然高分子納米結(jié)構(gòu)單元，改變、調(diào)節(jié)這些聚集體之間的作用力，調(diào)控手性結(jié)構(gòu)特征，繼而控制綠色組裝過程合成功能、智能材料，實(shí)現(xiàn)從仿生到創(chuàng)造智能材料的轉(zhuǎn)變是重中之重。

“自然靈感是自主創(chuàng)新的源泉”

留美期間，劉大剛的科研態(tài)度有了一些改變，“相對(duì)來講，美國的科學(xué)家更注重科技成果的轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研緊密聯(lián)合”。隨著國內(nèi)科研成果與產(chǎn)業(yè)化相對(duì)接趨勢(shì)的日益加強(qiáng)，他敏銳地感覺到，今后的科研之路要向技術(shù)自主創(chuàng)新和新產(chǎn)品研發(fā)方面發(fā)展。

“大自然是最偉大的材料大師，要從大自然中尋找靈感，重新做實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，然后嘗試著去完成”，劉大剛認(rèn)為科研的靈感要來自于自然，比如孔雀開屏很美麗，那能不能把這種自然呈現(xiàn)出來的顏色搭配及圖案等轉(zhuǎn)移到人類的衣物制作上，而不是僅僅通過化學(xué)印染，這種自然組合，能夠美得更真實(shí)、更環(huán)保、更有利于人體健康。

回國后，劉大剛就走上了南京信息工程大學(xué)的三尺講臺(tái)，開始了執(zhí)教生涯，并在這里一一實(shí)現(xiàn)著自己當(dāng)初的設(shè)想?！案慊瘜W(xué)科研，并非都是和有毒物質(zhì)打交道，在我們實(shí)驗(yàn)室里都是一些天然的東西，是自然界中普遍存在的天然高分子，比如淀粉、甲殼素、纖維素、蛋白質(zhì)等，很常見”。在指導(dǎo)學(xué)生做科研方面，他說，大自然才是人類的老師，鼓勵(lì)學(xué)生多接觸自然，在實(shí)驗(yàn)里做基礎(chǔ)性研究時(shí)，只需要結(jié)合自然界中的現(xiàn)象來執(zhí)行就可以了。