有机功能材料 (2).doc

有机功能材料包括：有机光功能材料 电功能高分子 化学功能高分 子 高分子液晶 形状记忆高分子 磁性功能高分子 医药功能高 分子（一）有机光功能材料1.（填空） 有机光功能材料：有机非线性光学晶体 感光性高分子 树脂 光致变色高分子 塑料光导纤维2.（填空） 有机非线性光学晶体 非线性光学材料在光电技术的频率变换中可产生倍频、和频、差频、四混频和光参量振荡，从而可拓宽激光的波长范围，发展新的激光光源。 非线性光学材料在信号处理中做光调制、光开关、光偏转、图像放大、光计算机、光存储、光纤通信等。3. 20世纪60年代中期发现某些芳香族有机化合物显示非线性光学 效 ，1979年，发现2-甲基-4-硝基苯胺有很大的二阶非线性光学效应，其二阶非线性光学系数比LiNbO3高2000倍，由此，有机非线性光学材料开始迅速发展。4.（1） 有机光功能材料结构特点： 有机非线性光学晶体多为分子晶体。对称性较低，内部结合力较弱。（2）生长方法 溶液法 熔体提拉法 气相生长法5. 查尔酮衍生物是研究较多的有机非线性光学晶体体系，通过可以 设计的施主或受主基团，便于对晶体的性质进行设计和优化。（二）感光性高分子树脂1. （判断）感光性树脂在光的作用下能迅速发生光化学反应，引起物理和化学变化的高分子。这类树脂在吸收光能量后是分子内或分子间产生化学或结构的变化。吸收光的过程可由具有感光基团的高分子本身来完成，也可由加入感光材料中的感光性化合物（光敏剂）吸收光后引发光化学反应来完成。2. （简答）光致抗蚀剂的工作原理 光致抗蚀剂又叫光刻胶。当其受到光照后即发生交联或分解反应，溶解性发生改变。 硅晶体或金属等表面进行选择性的腐蚀的步骤为： a. 将不需腐蚀的部分保护起来； b. 将光刻胶均匀涂布在被加工物体表面； C. 所需加工的图形进行曝光d. 用适当的溶剂显影，就得到有光刻胶组成的图形；e. 用适当的腐蚀液除去被加工表面的暴露部分；f. 除去光刻胶，就形成了所需要的图形。 3. 如果光刻胶受光部分发生交联反应，溶解度变小，用溶剂把未曝光的部分显影后去除，则在被加工表面形成与曝光掩膜（照相负片或其复制品）相反的负图像，称为负性光致抗蚀剂； 相反，如果光刻胶受光部分发生分解，溶解度增大，用溶剂除去曝光部分，所形成的图像与掩膜是一致的，称为正性光致抗蚀剂。4光致抗蚀剂要求：感度高，所必要的曝光量值小；能加工的最小尺寸小，即分辨率要高；耐腐蚀，对基板有保护作用。5. 主要感光性高分子（按聚合物组分分类）（1）具有感光基团的高分子（2）感光化合物高分子（3）光聚合型感光高分子（三）电功能高分子1. 电功能高分子包括：导电高分子材料 光导电高分子材料 高分子压电材料和热电材料 高分子超导体2. 导电高分子材料： 是导电率在半导体和导体范围内的高分子材 料，导电高分子材料与金属相比，具有重量轻、易成形、电阻率可调节等优点。3. 按导电原理导电高分子材料可分为：A. 结构型导电高分子是指分子结构本身能提供载流子从而显示“固有”导电性的高分子材料；B. 复合型导电高分子是以绝缘聚合物作基体，与导电物质（如炭黑、金属粉等）通过各种复合方法而制得的材料，它的导电性是靠混合在其中的导电性物质提供的。4. 结构型导电高分子：一般有四类聚合物具有导电性： 共轭高聚物 高分子电荷转移络合物 金属有机聚合物 高分子电解质 其中前三类均以电子传导为主，高分子电解质是以离子传导为主5.光导电高分子材料 光电导是指光激发时电子载流子数比热平衡状态时多的现象。把这种由于光激发而产生的电流称为光电流。把在光照射下导电性增加的高分子绝缘体或半导体称为光电导高分子。将光电流对暗电流比值很大的材料称为光电导材料。 光电导包括三个基本过程，即： 光激发、载流子生成和载流子迁移。 高分子的相对质量、相对分子质量分布、立体规整性、结晶性、分子结构等对高分子光电导特性均有影响。光电导高分子分类：线型共轭高分子；平面型共轭高分子；侧链或主链含多环芳烃的高分子；侧链或主链含杂环化合物的高分子；高分子电荷转移络合物6. 第一个有机化合物超导体(TMTSF)2PF6（四甲基四硒代富瓦烯电荷转移盐）是由法国科学家D.Jerome于1980年发现的。该有机化合物在1.2109 Pa的压力下于温度Tc 0.9K时成为超导体； 1982年，另一类有机超导体（BEDT-TTF)2X被发现，当X为Cn(NCS)2，在不加压的条件下，超导温度Tc约为11K； C60发现后，20世纪90年代出现了碱金属掺杂的A3C60(A=Na、K、Ru钌）， Tc约为30K； 2000年以来，又发现了电荷转移盐、富勒烯、并苯等三种有机超导体，它们都是有机小分子。 直到2001年，高分子超导体才被贝尔实验室发现。首先用场效 应注入载流子空穴的方法，在一种聚噻吩poly(3-hexyl-thiophene)中观察到了超导型。7. 有机超导体分类： 第一类是线型共轭系统，高分子长链中碳-碳之间的键链是以单键和双键交替的方式延伸的，其中典型的材料是聚乙烯。1977年，麦克迪尔米德和黑格以无机物质对聚乙烯进行掺杂，结果在反式材料中获得了高达10-3 S/cm的电导率。这种“人造金属”可用于太阳能的转换（四）化学功能高分子1. 化学功能高分子材料是具有化学反应功能材料，它是以高分子链为骨架并连接有具有化学活性的集团构成的。 离子交换树脂 高吸水性高分子 高分子絮凝剂 高分子催化剂2. 根据离子交换树脂解离程度的不同，又分为强酸性、弱酸性、强碱性、弱碱性及还有一些特种功能基团的特种离子交换树脂。1）强酸型阳离子交换树脂 这类树脂的大分子骨架上带有硫酸基(-SO3H)，如以R代表高分子骨架，这种树脂可用R- SO3H来表示，它在水溶液中可按下式解离： R- SO3H R- SO3- + H+ 如典型的强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂，其酸性与硫酸、盐酸 相近，它在碱性、中性甚至酸性溶液中都能解离。2）弱酸型阳离子交换树脂 带有羧酸基(-COOH) 、磷酸基(-PO3H2) 、酚基的离子交换树脂是弱酸型阳离子交换树脂，其中以含羧酸基的树脂用途最广。这些功能基酸性弱，因而只能在中性或碱性溶液中才能解离而显示离子交换功能。如弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂，其反应解离是为： R- COOH R- COO- + H+3）强碱型阳离子交换树脂 交换基团为季胺基(-NR3OH) ，带三甲基氨- (CH3)3N+Cl-的称型，带二甲基乙醇基胺- (CH3)2N+ (CH2CH2OH) Cl-的称型。其碱性较强，能在酸性、中性甚至碱性溶液中进行离子交换。它在水中的离解反应式为： R-NR3OH R- NR3 + + OH-4）弱碱型阳离子交换树脂 这类树脂的交换基团是伯胺(-NH2) 、仲胺(-NHR)或叔胺(-NR2) ，它们在水中解离程度小，只能在中性及酸性溶液中进行离子交换反应。离解反应式为： R-NH2 + H2O R-N+H3 + OH-3. 高吸水性高分子 高吸水性树脂是一种含有强亲水性基团并具有一定交联度的功能性高分子材料。 20世纪70年代中期，美国农业部北部研究中心首先开发出一中高吸水性树脂，以后，各种类型的高吸水性高分子相继出现。 高吸水性树脂不溶于水，也不溶于有机溶剂，能吸收数百倍至数千倍于自己重量的水，而且保水性强，即使加压水也不会被挤出。 广泛应用于医疗卫生、建筑材料、环境保护、农业、林业及食品工业。4. 絮凝机理 一般认为高分子絮凝剂的絮凝作用机理是： 在稳定的胶体分散体系中，一个长链大分子可同时吸引两个或几个胶粒，或是一个胶粒同时吸引两个高分子链，因而形成“架桥”的形式把胶粒裹集起来而聚沉； 也可能是大分子链中的极性基团在胶粒表面上进行无规则吸附而使胶粒聚沉； 有的絮凝剂也有中和悬浮物质的电荷作用。 具有吸附架桥或表面吸附而导致分散相成絮团沉降的过程叫做絮凝作用，其絮凝作用的药剂即絮凝剂。（五）高分子液晶1. 液 晶：一种兼有晶体和液体部分性质的物质。 液晶态：介于晶态和液态之间的一种热力学稳定的相态。 主要特征：既类似于晶体，分子呈有序排列；又类似于液体，有一定的流动性。或描述为：具有晶态的各向异性，又具有液态的流动性。2. 根据分子排列的形式和有序性的不同，液晶有三种结构类型：近晶型 向列型 胆甾型（1）近晶型液晶:是所有液晶中最接近结晶结构的一类。其棒状分子互相平行排列成层状结构。分子的长轴垂直于层状结构平面。层内分子排列具有二维有序性。（2）向列型液晶:棒状分子只维持一维有序。它们互相平行排列，但重心排列则是无序的。在外力作用下，棒状分子容易沿流动方向取向，并可在取向方向互相穿越。因此，向列型液晶的宏观粘度一般都比较小，是三种结构类型的液晶中流动性最好的一种。（3）胆甾型液晶:许多胆甾型液晶与胆甾醇的分子结构毫无关系。但 都有导致相同光学性能和其它特性的共同结构。其分子是长而扁平的。它们依靠端基的作用，平行排列成层状结构，长轴与层片平面平行。相邻两层间，分子长轴扭转一定的角度，层层累加，成螺旋结构。分子长轴扭转了360后回到原来的方向。两个取向相同的分子层之间的距离称为螺距，是表征胆甾型液晶的重要参数。 由于扭转分子层的作用，照射在其上的光将发生偏振旋转，使得胆甾型液晶通常具有彩般的漂亮颜色，并有极高的旋光能力。3. 液晶的形成条件？主要是加热和溶解。分类： 热致性液晶和溶致性液晶两大类。 4. 液晶态物质从浑浊的各向异性的液体转变为透明的各向同性的液体的温度称为清亮点。5. 能形成液晶物质的分子结构特征？分子结构特征： 刚性的分子结构。导致液晶形成的刚性结构部分称为致晶单元 ： 在液态下能维持分子的某种 有序排列所必需的凝聚力。6. 致晶单元与高分子的连接方式？ 7. 溶致性高分子液晶（1）芳香族聚酰胺 这类是最早开发并得到应用的一类高分子 液晶材料，有较多品种，其中最重要的是： 聚对苯酰胺（PBA） 聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA） （2）芳香族聚酰胺酰肼 典型代表如PABH(对苯二甲酰氯与对氨基苯甲酰肼的缩聚物)，可用于制备高强度高模量的纤维。（3）聚苯并噻唑类和聚苯并噁唑类 这是一类杂环高分子液晶，分子结构为杂环连接的刚性链。代表物如： 聚双苯并噻唑苯（PBT） 聚苯并噁唑苯（PBO）用它们制成的纤维，模量高达7602650MPa。8. 1963年，卡布伦敦公司首先成功地制备了 对羟基甲酸的均聚物 （PHB）。9. 1975年，Meyer等人从理论和实践上证明了手性近晶型液晶（Sc*型）具有铁电性。这一发现的现实意义是，将高分子液晶的响应速度一下子由毫秒级提高到微秒级，基本上解决了高分子液晶作为图像显示材料的显示速度问题。液晶显示材料的发展有了一个突破性的前进。10、 所谓铁电性高分子液晶，实际上是在普通高分子液晶分子中引入一个具有不对称碳原子的基团，从而保证其具有扭曲C型近晶型液晶的性质。常用的含有不对称碳原子的原料是手性异戊醇。已经合成出席夫碱型、偶氮苯及氧化偶氮苯型、酯型、联苯型、杂环型及环己烷型等各类铁电性高分子液晶。11. 树枝状高分子液晶具有无链缠结、低粘度、高反应活性、高混合性、高溶解性、含有大量的末端基和较大的比表面的特点，据此可开发很多功能性新产品。 12. 薄膜晶体管液晶显示器结构薄膜晶体管液晶显示器剖面结构图示如下：（六）形状记忆高分子 1. 形状记忆高分子（Shape Memory Polymer、 SMP ）材料是指具有初始形状的制品，在一定的条件下改变其初始形状并固定后,通过外界条件（如热、光、电、化学感应）等的刺激，又可恢复其初始形状的高分子材料。2、 SMP记忆过程即完成：的循环过程。引发形状记忆效应的外部环境因素 物理因素：热能，光能，电能和声能等。化学因素：酸碱度，螯合反应和相转变反应等。3. 故根据记忆响应机理，形状记忆高分子可以分为以下几类: 1）热致感应型SMP 2）光致感应型SMP 3）电致感应型SMP 4）化学感应型SMP3. 热致感应型形状记忆高分子 定义：在室温以上一定温度变形并能在室温固定形变且长期存放， 当再升温至某一特定响应温度时，能很快恢复初始形状的聚合物两相结构：固定相可逆相4 热致SMP制备方法：交联法 共聚法 分子自主装（七）高分子科学 高分子化学1. 高分子科学 高分子物理 高分子工程2. 重复单元(Repeating unit)是高分子链的基本组成单位。 链节（1ink ）形成结构单元的小分子化合物称为单体(Monomer)，单体是合成聚合物的原料。3. 均聚物：一种单体聚合而成的聚合物。如聚氯乙烯和聚乙烯。 重复单元分别是各自的结构单元共聚物：有两种或两种以上单体聚合而成的聚合物，如氯乙烯醋酸乙烯共聚物，可用重复单元表示它们的结构式 重复结构单元链节=基本结构单元加聚：由单体加成而聚合起来的反应。特点：加聚物中链节的分子式与单体分子式相同，没有任何小分子 放出缩聚：单体间缩合脱去小分子而形成聚合物的反应 特点：小分子生成4. 大分子与聚合物的区别 大分子（macromolecule）指的是分子量大的化合物，但不一定有聚合物所具备的重复结构单元。胰岛素分子 不能用 n来表示 大分子可以是没有重复结构单元的大分子，也可以是有重复结构单元的大分子，而聚合物则一定是指有重复结构单元的大分子二、 高分子的分类按来源分类：天然高分子、合成高分子、半合成高分子 （一）按工艺和使用分类（习惯分类法）塑料、橡胶和纤维三大类，通称三大合成材料；加上涂料、黏合剂 称为五大合成材料分类局限：有些高分子化合物在不同生产条件加工形成下，可以做成塑料、橡胶或纤维 5、分子内结构包含两个层次：近程结构和远程结构。 近程结构是指单个大分子链结构单元的化学结构和立体化学结构，反映高分子各种特性的最主要结构层次，直接影响高分子的熔点、密度、溶解性、粘度、粘附性等许多性能。一次结构远程结构是指整个分子链范围内的结构状态,分子的大小与构象。二次结构聚集态结构是指高分子材料整体的内部结构，包括晶