功能材料概论.doc

计算机学院 裴天魁 学号：11073144 关于高分子纳米复合材料 天然的、合成的和复合的高分子材料已经遍及人们的衣、食、住、行乃至信息、能源、航空航天以及国防等各个领域，其重要性是不言而喻的。那么到底什么是高分子呢？看看我们的周围世界，人们穿的是棉、毛、涤纶等制成的衣服，吃的是富含淀粉和蛋白质的米、面、肉、蛋等食物，家里用的是由各种聚乙烯、聚氯乙烯等塑料制成的器皿，出门坐的是装有橡胶轮胎的汽车，所有这些不都是高分子在生活中生动的体现吗！高分子是由分子量很大的长链分子所组成，而每个分子链都是由共价键联合的成百上千的一种或多种小分子构造而成。 功能高分子材料一般指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料，或具体地指在原有力学性能的基础上，还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料。功能高分子材料是上世纪60年代发展起来的新兴领域，是高分子材料渗透到电子、生物、能源等领域后开发涌现出的新材料。近年来，功能高分子材料的年增长率一般都在10以上，其中高分子分离膜和生物医用高分子的增长率高达50。 介于应对经济发展的需要，科学技术发展的需求，交通和宇航技术的要求，生命科学的要求，高分子纳米复合材料应运而生！ 下面我来介绍一下，关于高分子纳米复合材料的应用： （1）高分子在工业上的应用1 作为结构材料广泛地应用于工业中的塑料，称为“工程塑料”。工程塑料质轻，仅为钢的 18，但强度却可以与钢材相媲美，它可代替金属制造各种齿轮、轴承等机械零件，如用酚醛塑料代替黄铜制成轧钢机的轴承，使用寿命大大提高,用玻璃钢作矿井支柱比金属和木材质轻且耐腐蚀。2 电气工业是最先使用高分子材料的,至今电气电子工业中大量采用高分子作绝缘材科、壳体零部件等,如电源开关、插头等电器零件是由酚醛模塑粉制成的，电线的覆盖层是用橡胶或聚氯乙烯制造的，用硅树脂作电机中的绝缘材料则可大大提高其工作温度(180)和使用功率，并且能延长使用寿命。3 化学工业中采用高分子作稳定材料和防腐蚀材料，可涂于管道、反应器的表面，也可直接制成储槽、管道、罐、反应器等化工设备。4 在轻工业方面，塑料引起了包装革命。塑料除直接用于包装外，还可与纸、纸板、玻璃纸、铝箔等材料复合使用，应用很广。合成纤维(涤纶、尼龙、腈纶等)和人造纤维等的出现为纺织工业提供了大量原料，使纺织品的花色品种大大增加，产品更加美观耐用。此外，塑料鞋、塑料雨衣、薄膜、人造革以及各种塑料日用品，都以其美观、耐用、轻便而深受人们的欢迎。（2）高分子在农业上的应用 采用塑料薄膜育苗，塑料大棚种菜，能大大提高农田利用率和产量；用黑色薄膜覆盖田垄，可以抑制杂草生长并且保温，有利农作物生长；化肥用塑料袋包装利于运输和储存；农业机械的轮胎要使用橡胶，水利排灌管道、农用机械零部件等都大量使用塑料，可见高分子合成材料的发展对实现农业现代化起着重要作用。（3）高分子在国防上的应用 为国防工业现代化和尖端科学技术的发展，研制了各种特殊高分子材料和功能高分子材料，它们具有耐高温（或耐低温）、高强度(高模量)、高绝缘、耐辐射、耐腐蚀等优良性能，以及光、电、磁等特殊性能，所以在宇航、超音速飞机、原子能设备、大型集成电路和军事装备上采用高分子材料制作部件，在实现轻微型化上起着重要作用。例如，火箭外壳表层采用的高分子材料(短期耐6 000甚至10 000以上高温)，在军舰生产上使用的玻璃钢，人造卫星和宇宙飞船上使用的高分子烧蚀材料，飞机制造中代替金属使用的高分子材料，密封腻子等等，都是各种新型的高分子材料。 （4）高分子在交通、建筑、医药等方面的应用 1 在交通运输业中每年生产轮胎用的橡胶占橡胶总用量的60-70,车厢、车身外壳使用了增强塑料，其它如船舱隔板、车厢机舱装饰、门窗等也都使用塑料。2 在建筑业中，门窗、地板、房梁及流动房屋、上下水道、公路涵洞及各种涂料、粘合剂等都可以用高分子材料制成。建筑方面还大量使用塑料管材、板材、棒材和泡沫塑料，它们具有坚韧美观，隔音保温等优良性能。3 在医药卫生方面，除制造医疗器械、医用器皿用具(如手套)使用高分子材料外，还有高分子药物,并且高分子材料还可用于制造人工眼球角膜、人工心脏瓣膜、人造心肺、人工肾、人工血管、人工皮肤、人工骨骼、人造血浆和组织粘合剂等,可以预见人工制造的生理器官的范围将会愈来愈大,医用高分子已成为一个重要的科学分支。 纳米技术的迅猛发展，特别是微机电系统的初步成功，为军事科技工作者研制纳米武器奠定了物质基础。他们尽情发挥想像力，研制出千奇百怪的战场“精灵”。 （1）“麻雀”卫星。美国于1995年提出了纳米卫星的概念。这种卫星比麻雀略大，重量不足10千克，各种部件全部用纳米材料制造，采用最先进的微机电一体化集成技术整合，具有可重组性和再生性，成本低，质量好，可靠性强。一枚小型火箭一次就可以发射数百颗纳米卫星。若在太阳同步轨道上等间隔地布置648颗功能不同的纳米卫星，就可以保证在任何时刻对地球上任何一点进行连续监视，即使少数卫星失灵，整个卫星网络的工作也不会受影响。 （2）“蚊子”导弹。由于纳米器件比半导体器件工作速度快得多，可以大大提高武器控制系统的信息传输、存储和处理能力，可以制造出全新原理的智能化微型导航系统，使制导武器的隐蔽性、机动性和生存能力发生质的变化。利用纳米技术制造的形如蚊子的微型导弹，可以起到神奇的战斗效能。纳米导弹直接受电波遥控，可以神不知鬼不觉地潜入目标内部，其威力足以炸毁敌方火炮、坦克、飞机、指挥部和弹药库。（3）“苍蝇”飞机。这是一种如同苍蝇般大小的袖珍飞行器，可携带各种探测设备，具有信息处理、导航和通信能力。其主要功能是秘密部署到敌方信息系统和武器系统的内部或附近，监视敌方情况。这些纳米飞机可以悬停、飞行，敌方雷达根本发现不了它们。据说它还适应全天候作战，可以从数百千米外将其获得的信息传回己方导弹发射基地，直接引导导弹攻击目标。（4）“蚂蚁士兵”。这是一种通过声波控制的微型机器人。这些机器人比蚂蚁还要小，但具有惊人的破坏力。它们可以通过各种途径钻进敌方武器装备中，长期潜伏下来。一旦启用，这些“纳米士兵”就会各显神通：有的专门破坏敌方电子设备，使其短路、毁坏；有的充当爆破手，用特种炸药引爆目标；有的施放各种化学制剂，使敌方金属变脆、油料凝结或使敌方人员神经麻痹、失去战斗力。（1）吸收雷达波涂层舰船涂料的一个非常重要的作用是作为舰船隐身材料的一部分 ,吸收雷达波涂料的应用正从飞机、 导弹、 陆地战车向更大尺寸的舰船发展。目前吸波涂料的面密度较高、 低频段吸收率低是舰用吸波涂料最大的问题之一。纳米材料的特殊效应有可能为隐身材料提供新的途径和新的吸波机理 ,但纳米颗粒在低频时的电磁参数并不优于微米颗粒 ,而且纳米级颗粒材料分散困难、 填充量限 ,限制了其使用。由于可对复合膜的厚度、 层数、 结构和组分进行设计和控制 ,纳米多层复合膜(包括多层颗粒膜、 无机/有机多层复合膜、 金属/电介质多层复合膜等)有望成为制备高强度和具备一定频宽的微波吸收材料的新选择。美国 SDS 公司利用一种超细陶瓷球粉体配制的一种料 ,可使装备具有隐形能力 ,还可以涂覆在电子设备上以对付电子干扰。据资料表明 ,美国已研制出第 4 代纳米吸波材料 ,对雷达波的吸收率可达 99 % ,而厚度仅是微米级。（2） 舰船红外隐身涂层纳米氧化铝、 氧化铁、 氧化硅和氧化钛的复合粉体与高分子纤维结合对中红外光波段有很强的吸收性能 ,这种复合体对该波段的红探测器有很好的屏蔽作用。纳米磁性材料 ,特别是类似铁氧体的纳米磁性材料添加到涂料中 ,既具有良好的吸收和耗散红外线的性能 ,具有优良的吸收雷达波的特性 ,具有明显的隐身功能。潜艇伪装涂料潜艇伪装涂料的技术关键是涂料