研究生用讲义有机高分子材料

有机高分子材料,高级纳米材料研究室,河南省化学生物与有机化学重点实验室,郑州大学化学与分子工程学院,李铁生,郑州市高级纳米信息材料重点实验室,TheKeyLabofAdvancedNano-informationMaterial,Zhengzhou,第一章前言,1,当前世界科技发展趋势,信息科技、材料科技、制造科技、生命科技,一个兴起,能源利用纳米科技,二个焦点,环境污染与生态失衡,三个关注,地球科技、海洋科技、空间科技,四个支撑,2,创新驱动力,一、宇宙与物质结构Universe(Cosmos)andStructureofMatter,宇宙是怎样形成的？,新的基本粒子理论建立？原子、质子、电子、中子、夸克、介子（至少三种）、稳定岛假说、分子玻色-爱因斯坦凝聚态等反粒子（组成反物质）,“大爆炸说”是宇宙形成与演化的标准模型Big-bangmodel(cosmology),宇宙中仅有4-5%是普通物质23-25%是未知物质(由未知粒子组成，不发光、电磁波、反射、折射等）70-73%是暗能量（让宇宙加速膨胀的能量）,宇宙是由空间、时间、物质和能量，所构成的统一体,太阳系八颗大行星：水星(Mercury)、金星(Venus)、地球(earth)、火星(Mars,spark)、木星(Jupiter)、土星(Saturn)、天王星(Uranus)和海王星(Neptune),“四方上下曰宇（空间），往古来今曰宙（时间）。”,1948年美国核物理学家、宇宙学家乔治伽莫夫提出,3,二、生命科学与生物技术LifesciencesandBio-technology,启迪与促进各学科的发展,生命科技是未来的科技龙头,直接关系到人的健康、长寿、幸福、社会的存在、稳定、进步,直接影响着环境保护与生态平衡,人类基因组计划HGP（1990-?）：绘制人类基因的序列、蛋白质组学、干细胞研究、克隆研究等,每个染色体上遗传信息的分析：7号染色体包括1.53亿个碱基队和1150个蛋白质编码基因6号染色体包括1.66亿个碱基队和2190个蛋白质编码基因(其中1557个为功能基因),SARS是冠状病毒的一个变种引起的.,生命产业是一个朝阳、永恒的产业,曼哈顿计划（1942-1946年，核聚变研究）,阿波罗计划(1961-1972系列载人登月研究),4,生物技术（生物工程）是未来发展的新动力,是指“用活的生物体（或生物体的物质）来改进产品、改良植物和动物，或为特殊用途而培养微生物的技术”,基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程和生化工程（后处理工序）等,石器时代后期，我国开始制作酒，这是最早的发酵技术;周代后期，我国人民就开始制作豆腐、酱、醋等公元10世纪我国就有了预防天花的活疫苗。埃及5000年前酿造葡萄酒；公元前6000年苏美尔人和巴比伦人就开始啤酒发酵。埃及人则在公元前4000年就开始制作面包。随着显微镜的出现及其加工技术的发展，到19世纪60年代法国科学家L.Pasteur首先证实发酵是由微生物引起的，并首先建立了微生物的纯种培养技术，从而为发酵技术的发展提供了理论基础。1917年匈牙利工程师KarlEreky首次使用“生物技术”一词。,3.现代生物技术兴起始于1970年（DNA重组技术建立为标志）,1.以制酒、食品加工、农业、畜牧业为主的作坊式的生物技术2.以抗生素为代表，发酵工程为主要技术的工业化的生物技术,信息技术:利用计算机和现代通讯技术等手段获取,传递,存储,处理,显示和分配信息的技术,信息材料:信息获取(传感)材料,信息传输材料,信息储存材料,信息显示材料,信息处理材料，器件和电路材料等,未来信息技术中潜在应用前景材料,纳米材料,自旋电子材料(Spintronics),高温超导材料(Hightemperaturesuperconductingmaterial),宽带隙半导体制作材料(耐高温半导体新材料),半导体低维结构材料(纳米材料),光子晶体材料(光学半导体）(PhotonicBand-Gap,PBG),三、信息和通讯技术InformationandCommunicationTechnology,激光器的研发:产生有序光(单一冷铯原子构成)调控量子信息射击靶标医学研究等,信息技术是科技发展的前沿，是科技发展的关键,6,是基础的、前沿的制造产业它是工业的主体心脏是生产工具生活资料科技手段国防装备等及其进步的依靠,制造技术(AdvancedManufacturingTechnologyAMT),它既基础，又前沿；既古老，又年轻；不是“夕阳”，是“永远不落的太阳”,先进制造技术就是指集机械工程技术、电子技术、自动化技术、信息技术等多种技术为一体所产生的技术、设备和系统的总称,7,半导体集成电路芯片特定检验和治疗医用芯片存储芯片显示芯片DNA计算机电路芯片超级计算机等,Printcircuit,Hard-disk(1GB,2.54cm),芯片制造方面（chip；coreplate）,8,9,通讯技术:量子点激光技术(20GH/s)人体介质高速信息传输互联网技术(TCPIP),人工脑组织（海马记忆功能）芯片,超低温条件下量子计算机基本电路,在绝对零度的极低温条件下，控制处于超导状态的电子量子。（即量子粒子可以同时向不同方向旋转，向上或向下可以读作0和1，组成传统计算机二进制。）,10,DNAChip,11,四、纳米技术与纳米材料Nano-TechnologyandNano-Materials,纳米科学与技术主要包括：纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学等。这七个相对独立又相互渗透的学科和纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征这三个研究领域。纳米材料的制备和研究是整个纳米科技的基础。其中，纳米物理学和纳米化学是纳米技术的理论基础，而纳米电子学是纳米技术最重要的内容。,信息技术、生物技术、传统产业等,导致认知的革命,新物质世界及其特性,相应的新发现与新理论,它引发新的工业革命,发生深刻变革,1990年，IBM公司阿尔马登研究中心,已故物理学家理查德费曼1959年所作的一次题为在底部还有很大空间的演讲,12,尊敬的各位领导：我们无机062班全体同学诚挚地申请参加江苏大学“红旗团支部”的评选。团结勤奋，自信勇敢，求实创新是我们真实地写照。我们无机062班是由21个男生和6个女生组成的一个具有强大凝聚力的大家庭。班上同学的政治思想好，集体观念强、学习风气浓、干部力量强、活动也开展的好。在校院领导正确方针的指导下、高效团结的班委的带领下，我们无机062班团结一心，众志成城，在思想、学习、课余活动、体育等方面都取得了辉煌的成绩。,10-9米（10亿分之一米），,13,是社会发展的物质基础（Base）是科技进步的先导（Forerunner）材料技术可以协调环境（Harmonizing）如环境材料等可融入生命（Accommodating）如生物材料、组织工程、药物释放等可承载信息（Bearing）可供给能源（Supplying）如太阳能转换、电动汽车电池等可推进制造和发展文化（Promoting）,新材料技术（NovelMaterialsTechnology),新材料技术:按照人的意志，通过物理研究、材料设计、材料加工、试验评价等一系列研究过程，创造出能满足各种需要的新型材料的技术。新材料按材料的属性划分：金属材料、无机非多属材料（如陶瓷、砷化镓半导体等）、有机高分子材料、高级复合材料按材料的使用性能性能分：结构材料和功能材料。结构材料主要是利用材料的力学和理化性能，以满足高强度、高刚度、高硬度、耐高温、耐磨、耐蚀、抗辐照等性能要求；功能材料主要是利用材料具有的电、磁、声、光热等效应，以实现某种功能，如半导体材料、磁性材料、光敏材料、热敏材料、隐身材料和制造原子弹、氢弹的核材料等。例如，超纯硅、砷化镓研制成功，导致大规模和超大规模集成电路的诞生，使计算机运算速度从每秒几十万次提高到现在的每秒百亿次以上；航空发动机材料的工作温度每提高100，推力可增大24；隐身材料能吸收电磁波或降低武器装备的红外辐射，使敌方探测系统难以发现。,“发明之母”“产业粮食”,14,纳米材料的制备和利用纳米技术将纳米材料制成纳米器件,纳米管、纳米线、纳米量子点等以及器件构造和集成！,现代微电子学的基础是以硅为基本材料的超大规模集成电路，而其中最基本的概念是P-N结和集成。,定向排列纳米管和纳米线（构造晶体逻辑电路）,可集成在塑料上的高性能薄膜晶体管,Cr/Au(栅电极）,30nmAl2O3(介电层),定向有序P型Si纳米线或N型CdS纳米带,Ti/Au电极,Vin,Vout,VDD,p,n,Bottom-up法制作微电子学器件的基本单元及其阵列,SiGaN3,15,纳米线交叉电路,实现纳米电路的条件：具有电流开关的纳米器件纳米器件之间、纳米器件与外部系统连接的具有存储或逻辑功能的纳米电路电路和其他系统之间可以通信，同时抵电平不会影响其运行,Ti/Ptline,Ti/Ptline,Pt/rotaxane（轮烷）/Ti可逆永久开关,写入数据,读取数据,8X8存储器(1m2),多路转换器、多路分配器及存储器,16,Nano-motor,SiO2electrode,300nmAuplate,MultilayersCarbontube,Si,D=500nm,17,美丽家园,恶劣环境,五、环境与能源EnvironmentalandEnergyResources,18,19,开发清洁能源技术、发展太空能源、燃料电池、生物电池等,20,（1）核电技术（2）先进火力发电技术（3）电网安全性技术（4）煤炭高效、清洁开采技术（5）油气的勘探开采技术,亟待解决的主流常规能源技术,16,我国亟待解决的主流常规能源技术,21,煤炭的多联产技术：我国新一代洁净煤技术中的核心技术，很可能在2020年后形成中国特色的煤炭清洁、高效利用体系,燃料电池技术：是一系列后续能源技术中的关键部件，可将车用的质子交换膜燃料电池？和固定式发电用的固体氧化物燃料电池作为发展重点,先进核能技术：第四代核电技术，核燃料循环和核废料后处理技术等。力争经过多年的重点突破，达到世界领先地位,后续能源技术：光伏电池技术；氢能经济体系技术：氢能的高效储运技术应；天然气水合物相关技术；可控核聚变技术：发展磁约束和惯性核聚变两种技术；,2埋存技术：二氧化碳捕获与地质埋存技术；评估二氧化碳捕获与地质埋存的潜力；评估应用这一技术实现煤炭利用近零排放成本,战略后续能源,22,六、航空航天技术AviationandAero-technology,空间是人类生存不可缺少的部分,23,美国勇气号火星探测,撞击月球,世界航空航天发展,苏联于1957年10月第一颗人造卫星;1961年4月12日发射了人类第一艘载人飞船1966年3月,第一个金星着陆1971年5月,第一个火星登陆,1974年唯一探测水星,美国于1962年2月20日发射了第一艘载人飞船,1969年7月第一次登陆月球(人)1973年12月飞近木星,土星-至今刚出太阳系1986年10月飞越冥王星-?天王星,海王星,24,SaturnV,运输中的土星五号,土星五号发射Apollo飞船,25,发展载人航天意义？,26,科技方面,系统工程,自动控制技术,计算机系统,推进能力,环控生保技术,通信,遥感,测试技术,现代科学技术多个领域的成就,反映这个国家的整体科学技术和高技术产业水平,近代力学、天文学、地球科学和空间科学的发展水平，特别是这个国家的航天医学工程的发展水平,展示,综合国力增强的标志,开发太空资源为地球人类造福,民族自豪感,振奋民族精神,增强了全民的凝聚力,提高国际地位,中国月球车示意图,1956年至今中国航空航天事业发展,1984年1月发射我国第一颗通信卫星,2007.10,嫦娥一号2011.9天宫一号（航天里程碑）2012.6神舟九号（3人，包括1名女性）【天宫1号与之对接】2013.6“天宫一号”与“神舟十号”飞船成功实现自动交会对接-？登陆月球-?金星,火星,水星,-?,2003年10月“神舟”五号载人(1)飞船2005年10月载人(2)飞船,1970年4月第一次第一颗人造卫星,1999.11月发射并回收第一艘无人飞船,27,六、有机高分子科学,家用电器,薄膜,装饰,航天航空,光导纤维,信息产业,生物工程,动植物,肉,蛋,粮食,菜,兽皮,棉,麻,毛,丝,茅草,木材,竹子,水泥,玻璃,粘合剂,涂料,橡胶,塑料,生命科学,28,10000BC,5000BC,0,1500,1900,1960,1980,1990,2000,2010,2020,各种材料在各个历史时期相对重要性,金,铜,铁,钢,合金钢,高温合金,高分子木材皮肤纤维,动物胶,橡胶,电木,尼龙,PE,PC,PS,PP,PAN,聚酯,高模聚合物,导电高分子,复合材料,金属基复合材料,陶瓷基复合材料,石材,陶瓷,陶器,玻璃,水泥,耐火材料,熔融硅,耐湿陶瓷,韧性机械陶瓷,29,高分子材料的发展历史,15世纪:美洲玛雅人首先使用天然橡胶做容器雨具等生活用品,1839年美国人CharlesGoodyear发现天然橡胶与硫磺共热后明显改变了性能,使它从硬度较低,遇热法粘软化,遇冷发脆断裂等不适用性,变为富有弹性,可塑性材料,聚异戊二烯聚trans-1,4-polyisoprenerubber,1736年法国首次报道有关橡胶的产地、采集胶乳的方法和橡胶在南美洲当地的利用情况，欧洲人开始认识天然橡胶.,1888年英国人邓录普（J.B.Dunlop）发明了充气轮胎,1876年英国人威克姆（H.Wickham）从巴西马逊河口采集橡胶种子，运回英国家植物园播种,中国1949年后，种植巴西橡胶树，成为世界第五大天然胶生产国（1996年）,30,自然界只存在两种异构体:顺-1，4-聚异戊二烯（天然橡胶，三叶胶）反-1，4-聚异戊二烯（杜仲胶，巴拉塔胶）工业上重要的是顺-1，4-聚异戊二烯，称“合成天然橡胶”或异戊橡胶(IR)，于1958年合成。,1869年美国人JohnWesleyHyatt把硝化纤维(guncotton)樟脑(camphor)乙醇等的混合物在高压下共热,制造出了第一种人造塑料(赛璐珞)(Cellulose,象牙；胶片)乒乓球篮球板材台球等,聚酰胺等类,1887年法国人CountHilairedeChardonnet用硝化纤维素的溶液进行纺丝,制得了第一种人造丝,1909年美籍LeoBaekeland(比利时人)用苯酚与甲醛反应实现工业化生产酚醛树脂,1920年德国化学家HermannStaudinger发表了(UberPolymerization)的论文,提出高分子物质是由具有相同化学结构的单体经过化学反应(聚合)通过化学键连接在一起的大分子化合物,-CO(CH2)nNHn-,-CO(CH2)4CONH(CH2)6NHn-,1855年英国人Parks实现硝化纤维产业化,1872年德国化学家拜尔首先合成了酚醛树脂,31,1865年，德国化学家舒成贝格制备了醋酸纤维素（人造纤维、照相底片和电影胶片）,1926年瑞典化学家斯维德贝格等人设计出一种离心机,用于测定蛋白质分子量-证明高分子的分子量是丛几万到几百万,1926年美国化学家WaldoSemon合成聚氯乙烯,并实现工业化,32,聚苯乙烯(PS)发明,1839年，德国人第一次从天然树脂中提取出聚苯乙烯。1930年，BASF开始在德国商业化生产聚苯乙烯。1934年，Dow开始在美国生产聚苯乙烯。1954年，Dow开始生产聚苯乙烯泡沫塑料。,1932年HermannStaudinger总结了自己大分子理论,出版了划时代的巨著成为高分子化学作为一们新兴学科建立的标志,1935年杜邦公司基础化学研究所有机化学部的WallaceH.Carothers合成出聚酰胺66(尼龙),1938年实现产业化,33,创立高分子线链学说,建立大分子理论,1953年获诺贝尔化学奖,美国杰出的科学家卡罗瑟斯(Carothers）,-CO(CH2)4CONH(CH2)6NHn-,1930年德国人用金属钠为催化剂合成出丁纳橡胶和丁苯橡胶(阴离子聚合),1940年英国人T.R.Whinfield合成聚酯纤维(PET)涤纶,1940年PeterDebye发明了通过光散射测定高分子物质分子量的方法,34,H-OCH2CH2OCOC6H4COn-OCH2CH2OH,1948年美国化学家PaulJ.Flory建立了高分子长链结构的数学理论,35,高分子科学理论的主要开拓者和奠基人之一。著有高分子化学原理和长链分子的统计力学,荣获1974年度诺贝尔化学奖,1950年德国人KarlZieler和意大利人GiulioNatta分别用金属配合物催化剂合成了立构规整的聚乙烯与聚丙烯,TiCl4-AlEt3,TiCl3-AlEt3,荣获1963年度诺贝尔化学奖,1955年美国人利用Ziegler-Natta催化剂合成聚异戊二烯,首次合成了结构与天然橡胶基本一样的合成天然橡胶,1956年Szwarc提出了活性聚合物的概念,次后发展了阴离子活性聚合,阳离子活性聚合,配位活性聚合和自由机自由基活性聚合技术,1958年德国拜尔公司在1953年申请芳香族双酚A型聚碳酸酯专利,1958年实现工业化生产,1959年美国杜邦公司首先实现均聚甲醛的工业生产(1942年申请专利),1965年美国通用电器公司在纽约开始聚苯醚(PPO)工业化生产(1964年申请专利),20世纪60年代:聚酰亚胺作为杂环聚合物是由美国杜邦公司实现工业化生产,36,耐高温塑料,耐高温塑料,1970年美国塞兰尼思公司首先实现聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)工业化生产,20世纪70年代美国科学家Heeger,MacDiarmid和日本白川英树的一项发明,改变了高分子只能是绝缘体的概念导电聚合物,1971年S.L.Wolek发明了可耐高温的聚合物Kevlar,37,高强度高模量耐高温,荣获2000年度诺贝尔化学奖,1974年美国Rockefeller大学生物化学家R.B.Merrifield将功能化的聚苯乙烯（PS）用于多肽和蛋白质的合成，大大提高了涉及生命物质合成的效率并缩短了合成时间，开创了功能高分子材料在生命物质合成领域作出的突出贡献.,获1984年度的诺贝尔化学奖,1991年法国物理学家德热纳在授奖仪式上发表的概念,概括复杂液体等一类物质(高分子,生物大分子,液晶,胶体,乳胶,微乳胶等),1995年北欧化工公司独立开发的北星(BORSTAR)双峰聚乙烯专利技术在芬兰波尔沃(PROVOO)进行工业化生产,38,双峰聚乙烯是指分子量分布曲线呈双峰型的聚乙烯树脂，它可以很好地解决聚乙烯树脂的可加工性和力学性能这一矛盾，材料的刚性和韧性平衡，具有良好的抗应力开裂性能，在薄膜、管道等领域具有很好的应用前景。,因在研究超导体、液晶和聚合物等方面取得的成就而被瑞典皇家科学院诺贝尔奖评审委员会誉为“当代牛顿”。诺贝尔物理学奖通常会同时颁发给两位甚至三位杰出的物理学家，而德热纳独享了年的诺贝尔物理学奖。,1974年编著液晶物理学,1991年EXXON公司首次在1.5万吨的装置上合成出茂金属聚乙烯,日本出光石油化学公司1997年投产0.5万吨的茂金属间规聚苯乙烯装置,1990年剑桥大学R.H.Friend首次报道了高分子电致发光现象（聚对苯撑乙烯），开辟了聚合物电致发光研究领域,=,(),当今发展和应用现状,高分子化学,高分子物理,高分子材料工程技术,茂金属催化剂的使用,聚丙烯,聚苯乙烯等实现间同聚合(突破Zegler-Natta局限),聚丙烯多元共聚(乙丙共聚等热塑性弹性体),原子转移自由基聚合方法,树枝化、支化、嵌段等高分子,导电聚合物(具有光、电、磁等),发光二极管太阳能电池移动电话微型显示器,聚合物微球聚合物纳米管线,生物医药材料微电子材料光电功能材料磁性材料,软物质:易于对外场作出响应,39,生物大分子,液晶,胶体,乳胶,微乳胶,我国的研究应用状况,50年代起步,合成树脂居世界第四,塑料机械生产世界第一,塑料制品世界第二,高分子材料消费大国,40,未来发展,高分子化学领域,高分子的控制合成,Howtocontrol?,41,化学组成,化学结构,序列结构,立体结构,拓扑结构,分子量,分子量分布,实际应用,-,高分子物理领域,所有材料的高分子都是以凝聚态为基础,高分子巨大的分子尺寸决定了分子运动具有小分子所没有的多重性,表现为各种尺度上分子链段的协同运动,对外界的微弱刺激有敏感的响应特点,典型的软物质,传统的相互作用能量机制,动力学机制和熵效应作用,转变,高分子材料的设计开发加工应用,实现材料的预定设计和性能预测凝聚态物理学的成果是一系列新技术、新材料和新器件,42,(Condensedmatterphysics),高分子材料成型加工,加工过程:是聚合物的定构过程,其理想境界是在温度场流动场以及可控的化学反应综合作用下形成预期的形态和性能,获得高性能材料手段,化学结构,凝聚态结构,相态结构,利用外场控制,实现从宏观到微观再到介观多尺度连贯,43,聚合过程工程聚合物产品工程,功能高分子材料,对物质能量信息具有传输、转换、或储存作用的高分子材料,(质量轻易加工可大面积成膜原材料来源广等特点),21世纪新技术革命关键材料,现阶段以共轭高分子为代表,新一带平板显示激光器生物及化学传感器场效应晶体管太阳能电池等,新兴学科有机电子学光电子学或塑料电子学光电子学,全色显示技术柔性显示技术微型及超大尺寸显示技术高分辨显示技术封装技术集成技术有源驱动等,未来,44,天然高分子材料,45,自然形式,进行化学物理改性,处理生成各种化学品,木材棉花羊毛等,造纸改性淀粉改性纤维等,进行干馏或其他处理,生成基本华工原料,甲醇、乙醇等,负载催化剂，高分子试剂,生物高分子材料,与生物相关高分子物质总称,产业规模不大,但知识密集,产出高(由于多科交叉),现今不仅主要制备用于诊断和治疗以及修复和手术植入等无生命材料,发展能同具有生物活性的物质或细胞相结合的生物材料-生物活性体的复合体,可以替代修复人体组织或器官中有缺损或坏死的活组织,并具有器官功能-有生命材料,生物活性高分子,细胞生物学生物信息学高分子化学等相互交叉相互渗透,46,生物高分子材料分为三大类:,主要的软性生物高分子材料,半结晶生物高分子材料,其他有关聚合物,47,复合材料,实现材料超强化,单质材料,常规性能,功能化,超韧化,共混材料,高强化,核心技术,高分子复合材料,金属、陶瓷、高分子、无机化合物等单质材料发展的必然结果,单质材料科学和技术的升华,航空、航天、电子为代表的现代高科技领域物质基础,48,例如：梯度功能复合材料,通用高分子材料,涤纶腈纶合成纤维等,49,丝绸纤维,聚丙烯晴纤维,涤纶,聚酯纤维吸音板,聚酰亚胺纤维,碳纤维,三烯,顺丁橡胶,天然橡胶,？,50,高分子材料化学的发展方向,材料,人类社会文明发展阶段的标志,当代材料研究具有以下几个特点：传统材料（钢铁、陶瓷和有机高分子）之间的界限变得越来越模糊而融合变得更明显，如无机高分子和有机无机杂化材料的应用等；通用材料与功能材料之间的相互渗透变得越来越明显，更多的通用材料包括结构材料会同时具有某些功能特性，而功能材料也会显现通用材料的性能；材料中原子和分子组合配置的精确设计和精确制备，及纳米尺度上结构和性质的观察和测量变得更重要，如化学制备智能材料、生命材料和单分子器件等；材料的传统研究方法与当代信息社会提供的新技术的结合变得更必要，如计算材料科学等。当代化学家们正在迎接着以智能材料及生命材料为时代文明特征的21世纪的到来。,有机高分子材料发展方向,工程材料（塑料、橡胶、纤维）,功能材料(FunctionalMaterials)(离子交换树脂感光树脂介电高分子压电高分子医用高分子高分子吸附剂高分子絮凝剂高分子表面活性剂高分子染料和颜颜料功能电极生物降解膜等),智能材料(IntelligentMaterials;SmartMaterials),51,传感功能、反馈功能、信息识别与积累功能、响应功能、自诊断能力、自修复能力和自适应能力,智能材料概念(IntelligentmaterialsorSmartmaterials),材料的作用和功能可随外界条件的变化而有意识的调节、修饰和修复,信息分析处理,感知检测,结论,主动响应,环境条件,感知功能,处理功能,执行功能,52,是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料,智能材料有七大功能:传感功能（Sensor）、反馈功能（Feedback）、信息识别与积累功能(Distinguishandstockpile)、响应功能(Responsibility)、自诊断能力（Self-diagnosis）、自修复能力（Self-recovery)和自适应能力(Self-adjusting)。,形状记忆合金,53,第二章高分子化学,有机化合物与有机高分子化合物（高分子或聚合物）,有机化合物的特点：,分子组成复杂分子量较低（例如：M=890的硬脂酸甘油酯)容易燃烧熔点低难溶于水反应速度比较慢发生副反应,OrganiccompoundsandOrganicPolymerCompounds(Polymer/Macromolecular),高分子按其骨架或主链的成分，又分为有机和无机高分子。有机高分子的骨架以碳为主，间有氧（如聚酯）或氮（尼龙）等。无机高分子的骨架以除碳外的其他元素为主，如有机硅的骨架以硅、氧构成，膦腈的骨架由氮、磷所构成，聚硅烷骨架则全由硅构成。,54,有机高分子(聚合物)的特点:,结构简单分子量大(几千到几百万)易燃烧熔点高难溶于水反应速度较慢有副反应发生热塑性和热固性强度大电绝缘性,55,高分子化合物的分类,合成高分子,天然高分子,有机高分子,无机高分子,C-C链高分子：PE,PP,PIB,PS,PMMA,杂原子链高分子:聚酰胺（锦纶），聚酯（涤纶），聚氨酯，脲醛树脂，聚甲醛,水泥，玻璃，聚磷酸酯类,高分子化合物,天然橡胶,多糖类：纤维素（棉、麻、木），淀粉，粘胶质（水果、甘蔗），藻酯类，甲壳类（蟹、虾、龟），植物酸,蛋白质：酶（生物合成催化剂），荷尔蒙（生物调节剂），丝，角素（发、毛、羽），肌凝蛋白（肌肉），血色素，蛋白（血清、蛋）血球素（血、精、卵），酪蛋白，等,核酸：脱氧核糖核酸（DNA),核糖核酸(RNA),56,第一节高分子化合物的基本概念,一、聚合物(Polymer;Macromolecules)：由许多结构相同的、简单的结构单元通过共价键或配位键重复连接而成的化合物。,Polystyrene(PS)Styron,重复单元(RepeatUnit)、结构单元（ConstructionUnit,Member)单体单元MonomerUnit)、链节(Block)、,分子量（MolecularWeightorMass)M=DPM0,聚合度（DegreeofPolymerization)n,Poly(hexamethyleneadipamide,nylon66),RepeatUnit=ConstructionUnit=MonomerUnit,57,二、聚合物的分子量及分子量分布,分子量与性质的关系：,Molecularweight,Mechanicalstrength,A,B,C,化学结构,主链化学键强度,分子间的作用,58,1.聚合物的平均分子量（AverageMolecularWeight),聚合反应的随机性,聚合度不同,同系物组成的聚合物,分子量是混