智能高分子材料及其应用

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1、智能高分子材料及其应用智能高分子材料材料是现代科技赖以生存、发展的基础。每项重大技术的出现都有赖于新材料的发展。材料发展的总趋势可以概括为高性能化、高功能化、复合化、精细化与智能化⋯。随着科学技术尤其是高新技术的飞速发展，智能材料悄然崛起，并创造出惊人的奇迹。“智能材料”这一概念是由日本的高木俊宜教授于1989年提出来的【2】。所谓智能材料，就是具有自我感知能力，集累积传感、驱动和控制功能于一体的材料，也是具有感知功能即识别功能、信息处理功能以及执行功能的材料，具备感知、反馈、响应三大基本要素。它不但可以判断环境，而且可以顺应环

2、境，通过感知周围环境的变化，适时做出相应措施，达到自适应的目的。智能材料可用图1作出描述。迄今为止，人们已开发出许多种智能高分子材料。图1智能材料示意图智能高分子材料的分类1.光致变色高分子材料光致变色高分子材料是近年来备受关注的新型功能高分子材料之一，其研究始于20世纪初。光致变色高分子是将功能性染料引入到高分子的侧链或主链中，或与高分子化合物共混，开发出来的一系列具有光致变色特性的新型高分子材料。光致变色高分子的应用开发尚处在起步阶段，但其应用前景是十分诱人的。例如，它可作为窗玻璃或窗帘的涂层，从而调节室内光线；可作为护目镜

3、，从而防止阳光、激光以及电焊闪光等的伤害；在军事上，可作为伪装隐蔽色或密写信息材料；还可作为高密度信息存储的可逆存储介质等等。光致变色高分子的种类很多，包括光致变色螺吡喃聚合物、螺嗪聚合物、二芳基乙烯光致变色聚合物、偶氮苯类光致变色聚合物、苯氧基萘并萘醌光致变色聚合物、俘精酰亚胺光致变色共聚物、硫靛光致变色共聚物、双硫腙光致变色聚合物以及二氢吲嗪光致变色聚合物等。光致变色材料已在信息产业、服装业、塑料制品业、装饰材料业、旅游用品、油漆、油墨、印染业、军事隐蔽材料业等方面获得广泛的应用。目前，它在光致变色安全玻璃、透明薄膜、光致变

4、色纺织品、光致变色涂料方面也已得到应用。2.形状记忆高分子聚合物SMP形状记忆高分子聚合物是日本十年前率先开发出来的，属于弹性记忆材料。形状记忆高分子是一种新型的功能高分子材料，应用范围极为广泛。这类材料，当其温度达到相变温度时，便从玻璃态转变为橡胶态，此刻材料的弹性模量发生大幅度变化，并伴随产生很大变形。即随着温度的增加，材料变得很柔软，加工变形很容易；反之，温度下降时，材料逐渐硬化，变成持续可塑的新形状。在一定的条件下发生形变后，SMP还可再次成型得到二次形状，通过加热等外部刺激手段的处理又可使其发生形状回复，从而“记忆”初

5、始形状。通常认为，这类形状记忆聚合物可看作是两相结构，即由在形状记忆过程中保持固定形状的固定相(或硬链段)和随温度变化，能可逆的固化和软化的可逆相(或软链段)组成。这类聚合物的形状记忆机理可解释为：当温度上升到软链段的熔点或高弹态时，软链段的微观布朗运动加剧，易产生形变，但硬链段仍处于玻璃态或结晶态，阻止分子链滑移，抵抗形变，施以外力使其定形；当温度降低到软链段玻璃态时，其形变被冻结固定下来，提高温度，可以回复至其原始形状。也可以认为，形状记忆高分子就是在聚合物软链段熔化点温度上表现为高弹态，人为地在高弹态变化过程中引入温度下降

6、或上升等因素，高分子材料则发生从高弹态到玻璃态之间转化的过程。3.聚合物基压电材料有机压电材料，又称压电聚合物，这类材料以其材质柔韧、低密度、低声阻抗和高压电电压常数等优点为世人瞩目，且发展十分迅速，现已在水声、超声测量、压力传感、引燃引爆等方面获得应用。不足之处是压电应变常数(d)偏低，使之作为有源发射换能器受到很大的限制。复合压电材料，是在有机聚合物基体材料中嵌入纤维状、片状、棒状或粉末状无机压电材料构成的。这类材料，既具有高的耦合系数、压电常数，又具有低密度、低声阻抗和良好的柔韧性，至今已在水声、电声、超声、医学等领域得到

7、广泛应用。压电高聚物的发展已有三四十年的历史，但至今科技工作者对其压电性的成因及其性能的研究仍处于探索阶段。聚合物基压电材料通常为非导电性高分子材料，从原理上讲它们不包含有可移动电子电荷。然而，在某些特定条件下，带负电荷的引力中心可以被改变。不导电特性可以用两个重要的物理特性来描述：一个是介电常数，它描述了在电场中的极化性，而另一个参数是自发极化强度矢量，它在无电场时存在。4.智能高分子凝胶智能高分子凝胶是其结构、物理性质、化学性质可以随外界环境改变而变化的凝胶。当受到环境刺激时这种凝胶就会随之响应，发生突变，呈现相转变行为。这

8、种响应体现了凝胶的智能性。根据所受的刺激信号不同，可以将高分子凝胶分为不同的类型。它主要有pH性凝胶，化学物质影响性凝胶。温敏性凝胶，光敏性凝胶，磁场响应性凝胶。影响内部刺激性凝胶。5.智能高分子膜材高分子膜材料具有物质渗透和分离功能，现正以生体膜为模型研究开发