智能高分子材料
XXX
（南京工业大学材料院，江苏南京）
摘要：从合成、加工、新产品开发及其应用诸方面综述了智能高分子材料，如智能高分子凝胶、形状记忆高分子材料、智能织物、智能高分子膜和智能高分子复合材料等的研究进展，展望了其发展前景，并阐述了智能高分子材料的潜在应用领域。
关键词：高分子材料；智能材料；智能化；述评
材料的发展经历着结构材料→功能材料→智能材料→模糊材料的过程[1]。智能化是指材料的作用和功能可随外界条件的变化而有意识地调节、修饰和修复[2]。早在1970年代，田中丰一就发现了智能高分子现象，即当冷却聚丙烯酰胺凝胶时，此凝胶由透明逐渐变得浑浊，最终呈不透明状，加热时，它又转为透明[3]。1980年代，出现了用来制造高分子传感器、分离膜、人工器官的智能高分子材料。1990年代，智能高分子材料进入了高速发展阶段。进入21世纪后，智能高分子材料正在向智能高分子模糊材料的方向发展。由于高分子材料与具有传感、处理和执行功能的生物体有着极其相似的化学结构,较适合制造智能材料并组成系统,向生物体功能逼近,因此其研究和开发尤其受到关注。
1.智能高分子材料的类别及应用
智能高分子材料可感知外界环境细微变化与刺激而发生膨胀、收缩等相应的自身调节。其应用范围很广，如用于传感器、驱动器、显示器、光通信、药物载体、大小选择分离器、生物催化、生物技术、智能催化剂、智能织物、智能调光材料、智能黏合剂与人工肌肉等领域[4]。
2.智能高分子材料的研究进展
2.1 智能高分子凝胶
2.1.1 高分子凝胶及智能凝胶
高分子在凝胶上的应用是智能高分子的又一智能表现。生物体的大部分是由柔软而又含有水的物质——凝胶组成的。简言之, 凝胶是液体和高分子网络所构成, 由于液体和高分子网络的柔和性, 液体被高分子网络封闭, 失去流动性。正如生物体一样, 用凝胶材料构成的仿生系统也能感知周围环境的变化,并做出
响应, 因此, 该领域的探索引起了人们的高度重视。凝胶按不同的分类方法有以下几种分法: 按来源分为天然凝胶和合成凝胶; 按高分子网络所含液体分为水凝胶和有机凝胶; 按高分子的交联方式分为化学凝胶和物理凝胶。在这些凝胶中水凝胶是最常用的一种。
凝胶按不同的分类方法有以下几种分法: 按来源分为天然凝胶和合成凝胶；按高分子网络所含液体分为水凝胶和有机凝胶；按高分子的交联方式分为化学凝胶和物理凝胶。在这些凝胶中水凝胶是最常用的一种。所谓的智能凝胶是指在外界的条件刺激下, 如pH 值、温度、光、电场、离子强度、溶剂组成等外界条件的刺激下, 发生膨胀与收缩, 这种膨胀有时能达到几十倍乃至几百倍、几千倍, 这就是智能凝胶, 既高分子凝胶。它是三维高分子网络与溶剂组成的体系[5]。这类高分子凝胶可随环境条件的变化而产生可逆的、非连续性的体积变化。高分子凝胶的溶胀收缩循环使之可应用于化学阀、吸附分离、传感器和记忆材料等领域；循环提供的动力可用来设计“化学发动机”；网孔的可控性适用于智能药物释放体系[6] 。高分子凝胶的刺激响应性包括物理刺激（如热、光、电场、磁场、力场、电子线和X射线）响应性和化学刺激（如pH值、化学物质和生物物质）响应性[7]。
随着智能高分子材料的深入研究，发展具有多重响应功能的“杂交型”智能高分子材料已成为这一领域的重要发展方向。例如，刘锋等合成的羧基含量不同的pH值敏感及温度敏感水凝胶聚（N-异丙基丙烯酰胺-丙烯酸）及含有聚二甲基硅氧烷的聚（N-异丙基丙烯酰胺-丙烯酸），可使吸附在水凝胶中的木瓜酶随着生物体内环境的变化而自行完成药物的控制释放。紫外线辐射法合成的甲基丙酰胺-N，N-二甲氨基乙酯水凝胶具有较好的透明性和适当的弹性，在40℃和pH值为3时亦有明显的温度和pH, 值敏感性；将叶绿酸共聚到聚（N-异丙基丙烯酰胺）中，可得到具有光敏和温敏双重功能的水凝胶。
2.1.2 各种刺激响应水凝胶
（1）pH 值响应凝胶
具有pH 值响应性的凝胶, 一般均是通过交联形成大分子网络。凝胶中含有弱酸和碱基团, 这些基团在不同的pH 值及离子强度的溶液中, 响应的离子化, 使凝胶带电荷, 并使网络中氢键断裂, 导致凝胶发生不连续的体积变化。也就是
说, 当pH 值发生变化时, 水凝胶体积随之变化。考虑到国外智能高分子材料均集中在合成聚合物( 由均聚物、接枝或嵌段共聚物到共混物、互穿聚合物网络及高分子微球等) , 他们将智能材料的研究开拓到具有凝胶相转变的天然高分子
材料, 特别是生物相容性良好而且可以生物降解的壳聚糖( chitosan, CS) 。
（2）温敏性凝胶
温敏性凝胶, 当温度升高时, 疏水相相互作用增强, 使凝胶收缩, 而降低
温度, 疏水相间作用减弱, 使凝胶溶胀, 既所谓的热缩凝胶。例如, 轻微交联的N- 异丙基丙烯酰胺( NIPA) 与丙烯酸钠的共聚体。其中, 丙烯酸钠是阴离子单体, 其加量对凝胶的溶胀比和热收缩敏感温度有明显影响。阴离子单体含量增加, 溶胀比增加, 热收缩温度提高。所以可以从阴离子单体的加量来调节溶胀比和热收缩温度。NIPA 与甲基丙烯酸钠共聚交联体亦是一种性能优良的阴离子型热缩温敏性水凝胶。最近报道的以NIPA、丙烯酰胺- 2- 甲基丙磺酸钠、N- ( 3- 二甲基胺) 丙基丙烯酰胺制得的两性水凝胶, 其敏感温度随组成的变化在等物质
的量比时最低, 约为35e , 而只要正离子或负离子的量增加, 均会使敏感温度
上升。
鉴于温敏水凝胶及pH 敏水凝胶的各自不同特点。Hoffman 等研究了同时具有温度和pH 双重敏感特性的水凝胶。最近卓仁禧等利用互穿聚合物网络的方法得到了这种具有双重敏感特性的水凝胶, 所得水凝胶与传统的温度敏感水凝胶
的“热缩型”溶胀性能恰好相反, 属“热胀型”水凝胶。这种特性对于水凝胶的应用, 尤其是在药物的控制释放领域中的应用具有较重要的意义。以pH敏感的聚丙烯酸网络为基础,与另一具有温度敏感的聚合物PNIPA 构成IPN 网络, 实验结果表明, 在酸性条件下, 随着温度的升高, IPN 水凝胶的溶胀率( SR) 也逐渐上升。这是因为在酸性条件下, 温度较低时, PAAC 网络中的高分子链中羟基(—COOH)之间存在氢键的作用。使整个网络中的PAAC 高分子链互相缠绕, 成收缩状态, 而随着温度的上升, 这种氢键的作用被削弱,缠绕的PAAC 高分子链逐渐解
开后分散到水溶液中, 近而导致整个网络的溶胀率也随之上升；另一方
面,PNIPA+ 网络中的高分子链会因温度上升而疏水作用增强,产生收缩,促使整
个水凝胶的溶胀率下降,这两种作用相互抵消,最终IPN 水凝胶表现为随着温度
的上升而溶胀率也逐渐上升, 形成“热胀型”温度敏感特性。
在弱酸性条件下, 水凝胶的SR 远大于酸性条件下的SR, 这主要是因为弱酸条件下, PAAC 网络中的高分子链中存在大量的羧酸根( - COO- )。他们之间的静电斥力导致高分子链的扩散,从而大大提高了凝胶的SR。
（3）电场响应凝胶
大部分凝胶的网络上都带有电荷。如果将一块高吸水膨胀的水凝胶放在一对电极之间, 然后加上适当的直流电压, 凝胶将会收缩并放出水分。网络上带有正电荷的凝胶, 在电场作用下, 水分从阳极放出, 否则从阴极放出。如果将在电场下收缩的凝胶放入水中, 则会膨胀到原来的大小。凝胶的这种电收缩效应, 实际上反映了一个将电能转换为机械能的过程。
2.1.3 智能凝胶的设计[8]
将一些具有特殊效应或功能的基团等接枝到聚合物的侧链或聚合物的一端或两端上, 是构成智能聚合物的基本思想。一般来说, 人工合成的高分子凝胶的构造均成无定型态, 没有规则, 对外部环境的刺激反映迟钝, 没有协同性。与此相反, 许多生物高分子材料即含有水分又具有很巧妙的程序构造, 对外部的刺激反映快、效率高。
人工合成构造规则的智能胶, 是赋予凝胶的智能基础。在高分子链上导入具有结晶能力的功能基。可得到带有规则构造的凝胶。这样的凝胶在溶剂、温度、pH 值变化下可产生可逆的相变化。因此反应快, 效率高。
2.1.4 智能凝胶的应用前景[9]
利用凝胶在外界的刺激而发生的变化, 可以制造出一系列的化学能z y机
械能的转变系统。例如人造肌肉模型、化学阀、药物释放系统等。人工爬虫实现了凝胶材料象动物一样的动作, 电解质凝胶在带相反电荷的表面活性剂中。因为形成不容于水的复合物, 导致凝胶的体积收缩。没有电场时, 凝胶与表面活性剂的相互作用是等方向性的, 因此, 整个凝胶作均一收缩。然而, 在电场下, 带正电荷的表面活性剂分子向阴极运动, 途中遇到带负电荷的凝胶后被吸附在它的表面, 中和凝胶的负离子, 从而使面向阴极的凝胶表面收缩。吸附在面向阴极的凝胶表面的表面活性剂分子, 则在电场下脱离凝胶而向阴极运动, 使得这个凝胶表面产生膨胀。凝胶的膨胀和收缩由于上下不对称, 从而产生弯曲。当变换电场方向时, 原来被吸附在表面的表面活性剂分子脱离凝胶, 在相反方向的表面
上吸附, 因此, 凝胶向相反方向弯曲。
2.2 形状记忆高分子材料
形状记忆高分子材料是利用结晶或半结晶高分子材料经过辐射交联或化学交联后具有记忆效应的原理而制造的一类新型智能高分子材料。形状记忆过程可简单表述为：初始形状的制品—二次形变—形变固定—形变回复。其性能的优劣，可用形状回复率、形变量等指标来评价。在医疗领域，形态记忆树脂可代替传统的石膏绷扎，具有生物降解性的形状记忆高分子材料可用作医用组合缝合器材、止血钳等。在航空领域，形状记忆高分子材料被用作机翼的振动控制材料。利用高分子材料的形状记忆智能可制备出热收缩管和热收缩膜等。近几年来，我国已先后开发出石油化工、通信光缆等领域的热收缩制品及天然气、市政工程供水及其他管道接头焊口和弯头的密封与防腐的辐射交联聚乙烯热收缩片。聚全氟乙丙烯树脂热收缩管是一种新型的热收缩材料，具有较强的机械强度，能长期在
-260~-205℃下使用，并保持原有聚全氟乙丙烯树脂优异的电气性、耐化学腐蚀性[10]。以对苯二甲酸二甲酯、间苯二甲酸、乙二醇为原料，采用间歇聚合法可合成热收缩膜用共聚酯切片，采用双向拉伸工艺制得的新型包装膜——热收缩性双轴拉伸共聚酯膜，可用作精密电子元件及电缆包覆材料。目前，形状记忆聚氨酯、聚降冰片烯、聚苯乙烯的研究开发有着诱人的发展前景。
2.3 智能织物
2.3.1 智能纤维织物系统
智能纤维织物是指具备传感、控制和驱动3个基本要素, 能通过自身的感知进行信息处理, 发出指令, 并执行完成动作, 从而实现自身的检测、诊断、监控、校正、修复和适应等多种功能。
Dagani将聚乙二醇与各种纤维（如棉、聚酯或聚酰胺/聚氨酯）共混物结合，使其具有热适应性与可逆收缩性。所谓热适应性是赋予材料热记忆特性，温度升高时纤维吸热，温度降低时纤维放热，此热记忆特性源于结合在纤维上的相邻多元醇螺旋结构间的氢键相互用。温度升高时，氢键解离，系统趋于无序状态，线团弛豫过程吸热。当环境温度降低时，氢键使系统变为有序状态，线团被压缩而放热。这种热适应织物可用于服装和保温系统，包括体温调节和烧伤治疗的生物医学制品及农作物防冻系统等领域。
此类织物的另一功能是可逆收缩，即湿时收缩，干时恢复至原始尺寸，湿态收缩率达到35%，可用于传感/执行系统、微型发动机及生物医用压力与压缩装置，如压力绷带，它在血液中收缩，在伤口上所产生的压力有止血作用，绷带干燥时压力消除。
2.3.2 智能纤维织物的设计
新材料的发展提供了可选择合成智能材料系统的组合。高科技发展为智能纤维织物及智能化服装创造了物质基础。许多材料本身具有智能, 例如一些材料的性能( 如颜色、形态、尺寸、机械性能等) 随环境或使用条件的变化而改变, 具有自诊断、学习和预见能力、刺激) 响应以及对信号的识别能力; 一些材料的光、电和其它物理和化学性能随外部条件的不同而变化, 因而除了识别和区分信号、自诊断、学习和抗刺激能力之外, 还可发展成为具有动态平衡及自维修功能的材料; 一些材料的结构或组分可随工作而变化, 具有对环境的自适应和自调节功能。
根据材料的功能及作用原理, 顾利霞教授系统地总结了光敏变化纤维材料、热敏变化纤维材料、电致变色纤维材料[11]。赵玉芬教授研究发现了活性氨基酸的制备方法[12]。日本则提出了系列刺激应答性高分子材料[13],并提出了为使传统材料防锈防蚀、耐光、耐热、抗菌, 希望为封闭体系(Closed System) , 但实质材料自身应为开放体系( Open System) ; 有温度刺激应答高分子,用新的纳米高分子载体药物和自诊断治疗材料设计[14]；用活性阴离子聚合共聚物具有刺激应答和自组装化[15]；还有各种高分子自动化材料, 包括离子导电高分子、电子导电高分子、高分子诱电体、高分子凝胶; 有分子认识功能高分子,有光应答作用改变生理活性肽(缩氨酸), 进行智能材料与蛋白质分子的设计[16]。
智能纤维织物可以在现有纤维织物的改性、功能化、智能化基础上进行组合设计, 如日本提出的干涉发色纤维［17]和中国的结构生色彩虹丝［18］,模仿生物功能的自振动高分子凝胶［19］,太阳光蓄热保温纤维［20］,吸湿发热素材［21］,日本小松精练公司开发的保温纤维［22］等等。将这些单功能和多功能纤维组合一起,就可以设计出智能化织物或智能化系统服装。
2.3.3 智能纤维织物与纳米科技［23］
各种功能纤维材料可以组合成智能织物, 而纳米科技的兴起、纳米材料的
高分子材料在国民经济中的作用及发展趋势 摘要：材料是现代文明进步的基石。自高分子材料的问世以来，其发展突飞猛进，已开发 出许多性能优异，应用范围广的高分子材料，已在信息、生命、工农业以及航空航天等方面应用广泛，使高分子材料对于人们的日常生活以及国民经济社会发展方面都起到了非常重要的作用。本文主要介绍了高分子材料的分类，以及其在国民经济和人们生活中的作用和广泛的应用，同时也分析了高分子材料在未来的发展趋势。 关键词：功能高分子材料医用高分子材料离子交换树脂胶黏剂高分子光纤人造器官1.前言： 1.1 高分子材料的分类： 高分子材料，是指相对分子质量较大的化合物组成的材料。它是以高分子化合物为基体，再配以其它添加剂所构成的一类材料的总称。按其来源来分，可分为天然高分子材料和合成高分子材料。按性能和用途来分又可分为塑料、橡胶、纤维、胶黏剂、涂料，功能高分子材料及聚合物高分子材料。 1.2高分子材料的现状： 在这个科学技术迅猛发展的21世纪，人们对知识的不断探索以及对物质生活的高度要求，使得高分子材料的飞速发展。而高分子新材料的制备以及新应用领域的拓展，对国民经济又有重大的影响，以成为社会进步和发展的重要技术之一。 高分子材料已经普遍应用于生产，生活，科技等各个领域，我们日常生活所用所穿都离不开它，尤其是塑料，橡胶，纤维这三大高分子材料，已广泛存在我们周围。同时在航空、航天、交通运输、生物医学等方面已有突出的贡献，但是有些高分子材料在性能和使用期限，以及环保方面还有待提高，所以开发出新的高性能，高功能以及绿色化的高分子材料已成为现在高分子行业的迫切要求。 2.高分子材料在国民经济中的作用 2.1 通用高分子材料的作用 2.1.1 塑料： 塑料是一类重要的高分子材料，也是现如今人们日常生活不可缺少的一类物质，它具有质轻，绝缘性能好，耐腐蚀新能强，容易加工成型等优点，在某些方面甚至是木材和金属所不及的，可以说，没有塑料，我们今天的生活将会是另一番局面。 应用最广的当属聚乙烯，它具有突出的电绝缘性和节电性能，优良的化学稳定性以及无毒性，广泛的应用于食品包装中，主要制作板材、管、薄膜、贮槽和容器，用于工业、农业及日常生活用品。具有优良的机械性能的聚丙烯则应用于日用器皿，娱乐体育用品，玩具汽车部件，家电零件。聚苯乙烯则以其电绝缘性能好，刚性大，印刷性能好的特点广泛应用于工业装饰，各种仪器仪表零件、灯罩、电子工业等。氟塑料的用途产量最广，在国防、电子、航空航天、化工、冷藏、机械方面占有重要地位。 2.1.2 橡胶： 橡胶是有机高分子弹性体。天然橡胶具有优良的综合性能，大量用于制造各种轮胎及工业橡胶制品，如胶管胶带、胶鞋雨衣及医疗卫生用品等。合成橡胶因其高弹性和耐低温性能好，耐磨性，主要用于制造轮胎，胶鞋等耐磨制品，医疗制品，运动器材等。 2.1.3 纤维：
智能材料及其发展 1.材料的发展 材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或者其他产品的物质，是人类生活、生产的基础，是人类认识自然和改造自然的工具，与信息、能源并列为人类赖以生存、现代文明赖以发展的三大支柱。材料也是人类进化的标志之一，一种新材料的出现必将促进人类文明的发展和科技的进步，从人类出现，经历旧石器时代、新石器时代、青铜时代……，一直到21世纪，材料及材料科学的发展一直伴随着人类的文明的进步。在人类文明的进程中，材料大致经历了一下五个发展阶段。 1）利用纯天然材料的初级阶段：在远古时代人类只能利用纯天然材料（如石头、草木、野兽毛皮、甲骨、泥土等），也就是通常所说的旧石器时代。这一阶段人类只能对纯天然材料进行简单加工。 2）单纯利用火制造材料阶段：这一阶段跨越了新石器时代、青铜时代和铁器时代，它们风别已三大人造材料为象征，即陶、铜、铁。这一时期人类利用火来进行烧结、冶炼和加工，如利用天然陶土烧制陶、瓷、砖、瓦以及后来的玻璃、水泥等，从天然矿石中提炼铜、铁等金属。 3）利用物理和化学原理合成材料阶段：20世纪初，随着科学的发展和各种检测手段及仪器的出现，人类开始研究材料的化学组成、化学键、结构及合成方法，并以凝聚态物理、晶体物理、固体物理为基础研究材料组成、结构和性能之间的关系，并出现了材料科学。这一时期，人类利用一系列物理、化学原理、现象来创造新材料，这一时期出现的合成高分子材料与已有的金属材料、陶瓷材料（无机非金属材料）构成了现代材料的三大支柱。除此之外，人类还合成了一系列的合金材料和无机非金属材料，如超导材料、光纤材料、半导体材料等。 4）材料的复合化阶段：这一阶段以20世纪50年代金属陶瓷的出现为开端，人类开始使用新的物理、化学技术，根据需要制备出性能独特的材料。玻璃钢、铝塑薄膜、梯度功能材料以及抗菌材料都是这一阶段的杰出代表，它们都是为了适应高科技的发展和提高人类文明进步而产生的。 5）材料的智能化阶段：自然界的材料都具有自适应、自诊断、自修复的功能。如所有的动物和植物都能在没有受到毁灭性打击的情况下进行自诊断和修复。受大自然的启发，近三四十年的研发，一些人工材料已经具备了其中的部分功能，即我们所说的智能材料，如形状记忆合金、光致变色玻璃等。但是从严格意义上将，目前研制成功的智能材料离理想的智能材料还有一定的距离。 材料科学的发展主要集中在以下几个方面：超纯化（从天然材料到复合材料）、量子化
智能高分子凝胶简介 班级：09化学2班姓名：刘心悦学号：20420092201280 摘要：智能高分子凝胶可以通过控制高分子凝胶网络的微观结构与形态，来影响其溶胀或伸缩性能，从而使凝胶对外界刺激作出灵敏的响应，表现出智能。 关键词：智能高分子材料高分子凝胶 智能高分子材料 智能高分子材料属于智能材料(intelligentmaterial)的范畴。智能材料是指对环境可感知、响应，并且具有发现能力的新材料[1]。智能材料的研究与开发正孕育着新一代的技术革新。 智能材料包括金属智能材料、无机非金属智能材料和高分子智能材料，其中高分子智能材料包括智能高分子凝胶、智能高分子复合材料和智能高分子膜材料等，目前研究最广的是智能高分子凝胶。 智能高分子凝胶 高分子凝胶是由具有三维交联网络结构的聚合物与低分子介质共同组成的多元体系，其大分子主链或侧链上含有离子解离性、极性或疏水性基团，对溶剂组分、温度、pH值、光、电场、磁场等的变化能产生可逆的、不连续(或连续)的体积变化，所以可以控制高分子凝胶网络的微观结构与形态，来影响其溶胀或伸缩性能，从而使凝胶对外界刺激作出灵敏的响应，表现出智能。 智能凝胶的体积相变原理 根据高分子凝胶溶胀及退溶胀的渗透压公式，渗透压由高分子链与溶剂的相互作用、高分子链的橡胶弹性和高分子凝胶内外离子浓度差构成。当这三者之间达到平衡时，高分子凝胶呈平衡状态。温度、pH值、无机盐的浓度、溶剂的性质对溶胀平衡都有影响，在一定的外界刺激下，凝胶会因为溶液性质的微小变化而引起极大的体积变化，即所谓的凝胶体积相变，这就是智能高分子凝胶对外界
刺激作出响应的依据。 智能高分子凝胶对各种外界刺激的响应性 1 溶剂组成 体积变化。也就是说，当pH值发生变化时，水凝胶体积随之变化。考虑到国外智能高分子材料均集中在合成聚合物(由均聚物、接枝或嵌段共聚物到共混物、互穿聚合物网络及高分子微球等)，他将智能材料的研究开拓到具有凝胶相转变的天然高分子材料，特别是生物相容性良好而且可以生物降解的壳聚糖(chitosan,CS ) 3 温敏性凝胶 利用高分子与溶剂之何的相互作用力的变化、溶胀高分子凝胶的大分子链的线团一球的转变，使凝胶由溶胀状态急剧地转化为退溶胀状态，从而高分子凝胶表现出对溶剂组分变化的响应，这类材料可由聚乙烯醇、聚丙烯酞胺等制成川。如:聚丙烯酞胺(PAAM)纤维经环化处理后除去未环化的部分以及未参加反应的物质，干燥后即得到P八AM凝胶纤维。这种纤维在水中伸长，在丙酮中收缩，而且其体积随溶剂体系中丙酮含量的增加发生连续的收缩。如果在凝胶网络中引人电解质离子成部分离子化凝胶，则在某一溶剂组成时产生不连续的体积变化。 2 pH值响应凝胶 具有pH值响应性的凝胶，一般均是通过交联形成大分子网络。凝胶中含有弱酸和碱基团，这些基团在不同的pH值及离子强度的溶液中，响应的离子化，使凝胶带电荷，并使网络中氢键断裂，导致凝胶发生不连续的 温敏性凝胶,当温度升高时，疏水相相互作用增强，使凝胶收缩，而降低温度，疏水相间作用减弱使凝胶溶胀，既所谓的热缩凝胶。例如，轻微交联的N一异丙基丙烯酞胺(NIPA )与丙烯酸钠的共聚体。其中丙烯酸钠是阴离子单体，其加量对凝胶的溶胀比和热收缩敏感温度有明显影响。阴离子单体含量增加，溶胀比增加，热收缩温度提高。所以可以从阴离子单体的加量来调节溶胀比和热收缩温度。NIPA与甲基丙烯酸钠共聚交联体亦是一种性能优良的阴离子型热缩温敏性水凝胶。最近报道的以NIPA,丙烯酞胺一2一甲基丙磺酸钠、N-(3- 甲基胺)丙基丙烯酞胺制得的两性水凝胶，其敏感温度随组成的变化在等物质的量比时最低，约为3590，而只要正离子或负离子的量增加，均会使敏感温度上升。
1 什么是高分子材料 高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料。我们接触的很多天然材料通常是高分子材料组成的，如天然橡胶、棉花、人体器官等。人工合成的化学纤维、塑料和橡胶等也是如此。一般称在生活中大量采用的，已经形成工业化生产规模的高分子为通用高分子材料，称具有特殊用途与功能的为功能高分子。 2 高分子材料的发展历程 树枝，兽皮，稻草等天然高分子材料是人类或者类似人类的远古智能生物最先使用的材料。在历史的长河中，纸，树胶，丝绸等从天然高分子加工而来的产品一直同人类文明的发展交织在一起。 2.1从天然树脂到合成树脂 一些树木的分泌物常会形成树脂，不过琥珀却是树脂的化石，虫胶虽然也被看成树脂，但却是紫胶虫分泌在树上的沉积物。由虫胶制成的虫胶漆，最初只用作木材的防腐剂，但随着电机的发明又成为最早使用的绝缘漆。然而进入20世纪后，天然产物已无法满足电气化的需要，促使人们不得不寻找新的廉价代用品。 以煤焦油为原粒的酚醛树脂，在1940年以前一直居各种合成树脂产量之首，每年达20多万吨，但此后随着石油化工的发展，聚合型的合成树脂如：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯以及聚苯乙烯的产量也不断扩大，随着众多年产这类产品10万吨以上大型厂的建立，它们已成当今产量最多的四类合成树脂。合成树脂再加上添加剂，通过各种成型方法即得到塑料制品，到今天塑料的品种有几十种，世界年产量在1．2亿吨左右，我国也在500万吨以上，它们已经成为生产、生活及国防建设的基础材料。 2.2从天然纤维到合成纤维
人类使用棉、毛、丝、麻等天然纤维的历史已经有几千年，但由于全球人口的不断增加和对纺织品质量的更高要求，从19世纪起，人们就为寻求新的纺织品原料而努力。 1846年制成硝化纤维；1857年制成铜氨纤维；1865年制成醋酸纤维；1891年制成粘胶纤维。由于粘胶纤维的原料是来源丰富的木材浆粕、棉短绒及棉纱下脚料等，再加上制成的纤维性能好，以至它的产量到20世纪50年代已经超过羊毛。 尽管上述几种称为“纤维素纤维”或“人造纤维”的出现是继纺织机械发明之后的又一次纺织革命，但它仍意味着人只是用化学方法，对天然植物纤维的再加工，而通过化学方法，制取全合成的、性能更为优异的纺织纤维阶段，才迎来了第三次纺织革命。 1928年32岁的美国化学家卡罗塞斯经过6年后的研究，终于在合成的数百种产品中，找到有希望成为优良纺织纤维的聚酰胺－66（即尼龙Nylon）。 1938年德国研制出聚酰胺－6，即聚己内酰胺；1941年英国制出了聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维，商品名Dacron、“的确凉”、或涤纶；1939年德国人又研制出聚丙烯腈纤维，但到1949年才在美国投产，商品名Orlon，我国称腈纶，此又出现多种新型合成纤维，满足了多种需要，但从应用范围和技术成熟等方面看，仍以上述几种为主，其产量约占总量的90％。 2.3从天然橡胶到合成橡胶 自然界中虽然含有橡胶的植物很多，但能大量采胶的主要是生长在热带雨区的巴西橡胶树。从树中流出的胶乳，经过凝胶等工艺制成的生橡胶，最初只用于制造一些防水织物、手套、水壶等，但它受温度的影响很大，热时变粘，冷时变硬、变脆，因而用途很少。 1839年美国一家小型橡胶厂的厂主古德易（Goodyear）经过反复摸索，发现生橡胶与硫黄混合加热后能成为一种弹性好、不发粘的弹性体，这一发现推进
浅谈智能高分子材料现状与前景 班级：料085 姓名：季承玺 学号：089024463 选课时间：周三7-8节，周五5-6节
浅谈智能高分子材料现状与前景 料085 季承玺 089024463 选课时间：周三7-8节，周五5-6节 摘要：功能与智能高分子材料是近代发展较快的交叉学科。它不仅在轻工、化工、纺织、石油化工、国防科技、医疗保健中应用相当广泛，而且在生物科学、信息科学、材料科学以及新能源等高新技术领域也有广泛的应用前景。 关键字：智能高分子，应用，材料，前景 引言：材料的智能性是指材料的作用和功能可随外界条件的变化而有意识地调节、修饰和修复。智能高分子材料的品种多,范围广,智能凝胶、智能膜、智能纤维和智能粘合剂等均属于智能高分子材料的范畴。由于高分子材料与具有传感、处理和执行功能的生物体有着极其相似的化学结构,较适合制造智能材料并组成系统, 向生物体功能逼近, 因此其研究和开发尤其受到关注。 前景：高分子材料由于在结构上的复杂性和多样性,可以在分子结构(包括支链结构)、聚集态结构、共混、复合、界面和表面甚至外观结构等方面进行或单一或多种结构的利用,以达到材料的某种智能化。智能材料的发展是建立在人类需要的基础上的,因此它必将朝着对人们活动起分担作用的社会活动对应型方向发展。材料特殊的结构决定了它的智能价值。目前对结构的设计和控制还局限于一次结构。所以,聚合物的高次结构以及与之相关的分子间的相互作用必将成为今后智能高分子研究的重要课题。 一、智能高分子材料概念 “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。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[2]。 由于高分子材料与具有传感、处理和执行功能的生物体有着极其相似的化学结构,较适合制造智能材料并组成系统,向生物体功能逼近,因此其研究和开发尤其受到关注[10]。 智能高分子材料又称智能聚合物、机敏性聚合物、刺激响应型聚合物、环境敏感型聚合物，是一种能感觉周围环境变化，而且针对环境的变化能采取响应对策的高分子材料。
高分子材料的历史与发展趋势 材料、能源、信息是当代科学技术的三大支柱。材料科学是当今世界的带头学科之一。材料又是一切技术发展的物质基础。人类的生活和社会的发展总是离不开材料，而新材料的出现又推动生活和社会的发展。人们使用及制造材料虽已有几千年的历史，但材料成为一门科学——材料科学，仅有30多年的时间，此为一门新兴学科，是一门集众多基础学科与工程应用学科相互交叉、渗透、融合的综合学科，因而对于材料科学的研究，具有深远的意义。高分子材料是材料领域中的新秀，它的出现带来了材料领域中的重大变革。目前高分子材料在尖端技术、国防建设和国民经济各个领域得到广泛应用，已成为现代社会生活中衣、食、住、行、用各个方面所不可缺少的材料。高分子材料由于原料来源丰富，制造方便，品种繁多，用途广泛，因此在材料领域中的地位日益突出，增长最快，产量相当于金属、木材和水泥的总和。高分子材料不仅为工农业生产及人们的日常生活提供不可缺少的材料，而且为发展高新技术提供更多更有效的高性能结构材料、高功能材料以及满足各种特殊用途的专用材料。 高分子科学是研究高分子化合物的合成、改性、高分子及其聚集态的结构、性能、聚合物的成型加工等内容的一门综合性学科。它由高分子化学、高分子物理学、高分子工程学三个分支学科领域所组成，其主要研究目标是为人类获取高分子新材料提供理论依据和制备工艺。高分子科学具有广阔的开发新材料的背景，二十世纪三十年代首先由有机化学派生出高分子化学，当时恰好处在世界经济飞跃发展的氛围中，对新材料的需求日益迫切，因此高分子化学进而又融合了物理化学、物理学、数学、工程学、医学等有关学科的内容，逐渐形成了高分子科学这门独立的综合性学科，现在的高分子科学已经形成了高分子化学、高分子物理、高分子工程三个分支领域相互交融、相互促进的整体学科。 高分子材料的发展大致经历了三个时期，即：天然高分子的利用与加工，天然高分子的改性和合成，高分子的工业生产(高分子科学的建立。
1.简述智能材料的定义，内涵特征及分类？ 具有感知环境刺激，对之进行分析、处理、判断，并采取一定的措施进行适度响应的智能特征的材料。 智能材料需具备以下内涵： (1)具有感知功能，能够检测并且可以识别外界的刺激强度(2)具有驱动功能，能够响应外界变化；(3)能够按照设定的方式选择和控制响应；(4)反应比较灵敏,及时和恰当；(5)当外部刺激消除后,能够迅速恢复到原始状态。 分类：金属系智能材料：形状记忆合金、磁致伸缩材料等。 无机非金属系智能材料：电(磁)流变液、压电陶瓷、变色材料、光纤高分子系智能材料：高分子凝胶；智能高分子膜材；智能药物释放体系；智能纤维与织物等 复合和杂化型智能材料 2、智能材料与智能系统的基本构成单元及作用？ 智能材料由基体材料、敏感材料、驱动材料和信息处理器四部分构成。作用：基体材料担负着承载的；敏感材料担负着传感的任务，其主要作用是感知环境变化；驱动材料担负着响应和控制的任务； 信息处理器：在敏感材料和驱动材料间传递信息的部件，是联系两者的桥梁。 3、智能材料的设计与工作思路？
智能材料的设计思路以功能材料为基础以仿生学、人工智能及系统控制为指导依据材料复合的非线性效应用先进的材料复合技术将感知材料、驱动材料和基体材料进行复合。 4、形状记忆效应与形状记忆材料的定义分类及其特点？ 形状记忆效应：将材料在一定条件下进行一定限度以内的变形后，再对材料施加适当的外界条件，材料会恢复到变形前的形状的现象。单程形状记忆效应；双程形状记忆效应；全程记忆效应 形状记忆材料 具有一定初始形状的材料经形变并固定成另一种形状后，通过物理刺激或化学刺激的处理又可恢复成初始形状的材料。 形状记忆合金；形状记忆陶瓷；形状记忆聚合物 5、形状记忆合金的类型及应用？ Ti-Ni系形状记忆合金；铜基系形状记忆合金；铁基系形状记忆合金航空航天：人造卫星和宇宙飞船的天线 机械设备中的应用：弹簧、眼镜框等弹性部件 医学上的应用；人工心脏、形状记忆合金人工食管 装饰用品：感温的自动开放的装饰性花朵 7、简述变色玻璃的类型及其变色机理？ 光致变色玻璃：当紫外线辐照时，离子Ag+还原成原子Ag。此时银原子团簇影响光的入射，产生深色效应;在没有紫外线照射时，Ag原子转变为离子Ag+，原子团簇解体，镜片褪色。
智能化高分子的研究进展 摘要：近年来，在新材料领域中正在兴起一门新的分支学科——智能高分子材料。本文对一些智能高分子材料在各个领域的研究及应用做出综述性的阐述，并对该领域的发展做出一些展望。 关键字：智能高分子材料（Intelligent Polymer Materials）特征应用发展智能高分子材料 智能高分子材料（Intelligent Polymer Materials）又称智能聚合物，机敏性聚合物，刺激相应型聚合物，环境敏感型聚合物。智能高分子材料是一种能够通过对周围的环境变化的感觉，针对这个变化采取一定反应的高分子材料。智能高分子材料它在模仿生命系统中同时具有感知和驱动双重功能的材料，即不仅能够感知外界环境或内部状态所发生的变化，而且能够通过材料自身的或外界的某种反馈机制，实时地将材料的一种或多种性质改变，做出所期望的具有某种响应的材料，又称机敏材料。目前智能高分子材料主要研究，记忆功能高分子材料、智能高分子凝胶、智能药物释放系统、聚合物电流变流体、智能高分子膜、智能纺织品、智能橡塑材料、生物材料的仿生化、智能化等等。 表1智能材料的分类 分类方法智能材料种类 按材料的种类 金属类智能材料非金属类智能材料高分子类智能材料智能复合材料 按材料的来源 天然智能材料合成智能材料建筑用智能材料工业用智能材料
按材料的应用领域军用智能材料 医用智能材料 航天用智能材料 按材料的功能半导体；压电体；电致流变体按电子结构和化学键金属；陶瓷；聚合物；复合材料 20世纪80年代，人们提出智能材料的概念，20世纪90年代以来，美国、日本、意大利、英国等国家都在大力加强对智能材料的基础研究和应用研究。智能材料要求材料体系集感知、驱动和信息处理于一体，形成类似生物材料那样的具有智能属性的材料。其概念设计可以从以下观点构思：(1)材料开发的历史——由结构材料、功能材料进而到智能材料；(2)人工智能在材料的水平反映——生物计算机的未来模式；(3)从材料设汁的立场制造智能材料；(4}软件功能引入材料；(5)人们对材料的期望；(6)能量传递；(7)材料具有时间轴，要求材料有寿命预告、自修复、自分解，甚至自学习、自增殖、自净化功能和可对应外部刺激时间轴积极自变的动态功能。智能高分子材料在信息、电子、宇宙、海洋科学、生命科学等领域得到了大力的发展和应用。 记忆功能高分子材料 形状记忆高分子材料（shape memory polymer，SMP）就是运用现代高分子物理学理论和高分子合成及改性技术，对通过高分子材料进行分子组合和改性获得的一类高分子材料。例如：聚乙烯，聚酰胺等高分子材料进行分子设计及分子结构的调整，使他们在一定的条件下，被赋予一定的形状初始态（initial state）当外部的环境发生变化之后，他可以相应地改变形状并将其固定变形态（varrable morphology）。如果环境以特定的方式和规律再次发生变化，它便可逆的恢复到初始态。形状记忆过程可简单表达为：初始形状的制品→2次形变→形变固定→形变恢复。 根据实现记忆功能的条件的不同，可以将SMP分为以下四种。 （1）热致SMP。（2）电致SMP。（3）光致SMP。（4）化学感应型SMP。目前研究最多，并投
高分子材料发展史 随着生产和科学技术的发展，人们不断对材料提出各种各样的新要求。而高分子材料的出现逐渐满足了人们的需要。并对人类的生产生活产生了巨大的影响。 高分子材料是以高分子化合物为基础的材料。高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料，高分子是生命存在的形式。所有的生命体都可以看作是高分子的集合。 高分子材料按来源分为天然、半合成（改性天然高分子材料）和合成高分子材料。天然高分子是生命起源和进化的基础。人类社会一开始就利用天然高分子材料作为生活资料和生产资料，并掌握了其加工技术。如利用蚕丝、棉、毛织成织物，用木材、棉、麻造纸等。19世纪30年代末期，进入天然高分子化学改性阶段，出现半合成高分子材料。1870年，美国人Hyatt用硝化纤维素和樟脑制得的赛璐珞塑料，是有划时代意义的一种人造高分子材料。1907年出现合成高分子酚醛树脂，真正标志着人类应用合成方法有目的的合成高分子材料的开始。1953年，德国科学家Zieglar和意大利科学家Natta，发明了配位聚合催化剂，大幅度地扩大了合成高分子材料的原料来源，得到了一大批新的合成高分子材料，使聚乙烯和聚丙烯这类通用合成高分子材料走人了千家万户，确立了合成高分子材料作为当代人类社会文明发展阶段的标志。现代，高分子材料已与金属材料、无机非金属材料相同，成为科学技术、经济建设中的重要材料。并且高分子材料资源丰富、原料广，轻质、高强度，成形工艺简易。很容易为人所用。 高分子材料包括塑料、橡胶、纤维、薄膜、胶粘剂和涂料等。其中，被称为现代高分子三大合成材料的塑料、合成纤维和合成橡胶已经成为国民经济建设与人民日常生活所必不可少的重要材料。尽管高分子材料因普遍具有许多金属和无机材料所无法取代的优点而获得迅速的发展，但目前业已大规模生产的还是只能寻常条件下使用的高分子物质，即所谓的通用高分子，它们存在着机械强度和刚性差、耐热性低等缺点。而现代工程技术的发展，则向高分子材料提出了更高的要求，因而推动了高分子材料向高性能化、功能化和生物化方向发展，这样就出现了许多产量低、价格高、性能优异的新型高分子材料。 高分子材料是材料领域之中的后起之秀，是在人们长期的生产实践和科学实验的基础上逐渐发展起来的。几千年前，人们就开始使用棉、麻、丝、毛等天然高分子作丝织物材料。有些加工方法还改变了天然高分子的化学组成，如：天然橡胶硫化，皮革鞣制，天然纤维制成人造丝等。但由于当时受科学技术发展的限制，直到19世纪中叶，人们仍未能探究到高分子材料的本质。高分子材料科学的发展萌芽于19世纪后期和20世纪初。当时天然橡胶由异戊二烯，纤维素和淀粉由葡萄糖残体，蛋白质由氨基酸组成的确立，使高分子的长链概念获得了公认，孕育了高分子的思想。1872年德国化学家拜耳(A.Bayer)首先发现苯酚与甲醛在酸性条件下加热时能迅速结成红褐色硬块或粘稠物,但因它们无法用经典方法纯化而停止实验。20世纪以后,苯酚已经能从煤焦油中大量获得,甲醛也作为防腐剂大量生产,因此二者的反应产物更加引人关注。1907年贝克兰和他的助手不仅制出了绝缘漆,而且还制出了真正的合成可塑性材料—Bakelite,它就是人们熟知的“电木”、“胶木”或酚醛树脂。Bakelite一经问世, 很快厂商发现,它不但可以制造多种电绝缘品,而且还能制日用品,于是一时间把贝克兰的发 明誉为20世纪的“炼金术”。20世纪30~40年代是高分子材料科学的创立时期。新的聚合物单体不断出现，具有工业化价值的高效催化聚合方法不断产生，加工方法及结构性能不断改善。美国化学家卡罗塞斯(W.H.Carothers)于1934年合成了优良纺织纤维的聚酰胺-66，尼龙(Nylon)是它在1939年投产时公司使用的商品名。这一成功不仅是合成纤维的第一次重大
年轻的材料——高分子材料 年轻的材料——高分子材料 〈1〉耐化学侵蚀 〈2〉具光泽，部份透明或半透明 〈3〉大部分为良好绝缘体 〈4〉重量轻且坚固 〈5〉加工容易可大量生产，价格便宜 〈6〉用途广泛、效用多、容易着色、部分耐高温 塑料也区分为泛用性塑料及工程塑料，主要是用途的广泛性来界定，如PE、PP价格便宜，可用在多种不同型态的机器上生产。工程塑料则价格较昂贵，但原料稳性及物理物性均好很多，一般而言，其同时具有刚性与韧性两种特性。 大部分塑料的抗腐蚀能力强，不与酸、碱反应。塑料制造成本低。耐用、防水、质轻容易被塑制成不同形状。是良好的绝缘体。塑料可以用于制备燃料油和燃料气，这样可以降低原油消耗。 而其也有很多不足之处，比如回收利用废弃塑料时，分类十分困难，而且经济上不合算。塑料容易燃烧，燃烧时产生有毒气体。塑料是由石油炼制的产品制成的，石油资源是有限的。 根据各种塑料不同的理化特性，可以把塑料分为热固性塑料和热塑料性塑料两种类型。 塑料的成型加工是指由合成树脂制造厂制造的聚合物制成最终塑料制品的过程。加工方法（通常称为塑料的一次加工）包括压塑（模
压成型）、挤塑（挤出成型）、注塑（注射成型）、吹塑（中空成型）、压延等。 中国塑料工业经过长期的奋斗和面向全球的开放，已形成门类较齐全的工业体系，成为与钢材、水泥、木材并驾齐驱的基础材料产业，作为一种新型材料，其使用领域已远远超越上述三种材料进入21世纪以来，中国塑料工业取得了令世人瞩目的成就，实现了历史性的跨越。作为轻工行业支柱产业之一的塑料行业，近几年增长速度一直保持在10%以上，在保持较快发展速度的同时，经济效益也有新的提高。塑料制品行业规模以上企业产值总额在轻工19个主要行业中位居第 三，实现产品销售率9 7.8%，高于轻工行业平均水平。从合成树脂、塑料机械和塑料制品生产来看，都显示了中国塑料工业强劲的发展势头。 塑料技术的发展日新月异，针对全新应用的新材料开发，针对已有材料市场的性能完善，以及针对特殊应用的性能提高可谓新材料开发与应用创新的几个重要方向。 1 新型高热传导率生物塑料，这种生物塑料除导热性能好外，还具有质量轻、易成型、对环境污染小等优点，可用于生产轻薄型的电脑、手机等电子产品的外框。 2 可变色塑料薄膜，这种薄膜把天然光学效果和人造光学效果结合在一起，实际上是让物体精确改变颜色的一种新途径。 3 塑料血液，英国设菲尔德大学的研究人员开发出一种人造塑料血，外形就像浓稠的糨糊，只要将其溶于水后就可以给病人输血，可作为急救过程中的血液替代品。
智能高分子材料的应用与进展 （华北科技学院化工B082班卫星红 200801034207） 摘要智能材料已成为当今借界高度关注的热点和焦点 ,它有着广阔的应用前景 ,取得了丰富的研究成果。从合成、加工、新产品开发及其应用诸方面综述了智能高分子材料，如智能高分子凝胶、形状记忆高分子材料、智能织物、智能高分子膜和智能高分子复合材料等的研究进展，并展望了其发展前景。 关键词高分子材料智能高分子材料响应速率进展 0 引言 20世纪80年代中期,人们提出了智能材料的概念，智能材料要求材料体系集感知、驱动和信息处理于一体,形成类似生物材料那样的具有智能属性的材料[ l ]。智能材料在目前文献中的提法大都为机敏材料( Smart Material )、机敏结构( Smarts Structure)、自适应结构 (A daptive Strueture)、智能材料( Intelligent Material )、智能结构( Intelligent Strueture),这些概念国内外至今尚无统一的定论。关于“机敏”(Smart)和“智能”( Intelligent)的讨论,不少文献资料进行了说明[2~5]。 智能材料的基础是功能材料功能材料通常可分为 2 大类一类被称为驱动材料,它可以根据温度、电场或磁场的变化来改变自身的形状、尺寸、位置、刚性、阻尼、内耗或结构等 ,因而对环境具有自适应功能,可用来制成各种执行器;另一类被称为感知材料,它是指材料对于来自外界或内部的刺激强度及变化(如应力、应变、热、光、电、磁、化学和辐射等)具有感知,可以用来做成各种传感器.同时具有敏感材料与驱动材料特征的材料,被称为机敏材料。智能材料通常不是一种单一的材料,而是一个由多种材料系统组元通过有机的紧密或严格的科学组装而构成的一体化系统 ,是敏感材料、驱动材料和控制材料(系统)的有机合成。智能材料是材料科学不断向前发展的必然结果,是信息技术溶入材料科学的自然产物,它的问世,标志和宣告第 5 代新材料的诞生,也预示着在 2 1 世纪将轰生一次划时代的材料革命。近年来,智能材料的研究在世界范围内已成为材料科学与工程领域的热点之一 ,甚至有人把21世纪称之为智能材料世纪。智能材料可用1作出描述。迄今为止, 人们已开发出很多种智能高分子材料。 图1 智能 材料示意图
高分子材料相对于传统材料如玻璃、陶瓷、水泥、金属而言是后起之秀，但其发展的速度及应用的广泛性却远远超过了许多传统材料，在当今世界乃至未来的世纪都充当着举足重轻的角色，已成为工业、农业、国防和科技等领域的重要材料，尤其是在开发新型替代能源、节约资源和保护生态环境方面更是发挥着不可替代的作用。新时代的高分子材料已成为现代工程材料的主要支柱，与信息技术、生物技术一起，推动着社会的进步，今天，我将就高分子材料的发展历程及未来趋势做一个简单的概述。 说起高分子材料的发展历程，可能会比我们想象中要长远的多，最早关于高分子材料的应用要追溯到几万年前人类或者类似人类的远古智能生物最先使用的树枝，兽皮，稻草等天然高分子材料。在历史的长河中，纸，树胶，丝绸等从天然高分子加工而来的产品一直同人类文明的发展交织在一起，奏响了一首久远流长的高分子之歌。 然而随着社会的发展，人类已经不满足于对这些材料的简单利用，相应的天然高分子材料的改性和加工工艺应运而生，这其中比较具有代表性的是19世纪中叶，德国人用硝酸溶解纤维素，然后纺织成丝或制成膜，并利用其易燃的特性制成炸药，但是硝化纤维素难于加工成型，因此人们在其中加入樟脑，使其易于加工成型，做成了之后闻名遐迩的“赛璐珞”的塑料材料。再比如，橡胶的改性，早在11世纪美洲的劳动人民已经在长期的生产实践中开始利用橡胶了，但当时橡胶制品遇冷就变硬，加热则发粘受温度的影响比较大。1839年美国科学家发现了橡胶与硫磺一起加热可以消除上述变硬发粘的缺点，并可以大大增加橡胶的弹性和强度。通过硫化改性，有力的推动了橡胶工业的发展，因为硫化胶的性能比生胶优异很多，从而开辟了橡胶制品广泛应用的前景。同时，橡胶的加工方法也在逐渐完善，形成了塑炼、混炼、压延、压出、成型这一完整的加工过程，使得橡胶工业蓬勃兴起，一日千里的突飞猛进。 从二十世纪初开始，高分子材料进入了工业合成高分子的重要阶段，而合成高分子的诞生和发展则是从酚醛树脂开始的。化学家们研究了苯酚与甲醛的反应，发现在不同的反应条件下可以得到两类树脂，一种是在酸催化下生成可融化可溶解的线型酚醛树脂，另一种则是在碱催化下生成的不溶解不熔化的体型酚醛树脂，这种酚醛树脂是人类历史上第一个完全靠化学合成方法生产出来的合成树
彭慧胜课题组对智能高分子材料的研究成果发表在《自然》子刊上 我校彭慧胜教授课题组在最新的一项研究中，将环境敏感的高分子与碳纳米管形成复合成纤维，发展出一系列具有电致变色的新型智能材料。这些材料有望在军事领域、航空航天、光电器件等众多领域显示重要的应用前景。9月13日这一研究成果发表在国际一流学术刊物《自然·纳米技术》上（Electrochromatic carbon nanotube/polydiacetylene nanocomposite fibres, Nature Nanotechnology 2009，DOI：10.1038/NNANO.2009.264）。孙雪梅等五位研究生本科生参与了相关研究工作。 生物体系随环境变化自动调控其结构和功能，如变色龙在不同环境条件下显示粉、蓝、红、橙、绿、黑、褐、黄等多种颜色。如何模拟变色龙合成上述敏感材料一直是科学研究的热点论题，而聚二炔是目前研究最多的一类敏感材料。聚二炔在热、离子、化学试剂、机械作用等刺激下迅速改变颜色，变色机理为外界刺激改变分子构象，导致其共轭链长变化，因此共轭电子发生跃迁所吸收的能量不同，宏观上指示颜色变化。虽然聚二炔的合成和变色机理已研究得非常广泛深入，真正的应用并不多见，主要源于两方面的挑战：（1）颜色变化往往不可逆；（2）刺激变色的环境因素有限。为此，国际上很多研究组做了大量的工作，比如试图研发电致变色的聚二炔用作显色器、智能窗、敏感器件及记忆元件等，但因为聚二炔导电率非常低，通过的微小电流不足以刺激聚二炔构象变化而变色。 自1991年问世以来，碳纳米管一直是材料科学研究领域的焦点。理想情况下，碳纳米管是由石墨层卷成的无缝、中空管体，按石墨层数多少分为单壁和多壁两种。因为独特的化学结构，碳纳米管显示了极其优异的物理性能，如室温导电率高达104S/cm。通过简单的化学反应或物理作用把聚二炔连接到碳纳米管表面，彭慧胜课题组制备具有良好导电性能的聚二炔/碳纳米管复合纤维，当通过超过临界值的电流时，复合纤维在两秒钟内指示颜色变化；撤掉电流，复合纤维的颜色又在两秒钟内恢复如前。除了优异的电学性能和敏感性，复合纤维还显示了良好的机械性能，如断裂强度超过1兆帕。这些复合纤维可以大规模生产，具有潜在的工业化前景，相关技术已申请了多项国际国内专利。另外，与普通化学纤维相似，这些聚二炔/碳纳米管复合纤维可以根据实际需要方便地编织成其他结构，因此可以应用在非常广泛的领域。如有兴趣进一步了解此项工作，可到《自然》网站上阅读全文。 图为复合纤维的扫描电镜照片
智能材料及其在医学领域的应用 目录 1、智能材料的概述 1.1智能材料的定义和基本特征........................................................ 1.2智能材料的构成............................................................................ 1.3智能材料的分类............................................................................ 1.4智能材料的制备............................................................................ 2、智能材料的应用领域 2.1智能材料的研究方向................................................................... 2.2智能材料在医学上的应用............................................................ 2.3智能材料在医疗方法中的应用....................................................
2.4智能材料在医学器械方面的应用................................................. 3、结束语.................................................................... 4、参考文献................................................................ 摘要本文综合评述了智能材料的研究、应用和进展。对智能材料与结构的概念进行了描述，全面总结了智能材料智能材料生物医药方面的应用, 探讨了智能材料光明的应用前景和发展趋势。 关键词智能材料；医学应用；发展 1智能材料的概述 1.1定义：智能材料（Intelligent material），是一种能感知外部刺激，能够判断并适当处理且本身可执行的新型功能材料。智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料，是现代高技术新材料发展的重要方向之一，将支撑未来高技术的发展，使传统意义下的功能材料和结构材料之间的界线逐渐消失，实现结构功能化、功能多样化。科学家预言，智能材料的研制和大规模应用将导致材料科学发展的重大革命。 基本特征：因为设计智能材料的两个指导思想是材料的多功能复合和材料的仿生设计，所以智能材料系统具有或部分具有如下的智能功能和生命特征： （1）传感功能（Sensor）
高分子材料发展史随着生产和科学技术的发展，人们不断对材料提出各种各样的新要求。而高分子材料的出现逐渐满足了人们的需要。并对人类的生产生活产生了巨大的影响。 高分子材料是以高分子化合物为基础的材料。高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料，高分子是生命存在的形式。所有的生命体都可以看作是高分子的集合。 高分子材料按来源分为天然、半合成（改性天然高分子材料）和合成高分子材料。天然高分子是生命起源和进化的基础。人类社会一开始就利用天然高分子材料作为生活资料和生产资料，并掌握了其加工技术。如利用蚕丝、棉、毛织成织物，用木材、棉、麻造纸等。19世纪30年代末期，进入天然高分子化学改性阶段，出现半合成高分子材料。1870年，美国人Hyatt用硝化纤维素和樟脑制得的赛璐珞塑料，是有划时代意义的一种人造高分子材料。1907年出现合成高分子酚醛树脂，真正标志着人类应用合成方法有目的的合成高分子材料的开始。1953年，德国科学家Zieglar和意大利科学家Natta，发明了配位聚合催化剂，大幅度地扩大了合成高分子材料的原料来源，得到了一大批新的合成高分子材料，使聚乙烯和聚丙烯这类通用合成高分子材料走人了千家万户，确立了合成高分子材料作为当代人类社会文明发展阶段的标志。现代，高分子材料已与金属材料、无机非金属材料相同，成为科学技术、经济建设中的重要材料。并且高分子材料资源丰富、原料广，轻质、高强度，成形工艺简易。很容易为人所用。 高分子材料包括塑料、橡胶、纤维、薄膜、胶粘剂和涂料等。其中，被称为现代高分子三大合成材料的塑料、合成纤维和合成橡胶已经成为国民经济建设与人民日常生活所必不可少的重要材料。尽管高分子材料因普遍具有许多金属和无机材料所无法取代的优点而获得迅
浅谈智能材料 智能材料的构想来源于仿生（仿生就是模仿大自然中生物的一些独特功能制造人类使用的工具，如模仿蜻蜓制造飞机等等），它的目标就是想研制出一种材料，使它成为具有类似于生物的各种功能的“活”的材料。因此智能材料必须具备感知、驱动和控制这三个基本要素。但是现有的材料一般比较单一，难以满足智能材料的要求，所以智能材料一般由两种或两种以上的材料复合构成一个智能材料系统。这就使得智能材料的设计、制造、加工和性能结构特征均涉及到了材料学的最前沿领域，使智能材料代表了材料科学的最活跃方面和最先进的发展方向。 具体来说智能材料需具备以下内涵： （1）具有感知功能，能够检测并且可以识别外界（或者内部）的刺激强度，如电、光、热、应力、应变、化学、核辐射等； （2）具有驱动功能，能够响应外界变化； （3）能够按照设定的方式选择和控制响应； （4）反应比较灵敏、及时和恰当。 （5）当外部刺激消除后，能够迅速恢复到原始状态。 智能材料又可以称为敏感材料，其英文翻译也有若干种，常用的有Intelligent material、Intelligent material and structure、Smart material、Smart material and structure、Adaptive material and structure等。 为增加感性认识，现举一个简单的应用了智能材料的例子：某些太阳镜的镜片当中含有智能材料，这种智能材料能感知周围的光，并能够对光的强弱进行判断，当光强时，它就变暗，当光弱时，它就会变的透明。 作为一种新型材料，一般认为，智能材料由传感器或敏感元件等与传统材料结合而成。这种材料可以自我发现故障，自我修复，并根据实际情况作出优化反应，发挥控制功能。智能材料可分为两大类： （1）嵌入式智能材料，又称智能材料结构或智能材料系统。在基体材料中，嵌入具有传感、动作和处理功能的三种原始材料。传感元件采集和检测外界环境给予的信息，控制处理器指挥和激励驱动元件，执行相应的动作。 （2）有些材料微观结构本身就具有智能功能，能够随着环境和时间的变化改变自己的性能，如自滤玻璃、受辐射时性能自衰减的Inp半导体等。
智能高分子材料的研究进展 大学材料学院高分子1201 摘要：智能高分子材料是材料研究的新领域,本文综述了智能高分子材料的分类及研究现状。主要介绍了形状记忆高分子材料、智能高分子膜、智能药物释放体系、智能高分子凝胶、智能纤维织物的研究现状及应用，并展望了智能高分子材料的前景。 关键词：智能高分子；薄膜；形状记忆；药物释放；凝胶；纤维织物；应用 前言： 智能高分子材料又称机敏材料，也被称为刺激-响应型聚合物或环境敏感聚合物，是智能材料的一个重要的组成部分。它是通过分子设计和有机合成的方法使有机材料本身具有生物所赋予的高级功能：如自修与自增殖能力，认识与鉴别能力，刺激响应与环境应变能力等。环境刺激因素很多，如温度、pH值、离子、电场、磁场、溶剂、反应物、光(或紫外光)、应力和识别等，对这些刺激产生有效响应的智能聚合物自身性质会随之发生变化。它的研究涉及到众多的基础理论研究，波及信息、电子、生命科学、宇宙、海洋科学等领域，不少成果已在高科技、高附加值产业中得到应用，已成为高分子材料的重要发展方向之一。 1.智能高分子材料的类别及应用 智能材料按材料的种类可分为金属类智能材料、非金属类智能材料、高分子类智能材料和智能复合材料。其中，智能高分子材料的研究最广。其不完全类别及应用如下表： 2.智能高分子材料的研究进展 2.1形状记忆高分子材料
形状记忆高分子材料是利用结晶或半结晶高分子材料经过辐射交联或化学交联后具有记忆效应的原理而制造的一类新型智能高分子材料。高分子材料的形状记忆性，是通过它所具有的多重结构的相态变化来实现，如结晶的形成与熔化、玻璃态与橡胶态的转化等。迄今开发的形状记忆高分子材料都具有两相结构，即能够固定和保持其成型物品固有初始形状的固定相以及在一定条件下能可逆地发生软化与固化，而获得二次形状的可逆相。这两相结构的实质就是对应着形状记忆高分子部多重结构中的结点和这些结点之间的柔性链段。故形状记忆过程可简单表述为：初始形状的制品－二次形变－形变固－形变回复[1]。 形状记忆高分子材料种类很多，根据形状回复原理大致可分为：电致感应型、光致感应型、化学感应型、热致感应型等。其中热致感应型材料应用围较广，是目前形状记忆高分子材料研究和开发较为活跃的品种。 2.1.1 电致感应型 电致感应型是通过电流产生的热量使体系温度升高，致使形状回复，所以既具有导电性能，又具有良好的形状记忆功能，主要用于电子通讯及仪器仪表等领域,如电子集束管、电磁屏蔽材料等。 2.1.2 光致感应型 光致感应型是将某些特定的光致变色基团引入高分子主链或侧链中，当受到光照射时，光致变色基团发生光异构化反应，使分子链的状态发生显著变化，材料在宏观上表现为光致形变；光照停止时，光致变色基团发生可逆的光异构化反应，分子链的状态回复，材料也回复其初始形状。用作印刷材料、光记忆材料、“光驱动分子阀”和药物缓释剂等。 2.1.3化学感应型 某些高分子材料在化学物质的作用下，也具有形状记忆现象。它利用材料周围介质性质的变化来激发材料变形和形状回复。常见的化学感应方式有PH变化、平衡离子置换、螯合反应、相转变反应和氧化还原反应等，这类物质有部分皂化的聚丙烯酰胺、聚乙烯醇和聚丙烯酸混合物薄膜等。该材料用于蛋白质或酶的分离膜[2]、“化学发动机”等特殊领域。 2.1.4热致感应型 热致感应型是指在一定温度下，即记忆温度下，具有橡胶的特性，主要表现