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液晶高分子材料的发展与应用
液晶高分子材料的发展与应用【1】
摘要：液晶高分子材料兼具有晶态和液体两方面的性质，是一种新兴的功能高分子材料，近年来，液晶高分子材料的应用获得了迅速的发展，例如其在液晶显示、光储存和液晶纺丝等方面的应用，相信在不久的将来会有更多性能更优异的液晶高分子材料应用于日常生活中。
关键词：液晶 液晶高分子 应用
1 引言
液晶高分子材料是在一定条件下可以液晶态存在的高分子所加工制成的材料，较高分子量和液晶有序的有机结合使液晶高分子材料具有一些优异的特性。
例如，液晶高分子材料具有非常高的强度和模量，或具有很小的热膨胀系数，或具有优良的电光性质等等。
研究和开发液晶高分子材料，不仅可以提供新的高性能材料从而促使技术的进步和新技术的产生，同时可以促进高分子化学、高分子物理学、高分子加工以及高分子应用等领域的发展。
因此，研究液晶高分子材料具有重要意义。
2 液晶高分子材料的发展
液晶高分子存在于自然界很多物质中，像是生物体中的纤维素、多肽、核酸、蛋白质、细胞及细胞膜等都存在液晶态。
液晶的原理首先在1888年由奥地利植物学家F Reinitzer(F.Reinitzer,Monatsh，Chem,9,421，1888)提出，之后，德国科学家O，Lehamann验证了液晶的各向异性，他建议将其命名为Fliess，endekrystalle，在英语中也就是液晶(Liquid Crystal或简化为LC)。
19世纪60年代，人们发现聚对苯甲酰胺溶解在二甲基乙酰胺LiCI中，和聚对苯二甲酰对本二胺溶解在浓硫酸中，都可以形成向列型液晶(根据分子排列的形式和有序性不同，液晶有三种不同的结构类型：近晶型、向列型和胆甾型。
向列型液晶只保留着固体的一维有序性，具有较好的流动性)。
刚性分子链在溶液中伸展，当其浓度达到临界浓度时由于部分刚性分子聚集在一起形成有序排列的微区结构，使溶液由各向同性向各向异性转变，由此形成了液晶。
随即，美国杜邦公司(DuPont’s)先后推出了PSA(聚苯甲酰胺)及Kevelar纤维PPTA(聚对苯二甲酰对苯二胺)，标志着液晶高分子研究工业化发展的开始。
到70～80年代，出现了诸如Xydar(美国Dartin公司，1984年),Vectra(美国Calanese公司，1985年)等一系列商用型热致液晶，液晶高分子材料逐渐开始推广。
发展至今，液晶这一形态已经成为一个相当大的物质家族，其商业用途多达几百种，例如日常生活中所用的液晶显示手表、计算器、笔记本电脑和高清晰的彩色电视等都已商品化，使得显示技术领域发生重大的革命性变化。
液晶高分子的一系列不同寻常的性质已经得到了广泛的实际应用，其中大家最为熟悉的就是上面说到的液晶显示技术，它是应用向列型液晶的灵敏的电响应特性和优秀的光学特性的典型例子。
把透明的向列型液晶薄膜夹在两块导电的玻璃板之间，在施加适当电压的点上变得不透明，因此当电压以某种图形的形式加到液晶薄膜上就产生了图像。
这一原理等同于学生日常学习使用的计算器，在通电时液晶分子排列变得有秩序，使光线容易通过;不通电时分子排列混乱，阻止光线通过，因而显示出所要计算的数字。
液晶显示器件最大的优点在于耗电低，可以实现微型化和超薄化。
与小分子液晶材料相比，液晶高分子在图形显示方面的应用前景在于利用其优点开发大面积、平面、超薄型、直接沉积在控制电极表面的显示器，具有相当大的优势。
液晶高分子还可以利用其热，光效应来实现光存储。
首先将存储介质制成透光的液晶态晶体，这时测试的光完全透过，证明没有信息记录;当用一束激光照射存储介质时，局部温度升高而使液晶高分子熔融成各向同性熔体，分子失去有序性：激光消失后，液晶高分子凝结成不透光的固体，信号被记录下来。
此时如果再照射测试光，将仅有部分光透过，记录的信息在室温下永久保存。
这同目前常用的存储介质――光盘相比，其对信息的存储依靠记忆材料内部的特性变化使得液晶高分子存储材料的可靠性更高，而且不用担心灰尘和表面的划伤对存储数据的影响，更适合于重要数据的长期保存。
此外，将刚性高分子溶液的液晶体系所具有的流变学特性应用于纤维加工过程中，已创造出一种新的纺丝技术――液晶纺丝，这种新技术使纤维的力学性能提高了两倍以上，获得了高强度、高模量、综合性能优越的纤维。
由于刚性高分子溶液形成的液晶体系具有高浓度、低粘度和低切变速率下高度取向的流变学特性，因此采用液晶纺丝便顺利地解决了高浓度溶液必然伴随着高粘度的问题。
同时，由于液晶分子的取向，纺丝时可以在较低的牵伸条件下就获得较高的取向度，避免纤维在高倍拉伸时产生应力和受到损伤。
这样所得的高性能纤维可用于制造防弹衣、缆�和特种复合材料等。
3 液晶高分子材料的应用
液晶高分子材料不仅在化学、物理方面得到了广泛的应用，其在生物医学方面的应用也是不可小视的。
由于在电、磁、光、热、力等条件变化时，液晶高分子将发生显著的变化，使得液晶高分子膜比一般的膜材料具有更高的透过量和选择性。
因此，利用溶致性液晶(根据液晶形成条件的不同液晶态物质又可分为“热致型液晶”和“溶致型液晶”)高分子的成型过程，如形成层状结构，再进行交联固化成膜，可以制备具有部分类似功能的膜材料。
脂质体是液晶高分子在溶液中形成的一种聚集态，这种微胶囊最重要的应用就是作为定点释放和缓释药物的使用。
微胶囊中包裹的药物随体液到达病变点后被酶作用破裂释放出药物，达到定点释放药物的目的。
如前所述，作为新兴的功能材料，液晶高分子材料具有很多突出的优点。
随着人们对它不断的研究，液晶高分子材料会逐步代替目前使用的部分金属和非金属材料。
液晶高分子材料作为一种较新的高分子材料，人们对它的认识还不充分，但在不远的将来，液晶高分子材料的应用一定会越来越广泛。
对人类的生存和发展做出新的贡献。
参考文献：
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[2]何曼君，张红东等.高分子物理[M].上海：复旦大学出版社，2007.
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[4]柯锦玲.液晶高分子及其应用[Z].1001-9456(2004)03-0086-04.
新型高分子材料与应用【2】
摘要：自20世纪30年代以来，高分子科学技术的发展极为迅猛。
高分子材料特别是合成高分子材料由于其具有的优异功能，已在信息、生命等新技术领域，以及工业、农业、国防、交通等部门中发挥着重要作用。
随着信息时代的到来，对于高分子材料有了更高的要求，不再是满足于当前材料的实用，于是新型高分子材料的研究开发更加的迫切。
关键字：新型高分子材料;高分子材料应用;新型高分子材料的开发
引言：
高分子材料是指由相对分子质量较大的化合物分子构成的材料。
按其来源，高分子材料可分为天然，合成，半合成材料，包括了塑料，合成纤维，合成橡胶，涂料，粘合剂和高分子基复合材料。
从1907年高分子酚醛树脂的出现以来，高分子材料因其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。
然而，现在大规模生产的还只是在寻常条件下能够使用的高分子物质，即通用高分子。
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对高分子材料提出了更高的要求。
于是新型高分子材料的开发与应用尤为重要。
纳米、导电、生物医用、生物可降解、耐高温、高强度、高模量、高冲击性、耐极端条件等高性能的新型高分子材料的开发与应用不但能解决现阶段的高分子材料所面临的问题，而且也将积极地推动高分子材料向功能化、智能化、精细化方向的发展。
与此同时，我国十二五计划也将高分子材料的开发研究纳入了其中，作为其重要研究方向之一的新型高分子材料的开发研究必将会极大地推动我国材料技术的发展。
一、简述高分子材料
1.高分子材料
高分子材料(macromolecular material)，以高分子化合物为基础的材料。
基本成分为聚合物，或以其含有的聚合物的性质为其主要性能特征的材料。
高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，通常分子量大于10000，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体。
2.国内外高分子材料开发现状
高分子材料与金属材料和无机非金属材料共同构成了应用性材料科学的最重要的三个领域。
高分子材料凭借其独特的优势占领了巨大的市场。
世界高分子材料工业正在高速地发展着。
世界合成树脂量从1950年的1.5M工增长到2005年的212M工，每年大概以5%的增长率在迅速地增长。
现在塑料的产量早已超过了木材和水泥等结构材料的总产量。
合成橡胶的产量也已超过了天然橡胶，而合成纤维的年产量在上个世纪80年代就已经达到了棉花、羊毛等天然和人造纤维的2倍。
对于我国而言，目前我国是世界上最大的树脂进口国，每年进口的树脂数量大约是世界树脂总贸易的25%到30%。
我国的树脂合成工业正高速地发展当中，树脂合成能力也在飞速地提高中。
然而与西方发达国家仍然存在着差距。
3.开发新型高分子材料的重要意义和途径
自上世纪30年代高分子材料的出现开始到现代，世界工业科学不再只是满足与对基础高分子材料的开发研究，从90代开始，科学家们就将注意力集中到了高功能，高智能的高分子材料开发上。
现代工业对于新型高分子材料的需求日益强烈。
像纳米高分子材料，通常是将纳米微粒与聚合物基材进行复合，利用其特殊性质来开发新产品，这比研究全新的聚合物材料投资少，周期短，生产成本低。
与普通改性材料不同，纳米粒子具有特殊的表面效应、体积效应、量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应等，这些效应的综合作用导致了改性后的高分子材料具有特殊性能。
比如，纳米粒子巨大的比表面积产生的表面效应，可使经纳米粒子改性后的高分子材料的机械性能、热传导性、触媒性质、破坏韧性等均与一般材料不同，有的材料还具有了新的阻燃性和阻隔性。
新型高分子材料的开发主要是集中在制造工艺的改进上，以提高产品的性能，减少环境的污染，节约资源。
就目前而言，合成树脂新品种、新牌号和专用树脂仍然层出不穷，以茂金属催化剂为代表的新一代聚烯烃催化剂开发仍然是高分子材料技术开发的热点之一。
在开发新聚合方法方面，着重于阴离子活性聚合、基团转移聚合和微乳液聚合的工业化。
在第二次世界大战中发展起来的高分子复合技术，以及出现于50年代的高分子合金化技术后。
新的复合技术和合金化技术层出不穷。
新型高分子材料的开发，不但能够满足现代工业发展对于材料工业的高要求，更能够促进能源与资源的节约，减少环境的污染，提高生产能力，更能体现出现代科技的高速发展。
二、新型高分子材料的应用
现代高分子材料是相对于传统材料如玻璃而言是后起的材料，但其发展的速度应用的广泛性却大大超越了传统材料。
高分子材料既可以用于结构材料，也可以用于功能材料。
现阶段新型高分子材料大致包括高分子分离膜，高分子磁性材料，光功能高分子材料，高分子复合材料这几大类：
第一，高分子分离膜是用高分子材料制成的具有选择透过性功能的半透性薄膜。
采用这样的薄膜，以压力差、温度梯度、浓度梯度或电位差为动力，与以往传统的分离技术相比，更加的省能、高效和洁净等，被认为是支撑新技术革命的重大技术。
第二，高分子磁性材料是磁与高分子材料相结合的新的应用。
早期磁性材料具有硬且脆，加工性差等缺点。
将磁粉混炼于塑料或橡胶中制成的高分子磁性材料，这样制成的复合型高分子磁性材料，比重轻、容易加工成尺寸精度高和复杂形状的制品，还能与其它元件一体成型等。
第三，光功能高分子材料，是指能够对光进行透射、吸收、储存、转换的一类高分子材料。
目前，这一类材料已有很多，应用也很广泛。
第四，高分子复合材料是指高分子材料和不同性质组成的物质复合粘结而成的多相材料。
高分子复合材料最大优点具有各种材料的长处，如高强度、质轻、耐温、耐腐蚀、绝热、绝缘等性质。
这些新型的高分子材料在人类社会生活，工业生产，医药卫生和尖端技术等方方面面都有着广泛的应用。
例如，在生物医用材料界上，研制出的一系列的改性聚碳酸亚丙酯(PM-PPC)新型高分子材料是腹壁缺损修复的高效材料：在工业污水的处理上，在不添加任何药剂的情况下，利用新型高分子材料物理法除去油田中的污水：开发的聚酰亚胺等热固性树脂及苯乙烯、聚丙烯等热塑性树脂复合材料，这些材料比强度和比模量比金属还高，是国防、尖端技术方面不可缺少的材料;同样，在药物传递系统中应用新型高分子材料，在药剂学中应用，在包转材料中的应用等等。
新型高分子材料已经渗透于人类生活的各个方面。
三、综述
材料是人类用来制造各种产品的物质，是人类生活和生产的物质基础，是一个国家工业发展的重要基础和标志。
作为材料重要组成部分的高分子材料随着时代的发展，技术的进步，越来越能影响人类的生活。
新型高分子材料的不断开发像纳米技术、荧光技术、导电技术、生物技术等的实施必将使得高分子材料在工业化的应用中不断进步。
区别于我们已经开发研究成熟的一些传统材料，高分子材料的研究开发存在着无穷的潜力。
正如一些科学家预言的那样，新型高分子材料的开发将有可能会带来现代材料界的一次重大革命。
参考文献：
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[5]黄凯，高分子材料在药物传递系统研究中的应用[J]，中国现代应用学2010.(SI)
高分子材料的发展前景【3】
摘要：随着生产和科技的发展，以及人们对知识的追求，对高分子材料的性能提出了各种各样新的要求。
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。
本文主要分析了高分子材料的发展前景和发展趋势。
关键词：高分子材料;发展;前景
一 高分子材料的发展现状与趋势
高分子材料作为一种重要的材料， 经过约半个世纪的发展巳在各个工业领域中发挥了巨大的作用。
从高分子材料与国民经济、高技术和现代生活密切相关的角度说， 人类已进人了高分子时代。
高分子材料工业不仅要为工农业生产和人们的衣食住行用等不断提供许多量大面广、日新月异的新产品和新材料又要为发展高技术提供更多更有效的高性能结构材料和功能性材料。
鉴于此， 我国高分子材料应在进一步开发通用高分子材料品种、提高技术水平、扩大生产以满足市场需要的基础上重点发展五个方向：工程塑料，复合材料，液晶高分子材料，高分子分离材料，生物医用高分子材料。
近年来，随着电气、电子、信息、汽车、航空、航天、海洋开发等尖端技术领域的发展和为了适应这一发展的需要并健进其进? 步的发展， 高分子材料在不断向高功能化高性能化转变方面日趋活跃，并取得了重大突破。
二 高分子材料各领域的应用
1高分子材料在机械工业中的应用
高分子材料在机械工业中的应用越来越广泛， “ 以塑代钢” ，“ 塑代铁” 成为目前材料科学研究的热门和重点。
这类研究拓宽了材料选用范围，使机械产品从传统的安全笨重、高消耗向安全轻便、耐用和经济转变。
如聚氨酉旨弹性体，聚氨醋弹性体的耐磨性尤为突出， 在某些有机溶剂 如煤油、砂浆混合液中， 其磨耗低于其它材料。
聚氨醋弹性体可制成浮选机叶轮、盖板， 广泛使用在工况条件为磨粒磨损的浮选机械上。
又如聚甲醛材料聚甲醛具有突出的耐磨性， 对金属的同比磨耗量比尼龙小， 用聚四氟乙烯、机油、二硫化钥、化学润滑等改性， 其摩擦系数和磨耗量更小， 由于其良好的机械性能和耐磨性， 聚甲醛大量用于制造各种齿轮、轴承、凸轮、螺母、各种泵体以及导轨等机械设备的结构零部件。
在汽车行业大量代替锌、铜、铝等有色金属， 还能取代铸铁和钢冲压件。
2 高分子材料在燃料电池中的应用
高分子电解质膜的厚度会对电池性能产生很大的影响， 减薄膜的厚度可大幅度降低电池内阻， 获得大的功率输出。
全氟磺酸质子交换 膜的大分子主链骨架结构有很好的机械强度和化学耐久性， 氟素化合物具有僧水特性， 水容易排出， 但是电池运转时保水率降低， 又要影响电解质膜的导电性， 所以要对反应气体进行增湿处理。
高分子电解质膜的加湿技术， 保证了膜的优良导电性， 也带来电池尺寸变大增大左右、系统复杂化以及低温环境下水的管理等问题。
现在一批新的高分子材料如增强型全氟磺酸型高分子质子交换膜耐高温芳杂环磺酸基高分子电解质膜纳米级碳纤维材料新的一导电高分子材料等等， 已经得到研究工作者的关注。
3 高分子材料在现代农业种子处理中的应用及发展
高分子材料在现代农业种子处理中的应用：新一代种子化学处理一般可分为物理包裹利用干型和湿形高分子成膜剂， 包裹种子。
种子表面包膜利用高分子成膜剂将农用药物和其他成分涂膜在种子表面。
种子物理造粒将种子和其他高分子材料混和造粒， 以改善种子外观和形状， 便于机械播种。
高分子材料在现代农业种子处理中研究开发进展：种子处理用高分子材料已经从石油型高分子材料逐步向天然型以及功能型高分子材料的方向发展。
其中较为常见和重要的高分子材料类型包括多糖类天然高分子材料， 具有在低温情况下维持较好膜性能的高分子材料， 高吸水性材料， 温敏材料， 以及综合利用天然生物资源开发的天然高分子材料等， 其中利用可持续生物资源并发的种衣剂尤为引人关注。
4 高分子材料在智能隐身技术中的应用
智能隐身材料是伴随着智能材料的发展和装备隐身需求而发展起来的一种功能材料，它是一种对外界信号具有感知功能、信息处理功能。
自动调节自身电磁特性功能、自我指令并对信号作出最佳响应功能的材料/系统。
区别于传统的外加式隐身和内在式雷达波隐身思路设计，为隐身材料的发展和设计提供了崭新的思路，是隐身技术发展的必然趋势 ，高分子聚合物材料以其可在微观体系即分子水平上对材料进行设计、通过化学键、氢键等组装而成具有多种智能特性而成为智能隐身领域的一个重要发展方向。
三 高分子材料的发展前景
1高性能化
进一步提高耐高温，耐磨性，耐老化，耐腐蚀性及高的机械强度等方面是高分子材料发展的重要方向，这对于航空、航天、电子信息技术、汽车工业、家用电器领域都有极其重要的作用。
高分子材料高性能化的发展趋势主要有创造新的高分子聚合物，通过改变催化剂和催化体系，合成工艺及共聚，共混及交联等对高分子进行改性，通过新的加工方法改变聚合物的聚集态结构，通过微观复合方法，对高分子材料进行改性。
2高功能化
功能高分子材料是材料领域最具活力的新领域，目前已研究出了各种各样新功能的高分子材料，如可以像金属一样导热导电的高聚物，能吸收自重几千倍的高吸水性树脂，可以作为人造器官的医用高分子材料等。
鉴于以上发展，高分子吸水性材料、光致抗蚀性材料、高分子分离膜、高分子催化剂等都是功能高分子的研究方向。
3复合化
复合材料可克服单一材料的缺点和不足，发挥不同材料的优点，扩大高分子材料的应用范围，提高经济效益。
高性能的结构复合材料是新材料革命的一个重要方向，目前主要用于航空航天、造船、海洋工程等方面，今后复合材料的研究方向主要有高性能、高模量的纤维增强材料的研究与开发，合成具有高强度，优良成型加工性能和优良耐热性的基体树脂，界面性能，粘结性能的提高及评价技术的改进等方面。
4智能化
高分子材料的智能化是一项具有挑战性的重大课题，智能材料是使材料本身带有生物所具有的高级智能，例如预知预告性，自我诊断，自我修复，自我识别能力等特性，对环境的变化可以做出合乎要求的解答;根根据人体的状态，控制和调节药剂释放的微胶囊材料，根据生物体生长或愈合的情况或继续生长或发生分解的人造血管人工骨等医用材料。
由功能材料到智能材料是材料科学的又一次飞跃，它是新材料，分子原子级工程技术、生物技术和人 工智能诸多学科相互融合的一个产物。
5绿色化
虽然高分子材料对我们的日常生活起了很大的促进作用，但是高分子材料带来的污染我们仍然不能小视。
那些从生产到使用能节约能源与资源，废弃物排放少，对环境污染小，又能循环利用的高分子材料备受关注，即要求高分子材料生产的绿色化。
主要有以下几个研究方向，开发原子经济的聚合反应，选用无毒无害的原料，利用可再生资源合成高分子材料，高分子材料的再循环利用。
四 结束语
高分子材料为我国的经济建设做出了重要的贡献，我国已建立了较完善的高分子材料的研究、开发和生产体系，我国虽然在高分在材料的开发和综合利用方面起步较晚，但目前来看也取得了不错的进步，我们应提高其整体技术水平，致力于创新的高分在聚合反应和方法，开发出多种绿色功能材料和智能材料，以提高人类的生活质量，并满足各项工业和新技术的需求。
参考文献：
[1]金关泰.《高分子化学的理论和应用》，中国石化出版社，1997
[2]李善君 纪才圭等.《高分子光化学原理及应用》复旦大学出版社2003 6.
[3]李克友， 张菊华， 向福如. 《高分子合成原理及工艺学》，科学出版社，1999
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