《功能高分子材料 第2版》何领好，张治红主编；肖元化，陈荣源副主编|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《功能高分子材料 第2版》

【作　者】何领好，张治红主编；肖元化，陈荣源副主编

【页 数】 313

【出版社】 武汉：华中科技大学出版社 , 2022.10

【ISBN号】978-7-5680-6801-7

【价 格】59.00

【分 类】功能材料-高分子材料

【参考文献】 何领好，张治红主编；肖元化，陈荣源副主编. 功能高分子材料 第2版. 武汉：华中科技大学出版社, 2022.10.

图书封面：

图书目录：

《功能高分子材料 第2版》内容提要：

本书共分9章，分别对功能高分子材料的基本内容、光电磁功能材料、生物医用功能材料、智能高分子材料、高分子液晶材料、吸附功能高分子材料、高分子功能膜与膜分离技术、高分子纳米复合材料、功能高分子研发方法与方向进行了较详细的介绍。在编写过程中，本书力图以通俗简练的语言阐述这些材料的物类、构成、制法和应用领域等基本概念，并着重阐明材料的设计思路、结构和组成与功能性之间的关系。另外，本书对近几年功能高分子材料的研发进展做了扼要的介绍，在理论联系实际的同时，尽可能地反映这些领域的最新研究成果。本书可作为高等学校高分子材料及复合材料等相关专业的本科生和研究生的教学用书，也可供从事功能高分子材料生产和研究的科技人员参考。

《功能高分子材料 第2版》内容试读

第①章

绪论

高分子材料是以相对分子质量较高的高分子化合物为基础构成的材料，包括塑料、橡胶、纤维、涂料、胶黏剂及高分子基复合材料等。与金属和无机材料等传统材料相比，高分子材料发展历史较短，但因其具有原料易得、品种多样、性能优越、加工方便等优于传统材料的特点而得到迅速发展。近百年来，随着高分子材料在工农业生产、人民生活及各种高新技术领域的广泛应用，高分子材料及其制品的需求迅速增长，其发展速度远远超越金属等传统材料，在材料工业中已占有相当重要的地位，其中，有现代三大高分子合成材料之称的塑料、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必不可少的重要材料。

虽然目前高分子材料应用已非常广泛，但由于高分子材料的基体是由许多重复结构单元组成的，其相对分子质量很大、具有多分散性，且构型、构象复杂多变，因此高分子材料很难形成完美的结晶，没有明确的熔点，理化性质对温度和时间的依赖性比较明显，材料性能

·般表现为质量轻、模量和硬度不高、易变形、耐热耐寒性差、不溶或难溶于常规溶剂、不导电、化学惰性强等。通常情况下，这些高分子材料因其物理机械性能而被当作一般生产、生活资料和低载工程材料使用，所以高分子材料又被称为通用高分子材料。随着现代科技及工程技术的飞速发展，人们对材料性能的要求越来越高，在生产和生活中对材料提出了很多特殊性能或功能需求，从而推动了材料科学与工程学科的快速发展。高分子材料所具有的品种多样性、基材结构组成的可控性、性能的可调性，恰好迎合了这种发展趋势和需求，为设计与制备适应某种特殊用途、具有某些特殊功能的新材料奠定了基础，因此，自20世纪中期开始，功能高分子材料作为材料科学中高分子材料的重要研究领域得到了快速发展。人们通过共聚、掺杂、共混、复合等多种加工处理手段，实现了高分子材料的高性能化、功能化，研制出了许多产量低、附加值高、功能独特、性能优异的新型高分子材料，即功能高分子材料。功能高分子材料学科是集功能高分子材料结构设计、制备工艺及性能研究、应用开发等于一体的材料科学与工程研究学科，是高分子材料研发领域发展最为迅速，且与其他科学领域交叉度最高的一个研究领域。它是建立在高分子化学、高分子物理、高分子材料科学与工程等相关学科的基础之上，与化学、物理学、医学、生物学等学科领域密切联系的一门学科。

随着功能高分子材料科学研究的深人，有关信息及研究成果日趋丰富，这为功能高分子材料的理论研究和应用开发提供了有利条件。本书旨在根据高分子材料科学与工程、复合材料等相关专业的教学要求，利用来自学科研究前沿的相关文献资料，对工程上应用较广和具有重要应用价值的光电磁功能材料、生物医用功能材料、智能高分子材料、高分子液晶材料、吸附功能高分子材料、高分子功能膜材料、高分子纳米复合材料等功能高分子材料的设计思路、制备方法、材料的结构和组成与功能性之间的关系等进行归纳、总结，使读者对功能高分子材料结构性能、研究方法、研究成果及发展规律有一个基本的认知。

停1.1功能高分子材料的定义

功能高分子材料是各种具有特殊功能的高分子材料的统称，是相对于通用高分子材料

功能高分子材料（第二版）··

而言的一个宽泛的概念。功能高分子材料物类、品种繁多，功能各异，应用广泛，且目前仍处于快速成长期，因此其确切定义及分类，依然是一个有待探讨的课题，学术界至今尚无定论。

鉴于通用高分子材料的物理、化学性质已经被业内大多数人熟悉和认可，本书采用反推法对功能高分子材料范围界定如下：凡是符合高分子材料范畴，又具有某种或某些通用高分子材料所没有的特殊功能的材料。

据此，功能高分子材料可定义为：以合成或天然高分子聚合物为主要成分，物理机械性能等理化特性（对外部刺激的适应和抵抗能力）达到或超过通用高分子材料，又具有某种新型或特殊功能特性（对外部刺激的适应、反应、表达和应对能力）的高分子材料。例如，抑菌高分子材料、生物降解高分子材料、高分子液晶材料、离子交换树脂、高吸水性树脂、导电塑料、磁性塑料、高分子光纤、选择吸附性高分子材料、高分子分离膜材料、生物相容高分子材料、智能高分子材料等都属于功能高分子材料。

21.2功能高分子材料的分类

根据上述定义可知，功能高分子材料是高分子材料中有别于通用高分子材料和高性能高分子材料的一类功能性高分子材料。

功能高分子材料品种繁多，分类方法也有很多，因研究者习惯、研究目的、观察角度等而异，至今尚无权威定论。

由于功能高分子材料的价值主要体现为某种或某些特别优异的特殊功能，所以将功能高分子材料按其功能特性进行分类最为科学和实用。本书沿用此分类方法，将功能高分子材料按其功能特性所属领域分为几大类，再按材料物质类型、制备方法、特殊性质、功能特性、实际用途等予以细致划分。据此，本书将常用功能高分子材料分类如下。

(1)物理功能高分子材料

物理功能高分子材料是指具有特异的光、电、磁、热、力等物理特性的功能高分子材料，如导电高分子材料、高分子半导体材料、压电及热电高分子材料、光导电高分子材料、光功能高分子材料、磁性高分子材料及液晶高分子材料和信息传递、记忆高分子材料等。

(2)化学功能高分子材料。

化学功能高分子材料是指具有可引发、催化、控制、参与、完成某些化学反应或化学过程的特异化学功能的功能高分子材料，如反应性高分子材料、高分子试剂、高分子催化剂、高分子增感剂、螯合树脂、氧化还原树脂、离子交换树脂、电子交换树脂等。

(3)理化复合功能高分子材料。

理化复合功能高分子材料是指功能介于物理、化学之间或兼有之，或通过物理、化学多种作用实现其特异功能的功能高分子材料，如感光性树脂、选择吸附树脂、高分子吸附剂、高

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分子功能膜、高分子絮凝剂、高分子表面活性剂、高分子染料、光致变色高分子、高分子功能电极等。

(4)生物功能和医用高分子材料。

生物功能和医用高分子材料是指具有生物组织适应性、血液适应性、生物体内保留性等特异功能，或用于医药卫生领域的功能高分子材料，如人工脏器及组织用高分子材料、活性高分子药物、高分子缓释药物、高分子农药、生物分解材料、可生物降解性高分子材料等。

当然，无论怎样划分，分类都是相对的。同一材料可能具有多种功能，可服务于多个领域；同一领域、同种功能也可能由多种不同材料实现。本书主要依据编者的研究方向，考虑

人们习惯的分类方法，按功能高分子材料的功能特性和应用领域，对工程上应用较广和应用价值较高的功能高分子材料予以介绍。

》1.3功能高分子材料科学的研究内容

功能高分子材料科学是以功能高分子材料为研究对象，研究其结构组成、构效关系、制

论

备方法、性能特点及应用技术开发的高分子材料科学分支，是高分子材料科学领域中异常活跃、发展最快、最具意义的新兴学科。

功能高分子材料仍属于高分子材料范畴，其研究内容及方法大多沿用一般高分子材料科学研究的内容和方法。由于功能高分子材料的特殊性和关注点不同，功能高分子材料的研究内容与方法自然也具有一定特殊性。

功能高分子材料科学的主要研究内容一般包括4个方面，即功能高分子材料的制备方法研究，功能高分子材料及其器件的性能测定与表征研究，功能高分子材料的结构、组成及构效关系研究，功能高分子材料应用技术研究。

(1)功能高分子材料的制备方法研究。

功能高分子材料的制备方法研究主要是研究、提供实现特殊分子设计的制备工艺技术，开发新的功能高分子材料或革新、简化已有功能高分子材料的制备技术。

(2)功能高分子材料及其器件的性能测定与表征研究。

功能高分子材料及其器件的性能测定与表征研究主要是研究功能高分子材料的功能、性能测定依据、方法和手段，为功能高分子材料的结构性能研究和应用技术研究提供科学的方法和技术装备。

(3)功能高分子材料的结构、组成及构效关系研究。

功能高分子材料的结构、组成及构效关系研究主要是研究、解读功能高分子材料结构与性能关系，建立材料结构、组成与功能之间的关系理论，以此指导新型功能高分子材料的设计开发或强化已有功能高分子材料的功能特性。

(4)功能高分子材料应用技术研究。

功能高分子材料应用技术研究主要是研究功能高分子材料的性能特点和特殊功能及其应用条件和技术，以作为全新功能材料或新型替代材料，利用其特殊功能解决具体的实践问题，在生产和实践中转化成具有实用意义的新型材料和器件。

产1.4功能高分子材料研究的回顾及展望

功能高分子材料的研究探索可以追溯到19世纪，如早在19世纪末期发展起来的光敏

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高分子材料研究，在光聚合、光交联、光降解、荧光及光导机理等方面都取得了重大突破，并在工业上得到广泛应用。直到20世纪60年代，功能高分子的概念才被正式提出，当时主要是指离子交换树脂，因其具有通过离子交换作用提取、分离某些离子化合物的特殊功能而得名。

功能高分子材料科学被当作一个完整学科来研究是从20世纪80年代中后期开始的。之后，其研究领域的拓展十分迅速，逐步拓展为涉及分离膜、高分子催化剂、高分子试剂、高分子液晶材料、导电高分子材料、光敏高分子材料、医用高分子材料、高分子药物、相变储能高分子材料等的十分宽广的研究领域。目前已达到实用化阶段的功能高分子材料有离子交

功能高分子材料（第二版）、·：

换树脂、分离功能膜、光刻胶、感光树脂、高分子缓释药物、人工脏器等。高分子敏感元件、高导电高分子、高分辨能力分离膜、高感光性高分子、高分子太阳能电池等功能高分子材料现已接近实用化阶段。

我国功能高分子材料的研究起步于1956年，在此领域开展的工作有吸附和分离功能树脂研究、高分子分离膜研究、高分子催化剂研究、高分子试剂研究、导电高分子研究、光敏及光电转化功能高分子研究、高分子液晶功能材料研究、磁性高分子研究、高分子隐身材料研究、高分子药物研究、医用高分子材料研究、相变储能材料及纤维研究等

功能高分子材料研究正处在快速发展阶段，新产品设计研发如火如茶，多种功能特性还有待认识和开发应用。目前，功能高分子材料领域的研究工作主要集中在聚合物电致发光和高分子信息材料研究及医用高分子和组织工程材料研究两大领域

随着社会的发展和科技的进步，功能高分子材料的研究不断深人。国内外都开始对新型有机功能高分子材料展开深入的开发和研究，不仅给人们的生活带来了一定便利，还推动了社会的发展。高分子材料科学与生物科学、生物工程、化学、物理、信息科学、环境科学等的交叉既促进了高分子材料科学本身的发展，同时又使高分子材料扩大了其应用范围。例如，仿效生物体的结构或其特定功能的仿生高分子材料，是发展生物材料的重要基础。对有机/高分子材料电子过程的研究使有机高分子材料科学与信息科学紧密结合，使有机塑料电子学成为一个重要研究方向。扫描探针显微镜和超高分辨率等现代检测仪器与技术的发展使有机/高分子纳米材料的研究得以深入。功能高分子材料不局限于此，正朝着绿色化、智能化、多功能化和高性能化方向发展。

(1)功能高分子材料的绿色化。高分子材料的不可降解性会对生态环境造成极大的破坏，发展绿色环保的高分子材料刻不容缓。技术的发展必须要以保护生态环境为重要前提功能高分子材料的绿色化使其能被自然界降解或者通过其他方式降解，有助于社会和谐发展、保护绿水青山、建设环境友好型社会。

(2)功能高分子材料的智能化。21世纪是信息的世纪，也是智能的世纪，智能化已经成为研究的热点。智能化是指实现高分子材料的生命功能，即可随环境变化的功能，例如具有记忆功能的高分子材料，形状可以根据外界条件的变化而变化，甚至可以感知周围环境温度和亮度的变化，并随之进行调整；水溶性高分子材料，可以实现在水溶液中的自我溶解，其具有较好的黏合性和润滑性。利用功能高分子材料存储、传递、处理信息的功能，是功能高分子材料研究的重要方向，一旦取得突破，将带来高分子智能材料领域和人工智能领域的飞跃式发展

(3)功能高分子材料的多功能化。多功能化是指不断发展具有多种复合功能的高分子材料，实现功能的多样化与复合化，做到“一材多用”。功能高分子材料增强了高分子材料的原有功能，而实现更多方向的应用是多功能化的目的，同时有利于拓宽功能高分子材料的发

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展空间。

(4)功能高分子材料的高性能化。功能高分子材料的特性在于理化性质，增强理化特性是功能高分子材料的重要发展方向之一。高性能化是指通过改善材料制备以及材料加工方法等来进一步提高高分子材料的性能，例如高力学强度、高耐腐蚀性、高耐磨性以及通过耐高温、抗老化等方面的研究，实现高分子材料在航空航天、电子工业、汽车交通等更高性能要求的环境中的应用

功能高分子材料发展迅速，应用领域不断扩大，越来越多的功能高分子材料将从科学发明、发现走向实际应用。

思考题

(1)功能高分子材料与通用高分子材料有何异同？

(2)功能高分子材料科学的研究包括哪些内容？

第1章绪论

(3)简述现阶段及今后功能高分子材料的研发方向。

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第②章

光电磁功能材料

22.1光功能高分子材料

光功能高分子材料是指对光能作用有特殊响应的高分子材料。光功能高分子材料包括两大类：一类是吸收光能后能在分子内或分子间产生光物理化学反应，引起材料的物理性质和化学性质变化，从而呈现或输出某些特殊功能的感光高分子材料，如光致导电高分子材料、光致变色高分子材料、光致抗蚀和诱蚀高分子材料、光储存和记录高分子材料、光能转换高分子材料等；另一类是本身具有某些特殊光学性能的功能高分子材料，如光导高分子材料、发光高分子材料、光折变高分子材料、非线性光学高分子材料等。

2.1.1光物理化学基础

光是一种电磁波，除能引起人们视觉的可见光外，还包括不能被人的视觉感知到的微

波、红外线、紫外线、X射线和Y射线等。光具有波粒二相性。光的波动性是指光线有干涉

绕射、衍射和偏振等现象，具有波长和频率。光的微粒性是指光有量子化的能量，这种能量是不连续的。不同频率或波长的光有其最小的能量微粒，这种微粒称为光量子，或称光子。

光量子的能量E与其频率成正比、与波长成反比，其关系如式(2-1-1)所示：

E-加货

(2-1-1)

式中：c为光速，2.998×108m/s;h为普朗克常数，6.62×10J·s;入为波长。

所谓光物理化学反应，就是指物质受光波作用，吸收光能所引起的聚集状态（相态）或键合方式（化学结构）的变化

1.光吸收与分子激发

当光波照射到某一物体上时，可能出现3种情况，即反射、透射和吸收。显然，反射光和透射光并不会对物体的本质属性构成直接影响，只有被吸收的光才有可能引起光物理化学反应，因此，研究者最感兴趣的是物质对光的吸收特性，以及吸收光能后的性能变化。

物质对光的吸收特性与该物质的分子结构密切相关。有机分子中对光敏感部分通常是以特定基团为特征的。例如，含有碳基、苯环和共轭双键的化合物虽然在可见光区域没有吸收，是无色的，但常在紫外光区有比较明显的吸收，而紫外光恰恰是能量较高的短波光。

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物质吸收光量子后易发生一系列变化，这些变化既可能涉及化学变化（如光聚合反应或者光降解反应)，又可能涉及物理变化（如光致变色或者光致导电现象）。虽然不同物质因其结构或特征基团不同对光的吸收及响应结果不同，但它们与光量子之间的相互作用却都具有相似的光作用历程一分子激发。

从分子轨道理论的角度来看，在没有外界的能量输入时，物质的分子处于基态，电子优先占据能量最低的轨道。同一轨道中最多只能容纳两个电子，且两个电子的自旋方向必须相反。在能量相同的轨道中，电子将以自旋方向相同的方式，占据尽可能多的轨道，此时分子处于稳定状态。当受到光的照射时，分子一旦吸收了光能，外层电子将从原来的能量较低的轨道跃迁到另一个能量较高的轨道，电子跃迁后的分子状态称为激发态。激发态分子的

···试读结束···