功能高分子材料的性能及应用

郝丽娜，李莹莹，李 俊

（齐齐哈尔工程学院，黑龙江齐齐哈尔 161005）

1 功能高分子材料概述

功能高分子材料是20 世纪60 年代发展起来的新兴领域，是一类由分子量相对比较大的长链分子组合而成的具有特殊功能的高分子及其复合材料，具有电、磁、光、力学等某一方面特殊的性能。目前的研究主要集中以下方面：光功能高分子、液晶高分子材料、电子功能高分子材料、医用功能高分子材料、环境降解高分子材料、吸附分离功能材料等。现阶段应用最广泛的功能高分子材料主要为：光功能高分子材料，液晶高分子材料以及吸附分离功能高分子材料等。光功能高分子材料主要被应用于太阳能的开发利用以及电子工业等方面。

与传统材料进行比较，功能高分子材料具有诸多优势和特点。功能高分子材料能全部有效体现出传统高分子材料所具备的性能。功能高分子材料还能合理地体现出一些特殊功能的基团所具的性能。

2 功能高分子材料国内外研究

2018年10月，龙星宇等综述了功能化有机高分子、离子印迹高分子材料的制备及其在金属离子MSPE分离富集或去除方面的应用，并说明未来的研究和发展方向[1]。

2019年4月，顾陆铭利用静电纺丝纤维素膜作为中间层，表面涂覆聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯、交联剂三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯和聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物（PVDF-HFP）的混合浆液，前三者发生热引发自由基共聚形成交联聚合物，并与PVDF-HFP构成互穿网络型聚合物表面涂层，最终与纤维素膜形成3层复合膜，实验发现，复合膜的离子电导率和力学强度均得到明显提升，在180℃仍具有良好的尺寸稳定性。将复合膜组装成半电池，电池测试结果表明，复合膜组装的电池放电比容量可以达到137mA·h/g，且具有良好的倍率放电性能[2]。

2019年5月，刘志朋等综述了超支化有机硅功能高分子的制备，总结了超支化有机硅功能高分子在催化剂载体、生物医药材料、耐热材料、陶瓷前驱体以及光电材料方面的应用，并对超支化有机硅功能高分子未来的发展作出了展望[3]。

2019年12月，赵越等以选择透过性材料作为研究对象，阐明作用原理，综述了离子交换膜、碳基高分子复合材料、金属有机骨架材料高分子复合材料、多金属氧酸盐高分子复合材料、消毒功能高分子等多种类型的选择透过性材料，并对其防护、消毒、透湿等性能进行了介绍，提出了选择透过性材料的研究发展方向[4]。

2020年3月，张芬铭从聚合物键合药物方式的独特分类视角，分别从共价键键合以及非共价键合的角度进行归纳整理，同时对于外界刺激可断裂型的功能高分子材料进行了详细的论述。

2020年4月，Csarnovics István通过可逆加成断裂和链转移工艺制备带有侧基吲哚基团的功能高分子材料并进行表征，所得的功能高分子材料显示出热可逆性以及愈合特性。

2020年4月，Prof.Satoshi Horike提出非晶态和功能性作为配位聚合物的新研究方向，金属离子和有机桥联配体的结合，以及液相/玻璃相转化，提供了离子液体和其他离子软材料制备的可能性。同步加速器的测量和计算方法有助于阐明液体/玻璃态的结构和动力学。提供了调整孔隙率，电导率，透明度和其他材料特性的机会。

2020年4月，耿悦等总结了各类高分子材料图案化技术，归纳了高分子图案化技术在光电器件领域的研究进展，对未来的发展的挑战与机遇进行了展望[5]。

3 功能高分子材料在工程中的应用

3.1 光电功能高分子材料

光电功能高分子材料其在某一个相对固定的背景下，体现出各种光电性能。依据其功能，可以将其划分为高分子驻极体、导电高分子材料以及高分子电活性材料等。依据其组成情况可以将其分成两大类。一类属于复合功能的材料，另一类属于结构型电功能材料。光电功能高分子材料目前主要被广泛地应用于电子器件以及特殊用途电池生产等方面。在特定的环境下，光电功能高分子材料可以表现出多种样式的性质，其在电子器件和敏感器件中也有广泛的应用。

光电高分子材料是以有机高分子材料为基体，加入一定数量的石墨、金属粉、碳纤维、金属纤维、金属氧化物导电物质等组合而成的复合型的具有导电性的高分子材料。该类材料兼具金属的导电性和高分子材料的易加工特性。此外，光电功能高分子材料还具有电阻率可调范围大、加工性好、工艺简单、耐腐蚀、价格低等优点，在很多领域有重要应用前景。经过相关科研人员及相关行业几十年的不断研究，该领域已经获得长足发展，功能高分子光电功能材料的种类不断丰富，推动相关器件性能显著提高。目前基本可满足电子纸、微型处理器、柔性显示、化学/生物传感器等领域的应用需求，正推动着可印刷、柔性大面积电子学、可穿戴电子新时代的快速发展[6]。

3.2 高分子功能膜材料

高分子功能由于具有选择性的透过能力，可以用作膜型材料。通常它还是具有可以将物质进行分离的特殊性功能的分离膜或者是功能膜。与其他材料相比，高分子功能膜材料由于在膜两侧的产物为透过产物和原产物两种，有利于将选取的产物进行收集。另外，在分离的过程中不会出现异常或者相变能消耗的情况。高分子功能膜具有识别物质的和对物质进行分离两大功能，它还具有对物质和能量进行转化的功能。在工程应用过程中，其随着条件不同显现出特性。

3.3 液晶高分子材料

由纤维和树脂在分子水平进行微观复合组成的液晶高分子材料，其具有高强度、质地好、数量大的优势，在生活中得以广泛的应用。液晶高分子材料包括：光学非线性高分子液晶、生物性高分子液晶、光导高分子液晶和高分子液晶膜等。由于它们的特殊性能将会有非常广阔的重要应用前景。

从应用领域分析，液晶高分子材料已成为电子电气行业中需求量最大且发展迅速的领域。平均年增长远远领先于通讯业、工业界及运输业。其应用主要用于光缆结构件、机械手、复合材料、功能件、泵/阀门组件、接插件、开关、继电器、模塑印刷电路板等，显著推动了液晶高分子技术及其他高新技术的发展。

3.4 医用功能高分子材料

某些特殊功能高分子材料，在生物体出现生理系统疾病时，可以对疾病起到诊断及治疗的作用，达到有效促进生物体功能的恢复作用。这类医用功能高分子材料也可以应用于生物体的再生损伤组织或者器官，达到最大限度缓解生物体病情及延长生命的作用。所以，医用功能高分子材料被广泛应用于医疗领域中。

医用高分子材料已经成为新兴材料工业中发展最快的品种之一，目前，世界范围内已经进入应用领域的医用高分子材料达到90个品种以上，具有1 800多种制品，医用塑料的年销售额在31亿美元以上。预计未来15a内，包括生物医用高分子材料在内的医用功能高分子材料将成为21世纪世界医疗器械的支柱产业。但是，与国外相比，国内关于医用功能高分子材料的研究工作及生产规模，均具有相当的差距，主要表现在：研究速度慢，出成果周期较长，生产规模小，技术水平较低，产品更新快，导致研究速度跟不上产品更新速度；材料品种有限，导致制品规格不全，不能形成系列化成果；检测手段滞后，产品质量稳定性较差，可降解性差。

4 功能高分子材料发展趋势

近年来，我国对功能高分子材料的研究逐步深入，使得功能高分子材料促进了其他行业的发展，也给我们的生活带来了更多的便利。在国家政策的指引下，国家对新材料产业尤为重视，作为新材料中的功能高分子材料的发展，必将迎来快速的发展。功能高分子材料的发展趋势可概括为：高性能化、高功能化、智能化和绿色化。

高性能化：功能高分子材料的重要发展趋势为增强高分子材料的物理性质，如提高耐高温性、耐腐蚀性、抗老化性等。这对于功能高分子材料在机械、交通、汽车、航天、电子信息技术和家用电器等行业的应用具有重要意义。

高功能化：增强高分子材料的原有功能，扩展其在更多方向的应用。

智能化：利用高分子材料具有的存储、传递、处理信息的功能，这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的飞跃式发展。

绿色化：改善部分高分子材料具有毒副作用，难以降解的特点，研究环境友好的，绿色化的功能高分子材料，促进社会和谐发展。

5 结束语

功能高分子材料优异的性能可带来各个领域技术进步，甚至质的飞跃，在各行业产生巨大的经济收益和社会效益，并促使新产品的出现。功能高分子材料具有较强的力学性能及其他优势和特点，在现代化工业发展方面可以大范围的推广和应用，在机械加工、电子、航空航天、船舶制造和兵器工业等行业也有广泛应用前景。