功能高分子材料學(xué) 教學(xué)課件 作者李青山 3

第三章物理功能高分子材料物理功能高分子材料包括:光學(xué)功能電學(xué)功能磁學(xué)功能熱學(xué)功能聲學(xué)功能力化學(xué)功能與能量轉(zhuǎn)換功能高分子

第三章物理功能高分子材料物理功能高分子材料包括:一、光功能高分子材料高分子發(fā)光材料1990年英國(guó)劍橋大學(xué)的

Cavendish實(shí)驗(yàn)室的

Burroughes等人在

Nature上首次報(bào)道了以共軛聚合物-聚對(duì)苯撐乙烯（PPV）作發(fā)光層的黃綠光電致發(fā)光器件，這一科研成果立即引起了科學(xué)界同行的極大興趣，出現(xiàn)了具有一定應(yīng)用前景的可用于發(fā)光二極管的高分子材料。

1991年美國(guó)加州大學(xué)圣巴巴拉分校

Heeger

教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組進(jìn)一步證實(shí)了

Burroughes

等人的結(jié)論，并對(duì)材料和器件進(jìn)行了改進(jìn)。由于

Heeger

教授在導(dǎo)電聚合物研究與應(yīng)用領(lǐng)域所做出的卓越貢獻(xiàn)，他與

MacDiarmid及日本的Shirakawa

分享了2000年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。一、光功能高分子材料高分子發(fā)光材料1990年英國(guó)劍

可用作光電顯示的聚合物材料很多，研究最廣且最具有應(yīng)用前景的有機(jī)共軛聚合物主要有三大類即聚苯撐乙烯類；聚苯類和聚芴類。聚苯撐乙烯(PPV)及其衍生物聚對(duì)苯(PPP)與梯形聚苯(LPPP)

聚芴(PF)可用作光電顯示的聚合物材料很多，研究最廣且最具有應(yīng)用光功能材料按用途分為

光介質(zhì)材料固體激光材料光致發(fā)光材料非線性光學(xué)材料光導(dǎo)纖維光學(xué)薄膜光功能材料按用途分為光介質(zhì)材料固體激光材料光致發(fā)光材料固體的發(fā)光和發(fā)光材料激發(fā)源和發(fā)光材料分類發(fā)光（Luminescence）：一般用來描述某些固體材料由于吸收能量而隨之發(fā)生的發(fā)射光現(xiàn)象。發(fā)光可以以激發(fā)光源類型的不同劃分為如下發(fā)光類型：光致發(fā)光（Photoluminescence）：以光子或光為激發(fā)光源，常用的有紫外光作激發(fā)源。電致發(fā)光（Electroluminescence）：以電能作激發(fā)源。陰極致發(fā)光（Cathodoluminescence）：使用陰極射線或電子束為激發(fā)源。固體的發(fā)光和發(fā)光材料激發(fā)源和發(fā)光材料分類光致發(fā)光材料的吸收光譜發(fā)光材料的發(fā)射光譜和吸收光譜左圖所示ZnS:Cu的吸收譜帶。發(fā)射光譜反映發(fā)光材料輻射光的情況，對(duì)應(yīng)譜峰的波長(zhǎng)就是發(fā)光的顏色，，一般說來其波長(zhǎng)大于吸收光譜的波長(zhǎng)，右圖所示，1圖為Zn2SiO4：Mn的發(fā)射光譜，圖2為其吸收光譜。光致發(fā)光材料的吸收光譜發(fā)光材料的發(fā)射光譜和吸收光譜左圖所示Z固體激光材料

激光的產(chǎn)生入射光子引發(fā)受激輻射或被吸收E2E1hE2E1h引發(fā)受激輻射吸收hhAAA電子從E2返回E1，并釋放出一個(gè)光子hv=E2-E1固體激光材料激光的產(chǎn)生入射光子引發(fā)受激輻射或被吸收E2E1只有能量為hv=E2-E1的光子才能引起受激輻射；受激輻射后，就有兩個(gè)能量都是hv的光子；受激輻射光的位相、偏振都與入射光相同；在外界光子引發(fā)受激輻射的同時(shí)，也發(fā)生吸收的過程；處于低能態(tài)的原子數(shù)總是很多，外界光子被吸收的可能性更大，引發(fā)受激輻射的可能性很小。

只有能量為hv=E2-E1的光子才能引起受激輻射；光致高分子材料光致發(fā)光材料的基本組成光致發(fā)光材料一般需要一種基質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)，例如ZnS、CaWO4和Zn2SiO4等，再摻入少量的諸如Mn2+、Sn2+、Pb2+那樣的陽離子。這些陽離子稱作激活劑（Activators）。如圖說明一般熒光體和磷光體的發(fā)光機(jī)制。一般說來，發(fā)光固體吸收了激活輻射的能量hν，發(fā)射出能量為hν’的光，而ν’總小于ν，即發(fā)射光波長(zhǎng)比激活光的波長(zhǎng)要增大λ’>λ。光致高分子材料光致發(fā)光材料的基本組成光致發(fā)光原理：位形坐標(biāo)模型（ConfigurationalCoordinateModelCCM）所謂位形坐標(biāo)圖，就是用縱坐標(biāo)表示晶體中發(fā)光中心的勢(shì)能，其中包括電子和離子的勢(shì)能以及相互作用在內(nèi)的整個(gè)體系的能量；橫坐標(biāo)則表示中心離子和周圍離子的位形（Configration），其中包括離子之間相對(duì)位置等因素在內(nèi)的一個(gè)籠統(tǒng)的位置概念。一般的也可代用粒子間核間距作橫坐標(biāo)。發(fā)光中心基態(tài)的勢(shì)能圖光致發(fā)光原理：位形坐標(biāo)模型所謂位形坐標(biāo)圖，就是用縱坐標(biāo)表示晶光致變色聚合物的結(jié)構(gòu)與類別光致變色螺吡喃聚合物光致變色螺噁嗪聚合物二芳基乙烯光致變色聚合物光致變色偶氮聚合物苯氧基萘并萘醌光致變色聚合物光致變色聚合物的結(jié)構(gòu)與類別光致變色螺吡喃聚合物光致變色螺噁嗪光致變色材料的應(yīng)用光的控制和調(diào)變?nèi)⒂涗浗橘|(zhì)計(jì)算機(jī)記憶元件信號(hào)顯示系統(tǒng)輻射計(jì)量計(jì)感光材料模擬生物過程、生化反應(yīng)光致變色材料的應(yīng)用光的控制和調(diào)變?nèi)⒂涗浗橘|(zhì)計(jì)算機(jī)記憶元件信高分子光導(dǎo)纖維

光纖是一種非常細(xì)的可彎曲的導(dǎo)光材料。單根光纖的直徑約為幾到幾百微米，它由內(nèi)層材料（芯料）和包層材料（涂層）組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)。為了保護(hù)其不受損壞、最外面再加一層塑料套管?？偼鈴?25~200μm

纖芯高透明固體材料

包層折射率較纖芯低固體材料

覆層高強(qiáng)材料高分子光導(dǎo)纖維光纖是一種非常細(xì)的可彎曲的導(dǎo)光材料。光在光纖中的傳播原理

光纖芯料的折射率高于包層材料的折射率，當(dāng)入射光線由內(nèi)層射到兩層的界面時(shí)，只要入射角小于臨界角，就可全反射折回內(nèi)層，完全避免了傳輸過程中的折射損耗。光在光纖中的傳播原理光纖芯料的折射率高于包層材料的

石英系光纖按使用的材料分為多組份玻璃光纖塑料光纖等包層式光纖：光纖由纖芯和包復(fù)層(皮層、鞘層)構(gòu)成按構(gòu)造分為自聚焦式光纖：這種光纖傳光效果好，光線不會(huì)泄漏以聚苯乙烯為芯，聚甲基丙烯酸甲酯為包層材料按材料的組合形式分以聚甲基丙烯酸甲酯為芯，含氟聚合物為包層材料以重氫化聚甲基丙烯酸甲酯為芯，含氟聚合物為包層光導(dǎo)纖維分類石英系光纖光導(dǎo)纖維分類高分子光纖的進(jìn)展低損耗塑料光纖重氫化聚甲基丙烯酸甲酯是光損耗較小的芯材耐熱高分子甲基丙烯酸酯共聚物芯光纖。熱固性聚合物芯光纖。氟聚合物光纖。耐濕塑料光纖為提高塑料光纖的耐濕性，在芯材聚合物中引入脂肪環(huán)、苯環(huán)和長(zhǎng)鏈烷基。高分子光纖的進(jìn)展低損耗塑料光纖重氫化聚甲基丙烯酸甲酯是光損耗二、電功能材料

絕緣材料

高分子絕緣材料又稱高分子電介質(zhì)。合成高分子一般具有如下特點(diǎn)：電絕緣性優(yōu)良、質(zhì)量輕、強(qiáng)度大、易加工，因此可以廣泛地用作電子材料，在機(jī)器的小型、輕量、高性能、大容量、多功能化等方向作出貢獻(xiàn)。導(dǎo)熱絕緣材料密封絕緣材料二、電功能材料絕緣材料高分子絕緣材料又稱高分子電壓電效應(yīng)（Piezoelectriceffect）

壓電效應(yīng)：某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)相對(duì)表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。當(dāng)外力去掉后，它又會(huì)恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。當(dāng)作用力的方向改變時(shí)，電荷的極性也隨之改變。相反，當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向上施加電場(chǎng)，這些電介質(zhì)也會(huì)發(fā)生變形，電場(chǎng)去掉后，電介質(zhì)的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)，或稱為電致伸縮現(xiàn)象。依據(jù)電介質(zhì)壓電效應(yīng)研制的一類傳感器稱為為壓電傳感器。壓電效應(yīng)（Piezoelectriceffect）壓電效壓電材料：壓電晶體、壓電陶瓷。正、負(fù)電荷中心發(fā)生偏離晶體極化

晶體受壓或拉與施力方向垂直的表面產(chǎn)生束縛電荷壓電效應(yīng)壓電材料：壓電晶體、壓電陶瓷。正、負(fù)電荷中心發(fā)生偏離晶體正負(fù)電荷中心重合，故不帶電壓電效應(yīng)++++----受壓極化，產(chǎn)生表面束縛電荷正負(fù)電荷中心重合，故不帶電壓電效應(yīng)++++----受壓極化，正負(fù)電荷中心重合，故不帶電逆壓電效應(yīng)受外電場(chǎng)的作用，產(chǎn)生極化++++----∽壓電晶體產(chǎn)生變形正負(fù)電荷中心重合，故不帶電逆壓電效應(yīng)受外電場(chǎng)的作用，產(chǎn)生極化壓電晶體在外加電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的變形與外加電場(chǎng)的大小及極性（方向）有關(guān)。在交變外加電場(chǎng)的作用下，壓電晶體將產(chǎn)生拉伸及壓縮變形，變形頻率與外加電場(chǎng)的頻率相同。當(dāng)外加電場(chǎng)的頻率>20kHz時(shí)，則壓電晶體的變形頻率亦>20kHz。超聲波利用逆壓電效應(yīng)，超聲波探頭可產(chǎn)生和發(fā)射超聲波；利用正壓電效應(yīng)，探頭可接收超聲波。壓電晶體在外加電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的變形與外加電場(chǎng)的大小及極性（方1880年居里兄弟皮爾與杰克斯在石英晶體上首先發(fā)現(xiàn)1894年，?？颂馗鼑?yán)謹(jǐn)?shù)囟ǔ鼍w結(jié)構(gòu)與壓電性的關(guān)系第一次世界大戰(zhàn)，藍(lán)杰文發(fā)展出用石英壓晶體管作為聲波產(chǎn)生器1919年，卡迪授第一次利用石英當(dāng)作頻率控制器1927年，伍德與魯密斯首先使用高功率超聲波麻省理工學(xué)院的馮希普爾及蘇俄科學(xué)家伏耳及戈曼用鐵電陶磁來作換能器1880年居里兄弟皮爾與杰克斯在石英晶體上首先發(fā)現(xiàn)1894年應(yīng)用日用超聲應(yīng)用擴(kuò)音器電話鐘表頻率穩(wěn)定器水下觀測(cè)通信探測(cè)壓電引火器超聲波清洗焊接打孔無損檢測(cè)應(yīng)用日用超聲擴(kuò)音器電話鐘表頻率水下通信探測(cè)壓電超聲焊接打孔無壓電復(fù)合材料的性能特點(diǎn)表3-2幾種壓電復(fù)合材料的性能材料d31d33g31g33ghdhdhghPZT205450180011252.540100PVDF2330142201701151618400-3型PZT-橡膠222.560405615040156000-3型PbTiO3-橡膠2.530406751003535001-3型PZT-環(huán)氧601507080210503015001-3-0型PZT-環(huán)氧701808088225604024003-3型PZT-環(huán)氧251506204241810018003-3型PZT-橡膠10200450250451808100

d31,d33—壓電應(yīng)變系數(shù)（pC/N）g31,g33—壓電電壓系數(shù)（mV﹒m/N）

dh—凈水壓電應(yīng)變系數(shù)（pC/N）gh—凈水壓電電壓系數(shù)(mV﹒m/N))

ε—介電系數(shù)壓電復(fù)合材料的性能特點(diǎn)表3-2幾種壓電復(fù)合材料的性能材料d壓電效應(yīng)的應(yīng)用壓電材料的應(yīng)用領(lǐng)域可以粗略分為兩大類：即振動(dòng)能和超聲振動(dòng)能-電能換能器應(yīng)用，包括電聲換能器，水聲換能器和超聲換能器等，以及其它傳感器和驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用。1、換能器

超聲波水聲換能器換能器超聲波換能器壓電效應(yīng)的應(yīng)用超聲波水聲換能器換能器超聲波換能器2、壓電驅(qū)動(dòng)器

壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器壓電驅(qū)動(dòng)器2、壓電驅(qū)動(dòng)器壓電3、傳感器上的應(yīng)用壓電式壓力傳感器壓電式加速度傳感器3、傳感器上的應(yīng)用壓電式壓力傳感器壓電式加速度傳感器4、在機(jī)器人接近覺中的應(yīng)用（超聲波傳感器）

壓電材料除了以上用途外還有其它相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。如鑒頻器、壓電震蕩器、變壓器、濾波器等。4、在機(jī)器人接近覺中的應(yīng)用（超聲波傳感器）壓導(dǎo)電高分子分類表3-8導(dǎo)電高分子分類面狀共軛型石墨、聚苯醌自由基(PAQR)PAN熱處理物、熱分解H－film等現(xiàn)狀共軛型(SN)x、PE、聚苯撐、聚甲基芳撐乙烯聚乙炔等含金屬配位體的高分子聚(酮酚酞等)、聚乙烯基二茂鉻鐵等高分子自由基鹽聚陽離子－TCNQ配位體，elastmericinene聚合體，HTCNQ配位體等電荷傳遞配位基型高分子聚乙烯基吡啶－碘配位基，芳族乙烯基聚合體和電自接受性低分子化合物的CT配位基等三、導(dǎo)電高分子材料導(dǎo)電高分子分類表3-8導(dǎo)電高分子分類面狀共軛型石墨、聚苯醌導(dǎo)電高分子的歷史1862年Lethebi——聚苯胺1973年，白川英樹、Hegger、MacDiarmid——摻雜聚乙炔（電導(dǎo)率達(dá)102s/cm）1986年，ElsenbaumerR.L.等人得到了可溶性聚噻吩

1980年，英國(guó)Durham大學(xué)的W.Feast得到更大密度的聚乙炔。

1983年，加州理工學(xué)院的H.Grubbs以烷基鈦配合物為催化劑將環(huán)辛四烯轉(zhuǎn)換了聚乙炔，其導(dǎo)電率達(dá)到35000S/m，但是難以加工且不穩(wěn)定。

1987年，德國(guó)BASF科學(xué)家N.Theophiou對(duì)聚乙炔合成方法進(jìn)行了改良，得到的聚乙炔電導(dǎo)率與銅在同一數(shù)量級(jí)。

2000年10月10日瑞典皇家科學(xué)院將化學(xué)最高榮譽(yù)授予Hidekishirakawa和AlanI.Heeger、AlanG.MacDiarmid，以表彰他們研究導(dǎo)電高分子材料的杰出成就。

導(dǎo)電高分子的歷史1862年Lethebi——聚苯胺電導(dǎo)率電導(dǎo)率材料導(dǎo)電能力的差異與原因能帶間隙(EnergyBandGap)

金屬之Eg值幾乎為0eV，半導(dǎo)體材料Eg值在1.0~3.5eV之間，絕緣體之Eg值則遠(yuǎn)大于3.5eV。

材料導(dǎo)電能力的差異與原因能帶間隙(EnergyBand

1974年日本筑波大學(xué)H.Shirakawa在合成聚乙炔的實(shí)驗(yàn)中，偶然地投入過量1000倍的催化劑，合成出令人興奮的有銅色的順式聚乙炔薄膜與銀白色光澤的反式聚乙炔。

導(dǎo)電高分子材料的發(fā)現(xiàn)1000倍催化劑10－8～10－7S/mH－C≡C－HTi(OC4H9)4Al(C2H5)310－3～10－2S/m1974年日本筑波大學(xué)H.Shirakawa

1975年，G.MacDiarmid、J.Heeger與H.Shirakawa合作進(jìn)行研究，他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)聚乙炔曝露于碘蒸氣中進(jìn)行摻雜氧化反應(yīng)(doping)后，其電導(dǎo)率令人吃驚地達(dá)到3000S/m。聚乙炔的摻雜反應(yīng)1975年，G.MacDiarmid、其它導(dǎo)電高分子材料

與聚乙炔相比，它們?cè)诳諝庵懈臃€(wěn)定，可直接摻雜聚合，電導(dǎo)率在104S/m左右，可以滿足實(shí)際應(yīng)用需要。其它導(dǎo)電高分子材料與聚乙炔相比，它們?cè)诳諝庵忻Q結(jié)構(gòu)聚乙炔聚噻吩聚吡咯聚苯胺聚苯本征型：名稱結(jié)構(gòu)聚乙炔聚噻吩聚吡咯聚苯胺聚苯本征型：導(dǎo)電高分子材料的導(dǎo)電機(jī)理有機(jī)化合物中的σ鍵和π鍵

在有機(jī)共軛分子中，σ鍵是定域鍵，構(gòu)成分子骨架；而垂直于分子平面的p軌道組合成離域π鍵，所有π電子在整個(gè)分子骨架內(nèi)運(yùn)動(dòng)。離域π鍵的形成，增大了π電子活動(dòng)范圍，使體系能級(jí)降低、能級(jí)間隔變小，增加物質(zhì)的導(dǎo)電性能。導(dǎo)電高分子材料的導(dǎo)電機(jī)理有機(jī)化合物中的σ鍵和π鍵導(dǎo)電高分子材料的共同特征－交替的單鍵、雙鍵共軛結(jié)構(gòu)

聚乙炔由長(zhǎng)鏈的碳分子以sp2鍵鏈接而成，每一個(gè)碳原子有一個(gè)價(jià)電子未配對(duì)，且在垂直于sp2面上形成未配對(duì)鍵。其電子云互相接觸，會(huì)使得未配對(duì)電子很容易沿著長(zhǎng)鏈移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電能力。導(dǎo)電高分子材料的共同特征－交替的單鍵、雙鍵共軛結(jié)構(gòu)聚半導(dǎo)體到導(dǎo)體的實(shí)現(xiàn)途徑－摻雜(doping)

在共軛有機(jī)分子中σ電子是無法沿主鏈移動(dòng)的，而π電子雖較易移動(dòng)，但也相當(dāng)定域化，因此必需移去主鏈上部分電子(氧化)或注入數(shù)個(gè)電子(還原)，這些空穴或額外電子可以在分子鏈上移動(dòng)，使此高分子成為導(dǎo)電體。半導(dǎo)體到導(dǎo)體的實(shí)現(xiàn)途徑－摻雜(doping)導(dǎo)電高分子材料的摻雜途徑氧化摻雜

(p-doping):[CH]n+3x/2I2

——>[CH]nx++xI3-

還原摻雜

(n-doping):[CH]n+xNa——>[CH]nx-+xNa+

添補(bǔ)后的聚合物形成鹽類，產(chǎn)生電流的原因并不是碘離子或鈉離子而是共軛雙鍵上的電子移動(dòng)。導(dǎo)電高分子材料的摻雜途徑氧化摻雜(p-doping):[摻雜導(dǎo)電高分子材料的導(dǎo)電機(jī)理

碘分子從聚乙炔抽取一個(gè)電子形成I3－，聚乙炔分子形成帶正電荷的自由基陽離子，在外加電場(chǎng)作用下雙鍵上的電子可以非常容易地移動(dòng)，結(jié)果使雙鍵可以成功地延著分子移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)其導(dǎo)電能力。摻雜導(dǎo)電高分子材料的導(dǎo)電機(jī)理碘分子從聚乙炔抽高分子材料導(dǎo)電能力的影響因素?fù)诫s率對(duì)導(dǎo)電高分子材料導(dǎo)電能力的影響

摻雜率小時(shí)，電導(dǎo)率隨著摻雜率的增加而迅速增加；當(dāng)達(dá)到一定值后，隨摻雜率增加的變化電導(dǎo)率變化很小，此時(shí)為飽和摻雜率。高分子材料導(dǎo)電能力的影響因素?fù)诫s率對(duì)導(dǎo)電高分子材料導(dǎo)電能力的共軛鏈長(zhǎng)度對(duì)導(dǎo)電高分子材料導(dǎo)電能力的影響

π電子運(yùn)動(dòng)的波函數(shù)在沿著分子鏈方向有較大的電子云密度，并且隨著共軛鏈長(zhǎng)度的增加，這種趨勢(shì)更加明顯，導(dǎo)致聚合物電導(dǎo)率的增加。共軛鏈長(zhǎng)度對(duì)導(dǎo)電高分子材料導(dǎo)電能力的影響π電溫度對(duì)導(dǎo)電高分子材料導(dǎo)電能力的影響

對(duì)金屬晶體，溫度升高引起的晶格振動(dòng)阻礙其在晶體中的自由運(yùn)動(dòng)；而對(duì)于聚乙炔，溫度的升高有利于電子從分子熱振動(dòng)中獲得能量，克服其能帶間隙，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電過程。溫度對(duì)導(dǎo)電高分子材料導(dǎo)電能力的影響對(duì)金屬晶體1.電導(dǎo)率范圍寬導(dǎo)電高分子的特性1.電導(dǎo)率范圍寬導(dǎo)電高分子的特性2.具有電致變色性2.具有電致變色性功能高分子材料學(xué)教學(xué)課件作者李青山3導(dǎo)電高分子的應(yīng)用導(dǎo)電高分子的應(yīng)用1.發(fā)光二極---半導(dǎo)體特性的應(yīng)用

利用導(dǎo)電高分子與金屬線圈當(dāng)電極，半導(dǎo)體高分子在中間，當(dāng)兩電極接上電源時(shí)，半導(dǎo)體高分子將會(huì)開始發(fā)光。比傳統(tǒng)的燈泡更節(jié)省能源而且產(chǎn)生較少的熱，具體應(yīng)用包括平面電視機(jī)屏幕、交通信息標(biāo)志等。高分子發(fā)光二極管具有顏色可調(diào)、可彎曲、大面積和低成本等優(yōu)點(diǎn)。共軛高分子可光致發(fā)光和電致發(fā)光。其光致發(fā)光機(jī)理如下:共軛高分子的電致發(fā)光機(jī)理與之類似。

1.發(fā)光二極---半導(dǎo)體特性的應(yīng)用利用導(dǎo)電高功能高分子材料學(xué)教學(xué)課件作者李青山32.太陽能電池---半導(dǎo)體特性的應(yīng)用

導(dǎo)電高分子可制成太陽電池，結(jié)構(gòu)與發(fā)光二極管相近，但機(jī)制卻相反，它是將光能轉(zhuǎn)換成電能。優(yōu)勢(shì)在于廉價(jià)的制備成本，迅速的制備工藝，具有塑料的拉伸性、彈性和柔韌性。2.太陽能電池---半導(dǎo)體特性的應(yīng)用導(dǎo)電高分一個(gè)分子類似于一根導(dǎo)線?？捎糜诟哽`敏度檢測(cè)、超大規(guī)模集成技術(shù)等?！澳０寰酆?、分子束沉積等方法制備“分子導(dǎo)線”或?qū)щ姼叻肿游⒐?或納米管)

3.分子導(dǎo)線一個(gè)分子類似于一根導(dǎo)線。3.分子導(dǎo)線4.二次電池高分子摻雜態(tài)儲(chǔ)存電能、脫摻雜過程中釋放電能

——全塑電池輸出電壓3V、電池容量3mA.h，復(fù)充放電上千次。

4.二次電池高分子摻雜態(tài)儲(chǔ)存電能、脫摻雜過程中釋放電能輸出電5.生物傳感器--電化學(xué)摻雜/去摻雜之可逆性的應(yīng)用葡萄糖傳感器、尿素傳感器、乳酸傳感器、膽固醇傳感器5.生物傳感器--電化學(xué)摻雜/去摻雜之可逆性的應(yīng)用葡萄糖傳感6.氣體傳感器導(dǎo)電高分子與大氣某些介質(zhì)作用----電導(dǎo)率改變,除去介質(zhì)----恢復(fù)。（摻雜/或脫摻雜過程）?？捎米鬟x擇性高、靈敏度高和重復(fù)性好的氣體傳感器。7.雷達(dá)隱身材料導(dǎo)電性可以在絕緣體、半導(dǎo)體、金屬導(dǎo)體之間變化—不同的吸波性能密度小—輕加工性能—薄穩(wěn)定性較好—高溫使用

8.電顯示材料摻雜/脫摻雜實(shí)現(xiàn)導(dǎo)體-絕緣體之間的轉(zhuǎn)變，且電位、PH、摻雜量等變化伴隨顏色變化，——可用于電顯示6.氣體傳感器導(dǎo)電高分子與大氣某些介質(zhì)作用----電導(dǎo)率改變導(dǎo)電高分子材料的優(yōu)越性具有半導(dǎo)體及導(dǎo)體雙重特性，可低溫加工、可大面積化、具有塑料的拉伸性、彈性和柔韌性等，所以制作成本低，組件特性優(yōu)越，對(duì)未來電子及信息工業(yè)將產(chǎn)生巨大影響。

導(dǎo)電高分子材料面臨的挑戰(zhàn)

綜合電性能與銅相比還有差距，理論上還沿用無機(jī)半導(dǎo)體理論；導(dǎo)電聚合物的自構(gòu)筑、自組裝分子器件的研究也存在很多問題；加工性能和力學(xué)性能以及穩(wěn)定性上也需要改進(jìn)。問題與挑戰(zhàn)導(dǎo)電高分子材料的優(yōu)越性導(dǎo)電高分子材料面臨的挑戰(zhàn)綜合光導(dǎo)電高分子材料表3-10光導(dǎo)電高分子分類種類實(shí)例面狀共軛型PAN熱處理產(chǎn)物；PA；摻雜物涂布PA；聚雙炔；聚丁炔線狀共軛型聚乙烯咔唑；聚叮嗪；聚磺酸鹽；聚吡啶等耐熱性高分子聚對(duì)苯撐；聚咪唑；聚酰亞胺，惡唑聚酰胺苯并咪唑等側(cè)鏈或主鏈帶大芳環(huán)、雜環(huán)的高分子以PVK及其衍生物為中心的高分子與低分子電子接受體的電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物以飽和鍵形成的高分子聚鹵化乙烯；PE；Nylon等，PET．PS生物高分子及其類似的高分子DNA；聚氨酸；聚乙烯-D-左氨酸酯其他發(fā)光-放電高分子；配位高分子；PVA金屬鹵化物絡(luò)合物等光導(dǎo)電高分子材料表3-10光導(dǎo)電高分子分類種我國(guó)戰(zhàn)國(guó)時(shí)期就發(fā)現(xiàn)了磁體的指南性吉爾伯特的著作《論磁》是對(duì)磁現(xiàn)象系統(tǒng)研究開始的標(biāo)志18世紀(jì)，庫侖建立了庫侖定律和磁力的相互作用定律泊松提出了磁體間的相互作用的勢(shì)函數(shù)積分方程奧斯特1820年發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)法拉第電磁感應(yīng)現(xiàn)象揭露出電與磁的本質(zhì)的聯(lián)系麥克斯韋提出了描述電磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的方程組赫茲通過實(shí)驗(yàn)，令人信服地證明了電磁波的存在愛因斯坦1905年的狹義相對(duì)論第一次把電力與磁力統(tǒng)一起來四、磁功能材料

磁的發(fā)展歷史我國(guó)戰(zhàn)國(guó)時(shí)期就發(fā)現(xiàn)了磁體的指南性吉爾伯特的著作《論磁》是對(duì)磁以磁功能為主要應(yīng)用目的的材料兼有磁性功能與其他功能特性的的材料磁性復(fù)合材料根據(jù)應(yīng)用特性磁性復(fù)合材料電磁波特性復(fù)合材料、磁光復(fù)合材料等以磁功能為主要應(yīng)用目的的材料兼有磁性功能與其他功能特性的的材優(yōu)點(diǎn)：①密度?。虎诓牧蠙C(jī)械性能優(yōu)良，具有很好的沖擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度；③加工性能好。決定復(fù)合材料的磁性能影響復(fù)合材料的磁性能、力學(xué)性能及成型加工性能改善材料的成型加工性能組分材料與其作用組成：磁性功能體(磁粉)、聚合物基體(粘結(jié)劑)和加工助劑三大部分組成。聚合物基磁性復(fù)合材料優(yōu)點(diǎn)：①密度?。虎诓牧蠙C(jī)械性能優(yōu)良，具有很好的沖擊強(qiáng)度和拉伸(1)SmCo5其復(fù)合永磁性能比鐵氧體復(fù)合永磁優(yōu)異得多，其最大缺點(diǎn)是磁性的熱穩(wěn)定性差，成型中易氧化，其復(fù)合永磁長(zhǎng)期使用溫度低，性能不穩(wěn)定。主要包括鐵氧體和稀土類材料稀土類磁粉的發(fā)展經(jīng)歷了幾個(gè)階段：(2)Sm2Co17其磁性能與熱穩(wěn)定性比第一代優(yōu)異得多，最高長(zhǎng)期使用溫度可達(dá)100℃。耐腐蝕性能優(yōu)良，但存在價(jià)格昂貴的問題，推廣應(yīng)用困難。(3)稀土類復(fù)合永磁，不含Sm、Co等昂貴稀有金屬，以Nd2Fe14B為代表的NdFeB系列。優(yōu)點(diǎn)：磁性能優(yōu)異、價(jià)格低廉。缺點(diǎn)：熱穩(wěn)定性差，易腐蝕生銹。(4)復(fù)合磁粉磁體中含有兩種以上的不同磁粉磁性功能體(1)SmCo5其復(fù)合永磁性能比鐵氧體復(fù)合永磁優(yōu)異得多，其最

熱固性基體中，常采用環(huán)氧樹脂，其具有良好的粘結(jié)性能、耐腐蝕性能、尺寸穩(wěn)定性及高強(qiáng)度等特點(diǎn)。目前多采用添加多種硫化物的方法對(duì)環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性，以提高其加工穩(wěn)定性和磁性能。橡膠類、熱固性樹脂類和熱塑性樹脂類

包括天然橡膠與合成橡膠，主要用于柔磁基體復(fù)合材料，特別在耐熱、耐寒的條件下用硅橡膠作基體最合適。但與樹脂類基體相比，一般橡膠成型加工困難。聚合物基體（粘結(jié)劑)熱塑性樹脂中絕大多數(shù)均可作為磁性材料基體，對(duì)磁性復(fù)合材料的磁性能影響不大，但對(duì)其力學(xué)性能、耐熱性能、耐化學(xué)性能有影響。最常用的熱塑性基體：尼龍，其熔體黏度低，力學(xué)性能好。熱固性基體中，常采用環(huán)氧樹脂，其具有良好的粘潤(rùn)滑劑增塑劑偶聯(lián)劑加工助劑改善聚合體系的流動(dòng)性，提高磁粉的取向度和磁粉含量。潤(rùn)滑劑增塑劑偶聯(lián)劑加工助劑改善聚合體系的流動(dòng)性，提高磁粉的取磁性材料的應(yīng)用在傳統(tǒng)工業(yè)中的應(yīng)用

磁性材料已經(jīng)在傳統(tǒng)工業(yè)的各個(gè)方面得到了廣用。例如，如果沒有磁性材料，電氣化就成為不可能，因?yàn)榘l(fā)電要用到發(fā)電機(jī)、輸電要用到變壓器、電力機(jī)械要用到電動(dòng)機(jī)、電話機(jī)、收音機(jī)和電視機(jī)中要用到揚(yáng)聲器。眾多儀器儀表都要用到磁鋼線圈結(jié)構(gòu)。這些都已經(jīng)在講述其它內(nèi)容時(shí)說到了。磁性材料的應(yīng)用在傳統(tǒng)工業(yè)中的應(yīng)用磁性材料已經(jīng)在傳統(tǒng)工業(yè)的各生物界和醫(yī)學(xué)界的磁應(yīng)用

在醫(yī)學(xué)上，利用核磁共振可以診斷人體異常組織，判斷疾病，這就是我們比較熟悉的核磁共振成像技術(shù)，核磁共振已應(yīng)用于全身各系統(tǒng)的成像診斷。生物體內(nèi)應(yīng)用，作為磁性納米材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用的終極目標(biāo)，要求磁性納米材料不僅具有良好的水溶性和生物相容性，同時(shí)還要具備表面功能性。利用磁性納米材料表面功能基團(tuán)與可識(shí)別病灶的功能(大)分子進(jìn)行耦聯(lián)，是實(shí)現(xiàn)磁性納米晶體在疾病鑒別診斷中應(yīng)用的最可行的手段之一。生物界和醫(yī)學(xué)界的磁應(yīng)用在醫(yī)學(xué)上，利用核磁共振可軍事領(lǐng)域的磁應(yīng)用

飛機(jī)在飛行過程中很容易被敵方的雷達(dá)偵測(cè)到，從而具有較大的危險(xiǎn)性，可以在飛機(jī)表面涂一層特殊的磁性材料－吸波材料，它可以吸收雷達(dá)發(fā)射的電磁波，使得雷達(dá)電磁波很少發(fā)生反射，敵方雷達(dá)無法探測(cè)到雷達(dá)回波，不能發(fā)現(xiàn)飛機(jī)，這就使飛機(jī)達(dá)到了隱身的目的。

有一種新型武器“電磁武器”的開發(fā)研究。電磁炮則是把炮彈放在螺線管中，給螺線管通電，那么螺線管產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)炮彈將產(chǎn)生巨大的推動(dòng)力，將炮彈射出。這就是所謂的電磁炮。類似的還有電磁導(dǎo)彈等。軍事領(lǐng)域的磁應(yīng)用飛機(jī)在飛行過程中很容易被敵方磁性材料的應(yīng)用及發(fā)展前景在通訊行業(yè)，全球數(shù)十億部手機(jī)、可視電話都需要大量的磁性元件。在IT行業(yè)，硬盤驅(qū)動(dòng)器、CD－ROM驅(qū)動(dòng)器、DVD－ROM驅(qū)動(dòng)器、顯示器、打印機(jī)、多媒體音響、筆記本電腦等也需要使用大量磁性材料。在汽車行業(yè)，每年需要消耗大量的磁性材料。在照明設(shè)備、彩電、電動(dòng)自行車、吸塵器、電動(dòng)玩具、電動(dòng)廚房用具等行業(yè)，磁性材料的需求量也很大。

總之，全球每年都有數(shù)以百億計(jì)的電子、電氣產(chǎn)品需要使用磁性材料，在很多領(lǐng)域，甚至需要技術(shù)含量極高的核心磁性器件。磁性材料的應(yīng)用及發(fā)展前景在通訊行業(yè)，全球數(shù)十億部手機(jī)、可視電五、熱功能材料概述

隨著溫度的變化，有些材料的某些物理性能會(huì)發(fā)生顯著變化，如熱脹冷縮、出現(xiàn)形狀記憶效應(yīng)或熱電效應(yīng)等，這類材料稱為熱功能材料。熱功能高分子材料主要包括高溫耐熱材料耐低溫材料，發(fā)熱功能材料、蓄熱、斷熱、熱媒體、熱形狀記憶、紅外線保溫、蓄能保溫材料等。熱功能材料與構(gòu)成物質(zhì)的分子間、原子間的作用力有關(guān)。金屬是以外層電子作為自由電子靠金屬鍵形成結(jié)晶的；無機(jī)物中硅、鍺等靠共價(jià)鍵形成結(jié)晶；還有許多無機(jī)物靠離子鍵形成結(jié)晶。

五、熱功能材料概述隨著溫度的變化，有些材料的低膨脹材料低膨脹材料是熱膨脹系數(shù)較小的材料，也叫因瓦（Invar）合金。主要應(yīng)用于精密儀器、標(biāo)準(zhǔn)量具等以保證儀器精度的穩(wěn)定及設(shè)備的可靠性。膨脹材料低膨脹材料低膨脹材料是熱膨脹系數(shù)較小的材料，也叫因瓦（Inv定膨脹材料定膨脹材料是指在某一溫度范圍內(nèi)具有一定膨脹系數(shù)的材料，也稱可伐（Kovar）合金；主要用于與玻璃、陶瓷等材料相封接，要求與被封接材料的膨脹系數(shù)相匹配。定膨脹材料定膨脹材料是指在某一溫度范圍內(nèi)具有一定膨脹系數(shù)的材形狀記憶材料將具有某種初始形狀的制品進(jìn)行變形后，通過加熱等手段處理時(shí)，制品又恢復(fù)到初始形狀。形狀記憶合金形狀記憶聚合物形狀記憶陶瓷形狀記憶材料通常包括形狀記憶材料將具有某種初始形狀的制品進(jìn)行變形后，通過加熱等手熱彈性馬氏體形狀記憶效應(yīng)將一定形狀的記憶合金試樣冷卻到Mf點(diǎn)以下，對(duì)之進(jìn)行一定限度的變形，卸去載荷后，變形被保留下來；將變形了的試樣加熱到As以上，試樣開始恢復(fù)，加熱到Af點(diǎn)，試樣恢復(fù)到變形前的形狀。熱彈性馬氏體形狀記憶效應(yīng)將一定形狀的記憶合金試樣冷卻到Mf點(diǎn)常用形狀記憶合金形狀記憶合金鎳-鈦系銅系鐵系缺點(diǎn)：功能不如鎳-鈦系優(yōu)點(diǎn)：成本低、加工容易優(yōu)點(diǎn)：抗拉強(qiáng)度高、耐蝕性好、密度小、與人體有生物相容性缺點(diǎn)：成本高、加工困難缺點(diǎn)：功能不如銅系優(yōu)點(diǎn)：具有價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)常用形狀記憶合金形狀記憶合金鎳-鈦系銅系鐵系缺點(diǎn)：功能不如鎳記憶合金的應(yīng)用

將記憶合金制成在Af溫度以上具有（a）所示形狀鉚釘，鉚接時(shí)先將其冷卻到Mf溫度以下，這時(shí)合金處于完全的馬氏體態(tài)很容易變形，略施加一點(diǎn)力將鉚釘扳成（b）所示并插入鉚釘孔（c），然后隨溫度回升到Af以上，鉚釘回復(fù)到變形前的形狀達(dá)到鉚接的目的（d）。記憶合金的應(yīng)用將記憶合金制成在Af溫度以上具有（形狀記憶聚合物形狀記憶聚合物不同于馬氏體相變，而是基于高分子材料中分子鏈的取向與分布的變化過程；這種聚合物具有兩相結(jié)構(gòu)，即固定相和可逆相；可逆相是能夠隨溫度變化在結(jié)晶與熔融態(tài)間，或者在玻璃態(tài)與高彈狀態(tài)間可逆轉(zhuǎn)變的相，隨溫度的升高或降低，可逆相的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使之發(fā)生軟化、硬化。固定相則在工作溫度范圍內(nèi)保持不變。形狀記憶聚合物形狀記憶聚合物不同于馬氏體相變，而是基于高分子聚合物的形狀記憶原理兩相結(jié)構(gòu)：固定相+可逆相冷卻加熱冷卻加熱T>Tf(粘流態(tài)）進(jìn)行初次成型T<Tg(玻璃態(tài)）使制成品變形，固定相分子鏈的纏繞確定了制成品的初次形狀Tg<T<Tf(高彈態(tài)），可逆相軟化，施加應(yīng)力T<Tg，制成品形狀發(fā)生改變，固定相處于高應(yīng)力狀態(tài)T>Tg，可逆相軟化，固定相在回復(fù)應(yīng)力的作用下使制品恢復(fù)到初始形狀聚合物的形狀記憶原理兩相結(jié)構(gòu)：固定相+可逆相冷卻加熱冷卻加形狀記憶陶瓷20世紀(jì)60年底人們確認(rèn)陶瓷材料也存在馬氏體相變，一個(gè)著名的例子就是ZrO2陶瓷中的馬氏體相變，這一相變現(xiàn)象可以使陶瓷材料具有形狀記憶效應(yīng)。隨溫度的變化純ZrO2有三種晶型：?jiǎn)涡本?、四方晶系、立方晶系。單斜向四方轉(zhuǎn)變有5％的體積變化，而且應(yīng)力也可誘發(fā)單斜向四方的轉(zhuǎn)變形狀記憶陶瓷20世紀(jì)60年底人們確認(rèn)陶瓷材料也存在馬氏體相變氧化鋯陶瓷的形狀記憶效應(yīng)第一步：在室溫下施加壓力，樣品首先發(fā)生彈性變形，接著在近乎恒定的應(yīng)力下發(fā)生流變；第二步：卸載。卸載后彈性變形消失而塑性變形則保留下來。第三步：加熱到Af以上，樣品從60℃開始逆轉(zhuǎn)變，到200℃逆轉(zhuǎn)變結(jié)束，變形也隨著消失。氧化鋯陶瓷的形狀記憶效應(yīng)第一步：在室溫下施加壓力，樣品首先發(fā)六、聲功能材料

聲功能高分子材料是與聲學(xué)有關(guān)的高分子材料。聲學(xué)包括聲音的產(chǎn)生、傳輸、接收、吸收、變換、檢拾、重發(fā)和控制等。水聲是二戰(zhàn)時(shí)發(fā)展起來的技術(shù)聲學(xué)，用于水下定位、探測(cè)和水下通訊等。比電、磁、光都好。超聲主要于鉆孔、探傷、清洗和醫(yī)療機(jī)械方面。建筑聲學(xué)可以保證廣播和劇院等特殊場(chǎng)合優(yōu)良聲學(xué)特點(diǎn)。特別現(xiàn)代生活需要24小時(shí)可用的信息環(huán)境等。六、聲功能材料聲功能高分子材料是與聲學(xué)有關(guān)的高分子材聲吸收基本原理聲波一部分被反射一部分被吸收一部分透過材料聲波入射到剛性界面時(shí)，大部分被反射。而當(dāng)聲波入射到多孔、透氣或纖維材料時(shí)，聲波會(huì)進(jìn)入材料并引起空隙中的空氣和纖維振動(dòng)，從而使一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱量而耗散，故材料有吸聲功能。聲吸收基本原理聲波一部分被反射一部分被吸收一部分透過材料聲波常用吸聲材料吸聲材料無機(jī)纖維泡沫塑料有機(jī)纖維玻璃絲、玻璃棉、巖棉、礦渣棉氨基甲酸酯、脲醛泡沫塑料棉、麻等植物纖維常用吸聲材料吸聲材料無機(jī)纖維泡沫塑料有機(jī)纖維玻璃絲、玻璃棉、七、高分子力化學(xué)反應(yīng)能量轉(zhuǎn)換高分子材料高分子力化學(xué)

力化學(xué)活化

力化學(xué)降解

力化學(xué)合成及改性

在超聲波、沖擊波、電壓沖擊、相變時(shí)的力化學(xué)現(xiàn)象

高分子受創(chuàng)摩損、摩耗和疲勞等作用中的力化學(xué)過程

高分子機(jī)械加工時(shí)的結(jié)構(gòu)變化

各種形式功能轉(zhuǎn)換時(shí)的能量變化

七、高分子力化學(xué)反應(yīng)能量轉(zhuǎn)換高分子材料高分子力化學(xué)力化學(xué)不同形式能量間轉(zhuǎn)換關(guān)系FromTo機(jī)械能熱能電磁能光能化學(xué)能機(jī)械簡(jiǎn)單機(jī)械如杠桿橡膠彈性體發(fā)電機(jī)亞電效應(yīng)seebeck效應(yīng)摩擦發(fā)光場(chǎng)摩擦光反向(轉(zhuǎn))機(jī)械化學(xué)能熱外部燃燒能熱泵熱電偶作用的電氣現(xiàn)象熱電驅(qū)動(dòng)熱電發(fā)射溫度輻射吸熱反應(yīng)電磁電動(dòng)機(jī)卜來特效應(yīng)焦耳效應(yīng)變壓器電光放電燈放電管電解電極反應(yīng)光光壓光機(jī)械化學(xué)光吸收(光生伏大效應(yīng))光電效應(yīng)光電池(管)光電光度計(jì)激光熒光磷光光合成吸光光化學(xué)反應(yīng)化學(xué)能機(jī)械力化學(xué)內(nèi)燃機(jī)放熱反應(yīng)原電池、蓄電池染料電池化學(xué)發(fā)光化學(xué)反應(yīng)不同形式能量間轉(zhuǎn)換關(guān)系From機(jī)械能熱能電磁能光能第三章物理功能高分子材料物理功能高分子材料包括:光學(xué)功能電學(xué)功能磁學(xué)功能熱學(xué)功能聲學(xué)功能力化學(xué)功能與能量轉(zhuǎn)換功能高分子

第三章物理功能高分子材料物理功能高分子材料包括:一、光功能高分子材料高分子發(fā)光材料1990年英國(guó)劍橋大學(xué)的

Cavendish實(shí)驗(yàn)室的

Burroughes等人在

Nature上首次報(bào)道了以共軛聚合物-聚對(duì)苯撐乙烯（PPV）作發(fā)光層的黃綠光電致發(fā)光器件，這一科研成果立即引起了科學(xué)界同行的極大興趣，出現(xiàn)了具有一定應(yīng)用前景的可用于發(fā)光二極管的高分子材料。

1991年美國(guó)加州大學(xué)圣巴巴拉分校

Heeger

教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組進(jìn)一步證實(shí)了

Burroughes

等人的結(jié)論，并對(duì)材料和器件進(jìn)行了改進(jìn)。由于

Heeger

教授在導(dǎo)電聚合物研究與應(yīng)用領(lǐng)域所做出的卓越貢獻(xiàn)，他與

MacDiarmid及日本的Shirakawa

分享了2000年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。一、光功能高分子材料高分子發(fā)光材料1990年英國(guó)劍

可用作光電顯示的聚合物材料很多，研究最廣且最具有應(yīng)用前景的有機(jī)共軛聚合物主要有三大類即聚苯撐乙烯類；聚苯類和聚芴類。聚苯撐乙烯(PPV)及其衍生物聚對(duì)苯(PPP)與梯形聚苯(LPPP)

聚芴(PF)可用作光電顯示的聚合物材料很多，研究最廣且最具有應(yīng)用光功能材料按用途分為

光介質(zhì)材料固體激光材料光致發(fā)光材料非線性光學(xué)材料光導(dǎo)纖維光學(xué)薄膜光功能材料按用途分為光介質(zhì)材料固體激光材料光致發(fā)光材料固體的發(fā)光和發(fā)光材料激發(fā)源和發(fā)光材料分類發(fā)光（Luminescence）：一般用來描述某些固體材料由于吸收能量而隨之發(fā)生的發(fā)射光現(xiàn)象。發(fā)光可以以激發(fā)光源類型的不同劃分為如下發(fā)光類型：光致發(fā)光（Photoluminescence）：以光子或光為激發(fā)光源，常用的有紫外光作激發(fā)源。電致發(fā)光（Electroluminescence）：以電能作激發(fā)源。陰極致發(fā)光（Cathodoluminescence）：使用陰極射線或電子束為激發(fā)源。固體的發(fā)光和發(fā)光材料激發(fā)源和發(fā)光材料分類光致發(fā)光材料的吸收光譜發(fā)光材料的發(fā)射光譜和吸收光譜左圖所示ZnS:Cu的吸收譜帶。發(fā)射光譜反映發(fā)光材料輻射光的情況，對(duì)應(yīng)譜峰的波長(zhǎng)就是發(fā)光的顏色，，一般說來其波長(zhǎng)大于吸收光譜的波長(zhǎng)，右圖所示，1圖為Zn2SiO4：Mn的發(fā)射光譜，圖2為其吸收光譜。光致發(fā)光材料的吸收光譜發(fā)光材料的發(fā)射光譜和吸收光譜左圖所示Z固體激光材料

激光的產(chǎn)生入射光子引發(fā)受激輻射或被吸收E2E1hE2E1h引發(fā)受激輻射吸收hhAAA電子從E2返回E1，并釋放出一個(gè)光子hv=E2-E1固體激光材料激光的產(chǎn)生入射光子引發(fā)受激輻射或被吸收E2E1只有能量為hv=E2-E1的光子才能引起受激輻射；受激輻射后，就有兩個(gè)能量都是hv的光子；受激輻射光的位相、偏振都與入射光相同；在外界光子引發(fā)受激輻射的同時(shí)，也發(fā)生吸收的過程；處于低能態(tài)的原子數(shù)總是很多，外界光子被吸收的可能性更大，引發(fā)受激輻射的可能性很小。

只有能量為hv=E2-E1的光子才能引起受激輻射；光致高分子材料光致發(fā)光材料的基本組成光致發(fā)光材料一般需要一種基質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)，例如ZnS、CaWO4和Zn2SiO4等，再摻入少量的諸如Mn2+、Sn2+、Pb2+那樣的陽離子。這些陽離子稱作激活劑（Activators）。如圖說明一般熒光體和磷光體的發(fā)光機(jī)制。一般說來，發(fā)光固體吸收了激活輻射的能量hν，發(fā)射出能量為hν’的光，而ν’總小于ν，即發(fā)射光波長(zhǎng)比激活光的波長(zhǎng)要增大λ’>λ。光致高分子材料光致發(fā)光材料的基本組成光致發(fā)光原理：位形坐標(biāo)模型（ConfigurationalCoordinateModelCCM）所謂位形坐標(biāo)圖，就是用縱坐標(biāo)表示晶體中發(fā)光中心的勢(shì)能，其中包括電子和離子的勢(shì)能以及相互作用在內(nèi)的整個(gè)體系的能量；橫坐標(biāo)則表示中心離子和周圍離子的位形（Configration），其中包括離子之間相對(duì)位置等因素在內(nèi)的一個(gè)籠統(tǒng)的位置概念。一般的也可代用粒子間核間距作橫坐標(biāo)。發(fā)光中心基態(tài)的勢(shì)能圖光致發(fā)光原理：位形坐標(biāo)模型所謂位形坐標(biāo)圖，就是用縱坐標(biāo)表示晶光致變色聚合物的結(jié)構(gòu)與類別光致變色螺吡喃聚合物光致變色螺噁嗪聚合物二芳基乙烯光致變色聚合物光致變色偶氮聚合物苯氧基萘并萘醌光致變色聚合物光致變色聚合物的結(jié)構(gòu)與類別光致變色螺吡喃聚合物光致變色螺噁嗪光致變色材料的應(yīng)用光的控制和調(diào)變?nèi)⒂涗浗橘|(zhì)計(jì)算機(jī)記憶元件信號(hào)顯示系統(tǒng)輻射計(jì)量計(jì)感光材料模擬生物過程、生化反應(yīng)光致變色材料的應(yīng)用光的控制和調(diào)變?nèi)⒂涗浗橘|(zhì)計(jì)算機(jī)記憶元件信高分子光導(dǎo)纖維

光纖是一種非常細(xì)的可彎曲的導(dǎo)光材料。單根光纖的直徑約為幾到幾百微米，它由內(nèi)層材料（芯料）和包層材料（涂層）組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)。為了保護(hù)其不受損壞、最外面再加一層塑料套管?？偼鈴?25~200μm

纖芯高透明固體材料

包層折射率較纖芯低固體材料

覆層高強(qiáng)材料高分子光導(dǎo)纖維光纖是一種非常細(xì)的可彎曲的導(dǎo)光材料。光在光纖中的傳播原理

光纖芯料的折射率高于包層材料的折射率，當(dāng)入射光線由內(nèi)層射到兩層的界面時(shí)，只要入射角小于臨界角，就可全反射折回內(nèi)層，完全避免了傳輸過程中的折射損耗。光在光纖中的傳播原理光纖芯料的折射率高于包層材料的

石英系光纖按使用的材料分為多組份玻璃光纖塑料光纖等包層式光纖：光纖由纖芯和包復(fù)層(皮層、鞘層)構(gòu)成按構(gòu)造分為自聚焦式光纖：這種光纖傳光效果好，光線不會(huì)泄漏以聚苯乙烯為芯，聚甲基丙烯酸甲酯為包層材料按材料的組合形式分以聚甲基丙烯酸甲酯為芯，含氟聚合物為包層材料以重氫化聚甲基丙烯酸甲酯為芯，含氟聚合物為包層光導(dǎo)纖維分類石英系光纖光導(dǎo)纖維分類高分子光纖的進(jìn)展低損耗塑料光纖重氫化聚甲基丙烯酸甲酯是光損耗較小的芯材耐熱高分子甲基丙烯酸酯共聚物芯光纖。熱固性聚合物芯光纖。氟聚合物光纖。耐濕塑料光纖為提高塑料光纖的耐濕性，在芯材聚合物中引入脂肪環(huán)、苯環(huán)和長(zhǎng)鏈烷基。高分子光纖的進(jìn)展低損耗塑料光纖重氫化聚甲基丙烯酸甲酯是光損耗二、電功能材料

絕緣材料

高分子絕緣材料又稱高分子電介質(zhì)。合成高分子一般具有如下特點(diǎn)：電絕緣性優(yōu)良、質(zhì)量輕、強(qiáng)度大、易加工，因此可以廣泛地用作電子材料，在機(jī)器的小型、輕量、高性能、大容量、多功能化等方向作出貢獻(xiàn)。導(dǎo)熱絕緣材料密封絕緣材料二、電功能材料絕緣材料高分子絕緣材料又稱高分子電壓電效應(yīng)（Piezoelectriceffect）

壓電效應(yīng)：某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)相對(duì)表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。當(dāng)外力去掉后，它又會(huì)恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。當(dāng)作用力的方向改變時(shí)，電荷的極性也隨之改變。相反，當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向上施加電場(chǎng)，這些電介質(zhì)也會(huì)發(fā)生變形，電場(chǎng)去掉后，電介質(zhì)的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)，或稱為電致伸縮現(xiàn)象。依據(jù)電介質(zhì)壓電效應(yīng)研制的一類傳感器稱為為壓電傳感器。壓電效應(yīng)（Piezoelectriceffect）壓電效壓電材料：壓電晶體、壓電陶瓷。正、負(fù)電荷中心發(fā)生偏離晶體極化

晶體受壓或拉與施力方向垂直的表面產(chǎn)生束縛電荷壓電效應(yīng)壓電材料：壓電晶體、壓電陶瓷。正、負(fù)電荷中心發(fā)生偏離晶體正負(fù)電荷中心重合，故不帶電壓電效應(yīng)++++----受壓極化，產(chǎn)生表面束縛電荷正負(fù)電荷中心重合，故不帶電壓電效應(yīng)++++----受壓極化，正負(fù)電荷中心重合，故不帶電逆壓電效應(yīng)受外電場(chǎng)的作用，產(chǎn)生極化++++----∽壓電晶體產(chǎn)生變形正負(fù)電荷中心重合，故不帶電逆壓電效應(yīng)受外電場(chǎng)的作用，產(chǎn)生極化壓電晶體在外加電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的變形與外加電場(chǎng)的大小及極性（方向）有關(guān)。在交變外加電場(chǎng)的作用下，壓電晶體將產(chǎn)生拉伸及壓縮變形，變形頻率與外加電場(chǎng)的頻率相同。當(dāng)外加電場(chǎng)的頻率>20kHz時(shí)，則壓電晶體的變形頻率亦>20kHz。超聲波利用逆壓電效應(yīng)，超聲波探頭可產(chǎn)生和發(fā)射超聲波；利用正壓電效應(yīng)，探頭可接收超聲波。壓電晶體在外加電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的變形與外加電場(chǎng)的大小及極性（方1880年居里兄弟皮爾與杰克斯在石英晶體上首先發(fā)現(xiàn)1894年，?？颂馗鼑?yán)謹(jǐn)?shù)囟ǔ鼍w結(jié)構(gòu)與壓電性的關(guān)系第一次世界大戰(zhàn)，藍(lán)杰文發(fā)展出用石英壓晶體管作為聲波產(chǎn)生器1919年，卡迪授第一次利用石英當(dāng)作頻率控制器1927年，伍德與魯密斯首先使用高功率超聲波麻省理工學(xué)院的馮希普爾及蘇俄科學(xué)家伏耳及戈曼用鐵電陶磁來作換能器1880年居里兄弟皮爾與杰克斯在石英晶體上首先發(fā)現(xiàn)1894年應(yīng)用日用超聲應(yīng)用擴(kuò)音器電話鐘表頻率穩(wěn)定器水下觀測(cè)通信探測(cè)壓電引火器超聲波清洗焊接打孔無損檢測(cè)應(yīng)用日用超聲擴(kuò)音器電話鐘表頻率水下通信探測(cè)壓電超聲焊接打孔無壓電復(fù)合材料的性能特點(diǎn)表3-2幾種壓電復(fù)合材料的性能材料d31d33g31g33ghdhdhghPZT205450180011252.540100PVDF2330142201701151618400-3型PZT-橡膠222.560405615040156000-3型PbTiO3-橡膠2.530406751003535001-3型PZT-環(huán)氧601507080210503015001-3-0型PZT-環(huán)氧701808088225604024003-3型PZT-環(huán)氧251506204241810018003-3型PZT-橡膠10200450250451808100

d31,d33—壓電應(yīng)變系數(shù)（pC/N）g31,g33—壓電電壓系數(shù)（mV﹒m/N）

dh—凈水壓電應(yīng)變系數(shù)（pC/N）gh—凈水壓電電壓系數(shù)(mV﹒m/N))

ε—介電系數(shù)壓電復(fù)合材料的性能特點(diǎn)表3-2幾種壓電復(fù)合材料的性能材料d壓電效應(yīng)的應(yīng)用壓電材料的應(yīng)用領(lǐng)域可以粗略分為兩大類：即振動(dòng)能和超聲振動(dòng)能-電能換能器應(yīng)用，包括電聲換能器，水聲換能器和超聲換能器等，以及其它傳感器和驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用。1、換能器

超聲波水聲換能器換能器超聲波換能器壓電效應(yīng)的應(yīng)用超聲波水聲換能器換能器超聲波換能器2、壓電驅(qū)動(dòng)器

壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器壓電驅(qū)動(dòng)器2、壓電驅(qū)動(dòng)器壓電3、傳感器上的應(yīng)用壓電式壓力傳感器壓電式加速度傳感器3、傳感器上的應(yīng)用壓電式壓力傳感器壓電式加速度傳感器4、在機(jī)器人接近覺中的應(yīng)用（超聲波傳感器）

壓電材料除了以上用途外還有其它相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。如鑒頻器、壓電震蕩器、變壓器、濾波器等。4、在機(jī)器人接近覺中的應(yīng)用（超聲波傳感器）壓導(dǎo)電高分子分類表3-8導(dǎo)電高分子分類面狀共軛型石墨、聚苯醌自由基(PAQR)PAN熱處理物、熱分解H－film等現(xiàn)狀共軛型(SN)x、PE、聚苯撐、聚甲基芳撐乙烯聚乙炔等含金屬配位體的高分子聚(酮酚酞等)、聚乙烯基二茂鉻鐵等高分子自由基鹽聚陽離子－TCNQ配位體，elastmericinene聚合體，HTCNQ配位體等電荷傳遞配位基型高分子聚乙烯基吡啶－碘配位基，芳族乙烯基聚合體和電自接受性低分子化合物的CT配位基等三、導(dǎo)電高分子材料導(dǎo)電高分子分類表3-8導(dǎo)電高分子分類面狀共軛型石墨、聚苯醌導(dǎo)電高分子的歷史1862年Lethebi——聚苯胺1973年，白川英樹、Hegger、MacDiarmid——摻雜聚乙炔（電導(dǎo)率達(dá)102s/cm）1986年，ElsenbaumerR.L.等人得到了可溶性聚噻吩

1980年，英國(guó)Durham大學(xué)的W.Feast得到更大密度的聚乙炔。

1983年，加州理工學(xué)院的H.Grubbs以烷基鈦配合物為催化劑將環(huán)辛四烯轉(zhuǎn)換了聚乙炔，其導(dǎo)電率達(dá)到35000S/m，但是難以加工且不穩(wěn)定。

1987年，德國(guó)BASF科學(xué)家N.Theophiou對(duì)聚乙炔合成方法進(jìn)行了改良，得到的聚乙炔電導(dǎo)率與銅在同一數(shù)量級(jí)。

2000年10月10日瑞典皇家科學(xué)院將化學(xué)最高榮譽(yù)授予Hidekishirakawa和AlanI.Heeger、AlanG.MacDiarmid，以表彰他們研究導(dǎo)電高分子材料的杰出成就。

導(dǎo)電高分子的歷史1862年Lethebi——聚苯胺電導(dǎo)率電導(dǎo)率材料導(dǎo)電能力的差異與原因能帶間隙(EnergyBandGap)

金屬之Eg值幾乎為0eV，半導(dǎo)體材料Eg值在1.0~3.5eV之間，絕緣體之Eg值則遠(yuǎn)大于3.5eV。

材料導(dǎo)電能力的差異與原因能帶間隙(EnergyBand

1974年日本筑波大學(xué)H.Shirakawa在合成聚乙炔的實(shí)驗(yàn)中，偶然地投入過量1000倍的催化劑，合成出令人興奮的有銅色的順式聚乙炔薄膜與銀白色光澤的反式聚乙炔。

導(dǎo)電高分子材料的發(fā)現(xiàn)1000倍催化劑10－8～10－7S/mH－C≡C－HTi(OC4H9)4Al(C2H5)310－3～10－2S/m1974年日本筑波大學(xué)H.Shirakawa

1975年，G.MacDiarmid、J.Heeger與H.Shirakawa合作進(jìn)行研究，他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)聚乙炔曝露于碘蒸氣中進(jìn)行摻雜氧化反應(yīng)(doping)后，其電導(dǎo)率令人吃驚地達(dá)到3000S/m。聚乙炔的摻雜反應(yīng)1975年，G.MacDiarmid、其它導(dǎo)電高分子材料

與聚乙炔相比，它們?cè)诳諝庵懈臃€(wěn)定，可直接摻雜聚合，電導(dǎo)率在104S/m左右，可以滿足實(shí)際應(yīng)用需要。其它導(dǎo)電高分子材料與聚乙炔相比，它們?cè)诳諝庵忻Q結(jié)構(gòu)聚乙炔聚噻吩聚吡咯聚苯胺聚苯本征型：名稱結(jié)構(gòu)聚乙炔聚噻吩聚吡咯聚苯胺聚苯本征型：導(dǎo)電高分子材料的導(dǎo)電機(jī)理有機(jī)化合物中的σ鍵和π鍵

在有機(jī)共軛分子中，σ鍵是定域鍵，構(gòu)成分子骨架；而垂直于分子平面的p軌道組合成離域π鍵，所有π電子在整個(gè)分子骨架內(nèi)運(yùn)動(dòng)。離域π鍵的形成，增大了π電子活動(dòng)范圍，使體系能級(jí)降低、能級(jí)間隔變小，增加物質(zhì)的導(dǎo)電性能。導(dǎo)電高分子材料的導(dǎo)電機(jī)理有機(jī)化合物中的σ鍵和π鍵導(dǎo)電高分子材料的共同特征－交替的單鍵、雙鍵共軛結(jié)構(gòu)

聚乙炔由長(zhǎng)鏈的碳分子以sp2鍵鏈接而成，每一個(gè)碳原子有一個(gè)價(jià)電子未配對(duì)，且在垂直于sp2面上形成未配對(duì)鍵。其電子云互相接觸，會(huì)使得未配對(duì)電子很容易沿著長(zhǎng)鏈移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電能力。導(dǎo)電高分子材料的共同特征－交替的單鍵、雙鍵共軛結(jié)構(gòu)聚半導(dǎo)體到導(dǎo)體的實(shí)現(xiàn)途徑－摻雜(doping)

在共軛有機(jī)分子中σ電子是無法沿主鏈移動(dòng)的，而π電子雖較易移動(dòng)，但也相當(dāng)定域化，因此必需移去主鏈上部分電子(氧化)或注入數(shù)個(gè)電子(還原)，這些空穴或額外電子可以在分子鏈上移動(dòng)，使此高分子成為導(dǎo)電體。半導(dǎo)體到導(dǎo)體的實(shí)現(xiàn)途徑－摻雜(doping)導(dǎo)電高分子材料的摻雜途徑氧化摻雜

(p-doping):[CH]n+3x/2I2

——>[CH]nx++xI3-

還原摻雜

(n-doping):[CH]n+xNa——>[CH]nx-+xNa+

添補(bǔ)后的聚合物形成鹽類，產(chǎn)生電流的原因并不是碘離子或鈉離子而是共軛雙鍵上的電子移動(dòng)。導(dǎo)電高分子材料的摻雜途徑氧化摻雜(p-doping):[摻雜導(dǎo)電高分子材料的導(dǎo)電機(jī)理

碘分子從聚乙炔抽取一個(gè)電子形成I3－，聚乙炔分子形成帶正電荷的自由基陽離子，在外加電場(chǎng)作用下雙鍵上的電子可以非常容易地移動(dòng)，結(jié)果使雙鍵可以成功地延著分子移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)其導(dǎo)電能力。摻雜導(dǎo)電高分子材料的導(dǎo)電機(jī)理碘分子從聚乙炔抽高分子材料導(dǎo)電能力的影響因素?fù)诫s率對(duì)導(dǎo)電高分子材料導(dǎo)電能力的影響

摻雜率小時(shí)，電導(dǎo)率隨著摻雜率的增加而迅速增加；當(dāng)達(dá)到一定值后，隨摻雜率增加的變化電導(dǎo)率變化很小，此時(shí)為飽和摻雜率。高分子材料導(dǎo)電能力的影響因素?fù)诫s率對(duì)導(dǎo)電高分子材料導(dǎo)電能力的共軛鏈長(zhǎng)度對(duì)導(dǎo)電高分子材料導(dǎo)電能力的影響

π電子運(yùn)動(dòng)的波函數(shù)在沿著分子鏈方向有較大的電子云密度，并且隨著共軛鏈長(zhǎng)度的增加，這種趨勢(shì)更加明顯，導(dǎo)致聚合物電導(dǎo)率的增加。共軛鏈長(zhǎng)度對(duì)導(dǎo)電高分子材料導(dǎo)電能力的影響π電溫度對(duì)導(dǎo)電高分子材料導(dǎo)電能力的影響

對(duì)金屬晶體，溫度升高引起的晶格振動(dòng)阻礙其在晶體中的自由運(yùn)動(dòng)；而對(duì)于聚乙炔，溫度的升高有利于電子從分子熱振動(dòng)中獲得能量，克服其能帶間隙，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電過程。溫度對(duì)導(dǎo)電高分子材料導(dǎo)電能力的影響對(duì)金屬晶體1.電導(dǎo)率范圍寬導(dǎo)電高分子的特性1.電導(dǎo)率范圍寬導(dǎo)電高分子的特性2.具有電致變色性2.具有電致變色性功能高分子材料學(xué)教學(xué)課件作者李青山3導(dǎo)電高分子的應(yīng)用導(dǎo)電高分子的應(yīng)用1.發(fā)光二極---半導(dǎo)體特性的應(yīng)用

利用導(dǎo)電高分子與金屬線圈當(dāng)電極，半導(dǎo)體高分子在中間，當(dāng)兩電極接上電源時(shí)，半導(dǎo)體高分子將會(huì)開始發(fā)光。比傳統(tǒng)的燈泡更節(jié)省能源而且產(chǎn)生較少的熱，具體應(yīng)用包括平面電視機(jī)屏幕、交通信息標(biāo)志等。高分子發(fā)光二極管具有顏色可調(diào)、可彎曲、大面積和低成本等優(yōu)點(diǎn)。共軛高分子可光致發(fā)光和電致發(fā)光。其光致發(fā)光機(jī)理如下:共軛高分子的電致發(fā)光機(jī)理與之類似。

1.發(fā)光二極---半導(dǎo)體特性的應(yīng)用利用導(dǎo)電高功能高分子材料學(xué)教學(xué)課件作者李青山32.太陽能電池---半導(dǎo)體特性的應(yīng)用

導(dǎo)電高分子可制成太陽電池，結(jié)構(gòu)與發(fā)光二極管相近，但機(jī)制卻相反，它是將光能轉(zhuǎn)換成電能。優(yōu)勢(shì)在于廉價(jià)的制備成本，迅速的制備工藝，具有塑料的拉伸性、彈性和柔韌性。2.太陽能電池---半導(dǎo)體特性的應(yīng)用導(dǎo)電高分一個(gè)分子類似于一根導(dǎo)線?？捎糜诟哽`敏度檢測(cè)、超大規(guī)模集成技術(shù)等。“模板聚合、分子束沉積等方法制備“分子導(dǎo)線”或?qū)щ姼叻肿游⒐?或納米管)

3.分子導(dǎo)線一個(gè)分子類似于一根導(dǎo)線。3.分子導(dǎo)線4.二次電池高分子摻雜態(tài)儲(chǔ)存電能、脫摻雜過程中釋放電能

——全塑電池輸出電壓3V、電池容量3mA.h，復(fù)充放電上千次。

4.二次電池高分子摻雜態(tài)儲(chǔ)存電能、脫摻雜過程中釋放電能輸出電5.生物傳感器--電化學(xué)摻雜/去摻雜之可逆性的應(yīng)用葡萄糖傳感器、尿素傳感器、乳酸傳感器、膽固醇傳感器5.生物傳感器--電化學(xué)摻雜/去摻雜之可逆性的應(yīng)用葡萄糖傳感6.氣體傳感器導(dǎo)電高分子與大氣某些介質(zhì)作用----電導(dǎo)率改變,除去介質(zhì)----恢復(fù)。（摻雜/或脫摻雜過程）?？捎米鬟x擇性高、靈敏度高和重復(fù)性好的氣體傳感器。7.雷達(dá)隱身材料導(dǎo)電性可以在絕緣體、半導(dǎo)體、金屬導(dǎo)體之間變化—不同的吸波性能密度小—輕加工性能—薄穩(wěn)定性較好—高溫使用

8.電顯示材料摻雜/脫摻雜實(shí)現(xiàn)導(dǎo)體-絕緣體之間的轉(zhuǎn)變，且電位、PH、摻雜量等變化伴隨顏色變化，——可用于電顯示6.氣體傳感器導(dǎo)電高分子與大氣某些介質(zhì)作用----電導(dǎo)率改變導(dǎo)電高分子材料的優(yōu)越性具有半導(dǎo)體及導(dǎo)體雙重特性，可低溫加工、可大面積化、具有塑料的拉伸性、彈性和柔韌性等，所以制作成本低，組件特性優(yōu)越，對(duì)未來電子及信息工業(yè)將產(chǎn)生巨大影響。

導(dǎo)電高分子材料面臨的挑戰(zhàn)

綜合電性能與銅相比還有差距，理論上還沿用無機(jī)半導(dǎo)體理論；導(dǎo)電聚合物的自構(gòu)筑、自組裝分子器件的研究也存在很多問題；加工性能和力學(xué)性能以及穩(wěn)定性上也需要改進(jìn)。問題與挑戰(zhàn)導(dǎo)電高分子材料的優(yōu)越性導(dǎo)電高分子材料面臨的挑戰(zhàn)綜合光導(dǎo)電高分子材料表3-10光導(dǎo)電高分子分類種類實(shí)例面狀共軛型PAN熱處理產(chǎn)物；PA；摻雜物涂布PA；聚雙炔；聚丁炔線狀共軛型聚乙烯咔唑；聚叮嗪；聚磺酸鹽；聚吡啶等耐熱性高分子聚對(duì)苯撐；聚咪唑；聚酰亞胺，惡唑聚酰胺苯并咪唑等側(cè)鏈或主鏈帶大芳環(huán)、雜環(huán)的高分子以PVK及其衍生物為中心的高分子與低分子電子接受體的電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物以飽和鍵形成的高分子聚鹵化乙烯；PE；Nylon等，PET．PS生物高分子及其類似的高分子DNA；聚氨酸；聚乙烯-D-左氨酸酯其他發(fā)光-放電高分子；配位高分子；PVA金屬鹵化物絡(luò)合物等光導(dǎo)電高分子材料表3-10光導(dǎo)電高分子分類種我國(guó)戰(zhàn)國(guó)時(shí)期就發(fā)現(xiàn)了磁體的指南性吉爾伯特的著作《論磁》是對(duì)磁現(xiàn)象系統(tǒng)研究開始的標(biāo)志18世紀(jì)，庫侖建立了庫侖定律和磁力的相互作用定律泊松提出了磁體間的相互作用的勢(shì)函數(shù)積分方程奧斯特1820年發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)法拉第電磁感應(yīng)現(xiàn)象揭露出電與磁的本質(zhì)的聯(lián)系麥克斯韋提出了描述電磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的方程組赫茲通過實(shí)驗(yàn)，令人信服地證明了電磁波的存在愛因斯坦1905年的狹義相對(duì)論第一次把電力與磁力統(tǒng)一起來四、磁功能材料

磁的發(fā)展歷史我國(guó)戰(zhàn)國(guó)時(shí)期就發(fā)現(xiàn)了磁體的指南性吉爾伯特的著作《論磁》是對(duì)磁以磁功能為主要應(yīng)用目的的材料兼有磁性功能與其他功能特性的的材料磁性復(fù)合材料根據(jù)應(yīng)用特性磁性復(fù)合材料電磁波特性復(fù)合材料、磁光復(fù)合材料等以磁功能為主要應(yīng)用目的的材料兼有磁性功能與其他功能特性的的材優(yōu)點(diǎn)：①密度??；②材料機(jī)械性能優(yōu)良，具有很好的沖擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度；③加工性能好。決定復(fù)合材料的磁性能影響復(fù)合材料的磁性能、力學(xué)性能及成型加工性能改善材料的成型加工性能組分材料與其作用組成：磁性功能體(磁粉)、聚合物基體(粘結(jié)劑)和加工助劑三大部分組成。聚合物基磁性復(fù)合材料優(yōu)點(diǎn)：①密度??；②材料機(jī)械性能優(yōu)良，具有很好的沖擊強(qiáng)度和拉伸(1)SmCo5其復(fù)合永磁性能比鐵氧體復(fù)合永磁優(yōu)異得多，其最大缺點(diǎn)是磁性的熱穩(wěn)定性差，成型中易氧化，其復(fù)合永磁長(zhǎng)期使用溫度低，性能不穩(wěn)定。主要包括鐵氧體和稀土類材料稀土類磁粉的發(fā)展經(jīng)歷了幾個(gè)階段：(2)Sm2Co17其磁性能與熱穩(wěn)定性比第一代優(yōu)異得多，最高長(zhǎng)期使用溫度可達(dá)100℃。耐腐蝕性能優(yōu)良，但存在價(jià)格昂貴的問題，推廣應(yīng)用困難。(3)稀土類復(fù)合永磁，不含Sm、Co等昂貴稀有金屬，以Nd2Fe14B為代表的NdFeB系列。優(yōu)點(diǎn)：磁性能優(yōu)異、價(jià)格低廉。缺點(diǎn)：熱穩(wěn)定性差，易腐蝕生銹。(4)復(fù)合磁粉磁體中含有兩種以上的不同磁粉磁性功能體(1)SmCo5其復(fù)合永磁性能比鐵氧體復(fù)合永磁優(yōu)異得多，其最

熱固性基體中，常采用環(huán)氧樹脂，其具有良好的粘結(jié)性能、耐腐蝕性能、尺寸穩(wěn)定性及高強(qiáng)度等特點(diǎn)。目前多采用添加多種硫化物的方法對(duì)環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性，以提高其加工穩(wěn)定性和磁性能。橡膠類、熱固性樹脂類和熱塑性樹脂類

包括天然橡膠與合成橡膠，主要用于柔磁基體復(fù)合材料，特別在耐熱、耐寒的條件下用硅橡膠作基體最合適。但與樹脂類基體相比，一般橡膠成型加工困難。聚合物基體（粘結(jié)劑)熱塑性樹脂中絕大多數(shù)均可作為磁性材料基體，對(duì)磁性復(fù)合材料的磁性能影響不大，但對(duì)其力學(xué)性能、耐熱性能、耐化學(xué)性能有影響。最常用的熱塑性基體：尼龍，其熔體黏度低，力學(xué)性能好。熱固性基體中，常采用環(huán)氧樹脂，其具有良好的粘潤(rùn)滑劑增塑劑偶聯(lián)劑加工助劑改善聚合體系的流動(dòng)性，提高磁粉的取向度和磁粉含量。潤(rùn)滑劑增塑劑偶聯(lián)劑加工助劑改善聚合體系的流動(dòng)性，提高磁粉的取磁性材料的應(yīng)用在傳統(tǒng)工業(yè)中的應(yīng)用

磁性材料已經(jīng)在傳統(tǒng)工業(yè)的各個(gè)方面得到了廣用。例如，如果沒有磁性材料，電氣化就成為不可能，因?yàn)榘l(fā)電要用到發(fā)電機(jī)、輸電要用到變壓器、電力機(jī)械要用到電動(dòng)機(jī)、電話機(jī)、收音機(jī)和電視機(jī)中要用到揚(yáng)聲器。眾多儀器儀表都要用到磁鋼線圈結(jié)構(gòu)。這些都已經(jīng)在講述其它內(nèi)容時(shí)說到了。磁性材料的應(yīng)用在傳統(tǒng)工業(yè)中的應(yīng)用磁性材料已經(jīng)在傳統(tǒng)工業(yè)的各生物界和醫(yī)學(xué)界的磁應(yīng)用

在醫(yī)學(xué)上，利用核磁共振可以診斷人體異常組織，判斷疾病，這就是我們比較熟悉的核磁共振成像技術(shù)，核磁共振已應(yīng)用于全身各系統(tǒng)的成像診斷。生物體內(nèi)應(yīng)用，作為磁性納米材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用的終極目標(biāo)，要求磁性納米材料不僅具有良好的水溶性和生物相容性，同時(shí)還要具備表面功能性。利用磁性納米材料表面功能基團(tuán)與可識(shí)別病灶的功能(大)分子進(jìn)行耦聯(lián)，是實(shí)現(xiàn)磁性納米晶體在疾病鑒別診斷中應(yīng)用的最可行的手段之一。生物界和醫(yī)學(xué)界的磁應(yīng)用在醫(yī)學(xué)上，利用核磁共振可軍事領(lǐng)域的磁應(yīng)用

飛機(jī)在飛行過程中很容易被敵方的雷達(dá)偵測(cè)到，從而具有較大的危險(xiǎn)性，可以在飛機(jī)表面涂一層特殊的磁性材料－吸波材料，它可以吸收雷達(dá)發(fā)射的電磁波，使得雷達(dá)電磁波很少發(fā)生反射，敵方雷達(dá)無法探測(cè)到雷達(dá)回波，不能發(fā)現(xiàn)飛機(jī)，這就使飛機(jī)達(dá)到了隱身的目的。

有一種新型武器“電磁武器”的開發(fā)研究。電磁炮則是把炮彈放在螺線管中，給螺線管通電，那么螺線管產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)炮彈將產(chǎn)生巨大的推動(dòng)力，將炮彈射出。這就是所謂的電磁炮。類似的還有電磁導(dǎo)彈等。軍事領(lǐng)域的磁應(yīng)用飛機(jī)在飛行過程中很容易被敵方磁性材料的應(yīng)用及發(fā)展前景在通訊行業(yè)，全球數(shù)十億部手機(jī)、可視電話都需要大量的磁性元件。在IT行業(yè)，硬盤驅(qū)動(dòng)器、CD－ROM驅(qū)動(dòng)器、DVD－ROM驅(qū)動(dòng)器、顯示器、打印機(jī)、多媒體音響、筆記本電腦等也需要使用大量磁性材料。在汽車行業(yè)，每年需要消耗大量的磁性材料。在照明設(shè)備、彩電、電動(dòng)自行車、吸塵器、電動(dòng)玩具、電動(dòng)廚