1、化工新材料化工新材料New Chemical Materials讲授内容讲授内容第一讲化工新材料概论第一讲化工新材料概论第二讲有机硅材料第二讲有机硅材料第三讲涂料与胶粘剂第三讲涂料与胶粘剂第四讲复合材料概论第四讲复合材料概论第五讲合成高分子第五讲合成高分子第六讲功能材料概论第六讲功能材料概论第七讲储氢材料和磁性材料第七讲储氢材料和磁性材料第八讲功能玻璃材料第八讲功能玻璃材料第九讲陶瓷材料第九讲陶瓷材料第十讲智能材料第十讲智能材料第十一讲高分子膜与膜分离技术第十一讲高分子膜与膜分离技术第十二讲纳米材料与纳米技术第十二讲纳米材料与纳米技术课程要求课程要求教材教材本科程属专业限选课程本科程属专业限选
2、课程授课方式授课方式:讲课讲课+课堂讨论课堂讨论课堂讨论课题课堂讨论课题:包括草拟题目包括草拟题目,内容内容,结论和展望结论和展望,参考文献参考文献考核方式考核方式:1.平时成绩平时成绩考勤考勤+课堂讨论课堂讨论2.考查成绩考查成绩(小论文小论文)第一章 化工新材料概论Introduction1.1 材料材料材料(Materials)是国民经济的物质基础。是国民经济的物质基础。广义的材料包括人们的思想意识之外的所有物广义的材料包括人们的思想意识之外的所有物质质(substance)工工农农业业生生产产国国防防科科学学技技术术人人民民生生活活材料品种材料品种数量国家现代化程度标志之一数量国家现代
3、化程度标志之一质量质量材料材料能源 现代技术的三大支柱能源 现代技术的三大支柱信息信息材料无处不在，无处不有简单复杂简单复杂单一性能综合性能单一性能综合性能结构材料功能材料结构材料功能材料单一材料复合材料单一材料复合材料材料发展过程我国材料的历史进程(Historical perspective)漫长而又曲折的历程漫长而又曲折的历程：（Stone Age）（Stone Age）石器时代：石器时代：石斧、凿、刀、铲、箭头、石斧、凿、刀、铲、箭头、纺轮、钵等（西安半坡遗址）纺轮、钵等（西安半坡遗址）石斧 （Bronze Age)（Bronze Age)巨型司母戊鼎巨型司母戊鼎（河南安阳晚商遗址）（
4、河南安阳晚商遗址）青铜器时代:青铜器时代:湖北江陵楚墓出土越王勾践宝剑湖北江陵楚墓出土越王勾践宝剑春秋时期青铜器春秋时期青铜器 中国古代铁器的金相组织湖南长沙砂子塘战国凹形铁锄ron Age（I）铁时 器代器代古代科技名著古代科技名著：“考工记考工记”（先秦）、（先秦）、“梦溪笔谈梦溪笔谈”（宋代沈（宋代沈 括）、括）、“天工开物天工开物”（明代宋应星）（明代宋应星）明代后：封建统治、帝国主义侵略束缚了材料的发展明代后：封建统治、帝国主义侵略束缚了材料的发展 停停滞状态滞状态解放后：材料科学受到重视和发展，被列为现代技术三大解放后：材料科学受到重视和发展，被列为现代技术三大支柱支柱(信息和能源
5、信息和能源)之一。之一。一整套材料体系一整套材料体系 门类全齐门类全齐 数量数量 质量质量 钢铁突破钢铁突破2 2亿吨大关亿吨大关 世界第一世界第一 原子弹、氢弹、人造卫星、火箭原子弹、氢弹、人造卫星、火箭长征三号运载火箭在长征三号运载火箭在发射架上的图片发射架上的图片宝钢高炉宝钢高炉高分子材料世界高分子材料世界材料分类(Classification of Materials)氯2 23 33 34 42 2金金属属材材料料（M Me et ta al ll li ic c M Ma at te er ri ia al ls s):钢钢铁铁、铝铝、铜铜、钛钛合合金金陶陶瓷瓷材材料料（C Ce
6、er ra am mi ic cs s）：A Al l O O、S Si iC C、S Si i N N、S Si iO O、T Ti iN N或或无无机机非非金金属属材材料料（I In no or rg ga an ni ic c M Ma at te er ri ia al ls s)高高分分子子材材料料（H Hi ig gh h P Po ol ly ym me er rs s)：纤纤维维、蛋蛋白白质质、聚聚乙乙烯烯、聚聚乙乙烯烯M Ma at te el l-M Ma at tr ri ix x复复合合材材料料（C Co om mp po os si it te es s)：C Co
7、om mp po os si it te es sP Po ol ly ym me er r-M Ma at tr ri ix x1.2 新材料新材料 新材料的界定与分类新材料的界定与分类 1 1、概念界定、概念界定 新材料是指那些新材料是指那些新出现或已在发展中新出现或已在发展中的、具有的、具有传统材料所不具备的传统材料所不具备的优异性能和特殊功能优异性能和特殊功能的材料。的材料。新材料与传统材料之间并没有截然的分界，新材料新材料与传统材料之间并没有截然的分界，新材料在传统材料基础上发展而成，传统材料经过组成、在传统材料基础上发展而成，传统材料经过组成、结构、设计和工艺上的改进从而提高材料性
8、能或出结构、设计和工艺上的改进从而提高材料性能或出现新的性能都可发展成为新材料。现新的性能都可发展成为新材料。2、分类、分类 新材料作为高新技术的基础和先导，应用范围新材料作为高新技术的基础和先导，应用范围极其广泛。同传统材料一样，新材料可以从极其广泛。同传统材料一样，新材料可以从结构组结构组成、功能和应用领域成、功能和应用领域等多种不同角度对其进行分类，等多种不同角度对其进行分类，不同的分类之间相互交叉和嵌套，目前，一般按不同的分类之间相互交叉和嵌套，目前，一般按应应用领域和当今的研究热点用领域和当今的研究热点把新材料分为以下的把新材料分为以下的主要主要领域领域：电子信息材料、新能源材料、纳
9、米材料、先进电子信息材料、新能源材料、纳米材料、先进复合材料、先进陶瓷材料、生态环境材料、新型功复合材料、先进陶瓷材料、生态环境材料、新型功能材料（含高温超导材料、磁性材料、金刚石薄膜、能材料（含高温超导材料、磁性材料、金刚石薄膜、功能高分子材料等）、生物医用材料、高性能结构功能高分子材料等）、生物医用材料、高性能结构材料、智能材料、新型建筑及化工新材料等。材料、智能材料、新型建筑及化工新材料等。（1）电子信息材料）电子信息材料电子信息材料是指在电子信息材料是指在微电子、光电子技术和新型元器微电子、光电子技术和新型元器件基础产品领域中件基础产品领域中所用的材料，主要包括所用的材料，主要包括单晶
10、硅单晶硅为代表的为代表的半导体微电子材料；半导体微电子材料；激光晶体激光晶体为代表的光电子材料；为代表的光电子材料；介质介质陶瓷和热敏陶瓷陶瓷和热敏陶瓷为代表的电子陶瓷材料；为代表的电子陶瓷材料；钕铁硼永磁材料钕铁硼永磁材料为代表的磁性材料；光纤通信材料；磁存储和光盘存储为为代表的磁性材料；光纤通信材料；磁存储和光盘存储为主的数据存储材料；压电晶体与薄膜材料；贮氢材料和锂主的数据存储材料；压电晶体与薄膜材料；贮氢材料和锂离子嵌入材料为代表的绿色电池材料等。这些基础材料及离子嵌入材料为代表的绿色电池材料等。这些基础材料及其产品支撑着通信、计算机、信息家电与网络技术等现代其产品支撑着通信、计算机、
11、信息家电与网络技术等现代信息产业的发展。信息产业的发展。电子信息材料的总体电子信息材料的总体发展趋势发展趋势是向着大尺寸、高均匀是向着大尺寸、高均匀性、高完整性、以及薄膜化、多功能化和集成化方向发展。性、高完整性、以及薄膜化、多功能化和集成化方向发展。当前的当前的研究热点和技术前沿研究热点和技术前沿包括柔性晶体管、光子晶体、包括柔性晶体管、光子晶体、SiC、GaN、ZnSe等宽禁带半导体材料为代表的第三代半等宽禁带半导体材料为代表的第三代半导体材料、有机显示材料以及各种纳米电子材料等。导体材料、有机显示材料以及各种纳米电子材料等。（2）新能源材料）新能源材料新能源和再生清洁能源技术是新能源和再
12、生清洁能源技术是21世纪世界经济发展中世纪世界经济发展中最具有决定性影响的五个技术领域之一，最具有决定性影响的五个技术领域之一，新能源新能源包括太阳包括太阳能、生物质能、核能、风能、地热、海洋能等一次能源以能、生物质能、核能、风能、地热、海洋能等一次能源以及二次电源中的氢能等。及二次电源中的氢能等。新能源材料新能源材料则是指实现新能源的则是指实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术中所要用到的关键材料。转化和利用以及发展新能源技术中所要用到的关键材料。主要包括主要包括储氢电极合金材料储氢电极合金材料为为代表代表的的镍氢电池材料镍氢电池材料、嵌锂嵌锂碳负极碳负极和和LiCoO2正极为代表的正极为
13、代表的锂离子电池材料锂离子电池材料、燃料电燃料电池材料池材料、Si半导体材料半导体材料为为代表代表的太阳能电池材料以及铀、的太阳能电池材料以及铀、氘、氚为代表的反应堆核能材料等。氘、氚为代表的反应堆核能材料等。当前研究当前研究热点和技术前沿热点和技术前沿包括高能储氢材料、聚合物包括高能储氢材料、聚合物电池材料、中温固体氧化物燃料电池电解质材料、多晶薄电池材料、中温固体氧化物燃料电池电解质材料、多晶薄膜太阳能电池材料等。膜太阳能电池材料等。（3）纳米材料）纳米材料纳米材料纳米材料是指由尺寸小于是指由尺寸小于100nm（0.1-100nm）的超细颗粒构成的具有小尺寸效应的零维、一维、二维、的超细颗
14、粒构成的具有小尺寸效应的零维、一维、二维、三维材料的总称。纳米材料的概念形成于三维材料的总称。纳米材料的概念形成于80年代中期，年代中期，由于纳米材料会表现出特异的光、电、磁、热、力学、由于纳米材料会表现出特异的光、电、磁、热、力学、机械等性能，纳米技术迅速渗透到材料的各个领域，成机械等性能，纳米技术迅速渗透到材料的各个领域，成为当前世界科学研究的热点。按物理形态分，为当前世界科学研究的热点。按物理形态分，纳米材料纳米材料大致可分为大致可分为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块体和纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块体和纳米相分离液体等五类。纳米相分离液体等五类。当前的当前的研究热点和技术前沿研究
15、热点和技术前沿包括：以碳纳米管为代包括：以碳纳米管为代表的表的纳米组装材料纳米组装材料；纳米陶瓷和纳米复合材料等；纳米陶瓷和纳米复合材料等高性能高性能纳米结构材料纳米结构材料；纳米涂层材料的设计与合成；单电子晶；纳米涂层材料的设计与合成；单电子晶体管、纳米激光器和纳米开关等纳米电子器件的研制、体管、纳米激光器和纳米开关等纳米电子器件的研制、C60超高密度信息存贮材料等。超高密度信息存贮材料等。（4）复合材料）复合材料复合材料是由两种或多种性质不同的材料通过物理和化复合材料是由两种或多种性质不同的材料通过物理和化学复合，组成具有两个或两个以上学复合，组成具有两个或两个以上相态结构相态结构的材料。
16、该类材的材料。该类材料不仅性能优于组成中的任意一个单独的材料，而且具有组料不仅性能优于组成中的任意一个单独的材料，而且具有组分单独不具有的独特性能。分单独不具有的独特性能。复合材料按复合材料按用途主要可分用途主要可分为结构复合材料和功能复合材为结构复合材料和功能复合材料两大类。料两大类。结构复合材料结构复合材料主要作为主要作为承力结构使用的材料承力结构使用的材料，由能承受，由能承受载荷的增强体组元（如玻璃、陶瓷、碳素、高聚物、金属、载荷的增强体组元（如玻璃、陶瓷、碳素、高聚物、金属、天然纤维、织物、晶须、片材和颗粒等）与能联结增强体成天然纤维、织物、晶须、片材和颗粒等）与能联结增强体成为整体材
17、料同时又起传力作用的基体组元（如树脂、金属、为整体材料同时又起传力作用的基体组元（如树脂、金属、陶瓷、玻璃、碳和水泥等）构成。陶瓷、玻璃、碳和水泥等）构成。结构材料结构材料通常按基体的不通常按基体的不同分为聚合物基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材同分为聚合物基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、碳基复合材料和水泥基复合材料等。料、碳基复合材料和水泥基复合材料等。功能材料功能材料是指除力学性能以外还提供其它物是指除力学性能以外还提供其它物理、化学、生物等性能的复合材料。包括压电、理、化学、生物等性能的复合材料。包括压电、导电、雷达隐身、永磁、光致变色、吸声、阻燃、导电、雷达隐身、永磁
18、、光致变色、吸声、阻燃、生物自吸收等种类繁多的复合材料，具有广阔的生物自吸收等种类繁多的复合材料，具有广阔的发展前途。未来的功能复合材料比重将超过结构发展前途。未来的功能复合材料比重将超过结构复合材料，成为复合材料发展的主流。复合材料，成为复合材料发展的主流。未来复合材料的未来复合材料的研究方向研究方向主要集中在纳米复主要集中在纳米复合材料、仿生复合材料和多功能智能复合材料等合材料、仿生复合材料和多功能智能复合材料等领域。领域。（5）生态环境材料）生态环境材料生态环境材料生态环境材料是在人类认识到生态环境保护的重要战略意是在人类认识到生态环境保护的重要战略意义和世界各国纷纷走可持续发展道路的背
19、景下提出来的，是国义和世界各国纷纷走可持续发展道路的背景下提出来的，是国内外材料科学与工程研究发展的必然趋势。一般认为内外材料科学与工程研究发展的必然趋势。一般认为生态环境生态环境材料是材料是具有满意的使用性能同时又被赋予优异的环境协调性的具有满意的使用性能同时又被赋予优异的环境协调性的材料。材料。这类材料的这类材料的特点特点是消耗的资源和能源少，对生态和环境污是消耗的资源和能源少，对生态和环境污染小，再生利用率高，而且从材料制造、使用、废弃直到再生染小，再生利用率高，而且从材料制造、使用、废弃直到再生循环利用的整个寿命过程，都与生态环境相协调。主要循环利用的整个寿命过程，都与生态环境相协调。
20、主要包括包括：环境相容材料，如纯天然材料（木材、石材等）、仿生物材料环境相容材料，如纯天然材料（木材、石材等）、仿生物材料（人工骨、人工器脏等）、绿色包装材料（绿色包装袋、包装（人工骨、人工器脏等）、绿色包装材料（绿色包装袋、包装容器）、生态建材（无毒装饰材料等）；环境降解材料（生物容器）、生态建材（无毒装饰材料等）；环境降解材料（生物降解塑料等）；环境工程材料，如环境修复材料、环境净化材降解塑料等）；环境工程材料，如环境修复材料、环境净化材料（分子筛、离子筛材料）、环境替代材料（无磷洗衣粉助剂）料（分子筛、离子筛材料）、环境替代材料（无磷洗衣粉助剂）等。等。生态环境材料研究生态环境材料研究热
21、点和发展方向热点和发展方向包括再生聚合物（塑料）包括再生聚合物（塑料）的设计、材料环境协调性评价的理论体系、降低材料环境负荷的设计、材料环境协调性评价的理论体系、降低材料环境负荷的新工艺、新技术和新方法等。的新工艺、新技术和新方法等。（6）生物医用材料）生物医用材料生物医用材料生物医用材料是一类用于诊断、治疗或替换人体组织、是一类用于诊断、治疗或替换人体组织、器官或增进其功能的器官或增进其功能的新型高技术材料新型高技术材料，是材料科学技术中，是材料科学技术中的一个正在发展的新领域，不仅技术含量和经济价值高，的一个正在发展的新领域，不仅技术含量和经济价值高，而且与患者生命和健康密切相关。近而且与
22、患者生命和健康密切相关。近10多年以来，生物医多年以来，生物医用材料及制品的市场一直保持用材料及制品的市场一直保持20左右的增长率。左右的增长率。生物医用材料按材料生物医用材料按材料组成和性质分组成和性质分为医用金属材料、为医用金属材料、医用高分子材料、生物陶瓷材料和生物医学复合材料等。医用高分子材料、生物陶瓷材料和生物医学复合材料等。金属、陶瓷、高分子及其复合材料是应用最广的生物医用金属、陶瓷、高分子及其复合材料是应用最广的生物医用材料。按材料。按应用应用生物医用材料又可分为可降解与吸收材料、生物医用材料又可分为可降解与吸收材料、组织工程材料与人工器官、控制释放材料、仿生智能材料组织工程材料
23、与人工器官、控制释放材料、仿生智能材料等。等。生物医用材料的生物医用材料的研究和发展方向研究和发展方向主要为：改进和发展主要为：改进和发展生物医用材料的生物相容性评价、研究新降解材料、研究生物医用材料的生物相容性评价、研究新降解材料、研究具有全面生理功能的人工器官和组织材料、研究新药物载具有全面生理功能的人工器官和组织材料、研究新药物载体材料和材料表面改性的研究等。体材料和材料表面改性的研究等。（7）智能材料）智能材料 20世纪世纪80年代中期人们提出了智能材料的概念：年代中期人们提出了智能材料的概念：智能智能材料材料是模仿生命系统，能感知环境变化并能实时地改变自是模仿生命系统，能感知环境变化
24、并能实时地改变自身的一种或多种性能参数，作出所期望的、能与变化后的身的一种或多种性能参数，作出所期望的、能与变化后的环境相适应的复合材料或材料的复合。环境相适应的复合材料或材料的复合。智能材料是一种集材料与结构、智能处理、执行系统、智能材料是一种集材料与结构、智能处理、执行系统、控制系统和传感系统于一体的复杂的材料体系。它的设计控制系统和传感系统于一体的复杂的材料体系。它的设计与合成几乎横跨所有高技术学科领域。与合成几乎横跨所有高技术学科领域。构成智能材料的基构成智能材料的基本材料本材料有压电材料、形状记忆材料、光导纤维、电（磁）有压电材料、形状记忆材料、光导纤维、电（磁）流变液、磁致伸缩材料
25、和智能高分子材料等。流变液、磁致伸缩材料和智能高分子材料等。智能材料的出现将使人类文明进入一个新高度，但目智能材料的出现将使人类文明进入一个新高度，但目前距离实用阶段还有一定的距离。今后的前距离实用阶段还有一定的距离。今后的研究重点研究重点包括以包括以下六个方面：智能材料概念设计的仿生学理论研究、智能下六个方面：智能材料概念设计的仿生学理论研究、智能材料内禀特性及智商评价体系的研究、耗散结构理论应用材料内禀特性及智商评价体系的研究、耗散结构理论应用于智能材料的研究、机敏材料的复合集成原理及设计理论、于智能材料的研究、机敏材料的复合集成原理及设计理论、智能结构集成的非线性理论和仿人智能控制理论等
26、。智能结构集成的非线性理论和仿人智能控制理论等。（8）高性能结构材料）高性能结构材料结构材料指结构材料指以力学性能为主的工程材料，它以力学性能为主的工程材料，它是国民经济中应用最为广泛的材料，从日用品、是国民经济中应用最为广泛的材料，从日用品、建筑到汽车、飞机、卫星和火箭等，均以某种形建筑到汽车、飞机、卫星和火箭等，均以某种形式的结构框架获得其外形、大小和强度。钢铁、式的结构框架获得其外形、大小和强度。钢铁、有色金属等传统材料都属于此类。有色金属等传统材料都属于此类。高性能结构材高性能结构材料料一般指具有更高的强度、硬度、塑性、韧性等一般指具有更高的强度、硬度、塑性、韧性等力学性能，并适应特殊
27、环境要求的结构材料。力学性能，并适应特殊环境要求的结构材料。包包括括新型金属材料、高性能结构陶瓷材料和高分子新型金属材料、高性能结构陶瓷材料和高分子材料等。材料等。当前的当前的研究热点研究热点包括：高温合金、新型铝合包括：高温合金、新型铝合金和镁合金、高温结构陶瓷材料和高分子合金等。金和镁合金、高温结构陶瓷材料和高分子合金等。（9）新型功能材料）新型功能材料功能材料功能材料是指表现出力学性能以外的电、磁、是指表现出力学性能以外的电、磁、光、生物、化学等特殊性质的材料。除前面介绍过光、生物、化学等特殊性质的材料。除前面介绍过的信息、能源、纳米、生物医用等材料外，的信息、能源、纳米、生物医用等材料
28、外，新型功新型功能材料能材料主要还包括高温超导材料、磁性材料、金刚主要还包括高温超导材料、磁性材料、金刚石薄膜、功能高分子材料等。石薄膜、功能高分子材料等。当前的当前的研究热点研究热点包括：纳米功能材料、纳米晶包括：纳米功能材料、纳米晶稀土永磁和稀土储氢合金材料、大块非晶材料、高稀土永磁和稀土储氢合金材料、大块非晶材料、高温超导材料、磁性形状记忆合金材料、磁性高分子温超导材料、磁性形状记忆合金材料、磁性高分子材料、金刚石薄膜的制备技术等。材料、金刚石薄膜的制备技术等。（10）新型建筑材料）新型建筑材料新型建筑材料主要新型建筑材料主要包括包括新型墙体材料、化学新型墙体材料、化学建材、新型保温隔热
29、材料、建筑装饰装修材料等。建材、新型保温隔热材料、建筑装饰装修材料等。其中化学建材包括建筑塑料、建筑涂料、建筑防其中化学建材包括建筑塑料、建筑涂料、建筑防水、密封材料、隔热保温材料、隔声材料、特种水、密封材料、隔热保温材料、隔声材料、特种陶瓷、建筑胶粘剂等，是我国陶瓷、建筑胶粘剂等，是我国“十五十五”期间要重期间要重点发展的新型建筑材料。点发展的新型建筑材料。（11）先进陶瓷材料）先进陶瓷材料先进陶瓷材料先进陶瓷材料是指采用精制的高纯、超细的无机化合物是指采用精制的高纯、超细的无机化合物为原料及先进的制备工艺技术制造出的性能优异的产品。根为原料及先进的制备工艺技术制造出的性能优异的产品。根据工
30、程技术对产品使用性能的要求，制造的产品可以分别具据工程技术对产品使用性能的要求，制造的产品可以分别具有压电、铁电、导电、半导体、磁性等或具有高强、高韧、有压电、铁电、导电、半导体、磁性等或具有高强、高韧、高硬、耐磨、耐腐蚀、耐高温、高热导、绝热或良好生物相高硬、耐磨、耐腐蚀、耐高温、高热导、绝热或良好生物相容性等优异性能。容性等优异性能。先进陶瓷材料先进陶瓷材料一般分为一般分为结构陶瓷、陶瓷基复合材料和功结构陶瓷、陶瓷基复合材料和功能陶瓷三类。大部分功能陶瓷在电子工业中应用十分广泛，能陶瓷三类。大部分功能陶瓷在电子工业中应用十分广泛，通常也称为电子陶瓷材料。如用于制造芯片的陶瓷绝缘材料、通常也
31、称为电子陶瓷材料。如用于制造芯片的陶瓷绝缘材料、陶瓷基板材料、陶瓷封装材料以及用于制造电子器件的电容陶瓷基板材料、陶瓷封装材料以及用于制造电子器件的电容器陶瓷、压电陶瓷、铁氧体磁性材料等。器陶瓷、压电陶瓷、铁氧体磁性材料等。当前的当前的研究热点研究热点包括陶瓷材料的强韧化技术、纳米陶瓷包括陶瓷材料的强韧化技术、纳米陶瓷材料的制备合成技术、先进结构陶瓷材料体系的设计以及电材料的制备合成技术、先进结构陶瓷材料体系的设计以及电子陶瓷材料的高匀、超细技术。子陶瓷材料的高匀、超细技术。（12）化工新材料）化工新材料1.3 化工新材料的发展化工新材料的发展 化工新材料化工新材料:是指近期发展的和正在发展之
32、中具有特是指近期发展的和正在发展之中具有特异性能和效用的化工材料，以高性能高异性能和效用的化工材料，以高性能高分子材料为主，也包括某些无机和有机分子材料为主，也包括某些无机和有机材料。化工新材料是材料。化工新材料是新材料的主要组成新材料的主要组成部分部分,是信息技术、能源技术、宇航技是信息技术、能源技术、宇航技术、海洋开发以及生命科学等新兴技术术、海洋开发以及生命科学等新兴技术的物质基础。的物质基础。我国化工新材料的发展我国化工新材料的发展:发展化工新材料开始于发展化工新材料开始于20世纪世纪50年年代未代未:为满足为满足尖端技术和国防工业的发展而开发了一批化工新尖端技术和国防工业的发展而开发
33、了一批化工新材料材料.20世纪世纪70年代年代:开始推广应用于国民经济诸多领开始推广应用于国民经济诸多领域域.20世纪世纪80年代年代:对若干种经市场开发后有较大需对若干种经市场开发后有较大需要量的产品进行工业化技术开发，然后建设工业要量的产品进行工业化技术开发，然后建设工业规模装置。数十年来，中国已分别研制开发了规模装置。数十年来，中国已分别研制开发了耐耐高温、耐低温、耐辐射、耐油、耐腐蚀、耐特殊高温、耐低温、耐辐射、耐油、耐腐蚀、耐特殊化学介质、高纯度、高分辨率、高绝缘、长寿命化学介质、高纯度、高分辨率、高绝缘、长寿命的化工新材料。的化工新材料。化工新材料及其制品已化工新材料及其制品已应用
34、应用于纺织、轻于纺织、轻工、电子电气、交通车辆、建筑材工、电子电气、交通车辆、建筑材料能源工业、航天航空、航海、石油料能源工业、航天航空、航海、石油开采、化工、石油化工、治金、机械、开采、化工、石油化工、治金、机械、医疗医药、食品加工、办公机械、化妆医疗医药、食品加工、办公机械、化妆品和文物保护等国民经济诸多领域。品和文物保护等国民经济诸多领域。新兴化工新材料新兴化工新材料有有:1.有机硅材料有机硅材料2.有机氟材料有机氟材料3.工程塑料合金工程塑料合金4.功能高分子材料功能高分子材料5.碳纤维及其复合材料碳纤维及其复合材料6.辐射交联材料辐射交联材料7.特种涂料特种涂料8.合成胶粘剂合成胶粘
35、剂9.电子化学品电子化学品10.合成橡胶及橡胶制品合成橡胶及橡胶制品11.新兴纳米材料新兴纳米材料1.4 化工新材料的优异性能化工新材料的优异性能 1.4.1 有机硅材料有机硅材料 有机硅材料有机硅材料指聚硅氧烷类化合物，具有以指聚硅氧烷类化合物，具有以（SiOSi）为主链，有机基团为侧链的特）为主链，有机基团为侧链的特殊结构，其结构中含有殊结构，其结构中含有“无机结构无机结构”,因而有无机因而有无机物二氧化硅的安全可靠性、无毒、无污染、耐腐物二氧化硅的安全可靠性、无毒、无污染、耐腐蚀、耐老化及使用寿命长的特点；又因含有蚀、耐老化及使用寿命长的特点；又因含有“有有机基团机基团”，故又具高分子的
36、易加工特点。，故又具高分子的易加工特点。聚硅氧烷类材料聚硅氧烷类材料兼具有机材料及无机材兼具有机材料及无机材料的料的双重优点双重优点：化学防潮、憎水、电气：化学防潮、憎水、电气绝缘、耐高低温、化学稳定性、消泡、绝缘、耐高低温、化学稳定性、消泡、脱模及生理惰性等，有的品种还有耐辐脱模及生理惰性等，有的品种还有耐辐射、耐油和耐溶剂等特性。射、耐油和耐溶剂等特性。硅材料的硅材料的耐高低温性能耐高低温性能，可提高电视机和其他电子，可提高电视机和其他电子产品的安全性和可靠性；产品的安全性和可靠性；用有机硅材料制成的各种形式的用有机硅材料制成的各种形式的有机绝缘材料有机绝缘材料，可，可在在180下工作下工
37、作2.5万小时以上，用硅橡胶绝缘电缆万小时以上，用硅橡胶绝缘电缆和电线，可长期承受和电线，可长期承受130200高温；高温；硅油硅油用于用于化妆品化妆品中能使其改善性能，如护肤品中增中能使其改善性能，如护肤品中增加硅油成分后，硅油形成超疏水薄膜既可防止其他加硅油成分后，硅油形成超疏水薄膜既可防止其他组分被水洗去，叉可保持皮肤的正常透气组分被水洗去，叉可保持皮肤的正常透气.硅油制品硅油制品用于纺织品多种用于纺织品多种整理剂整理剂、具有优异性能，、具有优异性能，如阳离子有机硅羟乳对真丝织物及其针织物进行如阳离子有机硅羟乳对真丝织物及其针织物进行防皱整理防皱整理,能使整理后的双皱和真丝织品具有柔软、
38、能使整理后的双皱和真丝织品具有柔软、厚实、滑爽、高弹性和有一定强度，挠曲磨损性厚实、滑爽、高弹性和有一定强度，挠曲磨损性能比处理前提高能比处理前提高12倍，收缩率从原采的倍，收缩率从原采的10降降低到低到3以下；以下；1.4.2 有机氟材料有机氟材料 有机氟材料有机氟材料是指含有氟元素的碳氢化合物。有机是指含有氟元素的碳氢化合物。有机氟材料属于一种特殊材料，具有卓越的耐化学性氟材料属于一种特殊材料，具有卓越的耐化学性和热稳定性，还具有优良的介电性、不燃性和不和热稳定性，还具有优良的介电性、不燃性和不粘性，摩擦系数极小，为许多其他合成材料所不粘性，摩擦系数极小，为许多其他合成材料所不及，广泛用于
39、军工、电子、电器、机械、化工、及，广泛用于军工、电子、电器、机械、化工、纺织等各个领域。纺织等各个领域。从其从其性能和用途来分性能和用途来分，分为氟氯烷及代用品、氟，分为氟氯烷及代用品、氟树脂、氟橡胶、氟涂料树脂、氟橡胶、氟涂料四大类四大类。从各类氟产品的前景来看，氟氯烷进入衰退期，从各类氟产品的前景来看，氟氯烷进入衰退期，其替代品如（，其替代品如（，四氟乙烷）将出现广阔的市场；氟树脂进入成熟四氟乙烷）将出现广阔的市场；氟树脂进入成熟期，通过新技术（如纳米技术）向更广领域发展；期，通过新技术（如纳米技术）向更广领域发展；氟橡胶进入增长期，随着我国汽车产业的发展，氟橡胶进入增长期，随着我国汽车产
40、业的发展，氟橡胶将出现巨大商机；氟橡胶将出现巨大商机；氟涂料氟涂料将随着建筑、化将随着建筑、化工产业的增长而增长。工产业的增长而增长。含氟高分子材料含氟高分子材料是有机氟材料的主要部分，是长是有机氟材料的主要部分，是长链的氟碳化合物，包括链的氟碳化合物，包括氟树脂和氟弹性体氟树脂和氟弹性体等。等。聚四氟乙烯聚四氟乙烯是氟树脂中最主要的品种，性能优是氟树脂中最主要的品种，性能优异，可以在异，可以在195250范围内长期作用，范围内长期作用，耐腐蚀性能尤为突出，甚至在沸腾的王水中性耐腐蚀性能尤为突出，甚至在沸腾的王水中性能也不起变化，被称为能也不起变化，被称为“塑料王塑料王”。氟原子不但和碳原子结
41、合得很牢固，而且还氟原子不但和碳原子结合得很牢固，而且还有保护碳链趵作用，所以聚四氟乙烯具有极高的有保护碳链趵作用，所以聚四氟乙烯具有极高的化学稳定性化学稳定性；聚四氟乙烯大分子链上具有对称的；聚四氟乙烯大分子链上具有对称的氟原子，碳氟两种原子又以共价键相结合，故在氟原子，碳氟两种原子又以共价键相结合，故在分子中没有游离的电子，整个分子是电性中和不分子中没有游离的电子，整个分子是电性中和不带极性的，因而不会导电，具有良好的带极性的，因而不会导电，具有良好的电绝缘性电绝缘性；在其大分子中也没有亲水性基团和光敏基团，所在其大分子中也没有亲水性基团和光敏基团，所以以耐湿气、耐大气老化性能耐湿气、耐大
42、气老化性能也很优越。也很优越。利用它的利用它的耐高温、耐腐蚀性能耐高温、耐腐蚀性能，可在化学工业中用，可在化学工业中用作反应釜等作反应釜等设备的防腐衬里、管件、涂层和密封材设备的防腐衬里、管件、涂层和密封材料料；利用聚四氟乙烯具有利用聚四氟乙烯具有自润滑性和不黏性自润滑性和不黏性在机械工在机械工业中用作业中用作无油自润滑轴承无油自润滑轴承；利用聚四氟乙烯利用聚四氟乙烯绝缘性能绝缘性能优越，在高频和超高频时优越，在高频和超高频时具有极小的介质损耗，还有耐高低温、耐腐蚀、不具有极小的介质损耗，还有耐高低温、耐腐蚀、不吸水和自熄等特性用于吸水和自熄等特性用于制造电线和电缆绝缘层制造电线和电缆绝缘层;
43、利用聚四氟乙烯的利用聚四氟乙烯的不黏性及化学惰性不黏性及化学惰性用作用作不粘锅涂不粘锅涂层层。1.4.3 功能高分子材料功能高分子材料功能高分子材料功能高分子材料是一类具有特异功能的高分子材是一类具有特异功能的高分子材料、主要指具有物质、能量和信息传递、转换或料、主要指具有物质、能量和信息传递、转换或贮存作用的高分子材料及其复合材料。贮存作用的高分子材料及其复合材料。从组成和结构上讲，功能高分子材料可分为从组成和结构上讲，功能高分子材料可分为结构型结构型和和复合型复合型两大类：两大类：结构型结构型是指在分子链中具有可起是指在分子链中具有可起特定作用基团的高分子，因而材料所表现的这种特特定作用基
44、团的高分子，因而材料所表现的这种特定功能是由于高分子结构因素本身所决定的，定功能是由于高分子结构因素本身所决定的，复合复合型型是指以普通高分子材料为基体或载体，与具有某是指以普通高分子材料为基体或载体，与具有某些特定功能（如导电、导磁等）的原材料进行复合些特定功能（如导电、导磁等）的原材料进行复合而制得的一种功能材料。而制得的一种功能材料。电磁功能高分子材料电磁功能高分子材料:导电高分子材料、超导电高导电高分子材料、超导电高分子材料、有机半导体、压电、热电、驻极体、高分子材料、有机半导体、压电、热电、驻极体、高分子磁性体和磁性记录材料等；分子磁性体和磁性记录材料等；光功能高分子材料光功能高分子
45、材料:光导材料、光记录材料、光加光导材料、光记录材料、光加工用材料、光学用材料（塑料透镜、隐形眼镜等）、工用材料、光学用材料（塑料透镜、隐形眼镜等）、光转换系统材料、光显示用材料、光导电材料、光光转换系统材料、光显示用材料、光导电材料、光合作用系统材料等合作用系统材料等;分离材料和化学功能材料分离材料和化学功能材料:高分子分离膜、离高分子分离膜、离子变换（选择）材料、高分子催化剂、高分子子变换（选择）材料、高分子催化剂、高分子试剂、分解性高分子、蝥合树脂、絮凝剂、贮试剂、分解性高分子、蝥合树脂、絮凝剂、贮氢材料、吸水性树脂等；氢材料、吸水性树脂等；生物医用高分子材料生物医用高分子材料:人工器官
46、材料、骨科和人工器官材料、骨科和齿科材料、药物高分子材料、固定化酶、仿生齿科材料、药物高分子材料、固定化酶、仿生高分子材料、医用黏合剂和可吸收缝合材料等。高分子材料、医用黏合剂和可吸收缝合材料等。1.4.4 碳纤维及其复合材料碳纤维及其复合材料 复合材料是将不同材料复合化使其具有新的功能与复合材料是将不同材料复合化使其具有新的功能与性 能，人 们 又 按 力 学 性 能 把 比 强 度 高 于性 能，人 们 又 按 力 学 性 能 把 比 强 度 高 于6.5 x 1 06c m 和 模 量和 模 量(应 力 除 以 应 变应 力 除 以 应 变)高 于高 于6.51O8cm的纤维称为高性能增
47、强纤维或高级增的纤维称为高性能增强纤维或高级增强纤维，由它们制成的复合材料称为强纤维，由它们制成的复合材料称为高性能复合材高性能复合材料或高级复合材料料或高级复合材料。碳纤维是一种碳纤维是一种“比人发细、比铝轻、比铁刚、比比人发细、比铝轻、比铁刚、比钢强钢强”的高性能增强纤维，碳纤维和树脂形成的的高性能增强纤维，碳纤维和树脂形成的高性能复合材料比模量比钢和铝合金高高性能复合材料比模量比钢和铝合金高5倍，比倍，比强度也高强度也高34倍倍.碳纤维瓦碳纤维瓦可制成比铝轻、比钢强度高的结构材料代替金可制成比铝轻、比钢强度高的结构材料代替金属结构材料属结构材料,在在航天、航空和导弹航天、航空和导弹的有关
48、部位使的有关部位使用，可减轻结构质量；用，可减轻结构质量；在体育用品上国外已大量使用，中国也已部分在体育用品上国外已大量使用，中国也已部分使用；使用；在工业上用于设备和贮槽上作加强材料；在工业上用于设备和贮槽上作加强材料；利用碳纤维与骨骼的模量近似又无毒、耐磨损、利用碳纤维与骨骼的模量近似又无毒、耐磨损、耐疲劳耐疲劳,用于用于制造头壳和人造关节制造头壳和人造关节等。等。碳纤维板碳纤维板1.4.5 辐射交联材料辐射交联材料 辐射化学与辐射加工辐射化学与辐射加工 辐射交联热收缩材料辐射交联热收缩材料辐射交联高吸水树脂辐射交联高吸水树脂辐射交联的电线电缆辐射交联的电线电缆辐射硫化的弹性体辐射硫化的弹
49、性体辐射交联低温涂料印花黏合剂辐射交联低温涂料印花黏合剂 高分子材料高分子材料辐射交联材料辐射交联材料辐射交联与化学交联辐射交联与化学交联相比具有以下相比具有以下特征特征：辐射交联辐射交联不需要引发剂不需要引发剂，可自由选择成型温度；，可自由选择成型温度；辐射交联可在辐射交联可在室温下进行室温下进行，这对于保持正确尺寸，这对于保持正确尺寸，成型后必须立即冷却的薄壁制品的交联是很有利成型后必须立即冷却的薄壁制品的交联是很有利的；辐射交联主要是的；辐射交联主要是聚合物分子之间的交联而且聚合物分子之间的交联而且均匀，而化学交联还存在分子内部的较高硫化均匀，而化学交联还存在分子内部的较高硫化。1.4.
50、6 新兴纳米材料新兴纳米材料1纳米纳米(nm):1毫米毫米(mm)的百万分之一的百万分之一,10-9m纳米材料纳米材料:在纳米量级在纳米量级(1100nm)内内调控物质结构制成的具有特异性能的新调控物质结构制成的具有特异性能的新材料材料四大特点四大特点:尺寸小、比表面积大、表面能尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子比例大高、表面原子比例大四大效应四大效应:小尺寸效应、量子尺寸效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应、表面效应宏观量子隧道效应、表面效应纳米材料特性纳米材料特性取决于取决于制备方法制备方法纳米技术与经济纳米技术与经济材料人类文明的四大技术支柱之一材料人类文明的四大技术支柱
