08-光电高分子材料

4. 交通和宇航技术的要求
• 既高速又节约能源是交通运输和宇航事业迫切需要解决的课题。 既高速又节约能源是交通运输和宇航事业迫切需要解决的课题。 采用功能高分子材料，在一定程度上解决了该难题。 采用功能高分子材料，在一定程度上解决了该难题。就目前的成 就来看，波音 ， 飞机采用 飞机采用Kavlar增强材料（一种由高分子 增强材料（ 就来看，波音757，767飞机采用 增强材料 液晶纺丝而成的高强纤维增强的材料），可省油50％。 液晶纺丝而成的高强纤维增强的材料），可省油 ％。汽车工业 ），可省油 ％。汽车工业 采用高分子材料而实现轻型化，从而达到省油和高速的目的。 采用高分子材料而实现轻型化，从而达到省油和高速的目的。
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塑料晶体管和塑料芯片
• 英国剑桥大学的科学家利用喷 墨打印技术和设备，制造出一 种塑料半导体新材料。 • Xerox 公司刚刚公布的新型有 机聚合物塑料有望用于制造塑 料晶体管等新型电子器件。 • 与硅晶体管相比，塑料晶体 管的好处在于成本低廉，生 产便捷，不需要专门化的昂 贵制造设备和高度洁净的真 空环境。
• 美国 Lucent 公司和 E Ink 公司共同开发出了“电子 公司共同开发出了“ 纸”，它可以应用于电子书籍和电子报纸等。
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电子纸
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电致发光高分子材料
• 经过十几年的研究，有机化合物电致发光的研究已经取得了令人 瞩目的成就，有机化合物发光材料构成的电致发光器件有着众多 的优势： • 可实现红绿蓝多色显示； • 亮度高，无须背照明； • 驱动电压低，节省能源； • 器件薄，可实现小型化； • 响应时间快，显示精度高，均远超过液晶显示器； • 寿命可达10000小时以上。 • 有机发光材料的发光稳定性较差，而聚合物发光二极管不仅具有 小分子有机电致发光材料的特点，而且有稳定、可弯曲、大面积、 低成本的优点，已成为全世界发光材料研究的热点。
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功能高分子发展的背景
3. 新能源的要求
• 太阳能和氢将成为今后的主要能源。光电转换材料就成为太阳能 太阳能和氢将成为今后的主要能源。 利用的关键。硅材料已进入了实用阶段。然而， 利用的关键。硅材料已进入了实用阶段。然而，按现在的能量转 换效率，对单晶硅的需要量实在太大。以日本为例， 换效率，对单晶硅的需要量实在太大。以日本为例，若利用太阳 能达到当前日本电力的1％，就需100 µ的单晶硅至少 万吨。这 的单晶硅至少2.7万吨 能达到当前日本电力的 ％，就需 ％，就需 的单晶硅至少 万吨。 相当于日本目前单晶硅总产量的90倍 为此， 相当于日本目前单晶硅总产量的 倍。为此，人们把注意力转向 可高效转换太阳能的功能高分子材料。 可高效转换太阳能的功能高分子材料。如换能型高分子分离膜的 利用。 利用。
特种高分子和功能高分子是目前高分子 学科中发展最快、研究最活跃的新领域。 学科中发展最快、研究最活跃的新领域。
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功能高分子材料的分类
• • 力学功能材料 • 强化功能材料，弹性功能材料 化学功能材料 • 分离功能材料，如分离膜、离子交换树脂、高分子络合物等 • 反应功能材料，如高分子催化剂、高分子试剂等 • 生物功能材料，如固定化酶、生物反应器等 物理化学功能材料 • 耐高温高分子，高分子液晶等 • 电学功能材料，如导电性高分子、超导性高分子、感电性高分子等 • 光学功能材料，如感光性高分子、导光性高分子、光敏性高分子等 • 能量转换功能材料，如压电性高分子、热电性高分子等 生物化学功能材料 • 人工脏器用材料，如人工肾、人工心肺等 • 高分子药用材料，如药物活性高分子、缓释性高分子药物 • 生物分解材料，如可降解性高分子材料等。
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塑料内存
• 塑料内存采用了3D存储技术，数据被存储在成千上万 塑料内存采用了3D存储技术，数据被存储在成千上万 的高分子层内，储存密度比硅材料高得多。 • 新产品将向当前市场上的以硅材料为主的半导体Flash 新产品将向当前市场上的以硅材料为主的半导体Flash 闪存和内存发起挑战
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பைடு நூலகம்子纸
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信息科学中的高分子材料
• 导电高分子材料 • 光敏高分子材料 • 高分子光传输材料
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硅的终结者： 硅的终结者：导电高分子材料
• 什么是导电高分子？ • 要使高分子材料导电就必须能模拟金属的行为， 亦即电子必须能不受原子的束缚而能自由移动， 要达到此目的的第一个条件就是这个聚合物应该 具有交错的单键与双键，亦称为“共轭” 具有交错的单键与双键，亦称为“共轭”双键。 • 为了使共轭高分子导电，必须要做参杂。这和半 导体经过参杂后提高导电率类似。
高分子科学与社会发展
功能高分子材料 信息科学中的高分子材料
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功能高分子简介
• 功能高分子（Functional Polymers）中的“Functional 功能高分子（Functional Polymers）中的“ (功能)”与“Performance (性能)”的词义在英文中有 功能) (性能) 很大区别。 • 一般说来，性能是指材料对外部作用的抵抗特性。功 能则是指从外部向材料输入信号时，材料内部发生质 和量的变化而产生输出的特性。 • 功能高分子是高分子学科中发展最快、研究最活跃的 新领域。
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功能高分子与高性能高分子
功能高分子
是指当有外部刺激时， 是指当有外部刺激时，能通过化学或物理的方法做出 相应的高分子材料。 相应的高分子材料。
高性能高分子
对外力有特别强的抵抗能力的高分子材料。 对外力有特别强的抵抗能力的高分子材料 从实用的角度看，对功能材料来说， 从实用的角度看，对功能材料来说，人们着眼于它们 所具有的独特的功能；而对高性能材料， 所具有的独特的功能；而对高性能材料，人们关心的 是它与通用材料在性能上的差异。 是它与通用材料在性能上的差异。
6. 生命科学的要求
• 人类对生命奥秘的探索，对建立一个洁净、安全的世界的渴望， 人类对生命奥秘的探索，对建立一个洁净、安全的世界的渴望， 对征服癌症等疾病的努力，均对高分子材料提出了功能的要求。 对征服癌症等疾病的努力，均对高分子材料提出了功能的要求。 例如，生物分离介质的研制成功， 例如，生物分离介质的研制成功，使生命组成的各种组分能得以 精细地分级，对生命科学的贡献将是十分重大的。 精细地分级，对生命科学的贡献将是十分重大的。可降解性高分 子材料的问世，将大大减缓白色公害对人类的危害。 子材料的问世，将大大减缓白色公害对人类的危害。
2. 科学技术发展的需求
• 80～90年代，科学技术有了迅速发展。能源、信息、电子和生命 ～ 年代 科学技术有了迅速发展。能源、信息、 年代， 科学等领域的发展，对高分子材料提出了新的要求。 科学等领域的发展，对高分子材料提出了新的要求。即要求高分 子材料具有迄今还不曾有过的高性能和高功能， 子材料具有迄今还不曾有过的高性能和高功能，甚至要求既具有 高功能亦具有高性能的高分子材料。 高功能亦具有高性能的高分子材料。
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功能高分子的发展历程与展望
最早的功能高分子可追述到1935年离子交换树脂的发 年离子交换树脂的发 最早的功能高分子可追述到 明。 20世纪 年代，美国人开发了感光高分子用于印刷工 世纪50年代 美国人开发了感光高分子 感光高分子用于印刷工 世纪 年代， 业，后来又发展到电子工业和微电子工业。 后来又发展到电子工业和微电子工业。 1957年发现了聚乙烯基咔唑的光电导性，打破了多年 年发现了聚乙烯基咔唑的光电导性， 年发现了聚乙烯基咔唑的光电导性 来认为高分子材料只能是绝缘体的观念。 来认为高分子材料只能是绝缘体的观念。 1966年little提出了超导高分子模型，预计了高分子材 年 提出了超导高分子模型， 提出了超导高分子模型 预计了高分子材 料超导和高温超导的可能性，随后在 料超导和高温超导的可能性，随后在1975年发现了聚 的可能性 年发现了聚 氮化硫的超导性。 氮化硫的超导性。 超导性
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功能高分子发展的背景
5. 微电子技术的要求
• 高度集成化是微电子工业发展的趋势。存储容量将从目前的16K 高度集成化是微电子工业发展的趋势。存储容量将从目前的 发展到256K。此时相应的电路细度仅为1.5µm。因此，高功能的 。此时相应的电路细度仅为 发展到 。因此， 光致抗蚀材料（感光高分子） 光致抗蚀材料（感光高分子）已成为微电子工业的关键材料之一 。
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导电高分子的发明
• 白川英树 Hideki Shirakawa • 白川1961年毕业于东京工业 白川1961年毕业于东京工业 大学理工学部化学专业，曾 在该校资源化学研究所任助 教，1976年到美国宾夕法尼 教，1976年到美国宾夕法尼 亚大学留学，1979年回国后 亚大学留学，1979年回国后 到筑波大学任副教授，1982 到筑波大学任副教授，1982 年升为教授。现在是日本筑 波大学名誉教授。 • 2000年诺贝尔化学奖获得者 2000年诺贝尔化学奖获得者
功能
定义：指从外部向材料输入信号时， 定义：指从外部向材料输入信号时，材料内部发生质 和量的变化而产生输出的特性。 和量的变化而产生输出的特性。 例如，材料在受到外部光的输入时， 例如，材料在受到外部光的输入时，材料可以输出电 性能，称为材料的光电功能； 性能，称为材料的光电功能；材料在受到多种介质作 用时，能有选择地分离出其中某些介质， 用时，能有选择地分离出其中某些介质，称为材料的 选择分离性。此外，如压电性、药物缓释放性等， 选择分离性。此外，如压电性、药物缓释放性等，都 属于功能的范畴。 属于功能的范畴。
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共轭高分子
典型的共轭高分子包括：聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、 聚噻酚等
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为什么要发展导电高分子
• 普通高分子材料的静电积聚 • 静电在工业生产中有很大的危 害性。 • 每年因静电事故造成的损失超 过百亿美元。
• 普通高分子材料对电磁波的 屏蔽性差，通信设备常常因 电磁波的入侵造成错误操作。 导电高分子的发展已远远超过开始的设想
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功能高分子的发展历程与展望