功能高分子(殷勤俭)

本书是针对研究生和高年级本科生的功能高分子课程编写的一部教学参考书。本书以功能高分子的发展历史为线索，围绕高分子的“电、光、热、磁、生（生物医用、生物药用）、分离与化学、智能、液晶”等功能性，系统地介绍了这些功能高分子的基本概念、基本原理，重点阐明功能高分子的结构和组成与其功能性之间的关系，各种材料的研究方法和应用情况以及可能的应用前景。力求体现启发性、探讨性和连贯性,以满足高年级本科生和研究生对教材的需求。本书可作为高等学校的化学、化工、高分子科学与工程、生物医学材料与工程等相关专业的硕士研究生以及高年级本科生的参考教材，也可供从事相关专业研究与生产的工程技术人员参阅。

自1994年至今在四川大学化学院从事教学和科研工作。2008至今负责主讲化学学院的本科生专业课程“高分子化学”和硕士研究生的学位课程“高分子合成”； 2007至今负责高分子化学与物理专业本科生专业实验课程“高分子科学实验”的组织和指导工作；2011至今负责化学学院高分子专业本科生的教学实习和“设计实验”的组织和指导工作。2014年起负责主讲硕士研究生的学位课程“功能高分子”。　　20年多来，主要从事各种功能性高分子的合成和性能研究工作，先后承担了各种横向科研项目、军口863、省部产学研项目、国家自然科学基金项目等50多项，发表学术论文近40篇，获得国家发明专利7项。参加了2项四川省级教改项目。主持编写了一部本科学生的实验教材——《现代高分子科学实验》，参编了一部本科教材——《高分子化学教程》，并多次获四川大学教学成果奖。

绪论

0.1功能高分子的内涵2

0.2功能高分子的特点3

0.3功能高分子的分类3

0.4功能高分子历史回顾与展望4

0.5高分子功能化途径7

0.6高分子功能化原则9

第1章电功能高分子

1.1概述10

1.1.1材料的导电性能10

1.1.2材料的导电机理11

1.1.3电功能高分子材料的分类12

1.2电子导电型高分子14

1.2.1电子导电型高分子的结构14

1.2.2电子导电型高分子的性能15

1.2.3电子导电型高分子的合成16

1.2.4典型电子导电型高分子18

1.2.5电子导电型高分子的掺杂21

1.2.6提高电子导电型高分子电导率的途径23

1.2.7电子导电型高分子的应用24

1.3复合型导电高分子27

1.3.1复合型导电高分子的组成27

1.3.2复合型导电高分子的导电机理28

1.3.3复合型导电高分子的制备方法29

1.3.4复合型导电高分子的性质与应用30

1.4离子导电型高分子31

1.4.1高分子离子导电机理31

1.4.2高分子结构对离子导电能力的影响32

1.4.3离子导电型高分子的种类与制备33

1.4.4离子导电型高分子的应用34

1.5其他类型的电功能高分子34

1.5.1驻极性高分子34

1.5.2压电性高分子37

1.5.3热电性高分子39

1.5.4抗静电高分子41

1.5.5超导高分子41

第2章光功能高分子

2.1光功能高分子概述45

2.1.1光功能高分子分类45

2.1.2高分子光物理与化学原理46

2.2光传导功能高分子47

2.2.1光导材料的重要参数47

2.2.2光导纤维基础48

2.3光敏性高分子49

2.3.1光敏树脂的重要参数49

2.3.2重要光敏树脂50

2.3.3光敏树脂印刷胶版52

2.3.4微电子集成光刻技术53

2.4电/光转换高分子53

2.4.1电致发光现象与材料54

2.4.2电致发光元器件56

2.4.3高分子电致发光原理56

2.4.4高分子电致发光的颜色57

2.4.5高分子发光二极管PLED58

2.4.6电/光转换高分子的应用60

2.4.7大功率PLED用含噻咯电致发光高分子61

2.5光/电转换高分子61

2.5.1太阳能电池的光/电转换原理62

2.5.2高分子太阳能电池材料63

2.5.3高分子太阳能电池的结构63

2.5.4太阳能电池的光/电转换历程与效率64

2.5.5高分子半导体的共混体异质结模型65

2.5.6高分子太阳能电池的应用前景与发展方向66

2.6光致导电高分子66

2.6.1光致导电现象66

2.6.2光致导电高分子的应用67

2.7光致变色高分子69

2.7.1光致变色现象与材料69

2.7.2光致变色原理70

2.7.3光致变色高分子70

2.7.4光致变色高分子的应用71

2.8电致变色高分子73

2.8.1电致变色现象与材料73

2.8.2电致变色高分子74

2.8.3电致变色高分子材料的应用75

第3章热功能高分子

3.1固体材料导热概论77

3.1.1温度场和温度梯度77

3.1.2傅里叶定律和热导率77

3.1.3物质的传热机理78

3.1.4固体材料的导热性79

3.2高分子材料的导热性80

3.2.1高分子的热导率80

3.2.2影响高分子热导率的因素81

3.3导热高分子的类型83

3.3.1本征型导热高分子83

3.3.2复合型导热高分子87

3.3.3导热绝缘高分子复合材料90

3.3.4导热高分子材料的应用94

3.4热电原理与材料95

3.4.1热电现象95

3.4.2热电原理97

3.4.3无机热电材料101

3.5高分子热电材料108

3.5.1导电性高分子热电材料109

3.5.2纳米复合型高分子热电材料111

3.6热电材料的应用111

3.6.1热电测温112

3.6.2温差发电113

3.6.3热电制冷114

第4章磁功能高分子

4.1物质磁性的基本原理115

4.1.1静磁性与电磁性116

4.1.2物质磁性的类型120

4.1.3磁性材料的类型及其应用120

4.2复合型磁功能高分子122

4.2.1磁功能高分子的发展122

4.2.2复合型磁性高分子的主要类型123

4.2.3影响复合型磁性高分子材料性能的因素124

4.3结构型磁性高分子125

4.3.1磁性高分子分子设计准则126

4.3.2金属有机磁性高分子126

4.3.3纯有机磁性高分子的分子设计130

4.4磁功能高分子的应用展望136

第5章生物医学功能高分子

5.1生物医学功能高分子材料概论138

5.1.1高分子材料的生物相容性138

5.1.2生物医学功能材料的功能性标准140

5.1.3生物医学功能高分子材料生产加工的基本要求141

5.1.4生物医学功能材料分类141

5.2高分子药物141

5.2.1狭义高分子药物142

5.2.2广义高分子药物143

5.2.3控释型高分子药物145

5.3血液净化高分子材料150

5.3.1血液净化材料150

5.3.2人工肾与血液透析151

5.4生物吸收性高分子材料152

5.4.1生物吸收性高分子材料概论152

5.4.2天然生物吸收性高分子材料153

5.4.3合成生物吸收性高分子材料154

5.5生物惰性高分子材料155

5.5.1硅油和硅橡胶155

5.5.2聚氨酯和聚甲基丙烯酸甲酯155

5.6生物医用材料在体内的生物学反应155

5.6.1组织反应155

5.6.2血液反应156

5.6.3免疫反应157

5.6.4与人体组织的界面157

5.6.5在人体内的代谢途径与产物158

5.6.6生物医学材料的综合评价158

5.7再生医学与组织工程160

5.7.1再生医学与组织工程概述160

5.7.2再生医学与组织工程的核心内涵161

5.8人工器官用高分子材料163

5.9生物医学材料的发展趋势164

5.9.1再生医学与组织工程材料面临突破164

5.9.2纳米生物医学材料方兴未艾165

5.9.3活性生物医学材料尚待开拓165

5.9.4介入治疗材料异军突起166

5.9.5复合生物医学材料仍是开发重点166

5.10基因治疗聚合物载体研究进展167

5.10.1基因治疗概述167

5.10.2谷胱甘肽响应基因传递系统167

5.10.3温度响应基因传递系统168

5.10.4pH响应基因传递系统168

第6章分离与化学功能高分子

6.1离子交换树脂170

6.1.1离子交换树脂的分类与命名171

6.1.2离子交换树脂的合成172

6.1.3离子交换树脂的主要性能173

6.1.4离子交换与再生原理175

6.1.5离子交换树脂选用原则177

6.1.6离子交换树脂应用实例177

6.2大孔吸附树脂179

6.2.1大孔吸附树脂的成孔技术180

6.2.2大孔吸附树脂的主要性能180

6.2.3大孔吸附树脂的吸附原理181

6.2.4固定床吸附操作程序183

6.2.5吸附树脂应用实例183

6.2.6特种类型吸附树脂185

6.2.7窄分散聚合物微球186

6.3高分子分离膜188

6.3.1膜分离原理及其驱动力188

6.3.2高分子分离膜的分类189

6.3.3主要高分子分离膜类型及其分离工艺189

6.3.4高分子分离膜的应用191

6.4反应功能高分子192

6.4.1高分子催化剂193

6.4.2高分子试剂195

6.4.3固相合成法SPPS195

6.5高分子印迹技术201

6.5.1分子印迹与模板聚合物201

6.5.2印迹聚合物的合成201

6.5.3分子印迹聚合物的应用202

6.6环糊精超分子技术203

第7章智能高分子

7.1智能材料概述208

7.1.1智能材料的基本要素与分类208

7.1.2智能高分子的设计思路208

7.2智能高分子凝胶210

7.2.1高分子凝胶的物理化学基础211

7.2.2非特异性智能高分子凝胶213

7.2.3特异性智能高分子凝胶216

7.2.4智能高分子凝胶的分子设计217

7.2.5智能高分子凝胶的合成218

7.2.6智能高分子凝胶的应用221

7.2.7提高智能高分子凝胶响应速率的途径226

7.3智能纤维与织物227

7.3.1智能纤维的主要类型227

7.3.2智能纤维与织物的发展趋势231

7.4形态记忆高分子232

7.4.1高分子材料的形态记忆原理232

7.4.2形态记忆高分子材料的加工与记忆过程232

7.4.3形态记忆高分子的特点233

7.4.4形态记忆高分子的应用233

7.5智能高分子膜与复合材料234

7.5.1智能高分子膜234

7.5.2智能高分子复合材料234

第8章液晶高分子

8.1液晶与液晶态236

8.1.1液晶研究简史236

8.1.2液晶的结构特点237

8.1.3液晶的分类239

8.2液晶高分子概论239

8.2.1液晶高分子发展史239

8.2.2液晶高分子的分类240

8.3液晶高分子的结构240

8.3.1液晶高分子的织态结构240

8.3.2液晶高分子的晶态结构242

8.3.3液晶高分子的热转变行为242

8.3.4液晶高分子的电磁行为243

8.3.5液晶高分子的流变性244

8.4液晶高分子基本理论245

8.5主链型液晶高分子247

8.5.1主链型溶致液晶高分子247

8.5.2主链型热致液晶高分子250

8.6侧链型液晶高分子255

8.6.1非双亲性侧链型液晶高分子255

8.6.2双亲性侧链型液晶高分子259

8.7液晶高分子的应用260

8.7.1液晶显示器261

8.7.2液晶高分子纤维262

第9章新型功能碳材料

9.1富勒烯265

9.1.1富勒烯的发现历程266

9.1.2富勒烯的命名266

9.1.3富勒烯的结构267

9.1.4富勒烯的制备267

9.1.5富勒烯的纯化268

9.1.6富勒烯的性质269

9.1.7富勒烯的应用270

9.2碳纳米管272

9.2.1碳纳米管的结构272

9.2.2碳纳米管的分类273

9.2.3碳纳米管的性能274

9.2.4碳纳米管的制备方法275

9.2.5碳纳米管的应用276

9.2.6碳纳米管/聚合物复合材料277

9.3石墨烯278

9.3.1石墨烯的研究历史278

9.3.2石墨烯的分类278

9.3.3石墨烯的结构279

9.3.4石墨烯的物理性能280

9.3.5石墨烯的制备280

9.3.6石墨烯的应用282

9.3.7中国的石墨烯现状283

9.4碳纤维284

9.4.1碳纤维的结构与性能285

9.4.2碳纤维的分类286

9.4.3碳纤维的生产286

9.4.4碳纤维的应用287

参考文献

 

进入21世纪以来，为落实*关于加快培养创新型专业技术人才的总体规划，在制订本科高年级学生和研究生培养计划的时候，希望能找到一本既全面综合现代功能高分子所涉及的特殊化学功能、物理功能和生物医学功能高分子材料合成、结构与性能及其应用，又适合研究生和高年级本科生学习阅读的教材。基于此，四川大学化学学院、高分子科学与工程学院和国家工科化学教学基地（四川大学）组织相关骨干教师，在编写了“普通高等教育‘十一五’规划教材”《高分子化学教程》、《高分子物理教程》和《高分子化学与物理学教程》的基础上，编写这本《功能高分子》。回顾高分子科学的发展与诺贝尔相关化学奖项之间的关联性，发现20世纪70年代之前有关高分子科学领域获得的3个诺贝尔化学奖奖项，均集中于对学者在高分子科学的创立和以三大合成材料为代表的材料高分子科学理论和实践领域做出杰出贡献并取得革命性成果的褒奖。而在80年代之后所授予的3个奖项，无一例外都是对学者在开拓新兴功能高分子材料领域（多肽固相合成载体、超分子化学和导电高分子等）并取得创造性成果的褒奖。由此可见，现代功能高分子在高分子科学领域的发展方向及其重要学术地位。毋庸置疑，功能高分子虽然源于材料高分子，但却是与包括光电子、微电子、大规模集成电子芯片、化学分离分析、生物医学材料与工程、人工智能材料、超级新型材料等诸多学科相互交汇、互为基础的综合类新兴学科。截至目前，众多类别的功能高分子材料已经在这些学科实现广泛的应用，同时展现出更为诱人的发展前景。由此可以毫不夸张地预测，功能高分子必将在未来的科技和产业创新潮流中不断扩展并巩固其不可或缺的地位。本书内容主要包括绪论、电功能高分子、光功能高分子、热功能高分子、磁功能高分子、生物医学功能高分子、分离与化学功能高分子、智能高分子、液晶高分子和新型功能碳材料等章节，全面汇编了这些具有特殊化学功能、物理功能和生物医学功能的高分子材料的合成、结构与性能及其应用和进展。其中绪论、第1～4章和第8章由殷勤俭编写，其余章节由江波编写，书中的图、表、公式、方程式等由王亚宁编绘。由于本书内容涉及化学、材料、物理、电学、磁学、生物医学等众多学科领域，虽然作者在编写过程中尽了的努力力求准确，但由于水平有限，加上时间仓促，书中难免有不足和疏漏之处，恳请读者不吝批评指正。编者2017年6月于成都