常见的高分子材料性能篇1

关键词：高分子材料；加工；形态控制

一、引言

高分子材料的性能与大分子的化学与链结构有着密切的关联，且材料形态也是重要影响因素之一。聚合物氛围结晶、取向等几种形态，多相聚合物择优扩相形态。聚合物制品形态的形成源自于加工中复杂的温度场与外力场作用。由此可见，关于加工过程中高分子材料形态控制具有重要的研究意义。

二、我国高分子材料加工中形态控制研究现状

高分子材料形态与物理力学性能之间的关联十分紧密，这也是高分子材料的重点研究课题。相较于其他材料，高分子材料具有非常复杂的形态，具体表现为高分子链的拓扑结构、共聚构型以及刚柔性非常复杂，在分子设计与结构调整中，可以对一些合成方法加以运用；其次，在高分子长链结构的影响下，其熔体的粘弹性非常突出；此外，高分子具有非常宽的弛豫时间，就是受到很小的应变作用，其产生的非线也会非常强烈。

对于聚合物的成型过程而言，在非等温场、不同强度的剪切与拉伸场的影响之下，就分子尺度而言，其大分子链会发生一系列化学反应；就纳米与亚微米尺度而言，大分子会有结晶与取向现象发生，如此一来就会有超分子结构的形成；而根据亚微米与微米尺度，多相聚合物会有不同相形态的形成，甚至会出现一些缺陷。而这些形态的影响因素非常广泛，例如加工中的外场强弱、作用频率、作用方式以及时间等。然而，现阶段关于这些问题的研究虽然有所深入，但相应的理论体系尚未成熟。此外，随着新聚合物的开发不断深入，在高分子材料加工中涌现出越来越多的成型加工方法，显然这使聚合物加工中的形态控制成为了一个长期的研究课题，对于高分子物理领域的发展无疑有着重要的影响。

在我国，关于新材料的研究起步以跟踪模仿为主，在知识产权与创新理论方面有所欠缺，并且基础研究与技术推广的通畅性也有待提升。其次，相关人员并不重视传统材料的升级与优化，很多高性能材料品种对进口的依赖性依然较强。再者，材料成型与加工设备也没有得到应有的关注，与一些发达国家相比，我国材料研究与整体发展依然存在诸多不足，显然这与国民经济与设备的发展需求不相适应。

聚合物的性能取决于形态，因此，在高分子材料领域中，聚合物形态与性能关系的研究一直以来都受到高度重视，然而在实践中，我们在二者之间的结合方面的研究上依然有所欠缺，具体可以从以下几个方面得到体现：

第一，在剪切速率与剪切应力非常低的情况下，聚合物共混物相形态的演化研究不断深入，然而在实践中，一些主要聚合物成型加工的剪切速率主要在10?～104s-1范围内，显而易见，相关研究成果对实际生产的指导作用依然有所欠缺。

第二，基于不同条件的不同特性聚合物，其共混物形态发展与演化研究依然是主要研究内容，而形态与性能关系的研究依然有所欠缺。

第三，在加工过程中，受到部分特殊外场的作用，聚合物凝聚态结构与相形态结构的研究有待深入。

截至今日，在聚合物及其复合物的成型加工中，就算成型设备与工艺条件属于常规，在外场作用下，人们依然没有彻底了解结构形态受到的影响，仅仅对一些粗略的定性关系有所认识，甚至有的推断还是错误的。以双螺杆挤出过程为例，人们仅对不同螺杆原件组合下外力场作用的不同会改变温度场，进而对产品产量、外观与内在性能产生影响这一规律有所了解。然而这一影响的具体方式却没有清楚的认识，业界研究人员也无法制定出定量的指导方案。在管材生产中，不管是落锤冲击不达标，还是纵向收缩产生波动，都没有搞清楚原因，也无法拿出改进方案，大部分情况下都是凭借经验进行处理。因此，现阶段很多成型设备与工艺控制的效果是否取得理想效果，我们依然难以准确判定。

一直以来，关于生产实践中的问题研究一直没有得到基础工作研究人员的关注。在成型设备与工艺技术的研究与开发中，相关规划也缺乏系统性。现阶段，我国塑料制品年产量超过了2200万吨，塑料机械工业取得了迅猛发展。然而在很多企业生产实践中，整个效率与质量依然有待提升，产生的能耗也没有得到有效控制。鉴于此，高分子材料成型加工将会成为未来高分子材料领域的研究重点，必须将侧重点放在高分子材料制品的研究上来，而不是过分的关注材料这一因素，只有如此，才能够提高高分子材料志制品质量。

三、高分子材料加工中形态控制的研究趋势

第一，基于常规的成型设备条件，聚合物及其复合物典型制品成型或型材生产在成型加工时，在设备与工艺条件改变的情况下，其形成的外场会有所差异，进而发生相应变化，例如塑化、结晶、赋型以及流动等，这些变化会改变制品形态、结构以及性能。

第二，极端的加工条件极端会改变聚合物及其复合物的形态结构变化规律，例如结晶结构、晶体大小等，在这类条件下，还需要尽可能对大尺寸高分子晶体的制备进行探究。

第三，在对新外场条件的分析、推断以及设定之下，通过对聚合物及其复合物结构形态与性能受到的影响研究，才能够围绕新的成型方法或具有特殊性能的高分子材料的制备进行探索，进而实现高分子材料性能的改善，并将节能性、经济性等方面的优势充分发挥出来。

四、结束语

总而言之，在未来工业领域的发展中，高分子材料的应用具有重要意义，而高分子材料加工中的形态控制则成为发展高分子技术的关键。作为相关研究人员，必须结合高分子材料加工中的形态控制研究与实践中存在的问题，采取相应的改进与优化对策，提高高分子加工整体水平，如此才能够从真正意义上推动我国高分子材料加工领域的进步。

参考文献：

[1]李忠明，马劲.加工过程中高分子材料形态控制的研究进展[J].中国科学基金，2004，18（3）：154-157.

[2]李又兵，申开智.形态控制技术获取自增强制件研究[J].高分子材料科学与工程，2007，23（1）：24-27.

[3]许向彬.通过微观形态控制降低导电高分子复合材料逾渗值的研究进展[J].高分子通报，2009，（7）：36-44.

常见的高分子材料性能篇2

反思上述情况，我们发现区域材料受到冷落的很大一部分原因是源于老师把材料的教育性看得过重，忽略了游戏材料本身的趣味性和可操作性。“寓教于乐”――区域材料先要让孩子们感到“乐”，他们喜欢玩，愿意探索，才能产生教育效果。

“玩”是幼儿游戏的直接动机，“好玩”是幼儿乐于持续游戏的根本原因；“爱玩”是促进幼儿与区域材料间互动的前提；“会玩”是幼儿通过区域材料得到发展的体现。因此，在设计和投放区域材料时，我们要充分考虑到材料的趣味性。

一、增加新材料，改变游戏模式

案例：趣味抢图。

目标：（1）认识各种图形并知道名称；（2）能够两人合作游戏并遵守游戏规则；（3）培养幼儿的快速反应能力。

材料：各种图形卡片，每个面画有不同图形的骰子。

玩法：两人合作，轮流掷骰子，当骰子掷到什么图形时，快速说出图形名称并找到正确图形的，即可拿走图形卡片，游戏结束时，谁持有的图形卡片多即为获胜。

找图形在幼儿园的区域游戏中是比较常见的，但多为个人游戏，很多时候，教师都会设计成从一幅图画中找出各种不同的图形，缺少幼儿之间的合作。这个游戏能够开展合作游戏，幼儿充分互动，但由于图形简单，玩法单一，且孩子们常常会为是谁先抢到的而发生争执，导致不欢而散，影响了孩子们的玩兴。

趣味性设计：急智快手。

材料：印有不同数字的不同形状图形若干、按铃、两个骰子（一个每面有不同数字，另一个每面有不同图形）、两个小筐。

玩法：幼儿每人一个骰子，一个小筐，同时掷出骰子，然后根据两个骰子显示的数字和图形，正确找出符合两个条件的卡片，并迅速按下按铃，图片即为他所有。游戏结束后，小筐里卡片多的幼儿为获胜方。

在这个游戏中，教师投放了两个骰子，分别印有数字和图形，这样每个孩子都掌握了掷骰子的主动权，提高了幼儿使用材料的积极性。幼儿必须在同时观察自己和对方的骰子后，迅速判断找出正确的卡片，丰富了游戏的内容。教师还投放了按铃，只有找到图片并迅速按下按铃后才可以拿走卡片，增加了游戏的竞赛性和紧张感，让幼儿的注意力能够高度集中，快速反应。

显而易见，新材料的投放，增加了游戏的趣味性，让幼儿在合作竞争中得到发展，幼儿在观察、思考、寻找、反应等过程中，体验到了游戏的乐趣，并在按铃的隐形作用中，学会了遵守规则――当按下按铃后才可以拿走卡片，避免了不必要的争吵。

二、材料组合，增加游戏趣味性

案例：图形变变变。

目标：（1）感知各个图形的外形特征，能分辨不同的图形；（2）乐于动脑筋，能将不同的图形拼搭成新的图案。

材料：不同形状、不同大小的纸板。

玩法：幼儿将不同大小、不同形状的纸板进行自由拼搭，排列出不同的图案。

存在的问题是材料单一，玩法单调，幼儿拿起材料随便摆弄几下就置之不理了。很长一段时间内，这份材料都无人问津。

趣味性设计：百变金刚。

材料：边缘打有许多小孔的不同形状的纸板、游戏螺丝钉。

玩法：幼儿可以在自由拼搭的基础上，用游戏螺丝钉将每个纸板连接并固定，形成类似于“皮影”的活动图案。拼好的图案各个“关节”都能活动，就像一个奇趣的“变形金刚”。幼儿每次拼搭的图案都不同，充满了无限的创意。

教师将原先各种形状的纸板边缘打上许多小孔，并增加游戏螺丝钉的投放数量，这个区域材料设计虽然简单，但通过两种不同材料的巧妙组合，丰富了材料的可操作性，吸引幼儿的兴趣，延长了幼儿对材料的探索时间，提升了专注力。通过反复拆卸、组合和改变形状结构等将区域活动内容推向新的高度，同时也给幼儿带来了无穷的乐趣。

三、赋予材料一定的故事性，增加游戏的趣味性

目标：（1）知道有水的量筒中加入串珠可以使水位升高；（2）通过积极探索，发现水位的高低与加入串珠的多少有关系；（3）学习两人合作观察探索，体验与同伴合作学习、互相交流的乐趣。

材料：量筒、小串珠、水。

玩法：将量筒内装上水，幼儿将串珠投入量筒内，观察水位上升和小串珠数量的关系。

这是一个科学小实验，材料易于准备，幼儿也容易操作，但幼儿在操作时随意性很大，往往是将串珠随便放几颗就结束游戏了，没有持续游戏的动机。

趣味性设计：乌鸦喝水

材料：量筒、小串珠、水、乌鸦形状的注射管。

玩法：两个幼儿比赛，将小串珠投入装了水的量筒中，直至水位达到量筒口，用乌鸦状的注射管吸水，模仿“乌鸦喝水”游戏，看谁的“乌鸦”先喝饱水。

教师在原有材料的基础上，加入了一个乌鸦形状的注射管，让游戏变成了一个有趣的故事，幼儿要通过自己的努力将水位升到最高，才能让“乌鸦”喝到水。并且两人一组，相互比赛，看谁的“乌鸦”先喝饱水，丰富了游戏的形式。故事情节的加入使得幼儿参与游戏有了动机，活动过程有乐趣，比赛的形式体现了同伴间的交流。让游戏变得有趣，让幼儿变得“爱玩”，这才能体现出材料的意义。

四、平面材料立体化，增加游戏的趣味性

案例：拼拼乐

目标：（1）培养幼儿对颜色图形的识别能力；（2）培养判断与推理能力；（3）初步感知物体的整体与局部的关系。

材料：图案模板和相同图案的拼图卡片。

玩法：幼儿取出图案模板，对照模板将拼图的碎片拼成完整的图案。

这个游戏材料在幼儿园是很常见的，幼儿通过观察找出事物的特征，通过拼图理解局部与整体的关系，游戏形式缺乏层次性，趣味性也不强。

趣味性设计：魔方拼图

材料：两个大骰子，每面都有不同的图案，但两个骰子相互间有两个图案是关联的。

玩法：幼儿通过观察、比较，理解画面，将相互关联的画面拼在一起。也可两个幼儿合作，任意掷骰子，拼到完整画面即为合作成功。

平面的拼图在幼儿园的区域材料中是司空见惯的，在各个年龄段的区域材料中都会出现。将平面的材料立体化，变成像“魔方”一样的立体拼图，还可以两两合作游戏，增加了趣味性。这样的区域材料，既改变了游戏的模式，也培养了幼儿的观察力和分析力，他们需要将不同面的故事情节对比、联系，才能确定可以拼在一起的画面，充分调动了幼儿的多种感官参与游戏。

常见的高分子材料性能篇3

材料作文，是根据所给材料和要求来写文章的一种形式。材料作文的特点是要求考生依据材料来立意、构思，材料所反应的中心是作文中心的来历，作文不能脱离材料所揭示的中心来写作。古人云："文以意为主，意犹帅也"。高考作文，尤其材料作文，立意不准，则文不扣材，离题万里，满盘皆输。因此，准确把握材料内涵，正确审题立意，乃是此种作文形式的关键一环。使学生掌握一定的材料作文审题立意方法，是高三作文课的重要任务之一。

以下为几种常见的材料作文审题立意方法：

一、提炼中心法

这是写材料作文最为常见且最为稳妥的审题立意方法。写材料作文时，如果能准确地提炼出材料的中心，并以其作为文章的主旨，一定会使所写文章既切题又有深度。所以，写材料作文时应尽量采用这种方法来立意。

【材料】一次，盖达尔旅行时，有一个小学生认出了他，抢着替他提皮箱。小学生见皮箱十分破旧，便说："先生是大名鼎鼎的盖达尔，为什么用的皮箱却是随随便便的呢？太不协调了。""不协调吗？如果皮箱是大名鼎鼎的，而我却是随随便便的，那岂不是更糟？"盖达尔笑着说。

小学生看着盖达尔笑了。

【分析】分析这则材料，我们可以提炼出这样的中心意思：这则材料通过写大名鼎鼎的盖达尔和小学生关于皮箱破旧的对话，表达了身外之物可以随随便便，但做人却不能随随便便的道理。据此，学生可以提炼出如下两种观点：（1）做人不应该随随便便；（2）做人要做有真才实学的人，不能徒有虚名。

二、抓关键句法

关键句常常有暗示材料中心的作用。所以，有些材料作文材料中的关键性语句可以作为选择立意角度的突破口。在材料作文的材料中，关键句常常是命题者或材料中的人物的评议性语句。

【材料】一只蚌跟它附近的另一只蚌说："我身体里有个极大的痛苦。它是沉重的、圆圆的，我遭难了。"另一只蚌怀着骄傲自满的情绪答道："我赞美上天，也赞美大海，我身体里毫无痛苦，我里里外外都是健康的。"这时，有一只螃蟹经过，听到了两只蚌的谈话。它对那只里里外外都很健康的蚌说："是的，你是健康的。然而，你的邻居所承受的痛苦却是一颗异常美丽的珍珠。"

【分析】通过分析这则材料，学生会发现这则材料中的关键句就是螃蟹所说的话--"你的邻居所承受的痛苦却是一颗异常美丽的珍珠"。据此，学生可以立意为--成功必须经过艰辛和痛苦，成功的喜悦与创造过程的艰辛密不可分。

三、由果溯因法

事物都是互相联系的。比如，有很多事物就是以因果关系的联系形式存在的。写材料作文，审题时如果能由材料中列举的现象或结果推究出造成所列现象或结果的本质原因，往往能找到最佳的立意。

【材料】一个六岁的孩子，放学回家后，拿起刀子就要切苹果。只见他让苹果横躺下，一边是花蒂，一边是果把，刀子放在中间。刚要切，爸爸赶忙喊到："切错了！切错！"话音刚落，苹果早已被切开，儿子拿起一半给爸爸看，喊到："爸爸快看，好漂亮的一颗五角星！"只见苹果的横断面上，由果核的轮廓组成了规则的五角星。

【分析】为什么会出现五角星图案？是小孩子不按常规而横切苹果。可引申出结论：创造性思维能获得意料不到的成功。

四、由物及人法

写材料作文时，有寓意的材料或叙述"物"的材料，需要学生采用"由物及人"的横向联想法进行立意，即由材料中的物联想到人，进而联想到与材料内容相类似的人生哲理、社会现象等，从而提炼出写作的观点。

【材料】据《深圳风采周刊》报道，不久前浙江嘉定徐行镇发生了一件怪事，一位朱姓村民家中的小猫竟被老鼠活活咬死了。

德国海德堡大学教授穆勒博士在分析研究城市老鼠猖獗的原因时指出：当代城市中的猫，处于一种恶性循环中，一方面是因为猫已普遍家养，有充足的食物而不必以捕鼠为生；另一方面是因为猫无法从老鼠体内获取一种名为牛磺酸的物质--这种物质能提高猫的夜视能力，于是现在家养的猫几乎丧失了夜视能力，捕鼠的能力也就越来越差，因此老鼠咬死猫就不奇怪了。

【分析】分析类似的材料时，学生要把握这样一个原则--一切非人的东西都要联想到人。上述材料中的主要叙述对象是小猫，立意时学生可以把小猫想象成人，如青少年，把饲养小猫的主人想象成青少年的父母，并由"小猫被老鼠活活咬死"联想到如今的青少年由于父母溺爱、家庭生活条件优裕等，逐渐丧失了自食其力的能力，从而提炼出这样的立意--只有放手让孩子在生活的风雨中经受磨炼，才能培养他们的生存能力。

五、分析关系法

【材料】一位大学生，在校花销吃紧，写信向在乡下种地的父亲要钱。信只有三个字--"爸：钱。儿"这封三字信传开以后，人们议论纷纷。请以这位大学生同学的身份就此给他写一封信。

【分析】这则材料的中心内容就是三字信。材料中的人物关系是父与子的关系，其正常关系是骨肉关系、亲情关系，可是在儿子的三字信中，除了"钱"连接关系外，再也没有其他，甚或一两句问候语。说明儿子与父亲是一种不正常的关系，究其原因是儿子缺乏礼貌，缺乏孝心，缺乏对在乡下日夜操劳的父母的安慰。因此，以中学同学的身份给他写信就要劝导、教育他要懂得孝敬父母。若不从此入手，就会在"花销紧"要节约上大做文章，而不能切中问题的要害。

常见的高分子材料性能篇4

关键词： 《纳米材料》课程 教学内容 教学方法

一、引言

纳米科技兴起于20世纪80年代末90年代初，是一门具有前沿性、交叉性的新兴学科，其新颖性、独特的思路和首批研究成果的问世，在科学技术界、军界和产业界产生巨大反响，引起人们的关注和思考。纳米科技的发展将会带动许多相关学科的发展，可能引导下一场工业革命，成为信息时代的核心，甚至改变人们的传统思维方式和生活方式，纳米科技被认为是21世纪的新动力［1］。纳米材料是纳米科技的重要组成部分，也是未来社会发展极为重要的物质基础。纳米材料是原子物理、凝聚态物理、固体化学、胶体化学、化学反应动力和表面、界面科学等多个相关学科交叉汇合而出现的新学科生长点，把人们探索、改造自然的能力从过去的宏观领域延伸到物理的微观领域，纳米材料的研究与发展对人类及人类社会的发展具有重大意义。21世纪是纳米科技突飞猛进的世纪，纳米科技水平是一个国家科学技术水平的象征，为了适应时代的需要，提升学生的竞争力和创新意识，各高校相继为本科生开设《纳米材料》课程，旨在使学生了解纳米材料的基本知识，掌握纳米材料的内涵、性质、制备技术及应用等，了解和掌握时展的脉搏，进一步引导学生进行创新性、前瞻性的科研活动，培养学生的创造力和想象力，为他们今后的发展奠定基础。《纳米材料》具有知识更新速度非常快、涵盖内容广泛的特点，采用传统的教学方法很难达到预期效果。作为专业课的教师，我结合自身的教学经验和实际体验，对高分子材料专业选修课程《纳米材料》谈点体会和想法。

二、精选教学内容、突出重点、结合前沿

纳米材料，就是在纳米量级（1―100nm）范围内调控物质结构研制而成的新材料［2］，是指材料的大小在1―100nm之间的微小物质。相对于纳米材料，普通材料为“块材”，是属于“宏观”世界的材料，肉眼可见，十指可触。纳米材料的颗粒肉眼看不见，需借助高倍数电子显微镜才能看到。纳米材料是种处于既非宏观尺度的物质，又非微观尺度的物质，称其为介于宏观与微观之间的“介观”世界。进入纳米量级的材料因其特殊的结构，从而具有传统材料所不具备的奇异或反常的特性，被科学家们誉为“超微粒材料”，不能用宏观的理论来推论纳米材料的特性［3］。

纳米材料是一个新兴的、多学科交叉的研究领域，内涵非常丰富。依据材料化学组成可分为：纳米金属、纳米晶体、纳米陶瓷、纳米玻璃、纳米高分子、纳米复合材料等，此外还可依照材料的维度、物性、应用等来进行分类，涵盖内容非常广泛，课堂教学因学时有限不可能将纳米材料的全部内容进行精讲，教学内容的选取对课堂教学的成败至关重要。进行一门新课，尤其是一门反映科学前沿的课程，教师简单地将收集到的知识点和自己的科研成果进行组合是不够的。我们必须对这门课程的基础知识和专业知识进行有机整合，既要提高这门课程的深度，又不能过分狭窄［4］。因此，《纳米材料》课程的教学内容选取依据主线和辅线明确、广度和深度统一、基础和前沿衔接、理论联系实际等原则来考虑。

科技发展日新月异，纳米材料的发展速度更是惊人，《纳米材料》的课程安排不仅要包括介绍纳米材料基础知识，传授与高分子专业相关的纳米知识，而且要紧跟纳米材料发展步伐，适时引入科研成果发展最新动态，培养学生的科技发展观，同时将材料绿色化理念纳入课程，培养学生绿色环保的意识，教学效果令人满意。具体教学内容主要包括：（1）概论，介绍纳米材料的基本概念、发展历史及分类，重点讲授纳米材料的判断依据。（2）纳米材料的结构、基本效应和性能，该内容是课程的重点也是难点。（3）纳米材料的合成及制备方法，重点讲授溶胶―凝胶法、微乳液法及纳米材料的自组装与模板合成。（4）聚合物基纳米复合材料，这是纳米材料和聚合物材料交叉发展的结晶，代表材料学科发展的一个强劲方向。重点介绍聚合物―无机纳米复合材料及聚合物―聚合物纳米复合材料，对当前的研究热点如聚合物/粘土纳米复合、环氧树脂基纳米复合、聚酯纳米复合、聚合物/碳纳米管纳米复合等体系进行详细讲授。（5）材料绿色化理念，先进材料的发展及应用在给人类及社会带来便利的同时也给环境带来了许多负面效应，高分子材料对环境的“白色污染”问题也日趋突出。尽早向学生传授环保意识非常必要。在材料的研发及应用过程中，不能只片面追求材料的性能与功能，忽视消耗的资源及对环境的污染，应将预防环境污染的战略持续应用于材料生产和使用周期全过程，以减少对人类和环境的危害。该章节内容介绍绿色纳米合成技术在纳米材料研究中的最新进展，结合专业引入绿色高分子相关概念，让学生了解材料绿色化的必要性及途径，培养学生绿色环保和可持续发展的意识。（6）纳米材料的应用，介绍其在电子、信息、军事、生物、化工、能源环保及日常生活中的应用。

三、教学方法探索

与专业基础课相比，学生往往不太重视专业选修课，但专业选修课是专业基础课的补充和扩展，是拓宽学生专业知识、提高学生综合能力的重要途径，因此有效的教学方法可以显著增强教学效果。

1.从身边常见的现象入手，提出问题，激发学生兴趣。

作为教师，大家都曾有过这样一个体验，自己讲课很尽责，但课堂效果并不好，学生的听课兴趣并不大，原因何在呢？我们不能将原因全部归咎于学生，最主要的原因应该是在教师方面，每个人都有过做学生的经历，当老师讲授的内容能够激起学生兴趣时，学生精神状态非常好，课堂效果自然而然就好。当老师教条式讲授内容时，虽然讲授的内容非常重要，但不能激起学生的兴趣，他们会觉得枯燥乏味、理论高深，为了应付考试、拿到学分而被动学习，课堂效果当然不好。

在开始讲授一门课程时，吸引学生的注意力、激发他们的学习兴趣和求知欲是至关重要的。开始讲授《纳米材料》时，我没有直接进入纳米材料相关主体内容的介绍，而是从司空见惯的现象入手，给学生提了几个小问题，让学生去思考。例如：对于日常所见的金属（金、铂、铜和铁等），都知道它们具有不同的颜色，这是常识。当这些大块金属被细分到一定小的尺寸后，黄灿灿的黄金变成了黑色，银白色的铂金变成了黑色，美丽的紫铜也变成了黑色……为什么会出现这种奇异的现象？我们知道蜜蜂会辨别方向，其实鸽子、蝴蝶、海豚，以及水中的某些细菌都有辨别方向的能力，经过长距离的出游后，为什么它们具有回归的本领？池塘里的荷叶出淤泥而不染，原因何在？晶体物质的熔点是一定的，但当其被细分成超微粒后，熔点会明显下降，如金的熔点是1064℃，当颗粒尺寸为10nm时，熔点降至1037℃，颗粒尺寸小到2nm时，熔点降至327℃，熔点为什么会变化？陶瓷通常是脆性材料，能将其变成韧性材料让陶瓷弯曲吗？……有些现象是我们司空见惯的，但没有仔细探究过原因，有些现象与我们所知的常识不符，无法用常识来解释……我先提出令学生感兴趣的问题，再让学生去思考，在学习的过程中去探索寻求解决问题的方法和途径，借此激发了学生学习的兴趣，最大限度地调动了其学习积极性，加深了对所学内容的理解。问题、兴趣教学法可以贯穿一门课程的始终，让学生从被动听课的状态转变为主动思考的状态，对提高教学质量非常有帮助。

2.运用直观、生动的多媒体教学手段。

教学手段是教师传授知识和学生吸纳知识所借助的媒体，对于不同的课程因其性质及涵盖内容不同，所适用的教学手段也不同。纳米材料的许多知识肉眼看不到，只有借助高倍显微镜才能呈现出其微观世界的奇妙缤纷，尤其是一些伟大的科研成果和纳米结构，仅用语言和文字来描述，无法形象的表达，学生理解起来非常困难，只有借助图像或动画才能生动形象地体现出来。再者，该课程涵盖的信息量非常大、知识更新速度非常快，传统的教学手段很难达到预期的效果。教师可采用现代化多媒体技术进行教学，利用视、听、说向学生提供包括图形、表格、照片、声音等大量的素材资料，必要时可进行动画模拟，生动活泼，有利于学生提高形象思维的能力，有效提高课堂教学质量，强化学习效果。例如在讲到人类具备操纵单个原子的能力时，我将1989年IBM苏黎世实验室科学家用STM的针尖搬动35个氙原子，精确定位“写”出了IBM字样的精彩图片用多媒体呈现出来，大大增加了学生学习的趣味性。在讲授碳纳米管的独特电学性能――电子只能在单层石墨片中沿纳米管的轴向运动，径向运动受到限制时，将碳纳米管的奇异结构――壁管侧面由碳原子六边形组成、两端由碳原子的五边形封顶的图片呈现出来，学生理解起来也就轻而易举。碳簇如C60、C70等的结构也非常奇特，学生看到其形貌后非常感兴趣。通过多媒体技术可以轻松地向学生输送信息量比较丰富的知识，完成以往板书教学无法完成的教学内容，大大提高教学效率；可以将抽象的问题进行直观性的表达，教学效果生动形象，学生乐于接受；多媒体技术还具有方便灵活的特性，对于难于理解的、学生感兴趣的内容，课下也可以反复观摩，非常方便。

3.学生参与课堂教学法。

课堂教学是学生学习的主要途径，传统的教学模式是教师按部就班地讲授，如同“填鸭”一样向学生灌输知识，在这种教学模式中学生处于非常被动的地位，教学效果并不理想。要加强教师和学生之间的交流，及时了解学生对课堂教学的反馈意见，让学生参与到教学过程中，发挥学生的主体作用，才能有效提高学生学习兴趣，充分调动学习积极性。让学生参与教学法即让学生当老师，使学生成为教学主体。对于学生感兴趣的、便于展开讨论的内容，让学生写成讲稿或做成课件来进行讲授，如聚合物基纳米复合材料，该章节内容与专业知识结合紧密，在专业知识的基础上，学生比较容易理解且能进行拓展，让学生自选一个感兴趣的主题来进行讲授。通过此途径一方面培养了学生语言表达能力、自学能力、独立思考能力和综合分析能力。另一方面，他们亲身经历查阅文献资料，对资料进行收集、整理和总结，做课件或写讲稿，直至最后站在讲台上进行内容讲授等一系列的过程，不但提高了学生利用图书馆、网络等资源的能力，而且让学生体验了此过程的复杂与繁琐，了解到教师在课堂上所讲授的内容是通过花费大量的时间和精力来完成的，学会尊重教师的教学成果，提高学习的自觉性。此外，还要了解学生感兴趣的知识内容，及时把握学生对课程的理解和掌握程度。学生参与教学法不但加深了他们对课程内容的理解，而且培养了他们的综合能力，这种教学方法深受学生的欢迎。

四、结语

纳米材料出现的重要科学意义在于它引领人们认识自然的新层次，在纳米领域发现新现象，提出新概念，认识新规律，建立新理论，为构建纳米材料科学体系新框架奠定基础［5］。在讲授《纳米材料》过程中，通过精选内容、探索问题教学法、兴趣教学法，采用先进的多媒体教学手段及学生参与课堂教学法，充分发挥学生的主观能动性，目的在于使学生了解有关纳米材料的相关知识，把握纳米材料的发展方向，引导学生从事前瞻性的科研活动。由于纳米材料的发展日新月异，需要不断及时更新授课内容，激发和保持学生的学习兴趣，有许多动态知识很难在课堂教学中及时补充更新，这也是有待进一步完善的问题。

参考文献：

［1］林鸿溢.新的推动力――纳米技术最新进展［M］.北京：中国青年出版社，2003.

［2］潘爱珍.纳米技术与纳米材料的现状和展望［J］.浙江海洋学院学报（自然科学版），1999，1（3）.

［3］马远荣.纳米科技［M］.汕头：汕头大学出版社，2003.

［4］徐国财.讲授前沿课程 促进教学相长［J］.化工高等教育，2004，（2）：93-95.

常见的高分子材料性能篇5

高分子的概念

首先，什么是高分子？从化学角度来定义，高分子是由分子量很大的长链分子所组成，而每个分子链都是由共价键联合的成百上千的一种或多种小分子构造而成。我们日常所接触到的大分子、聚合物以及高聚物都可以称为高分子。高分子通常有如下两个特点：1.高分子的分子量很高，其相对分子量为1万～100万，很高的分子量也赋予了高分子材料很高的机械强度，从而决定了它们具有很好的实际应用价值。2.高分子的结构千变万化，一般材料的性能是由材料的结构所决定的，我们可以根据实际需求，通过结构设计等方法制出不同性能的高分子材料。

高分子材料发展历史

高分子一词的产生不足一百年，最早于1922年由著名德国化学家赫尔曼·施陶丁格提出，但其应用却已有几千年的历史。从人类最开始利用蚕丝、棉、毛等织成织物，到后来用木材、棉、麻等造纸，人类在利用这些天然高分子作为生活资料和生产资料中不断进步。到了19世纪30年代，天然高分子衍生物即改性或半合成天然高分子材料被使用，其中典型代表就是硫化橡胶和硝化纤维素的使用。1907年出现合成高分子——酚醛树脂，标志合成高分子时代的到来，从此，合成高分子材料逐渐在诸多领域大放异彩。如今，高分子材料已经成为社会进步中不可或缺的基石，在日常生活、国防工业、科技发展等各个领域占有举重轻重的地位。

高分子材料分类

如上所述，高分子按来源可以分为天然高分子、天然高分子衍生物、合成高分子三大类。天然高分子是存在于动物、植物及生物体内的天然物质，如植物中的淀粉、纤维素、棉、麻等以及动物中的蛋白质、糖类、毛发等等。天然高分子可通过化学改性成天然高分子衍生物，从而改变其加工性能和使用性能，例如硫化橡胶、硝酸纤维素等。合成高分子是指自然界中不存在，通过化学方法合成的高分子，如我们常见的聚乙烯、聚氯乙烯、尼龙等等。与天然高分子材料相比，合成高分子材料通常具有较好的力学性能、低密度、耐腐蚀性、耐磨性等一系列优异的性能。

此外，高分子材料根据其应用功能又可以分为通用高分子材料及功能高分子材料。

通用高分子材料是指能够通过大规模工业化生产，并普遍应用于建筑、农业、交通运输、电子工业等国民经济主要领域和人们日常生活的高分子材料，如塑料、橡胶、纤维、粘合剂、涂料等。通用高分子材料给人类生活带来了极大的改变。以使用最多的塑料、橡胶和纤维为例，塑料的使用已经渗透到我们生活的方方面面，从日常食品、化妆品、药瓶等包装，到建材管道、电子器件、家居装修及日常用品，再到汽车、火车装饰甚至航天设施。橡胶主要是用来制作轮胎，除此之外，由橡胶作为原材料制作的密封制品（密封条、橡胶圈等）、胶管、传动带及安全制品等在汽車、航空航天及国防装置中都发挥着极其重要的作用。合成纤维的出现首先解决了天然纤维种植的制约，随后随着技术的进步，从我们常穿的的确良（涤纶）、尼龙（锦纶）等，到消防员所穿的聚酰亚胺防火服，以及防弹衣中的碳纤维都属于合成纤维。合成纤维性能优异，能够满足不同领域需求的纤维得到广泛应用。

功能高分子材料一般是指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料。其突出特点在于其特殊的光、电、磁、催化等性能，具体如光敏高分子材料、导电高分子材料、铁磁性高分子材料以及生物高分子材料。因其功能的独特性，功能高分子材料在诸多领域得到广泛应用，并具有巨大的发展潜力。如光导高分子材料用于静电复印、喷墨打印等领域，极大地提高了办公效率；导电功能高分子材料用于电池、电路、精密仪器等，大大提高了传导效率；高分子分离膜在水污染处理、物质分离等环境领域的应用，降低了生产处理成本，利于环境保护；最后还有与生命息息相关的生物医用功能高分子材料，在人工器官、外科修复以及药物及药物释放等方面，获得越来越多的关注。

高分子材料的未来发展

高分子材料的广泛应用在方便人类生活的同时，也带来一些环境问题，如白色污染等。而随着人类对社会可持续发展的需求，高分子材料的未来发展必然会逐渐减少对资源的依赖，从材料设计、生产、应用全方位实现绿色友好化发展。除此之外，随着科技和生产技术的发展，高性能化、复合化、精细化、智能化的高分子材料也将获得越来越多的关注。

常见的高分子材料性能篇6

关键词：竹材特性；竹材美学；竹材文化；竹材产品；现代设计

竹材是我们生活中较常见的材料，它有着非常悠久的应用史。现今出土最早的竹器实物是浙江钱山漾良渚文化出土的200件竹编器物，由此可见，早在四五千年以前的新石器时代，人类已经开始把竹材编制成实物应用到日常生活中了。从理论的角度来讲，竹材易腐，竹产品不易长久保存，这也说明了我国竹材料的应用史应该不止有四五千年之久。竹材被誉为是绿色的金矿，主要因为它具有分布范围广、生长速度快、生态价值高、用途多等特点。竹材中最常应用到工业生产中的当属毛竹，主要分布在福建、浙江、江西、湖南以及台湾一带。它成材周期短，韧性强，十分耐磨，再加上它的价格低廉，成为我国非常重要的产业基础原料。由于竹材本身的特性以及生长环境的原因，竹材并没有在西方得到广泛的研究应用，这就使得以竹材为主题的开发设计成为具有中国特色的本土化设计之一。

一　竹材的特性

研究竹材的材质与特性是将其应用到现代设计中的前提。从整体外形上来看，竹材的主要特征为节节拔高且直立生长，突出的竹节和平滑的节两部分组成，直径从根部往上呈逐渐减小的状态。竹材的纹理细腻、通直、淡雅，可以进行杆用、片条用、篾用，但是无论哪种用法，都散发着一种特有的清秀与宁静的情趣。

竹材不同于木材等其它传统材料，主要是由于其独特的特性所决定的。首先,竹材颜色浓郁，色泽匀称淡雅，色差较小，纹理通直并且富有规律，竹节具有放射点状的装饰性花纹，自然大方。其次，竹材具有良好的弹性，韧性强，材质坚硬，干缩湿涨小，环境的温度和湿度对其影响小，因此竹材产品的尺寸稳定性较高，不易变形开裂，而且隔热性能好，竹制家具有冬暖夏凉的特性。最后，从加工方面来看，竹材壁薄中空，且首尾两端的尖削度大，正是这样的结构使得其加工利率用较低，使用成本较高。而且，竹材的耐虫、耐腐能力不及木材，易霉变、易虫蛀，因此在加工过程中要经过特殊的处理和相应的防护措施。

综上所述，竹材具有独特的材质和特性，这就要求我们在对竹材的加工过程中，要充分考虑到竹材本身的特性，扬长避短，从而展现出竹材独一无二的魅力。

二　竹材的美学、文化魅力

“材料美学，不能机械地视为材料本身固定不变的审美价值，而是人在应用加工和加工材料过程中变化的、流动的审美价值。”竹材作为一种天然材料，它带给人们的不仅仅是竹产品的美观实用，在国人心中，竹材不同于塑料、钢铁、玻璃等工业材料，它承载的更多的是它的内在价值。从美学上来看，竹材的美学要素不仅仅体现在色彩、肌理等方面，还包括了诸多的非视觉要素，如触觉、温度、振动觉、音响等。触觉上，竹材颜色浓郁，表面光洁细腻且有腊质光泽，与竹节相搭配，给人一种有规律的凹凸感。温度上，竹材的微观结构使其不易随周围温度的变化而发生比较剧烈的变化，这使得竹制品具有冬暖夏凉的特点。振动觉上，最典型的例子就是竹制扁担。竹材生长方向的弹性以及竹纤维的韧性，使得扁担在挑起重物后会随挑担者的运动节奏而发生相应的振动，这种有节奏的振动能够有效的减轻挑担者肩部的压力。竹材在听觉方面的美感，我们可以从众多的丝竹乐器中窥得一斑。竹材本身敲击后会发出清脆的乐声，而且厚度、长度不同的竹片能够发出高低不同的音调，竹板琴等打击类乐器正是利用这一特点，给人们带来了清脆悦耳的听觉享受。

从文化要素上来看，中国人对竹子的感情是非常特殊的，在中国的传统中，竹子象征着长寿、顽强、幸福和坚定的精神，亦被视为四君子、岁寒三友之一，是气节高尚、风韵优雅的象征。竹材有着中空的结构，是一种可以容纳新事物的渴望，因此竹子得到了“虚心”的美名。古往今来，很多画家墨客也用生动的笔触以及华丽的辞藻来赞美竹子，现在欣赏这些佳作，依旧能从字里行间感受到作者向我们传达出的对竹子的热爱之情。此外，竹子很早就被用作书写的工具，才得以让当时的文化传承至今，这对中华民族文化史起到了不可磨灭的贡献。

总之，竹子并不仅仅是一种传统的天然材料，它包含了国人对竹子的深厚情谊和推崇赞美，竹材已经被视为是一种“中国元素”，是本土化设计中非常重要的研究对象。

三　竹产品的设计

生活中竹材产品无处不在，小到餐桌上的竹筷，大到爬山用的代步滑竿，天上飞的风筝，水中漂的竹筏，装酒用的竹筒，它涉及到人们衣食住行的方方面面。从传统的竹制品到现代的竹产品，随着人们对竹子的深入认识以及加工工艺的不断进步，竹材的应用领域越来越广泛，竹材产品的设计也日新月异。

常见的高分子材料性能篇7

关键词：磁控溅射 TiO2 薄膜 椭偏技术 光学性能

薄膜材料是一种物质形态，其膜材十分广泛，单质元素、化合物或复合物、无机材料或有机材料均可制作成薄膜。薄膜材料与块状物质一样，可以是非晶态、多晶态或单晶态。从薄膜的厚度看，已有厚度仅为几纳米到一微米的超薄膜制品。 纳米薄膜在许多领域的广泛应用归功于其特异于普通薄膜的光学、电学等性质。 自 70 年代以来，薄膜技术得到了突飞猛进的发展，无论在学术上还是在实际应 用中都取得了丰硕的成果。薄膜技术和薄膜材料的发展涉及到几乎所有的前沿学 科，它的应用与推广又反渗透到各个学科以及应用技术中，如电子、计算机、磁 记录[1]、信息、传感器[2]、能源、机械[3]、光学[4]、航空航天、核工业、化工、 生物[5]、医学等，现己成为当代真空技术和材料科学中最活跃的研究领域，所制 备的各种类型的新材料，新结构、新功能的薄膜，对材料的研究和使用都起到了巨大的推动作用。

纳米 Ti02 薄膜是一种常见的功能薄膜，具有如下特殊的性质：

（1）光学特性

氧化钛（Ti02）薄膜具有优良的透光性、高折射率和良好的化学稳定性，并且折射率可随制备工艺变化，是非常重要的光学膜，已被广泛地应用于抗反射涂层、干涉滤波片、电致变色窗和薄膜光波导等。而且因为半导体纳米粒子的尺寸与物理的特征量相差不多，如纳米粒子的粒径与波尔半径或德布罗意波长相当时，纳米粒子的量子尺寸效应就十分显著。另外，纳米粒子拥有很大的比表面积，又相当一部分的原子处于颗粒表面，处于表面态的原子、电子与处于内部的原子、电子有很大的区别。量子尺寸效应和表面效应对纳米半导体粒子的光学特性有很大的影响，并使之产生一些新的光学性质，如宽频带吸收。纳米 Ti02 对紫外光有 强吸收作用，而微米级的 Ti02 对紫外光几乎不吸收，这主要是因为纳米二氧化钛的半导体性质，即在紫外光的照射下，电子被激发，由价带向导带跃迁引起的。

（2）光催化特性

Ueda 等人较早对半导体的微多相光催化进行了系统的研究。研究表明，Ti02 纳米半导体复合粒子的量子尺寸效应强烈地影响其光催化甲醇脱氢活性。此外， 纳米 Ti02 半导体粒子能够催化体相半导体所不能进行的反应。

（3）光电转换特性

近年来，由纳米半导体粒子构成的多孔大比表面积太阳能电池具有优越的光电转换特性而备受瞩目。Gratzei 等人在 1991 年报道了经三双吡啶合钌染料敏 化的纳米太阳能电池的卓越性能，在模拟太阳光源的照射下，其光电转换性能可 达 12%。由于纳米 Ti02 多孔电极表面吸附的染料分子数是普通电极的 50倍，而且几乎每个染料分子都与 Ti02 分子直接作用，光生载流子的界面电子转移速度 快，因而具有优异的光吸收和光电转换特性[9]。

（4）电学特性

介电和压电是材料的基本特征之一。纳米半导体的介电行为和压电性能与常

规的半导体材料有很大不同，归纳起来是:介电常数随测量频率的减少呈明显的 上升趋势;在低频范围内，纳米半导体材料的介电常数呈现尺寸效应;纳米半导体 可以产生强的压电效应。

二氧化钛薄膜的应用：二氧化钛是一种重要的氧化物陶瓷，也是一种重要的 宽带隙半导体氧化物材料，它有着独特的光学、电学等物理性能及优良的化学稳 定性。在可见光和近红外波段透光性好等许多优良的光学性质，具有高介电常数、 高折射率及良好的电光学效果，还具有优良的介电、压电、气敏、光催化性能， 并能够抵抗介质的电化学腐蚀。该材料价廉无毒和性能稳定，在超薄电容器、红 外窗口材料、光电转换、光催化、非线形光学、光通讯、气（湿）敏传感等微电子 工业、光学器件、传感器、太阳能利用、催化工业和环境保护等科学技术领域里 得到了广泛的研究和应用，吸引了中外广大科技工作者的关注。Ti02 薄膜己成为 一种重要的无机功能材料，在国民经济建设中正发挥着越来越大的作用。

（1）TiO2 薄膜在光电领域的应用有:

作为用于太阳能电池的减反膜，可使光学反射降低 50%左右，相应地使 太阳能电池的输出提高 10%，还用在电致变色显示器、电致变色开关、大型天文 望远镜等;作为紫外线过滤层;可作为高反射膜的膜层使光纤端面的反射性能大大

提高；用于波分复用滤波膜[12]等;在光纤尖上镀 Ti02 膜以提高光纤尖的工作寿命，实验表明这种方法能够有效的提高光纤尖的抗污染能力。

（2）光催化

1972 年，日本的 Fujishima 等人首次发现 Ti02 具有光催化性能，从那时起半 导体光催化受到广泛重视。现在普遍采用悬浮相 Ti02 作光催化剂，这种催化剂存 在易失活、易团聚、难回收等缺点，严重限制了光催化的应用发展。制备负载型 光催化剂是解决这一问题的有效办法。纳米 Ti02 光催化剂的应用主要是基于纳米 氧化钛在紫外光的激发下具有氧化一还原性的基本原理。纳米氧化钛的这一活泼 的性质越来越广泛地应用于人们的日常生活。

（3）太阳能电池与水分解

单晶硅太阳能光电池自 20 世纪 40 年明以来，人们为在光电转换中得到 大量的电能而付出了巨大的努力。1991 年，Gratzel 等报道了染料敏化 Ti02 纳米 薄膜太阳能光电池，光电转换效率达 10%以上。由于这种光电池使用了液相电解 质，使得制造极不方便，而且整个装置的稳定性也不好，因而转向固相电解质光 电池的研究。将 Ti02 用于光催化分解水，产生氢气和氧气，可提供无污染的、高效的、无害的清洁能源。

参考文献：

[1]Y. Einaga, Z. Z. Gu et al, Reversible photo induced switching of magnetic properties at room temperature of iron oxide particles in self-assembled films containing azobenzene, ThinSolid Films374(2000)109

常见的高分子材料性能篇8

一、生物医用高分子材料的特点

生物医用高分子材料是一种聚合物材料，主要用于制造人体内脏、体外器官、药物剂型及医疗器械。按照来源的不同，生物医用高分子材料可以分为天然生物高分子材料和合成生物高分子材料2种。前者是自然界形成的高分子材料，如纤维素、甲壳素、透明质酸、胶原蛋白、明胶及海藻酸钠等；后者主要通过化学合成的方法加以制备，常见的有合聚氨酯、硅橡胶、聚酯纤维、聚乙烯基吡咯烷酮、聚醚醚酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚乳酸、聚乙烯等。按照材料的性质，生物医用高分子材料可以分为非降解材料和降解材料。前者主要包括聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃，芳香聚酯、聚硅氧烷等；后者包括聚乙烯亚胺—聚氨基酸共聚物、聚乙烯亚胺—聚乙二醇—聚（β-胺酯）共聚物、聚乙烯亚胺—聚碳酸酯共聚物等。

生物医用高分子材料作为植入人体内的材料，必须满足人体内复杂的环境，因此对材料的性能有着严格的要求。首先，材料不能有毒性，不能造成畸形；其次，生物相容性比较好，不能与人体产生排异反应；第三，化学稳定性强，不容易分解；第四，具备一定的物理机械性能；第五，比较容易加工；最后，性价比适宜。其中最关键的性能是生物相容性。

根据国际标准化组织（InternationalStandardsOrganization，ISO）的解释，生物相容性是指非活性材料进入后，生命体组织对其产生反应的情况。当生物材料被植入人体后，生物材料和特定的生物组织环境相互产生影响和作用，这种作用会一直持续，直到达到平衡或者植入物被去除。生物相容性包括组织相容性、细胞相容性和血液相容性。

二、生物医用高分子材料的发展历史

人类对生物医用高分子材料的应用经过了漫长的阶段。根据记载，公元前3500年，古埃及人就用棉花纤维和马鬃缝合伤口，此后到19世纪中期，人类还主要停留在使用天然高分子材料的阶段；随后到20世纪20年代，人类开始学会对天然高分子材料进行改性，使之符合生物医学的要求；再后来人类开始尝试人工合成高分子材料；20世纪60年代以来，生物医用高分子材料得到了飞速发展和广泛的普及。1949年，美国就率先发表了研究论文，在文中第1次阐述了将有机玻璃作为人的头盖骨、关节和股骨，将聚酰胺纤维作为手术缝合线的临床应用情况，对医用高分子的应用前景进行了展望。这被认为是生物医用高分子材料的开端。

在20世纪50年代，人类发现有机硅聚合物功能多样，具有良好的生物相容性（无致敏性和无刺激性），之后有机硅聚合物被大量用于器官替代和整容领域。随着科技的发展，20世纪60年代，美国杜邦公司生产出了热塑性聚氨酯，这种材料的耐屈挠疲劳性优于硅橡胶，因此在植入生物体的医用装置及人工器官中得到了广泛应用。随后人工尿道、人工食道、人工心脏瓣膜、人工心肺等器官先后问世。生物医用高分子材料也从此走上快速发展的道路。

三、生物医用高分子材料的发展现状、前景和趋势

据相关研究调查显示，我国生物医用高分子材料研制和生产发展迅速。随着我国开始慢慢进入老龄化社会和经济发展水平的逐步提高，植入性医疗器械的需求日益增长，对生物医用高分子材料的需求也将日益旺盛。2015年1月28日，中国医药物资协会的《2014中国单体药店发展状况蓝皮书》显示，2014全年全国医疗器械销售规模约2556亿元，比2013年度的2120亿元增长了436亿元，增长率为20.06%。但是相比于医药市场总规模（预计为13326亿元）来说，医药和医疗消费比为1∶0.19还略低，因此业内普遍认为，医疗器械仍然还有较广阔的成长空间，生物医用高分子材料也将迎来良好的发展前景。

根据evaluateMedTech公司基于全球300家顶尖医疗器械生产商的公开数据而得出的报告《2015-2020全球医疗器械市场》预测，2020年全球医疗器械市场将达到4775亿美元，2016-2020年间的复合年均增长率为4.1%。世界医疗器械格局的前6大领域包括：诊断、心血管、影像大型设备、骨科、眼科、内窥镜，其中生物医用高分子材料在其中都得到了广泛的应用。

以往的医学研究对组织和器官的修复，更多是选择一种替代品，实现原有组织和器官的部分功能。随着再生医学和干细胞技术的迅速发展，利用生物技术再生和重建器官、个性化治疗和精准医学已经成为趋势。因此传统的生物医药高分子材料已经不能满足现有的需求，需要模拟生物的结构，恢复和改进生物体组织与器官的功能，最终实现器官和组织的再生，这也是生物医用高分子材料未来的发展方向。

生物医用高分子材料在医疗器械领域中得到了非常广泛的应用，主要体现在人工器官、医用塑料和医用高分子材料3个领域。

1.人工器官

人工器官指的是能植入人体或能与生物组织或生物流体相接触的材料；或者说是具有天然器官组织或部件功能的材料，如人工心瓣膜、人工血管、人工肾、人工关节、人工骨、人工肌腱等，通常被认为是植入性医疗器械。人工器官主要分为机械性人工器官、半机械性半生物性人工器官、生物性人工器官3种。第1种是指用高分子材料仿造器官，通常不具有生物活性；第2种是指将电子技术和生物技术结合；第3种是指用干细胞等纯生物的方法，人为“制造”出器官。目前生物医用高分子材料主要应用在第1种人工器官中。

目前，植入性医疗器械中骨科占据约为38%的市场份额；随后是心血管领域的36%；伤口护理和整形外科分别为8%左右。人工重建骨骼在骨科产品市场中占据了超过31%的市场份额，主要产品是人工膝盖，人工髋关节以及骨骼生物活性材料等，主要应用的生物医用高分子材料有聚甲基丙烯酸甲酯、高密度聚乙烯、聚砜、聚左旋乳酸、乙醇酸共聚物、液晶自增强聚乳酸、自增强聚乙醇酸等。心血管产品市场中支架占据了一半以上的市场份额，此外还有周边血管导管移植、血管通路装置和心跳节律器等。

目前各国都认识到了人工器官的重要价值，加大了研发力度，取得了一些进展。2015年，美国康奈尔大学的研究人员开发出了一种轻量级的柔性材料，并准备将其用于创建一个人工心脏。在我国，3D打印人工髋关节产品获得国家食品药品监督管理总局（CFDA）注册批准，这也是我国首个3D打印人体植入物。

人工器官未来发展趋势是诱导被损坏的组织或器官再生的材料和植入器械。人工骨制备的发展趋势是将生物活性物质和基质物质组合到一起，促进生物活性物质的黏附、增殖和分化。血管生物支架的发展趋势是聚合物共混技术，如海藻酸钠/壳聚糖、胶原/壳聚糖、胶原/琼脂糖、壳聚糖/明胶、壳聚糖/聚己内酯、聚乳酸/聚乙二醇等体系。

2.医用塑料

医用塑料，主要用于输血输液用器具、注射器、心导管、中心静脉插管、腹膜透析管、膀胱造瘘管、医用粘合剂以及各种医用导管、医用膜、创伤包扎材料和各种手术、护理用品等。注塑产品是医用塑料制品当中产量最大的品种。与普通塑料相比，医用塑料要求比较高，严格限制了单体、低聚物、金属离子的残留，对于原材料的纯度要求很高，对加工设备的要求也非常严格，在加工和改性过程中避免使用有毒助剂，通常具有表面亲水、抗凝血等特殊功能。常用医用塑料包括聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚四氟乙烯（PTFE）、热塑性聚氨酯（TPU）、聚碳酸酯（PC）、聚酯（PET）等。

目前医用塑料市场约占全球医疗器械市场的10%，并保持着每年7%～12%的年均增长率。统计数据显示，美国每人每年在医用塑料领域消费额为300美元，而我国只有30元，由此可见医用塑料在我国的发展潜力非常大。

我国医用塑料制品产业经过多年的发展，取得了长足的进步。中国医药保健品进出口商会统计数据显示，2015年上半年，纱布、绷带、医用导管、药棉、化纤制一次性或医用无纺布物服装、注射器等一次性耗材和中低端诊断治疗器械等成为我国医疗器械的出口大户。但是也必须清醒地认识到，我国的医用塑料发展水平还比较落后。医用塑料的原料门类不全、生产质量标准不规范、新技术和新产品的创新能力薄弱，导致一些高端原料导致国内所需的高端产品原料还主要靠进口。

目前各国都认识到了医用塑料的重要价值，加大了研发力度，取得了一些进展。2015年，英国伦敦克莱蒙特诊所率先开展了塑胶晶状体移植手术，不仅可以治疗远视眼或近视眼，还可以恢复患有白内障和散光者的视力；住友德马格公司推出一种聚甲醛（POM）齿轮微注塑设备，在新型白内障手术器械中具有重要作用；美国美利肯公司开发了一项技术，可使非处方药和保健品塑料瓶的抗湿性和抗氧化性提高30%；MHT模具与热流道技术公司开发出了PET血液试管，质量不足4g，优于玻璃试管；Rollprint公司与TOPAS先进高分子材料公司合作，采用环烯烃共聚物作为聚丙烯腈树脂的替代品，以满足苛刻的医疗标准；美国化合物生产商特诺尔爱佩斯推出了一款硬质PVC，以取代透明医疗零部件中用到的PC材料，如连接器、止回阀、Y接头、套管、鲁尔接口配件、过滤器、滴注器和盖子，以及样本容器。

未来医用塑料的发展趋势是开发可耐多种消毒方式的医用塑料，改善现有医用塑料的血液相容性和组织相容性，开发新型的治疗、诊断、预防、保健用塑料制品等。

3.药用高分子材料，

药用高分子材料在现代药物制剂研发及生产中扮演了重要的角色，在改善药品质量和研发新型药物传输系统中发挥了重要作用。药用高分子材料的应用主要包括2个方面：用于药品剂型的改善以及缓释和靶向作用，此外还可以合成新的药物。

药物缓释技术是指将衣物表面包裹一层医用高分子材料，使得药物进入人体后短时间内不会被吸收，而是在流动到治疗区域后再溶解到血液中，这时药物就可以最大限度的发挥作用。药物缓释技术主要有贮库型（膜控制型）、骨架型（基质型）、新型缓控释制剂（口服渗透泵控释系统、脉冲释放型释药系统、pH敏感型定位释药系统、结肠定位给药系统等）。

贮库型制剂是指在药物外包裹一层高分子膜，分为微孔膜控释系统、致密膜控释系统、肠溶性膜控释系统等，常用的高分子材料有丙烯酸树脂、聚乙二醇、羟丙基纤维素、聚维酮、醋酸纤维素等。骨架型制剂是指向药物分散到高分子材料形成的骨架中，分为不溶性骨架缓控释系统、亲水凝胶骨架缓控释系统、溶蚀性骨架缓控释系统，常用的高分子材料有无毒聚氯乙烯、聚乙烯、聚氧硅烷、甲基纤维素、羟丙甲纤维素、海藻酸钠、甲壳素、蜂蜡、硬脂酸丁酯等。

我国的高分子基础研究处于世界一流，但是药用高分子的应用发展相对滞后，品种不够多、规格不完整、质量不稳定，导致制剂研发能力与国际产生差距。国内市场规模前10大种类分别为明胶胶囊、蔗糖、淀粉、薄膜包衣粉、1，2-丙二醇、PVP、羟丙基甲基纤维素（HPMC）、微晶纤维素、HPC、乳糖。高端药用高分子材料几乎全部依赖进口。专业药用高分子企业则存在规模小、品种少、技术水平低、研发投入少的问题。

目前，药物剂型逐步走向定时、定位、定量的精准给药系统，考虑到医用高分子材料所具备的优异性能，将会在这一发展过程中发挥关键性的作用。未来发展趋势是开发生物活性物质（疫苗、蛋白、基因等）