環(huán)氧樹脂網(wǎng)(jztwuliu.com)最新報(bào)道[此消息來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)]。

    控制化學(xué)反應(yīng)，合成新材料
    “不同的材料擁有不同化學(xué)組成，即便是化學(xué)元素相同，因其原子排列、分子構(gòu)象發(fā)生變化，也會(huì)形成物理性質(zhì)完全不同的材料。因此材料與化學(xué)是兩個(gè)密切相關(guān)的學(xué)科。從化學(xué)成分角度可以將材料劃分為金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料以及有機(jī)高分子材料。隨著材料研究水平的提高，人類早已超越天然材料時(shí)代，進(jìn)入了合成材料時(shí)代。”隋剛教授首先概括介紹了材料與化學(xué)之關(guān)系。接著隋剛教授進(jìn)一步解釋說(shuō)：“如今，材料與化學(xué)的關(guān)系日益密切，利用化學(xué)手段，可以設(shè)計(jì)新的分子結(jié)構(gòu)，通過控制化學(xué)反應(yīng)過程合成出新材料，滿足人類社會(huì)發(fā)展和生活水平提高的需求。其中有機(jī)高分子材料，也稱作聚合物，就是一類最重要的合成材料，它是由許多個(gè)單體分子經(jīng)聚合反應(yīng)而成的。”

    利用化學(xué),“改造” 聚合物材料

    塑料、橡膠、合成纖維……我們的生產(chǎn)與生活早已離不開這些常見的聚合物材料。而它們的研發(fā)與應(yīng)用，離不開化學(xué)學(xué)科的貢獻(xiàn)。據(jù)環(huán)氧樹脂網(wǎng)()jztwuliu.com記者介紹，根據(jù)聚合物分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)，可以把有機(jī)高分子材料分為熱塑性和熱固性兩大類。熱塑性聚合物在適當(dāng)溶劑中可以溶解，加熱到一定溫度能夠熔化流動(dòng)，可以反復(fù)加工成型，主要在室溫或較低溫度下使用，如尼龍、聚苯乙烯等。而熱固性聚合物，如環(huán)氧樹脂和酚醛樹脂等，在成型前是可溶可熔的，但經(jīng)過化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)就變?yōu)椴蝗懿蝗鄣墓腆w，即使加熱至碳化也不會(huì)再軟化。一般來(lái)說(shuō)，熱固性材料的模量和耐熱性要優(yōu)于熱塑性聚合物，但韌性較差。
    化學(xué)是怎樣“改造”聚合物材料的呢？隋剛教授解釋說(shuō)：“為了讓聚合物材料擁有更優(yōu)異的綜合性能，可以采用化學(xué)方法進(jìn)行性能改進(jìn)。例如，在高分子鏈中引入芳環(huán)結(jié)構(gòu)，能夠有效提高熱塑性聚合物的模量和耐熱性，聚芳砜（PASF）、聚苯硫醚（PPS）等熱塑性聚合物的熱變形溫度可以達(dá)到250℃以上。而在熱固性聚合物中，通過引入不同化學(xué)結(jié)構(gòu)的固化劑進(jìn)行交聯(lián)，也可以使材料的模量和韌性得到調(diào)節(jié)。”

    改變化學(xué)結(jié)構(gòu)，催生復(fù)合材料

    隨著科技和工業(yè)的發(fā)展，對(duì)材料性能的要求不斷提高，單一化學(xué)結(jié)構(gòu)的材料已無(wú)法滿足某些使用需求，復(fù)合材料越來(lái)越得到人們的重視。由于復(fù)合材料可以將不同化學(xué)結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)的材料組分結(jié)合在一起，發(fā)揮各自的性能優(yōu)勢(shì)，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足高性能和特殊功能要求，因而受到材料研究專家的高度重視，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展。在航空、航天、能源、交通、軍事和體育等領(lǐng)域，有著高強(qiáng)度、高模量和耐高溫性能的先進(jìn)復(fù)合材料發(fā)揮著不可替代的作用。隋剛教授以樹脂基復(fù)合材料為例，對(duì)復(fù)合材料的廣泛應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)單說(shuō)明：“這是技術(shù)發(fā)展比較成熟，使用范圍最廣泛的一類復(fù)合材料，一般是由短切纖維、連續(xù)纖維及其織物增強(qiáng)熱固性或熱塑性聚合物基體而成。
    在航空方面，碳纖維樹脂基復(fù)合材料在減輕結(jié)構(gòu)重量、提高結(jié)構(gòu)效率、改善結(jié)構(gòu)可靠性、延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)使用壽命方面，具有其他材料無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)是應(yīng)用于A380、波音787等飛機(jī)的主結(jié)構(gòu)材料。據(jù)環(huán)氧樹脂網(wǎng)()jztwuliu.com記者介紹，在航天方面，固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、液體燃料貯箱、儀器艙段、衛(wèi)星整流罩等重要部件也都是由復(fù)合材料制造的。而風(fēng)能和核能發(fā)電設(shè)備、輕量化汽車、體育休閑用品等更是離不開復(fù)合材料的身影。此外，在集成電路、電磁屏蔽、隱身材料以及生物組織工程等方面，復(fù)合材料同樣大有可為。”

    有機(jī)化學(xué)修飾，帶來(lái)納米材料領(lǐng)域新進(jìn)展

    材料科學(xué)發(fā)展到今天，納米材料越來(lái)越多地得到人們的關(guān)注。納米粒子具有許多不同于常規(guī)固體的新奇特性，而且，僅用少量的納米填料就可實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料性能的提高。因此，納米材料領(lǐng)域受到不少?gòu)?fù)合材料研究人員的重視與青睞。不過由于碳納米管和碳納米纖維等一維納米材料在聚合物基體中易團(tuán)聚、界面粘結(jié)差，難以發(fā)揮性能優(yōu)勢(shì)，這讓不少研究者都頗為傷神。針對(duì)此項(xiàng)難題，隋剛教授進(jìn)行了多年研究，終于有所收獲。“我們對(duì)碳納米材料表面進(jìn)行了有機(jī)化學(xué)修飾，并通過與特殊化合物的力化學(xué)反應(yīng)及后處理技術(shù)，得到液態(tài)的納米添加物。這種液態(tài)納米添加物在環(huán)氧樹脂等聚合物基體中不聚集不纏繞，易于分散，并具有適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)活性，能夠和環(huán)氧樹脂基體發(fā)生化學(xué)及物理結(jié)合，形成一種超分子結(jié)構(gòu)。”隋剛教授這樣說(shuō)。

    當(dāng)問到這種納米添加物與傳統(tǒng)工藝的簡(jiǎn)單混合以及普通化學(xué)接枝有何不同時(shí)，隋剛教授解釋道：“它消除了納米粒子對(duì)于環(huán)氧樹脂黏度的影響，能夠通過共價(jià)鍵鏈接在環(huán)氧樹脂分子鏈上，均勻分布在環(huán)氧樹脂交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)之中，發(fā)揮增強(qiáng)作用。同時(shí)，通過調(diào)節(jié)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)密度，改善材料韌性。此外，還可以降低環(huán)氧樹脂表面能，提高熱穩(wěn)定性，改善聚合物基體與碳纖維、芳綸纖維、玻璃纖維和超高分子量聚乙烯纖維等增強(qiáng)材料的界面黏接。通過碳納米材料和連續(xù)纖維的多尺度協(xié)同增強(qiáng)作用，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)納米復(fù)合材料的高強(qiáng)、高韌和良好的界面性能。”(文•實(shí)習(xí)生 馬媛媛) 　　材料與化學(xué)的“雙重變奏史”

    據(jù)環(huán)氧樹脂網(wǎng)()jztwuliu.com記者介紹，材料的每一次發(fā)展，都影響著科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的整體水平，并給人們的生活帶來(lái)巨大的變化。沒有半導(dǎo)體單晶硅材料就不可能有今天的微電子產(chǎn)品，沒有先進(jìn)復(fù)合材料也不可能有航空航天工業(yè)的飛速發(fā)展。天然橡膠產(chǎn)品出現(xiàn)于19世紀(jì)初期，但由于它在炎熱天氣下會(huì)變軟，而在寒冷天氣下又會(huì)變脆，在實(shí)用性方面存在很大障礙。1839年發(fā)明的天然橡膠硫化技術(shù)解決了這一難題，化學(xué)促進(jìn)劑和穩(wěn)定劑的加入改善了天然橡膠存在的問題，而這一基本方法現(xiàn)今仍在使用。從20世紀(jì)20年代早期試驗(yàn)火箭的首次發(fā)射，到50年代的通信衛(wèi)星，再到80年代的可重復(fù)使用的航天飛機(jī)，人類在探索太空方面取得了驕人的業(yè)績(jī)。在這一過程中，化學(xué)技術(shù)提供了符合設(shè)計(jì)要求的材料。研制出來(lái)的鋁、鈦合金為飛機(jī)制造提供了強(qiáng)度高、重量輕、耐高溫和耐腐蝕的材料。
    隨著對(duì)碳纖維及復(fù)合材料研究的不斷深入，其技術(shù)和產(chǎn)品也逐漸進(jìn)入軍用和民用領(lǐng)域，如用作飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料、電磁屏蔽除電材料、人工韌帶等人體代用材料以及用于制造火箭外殼、機(jī)動(dòng)船、工業(yè)機(jī)器人、汽車板簧和驅(qū)動(dòng)軸等。據(jù)環(huán)氧樹脂網(wǎng)()jztwuliu.com記者介紹，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，各種新型材料都有望得到研制開發(fā)，比如可被隨意擠壓成形的凝膠材料、可以制作隱身斗篷的隱身材料、透光混凝土材料、氣凝膠材料等等。

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