材料科普丨四种新型高分子材料

2023-06-29

新型高分子材料以其多样化的结构和性能,以及对机械性能的优化和动态性能的增强,展现了广泛的应用潜力。通过学习四种新型高分子材料的特点和应用领域,展望其在材料科学和工程中的未来发展。 

 


主要特点


 


新型高分子材料呈现出丰富多样的结构形态,且具备独特的性能调节能力。比如今天介绍的编织聚合物通过调节编织交联点可以灵活调控其理化性质和机械性能,而导热的聚偏氟乙烯薄膜则具有优异的导热性能,在散热材料领域有着广泛的应用。此外,弹性纤维具有出色的拉伸性能和回弹性,适用于弹性材料和纺织品等领域。疏水材料具有良好的疏水性能,可用于防水涂层、自清洁材料等方面。新型高分子材料通过特殊的结构设计显著提升了材料的某些特定性能,包括强度、刚度和耐久性使其获得广阔的应用前景。

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四种新型高分子材料


聚偏氟乙烯导热膜

 


聚偏氟乙烯(PVDF)作为聚合物复合材料的基体材料,具有良好的化学稳定性、机械强度、易加工、压电和热释电性能。然而,PVDF的固有热导率相对较低,限制了其在储能、汽车、微电子封装和换热器等行业的实际应用。为了克服这一缺陷,可以通过填料改性来提高PVDF复合材料的热导率。碳纳米管(CNTs)理想的功能性填料,具有优异的机械性能和热性能,通过改善CNTs的分散性,增强CNTs与PVDF基体的界面相互作用,形成了连续的导热网络,进而提高了复合材料的热导率。因此,聚偏氟乙烯导热膜在储能、汽车、微电子封装和换热器等领域中具有广阔的应用潜力。

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弹性导电纤维

 


弹性导电纤维具有弹性性能和导电性能的特点,广受智能可穿戴设备的需求。传统单种纤维无法同时具备弹性和导电特性,因此复合纤维成为实现弹性导电的关键。一种常见的弹性导电纤维基底材料是聚氨酯,而导电材料可以采用碳基材料、MXene体系、金属薄膜等多种选择。弹性导电纤维具有广泛的应用潜力,可用于智能可穿戴设备、柔性电子器件、医疗领域和柔性能源等领域。

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疏水材料

 


疏水材料具有与水互相排斥的特性,其分子偏向非极性溶剂并因此能溶解于中性和非极性溶液。在水中,疏水性分子通常会聚成团块,形成大的接触角,呈现水滴状。疏水材料与水和固体表面的相互作用因素各异,其中接触角是评估疏水性的关键指标。亲水性材料的接触角小于90度,疏水性材料的接触角大于90度且小于150度,而超疏水性材料的接触角大于150度。疏水材料具有广泛的应用前景,特别是在国防、工农业生产和日常生活中。超疏水涂层是其中的一个重要应用领域,可广泛应用于需要防水和防污的场景。相较于传统的防污涂料,超疏水防污涂层通过降低表面能,有效阻止海洋生物产生的有机物黏液在表面铺展和附着,从根本上解决了污损问题。

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编织聚合物

 


编织聚合物是一种以交叉节点为基元并互相交联所构建的聚合物网络。它主要分为两大类:晶态编织聚合物和柔性编织聚合物。晶态编织聚合物包括金属有机框架材料(MOF)、共价有机框架材料(COF)和超分子有机框架材料(SOF)等。这些聚合物具有长程有序的分子编织线程,通过编织交联点的引入,能够有效调节材料的理化性质,如提升机械性能。晶态编织聚合物在构筑机械稳定的晶态框架材料和柔性功能高分子材料等方面具有广阔的应用前景。柔性编织聚合物虽然一般不具备长程有序的编织结构,但通过编织交联点的引入,同样能够调节高分子网络的理化性质,提升材料的机械性能。它在领域中的应用潜力广阔,涵盖晶态框架材料、柔性功能高分子。 

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总结


 


新型高分子材料具有丰富多样的结构形态,包括导热聚偏氟乙烯薄膜、弹性导电纤维、疏水材料、编织聚合物以及其他特殊材料。这些材料通过不同的结构特征满足了各种应用需求,并展现出独特的性能和调节能力。


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