功能高分子材料

功能材料主要包括功能高分子材料，跟能源有关的材料，具有生理机能和生物活性的材料，以及具有感觉和记忆功能的材料。这些材料不是利用它们的机械强度来作设备或器物，而是利用它们的物理和化学的特殊性能，如光电效应、生理机能、催化活性、记忆功能等。高分子材料是功能材料的主要部分。

(1)医用功能高分子材料

用人造材料来再造人体的组织和器官，用以替换已经坏死或不能正常工作的器官，从而治愈各种疾病，是几百年来人类梦寐以求的愿望。要实现这个愿望有许多难题：首先，这类材料植入人体后，长期处于酸碱体液中，再加上体内酶的影响，材料的物理、化学性质容易发生变化，这要求材料具有高度的稳定性。其次，材料要具有一定的生理性能，在体内不致发生排异作用，不致引起过敏反应，如组织变态、发炎、凝血、致癌等副作用。经过多年研究，这方面已取得重大进展，人造血、人造皮肤、人造心脏等已经开始用于临床。

氟碳乳液是一种人造血液，代号FC，它性能稳定，加乳化剂后成为乳化液。它的溶解氧的能力比血红蛋白大1倍，同时还能把二氧化碳释放出来，它吸氧和释放二氧化碳的速度都比血红蛋白快几倍，并且没有血型，对任何病人都可直接输入动脉。

人造心脏主要由动力部分、血泵和监控系统组成，其中血泵是关键，制造血泵的材料要求机械强度高、无毒、不致癌、良好的生化稳定性和高度的抗挠曲性。具有这些综合性能的材料目前尚未找到，但人造心脏用于动物试验已取得部分成功。

人工肾脏是研究最早而又最成熟的人工器官，关键是研制出高选择性的半透膜，可采用聚丙烯腈硅橡胶、赛璐玢、聚酰胺等，美国有个人移植人工肾已活了20多年，并担任了某学院的副院长。

聚丙烯腈硅橡胶薄膜的选择透过能力很高，可用于制造人工肝脏;聚丙烯薄膜可透析血液中的二氧化碳，可用于制造人工肺，在日本，这种人工肺已使数十人获得了新生;用金属骨架外包超聚乙烯材料制成的人工关节，弹性适中，耐磨性好，在临床中已取得满意效果。

(2)液晶材料

1888年，科学家发现：有一些有机化合物的晶体，在加热到一定温度时会变成一种浑浊、粘滞的塑性物质，再升温至某一温度，又突然变成完全清澈透明的液体，这种介于固态和液态之间的物质就是液晶。目前已知有2000种以上的有机化合物具有液晶性质。

液晶材料按分子排列的不同可分三类：

①近晶型液晶。其分子排列整齐，近似于晶体，它对电和磁都不发生效应，尚未得到开发利用。

②向列型液晶。向列型液晶的分子，在长轴方向排列一致，而层状却不整齐，像一把上下交错的筷子，当外加电场时，分子排列变乱，由透明转向浑浊，形成光的散射体。可用它制造电控亮度玻璃，如照相机上的自动光圈和数码显示器。

③胆甾型液晶。它的分子排列是：一个个条状的分子层层相叠，错开一定角度，扭转成螺旋型结构。它除具有特殊的光学效应外，还具有显著的温度效应。随温度升高，其颜色按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫变化;温度降低，则按反方向变化。它的这种温度效应可用于金属的无损探伤和医疗上检查血栓和肿瘤。

在工业上多把三种液晶混合使用，或者在混合液晶中加入添加剂，这样效果会更好。液晶材料体积小，耗能少，在电子计算机、电视、钟表、微波测量、医疗、宇航上有重要用途。日本1991年已研制出液晶显示的电影放映机，图像比普通电影清晰许多倍。1991年5月，在英国皇家学会庆典上展示了一件令人瞩目的紧身衣，它是用液晶材料制成的，它会随温度变化而变幻出五彩缤纷的颜色。在低温下为黑色，在28℃时为红色，在33℃时为蓝色，在28℃～33℃之间为其他颜色，这标志着液晶材料的发展已进入一个崭新的阶段。

(3)其他功能高分子材料

离子交换树脂和离子交换膜也是一种高分子材料。离子交换树脂是由聚苯乙烯、聚氯乙烯或其他树脂的高分子链为骨架，在主链或侧链上连上容易与金属离子或酸根离子相作用的基团，而生成的高聚物。它能把稀溶液中的离子固定在树脂上，达到淡化溶液的目的;反过来又可把固着在树脂上的离子洗脱下来，以达到富集或浓缩微量元素的目的。在实验室中它可用于生产超纯水和提炼微量元素。在工业上它可用于淡化海水或富集海水中的镭、铀、钚等原子工业的原料，也可用于净化废水、废气以回收有用物质，防止环境污染。

另一种对光敏感的感光树脂在印刷工业上有重要的用途。这种高分子在光线作用下发生交链聚合作用生成不溶性树脂，未曝光的部分可用溶剂冲掉，由此得到的是具有立体浮雕式的图像，可直接用于印刷制版，使制版过程完全自动化。

1964年，美国人洛普研制成一种有机硅聚合物薄膜，它能从水中离析氧气，也能可逆地离析二氧化碳。用这种薄膜制成容器放入水中，容器中的老鼠活了4天4夜。这种薄膜有鱼类鳃的功能，如能制出高效产品，也许人类就可以在深海里长期停留而不需要潜水设备。这样人就可以住在美丽的海底龙宫中了。

高分子还可作为储能材料。人们已发现环庚二烯在吸收光能后变成环庚烷，当它释放出热量后又回复到环庚二烯。如果能提高其储能指标，将非常有用。

1987年，人们用泡沫塑料加工出一种增大型生长聚合物，它的奇特之处在于：与一般材料受拉变细相反，它受拉后横截面变粗。1988年研制出的多孔聚四氟乙烯，泊松比为负12。这种材料作铆钉抗拉性好，用它作为密封、减震、吸音材料，也有优良的效果。