导电高分子材料的研究进展精选(九篇)

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第1篇：导电高分子材料的研究进展范文

关键词：高分子材料；功能；研究现状；发展前景

前言

在我们的日常生活中，材料随处可见，材料的发展水平直接影响我们的生活质量。高分子材料在我们日常生活的应用中拥有很多的优势，与现代化生产非常吻合，同时它也产生了很高的经济效益等，因此它在工业上发展的十分迅速。在过去，20世纪60年展起来的功能高分子材料是属于那时的一个新兴领域，这个新兴领域同时渗透到能源和电子以及生物三大领等。而如今，21世纪的科技不断创新，也有了新型有机功能高分子材料，它们在人们的生产和生活中扮演着一个越来越重要的角色。

1 功能高分子材料的定义

功能高分子材料是指同时兼顾有两种性能的复合高分子材料，性能一：传统高分子材料的所体现出来的性能，性能二：某些特殊功能的基团所体现出来的性能。一般说来，具有传递信息、转化能量和贮存物质作用的高分子及其复合材料为功能高分子材料，或者还可以理解为具有能量转换的特性、催化特性、化学反应活性、磁性、光敏特性、药理性、导电特性、生物相容性、选择分离性等功能的高分子及其复合材料，同时还具有原有力学性能的基础。

2 功能高分子材料的工程实际应用

目前，在工程上应用较广泛而且具有重要应用价值的一些功能高分子材料主要分为以下几种：光功能高分子、液晶高分子、电功能高分子、吸附分离功能高分子、反应型功能高分子、医用功能高分子、环境降解功能高分子、高分子功能膜材料等。下文中具体从这几方面阐述：

（1）光功能高分子材料。指在光的作用下能够产生物理变化，如光导电、光致变色或者化学变化，如光交联、光分解的高分子材料，或者在物理或化学作用下表现出光特性的高分子材料。光功能高分子材料主要应用在电子工业和太阳能的开发利用等方面。

（2）液晶高分子材料。液晶高分子是一种新型的功能高分子材料，它是分子水平的微观复合，由纤维与树脂基体在宏观上的复合衍生而来，也可以理解为在柔性高分子基体中以接近分子水平的分散程度分散增强剂（刚性高分子链或微纤维）的复合材料。强度高、模量大是液晶高分子材料的主要特点，它在复合材料、纤维和液晶显示技术等方面的应用非常广泛。

（3）电功能高分子材料。电功能高分子材料主要表现为在特定条件下表现出各种电学性质，如热电、压电、铁电、光电、介电和导电等性质。根据其功能划分，主要包括导电高分子材料、电绝缘性高分子材料、高分子介电材料、高分子驻极体、高分子光导材料、高分子电活性材料等。同时根据其组成情况可以分成结构型电功能材料和复合电功能材料两类。电功能高分子材料在电子器件、敏感器件、静电复印和特殊用途电池生产方面有广泛应用。

（4）吸附分离高分子材料。吸附分离功能高分子按吸附机理分为化学吸附剂、物理吸附剂、亲和吸附剂，按树脂形态分为无定形、球形、纤维状，按孔结构分为微孔、中孔、大孔、特大孔、均孔等，吸附分离功能高分子主要包括离子交换树脂和吸附树脂。

（5）反应型功能高分子材料。反应功能高分子是有化学活性、能够参与或促进化学反应进行的一种高分子材料。它是将小分子反应活性物质通过共价键、离子键、配位键或物理吸附作用结合于高分子骨架，主要用于化学合成和化学反应。

（6）医用功能高分子材料。在生物体产生生理系统疾病时，一些特殊的功能高分子材料有对疾病的诊断、治疗、修复或替换生物体组织或器官，增进或恢复其功能的作用，此类特殊的功能高分子材料称为医用功能高分子材料。一般来说，医用功能高分子材料多用于对生物体进行疾病的诊断和疾病的治疗以及修复或替换生物体组织或器官和合成或再生损伤组织或器官，具有延长病人生命、提高病人生存质量等作用，在医疗方面被广泛应用。

（7）环境降解高分子材料。高分子材料在发生降解反应的条件有许多，如机械力的作用下发生的降解称为机械降解，此外在化学试剂的作用下可发生化学降解，在氧的作用下可发生氧化降解，在热的作用下可发生热降解，在光的作用下可发生光降解，在生物的作用下可发生生物降解等。具有此类功能的高分子称为环境降解高分子材料。

（8）高分子功能膜材料。高分子功能膜是一种具有选择性透过能力的膜型材料，同时也是具有特殊功能的高分子材料，一般称为分离膜或功能膜。使用功能膜分离物质具有以下突出的优点：具有较好的选择性透过性，透过产物和原产物位于膜的两侧，便于产物的收集；分离时不发生相变，同时也不耗费相变能。从功能的角度，高分子分离膜具有识别物质和分离物质的功能，此外，它还有转化物质和转化能量的其它功能。利用其在不同条件下显出的特殊性质，已经在许多领域获得应用。

3 功能高分子材料的发展前景

人类赖以生存和发展的物质基础离不开材料，材料的发展关系到社会发展和国民经济以及国家的安全，同时也是体现国家综合实力的重要标志。高新技术和现代工业发展的基石离不开高分子材料，国民经济基础产业以及国家安全不可或缺的重要保证同样也离不开高分子材料。而功能高分子材料由于其优越性，使得其在材料行业中发展迅速。

未来材料科学与工程技术领域研究的重要发展方向离不开功能高分子材料，材料、信息和能源理所当然的被评为新科技革命时代的三大根基，信息和能源发展离不开材料领域中功能高分子材料作为它们物质基础所起到的重要作用，新型功能高分子材料的研究与发展主要取决于现代学科交叉程度高这一特点。在传统的三大合成材料以外，陆陆续续又出现了具有光、电、磁等特殊功能的高分子材料以及功能高分子膜，同时也出现了生物高分子材料，隐身高分子材料等许多具有特殊功能的高分子材料，与此同时功能高分子材料的发展速度依然保持着加快的状态，显然它们对新技术革命影响非常之大。这些新型的功能高分子材料在我们的尖端科学技术领域和工农业生产以及日常生活中扮演着越来越重要的角色，21世纪人类社会生活必将与功能高分子材料密切相关。

4 结束语

功能高分子材料是一门研究高分子材料变化规律以及实际应用技术的一门学科，在高分子材料科学领域中的发展速度是最快的，同时也是与其它科学领域交叉最为密切的一个研究领域。它是以高分子物理、高分子化学等相关学科为基础，同时与物理学和生物学以及医学密切联系的一门学科。因此学习这门学科能让我们很好的将高分子学科的知识综合运用起来，进而使我们对高分子学科有更深刻的认识，让我们受益匪浅。

参考文献

[1]张青，陈昌伦，吴狄.功能高分子材料发展与应用[J].广东化工，2015，42（06）：119-120.

[2]武帅，鲁云华.功能高分子材料发展现状及展望[J].化工设计通讯，2016，42（04）：82.

[3]赖承钺，郑宽，赫丽萍.高分子材料生物降解性能的分析研究进展[J].化学研究与应用，2010，03（01）：1-7.

第2篇：导电高分子材料的研究进展范文

【关键词】形状记忆；高分子材料；军事应用

1.形状记忆高分子材料简介

形状记忆高分子或形状记忆聚合物（SMP，Shape Memory Polymer）作为一种功能性高分子材料，是高分子材料研究、开发、应用的一个新分支。它是在一定条件下被赋予一定智能高分子材料的形状（起始态），当外部条件发生变化时，它可相应地改变形状，并将其固定（变形态）。如果外部环境发生变化，智能高分子材料能够对环境刺激产生应答，其中环境刺激因素有温度、pH值、离子、电场、溶剂、反以待定的方式和规律再一次发生变化，它便可逆地应物、光或紫外线、应力、识别和磁场等，对这些刺激恢复至起始态。至此，完成记忆起始态固定变形态恢复起始态的循环。

1989年 ，石田正雄认为 ，具有形状记忆性能的高分子可看作是两相结构 ，即由记忆起始形状的固定相和随温度变化能的可逆的固化和软化的可逆相组成。可逆相为物理铰链结构 ，而固定相可分为物理铰链结构和化学铰链结构，以物理铰链结构为固定相的称为热塑SMP，以化学铰链结构为固定相的称为热固性SMP。王诗任等认为 ，形状记忆高分子实际上是进行物理交联或化学交联的高分子，其形状记忆行为实质上是高分子的粘弹性力学行为。他们根据高分子粘弹性理论建立了一套形状记忆的数学模型。总结来说，形状记忆机理可分为：组织结构机理、橡胶弹性理论、粘弹性理论。

2.军事材料特殊性分析

未来战争是高技术条件下的战争。不仅战场环境变得更加恶劣复杂，各种类型的雷达，先进探测器以及精确制导武器的问世，对各类武器和装备构成了严重的威胁。因此，不仅军事装备的质量要求一定可靠，而且，军事装备的再生性和快速制造能力也被提到了新的高度。

军事装备系统的可靠性（The Reliability of Armaments system）是指军事装备系统在规定的时间内，预定的条件下，完成规定效能的能力。要求装备在特定的条件下长期存放和反复使用过程中，不出故障或少出故障，处于正常的使用状态，且能实现其预期效能。因此，军事材料必须拥有极强的性能和超长的工作寿命。军事装备的再生能力，指的是军事装备受到损坏后，能够迅速进行战场抢修的能力。战场再生能力是提高装备战斗力的重要组成部分。形状记忆高分子材料具有许多优异的性能，因此此类材料对于军事方面的贡献就十分明显。在前期制造方面，由于其快速恢复能力，可以在很短的时间内完成对零部件连接、整合，为战争赢得极宝贵先机时间。在对装备恢复方面，我们可以将记忆前的材料制造为较为规则，使用面积较小的部件，单一运输时可以减缩空间，从而提高运输效率，极大地提高了战场的再生能力。

3.形状记忆高分子材料在军事方面应用展望

目前，形状记忆高分子材料在军事方面的成熟应用主要体现在在战机的连接，加固，军事通讯设备，战争医疗设备等方面。

3.1战机接头连接

在军事战斗机上通常装有各种不同直径的管道， 对于一些异径管接头的连接， 形状记忆高分子材料可以大显身手。其大致工艺过程如下： 先将形状记忆高分子材料加工成所要求的管材， 然后对其加热使管材产生径向膨胀， 并快速冷却， 即可制得热收缩套管。应用时， 将此套管套在需要连接的两个管材的接头上，再用加热器将已膨胀的套管加热至其软化点以上（低于一次成形温度）， 膨胀管便收缩到初始形状，紧紧包覆在管接头上。

3.2紧固销钉

在战斗机的制造工艺中， 需应用大量的连接件进行连接。采用形状记忆高分子材料制作紧固销钉，将是战斗机制造业中的一项崭新工艺技术。

（1）先将记忆材料成形为销钉的使用形状；（2）再将销钉加热变形为易于装配的形状并冷却定型；（3）将变形销钉插入欲铆合的两块板的孔洞中；（4）将销钉加热即可回复为一次成形时的形状， 即将两块板铆合固定。

3.3军事通讯设备

形状记忆高分子材料在军事通讯设备方面的应用同记忆合金比较相似。后者在航空航天领域内的应用有很多成功的范例。人造卫星上庞大的天线可以用记忆合金制作。发射人造卫星之前，将抛物面天线折叠起来装进卫星体内，火箭升空把人造卫星送到预定轨道后，只需加温，折叠的卫星天线因具有“记忆”功能而自然展开，恢复抛物面形状。而高分子材料通常具有很好的绝缘性能，因此在通讯设施中不需要导电的部件中，用形状记忆高分子材料代替，以获得我们预期的目标，从而提高部队的携带能力。

3.4军事医疗设备

在需要单兵作战的特殊场合，由于单兵的辎重，装备等携带能力的限制，需要在有限的或体积下携带比较充足的医疗设施，从而为军人的生命恢复提供必要的保障。利用低温形状记忆特性的聚合物聚氨酯、聚异戊二烯、聚降冰片烯等可以制备用作矫形外科器械或用作创伤部位的固定材料，比如用来代替传统的石膏绷带。方法有2种：一是将形状记忆聚合物加工成待固定或需矫形部位形状，用热水或热吹风使其软化，施加外力使其变形为易于装配的形状，冷却后装配到待固定或需矫形部位。再加热便可恢复原状起固定作用，同样加热软化后变形，取下也十分方便；二是将形状记忆聚合物加工成板材或片材，用热水或热吹风使其软化，施加外力变形为易于装配形状，在软化状态下装配到待固定或需矫形部位，冷却后起固定作用，拆卸时加热软化取下即可。形状记忆材料与传统的石膏绷带相比具有塑型快、拆卸方便、 透气舒适、干净卫生、热收缩温度低、可回复形变量大的特点，可望在矫形外科领域及骨折外固定领域得到广泛应用。

4.结束语

目前，对形状记忆材料的研究才刚刚开始，尚处于初级阶段。形形状记忆高分子材料虽然具有可恢复形变量大、记忆效应显著、感应温度低、加工成型容易、使用面广、价格便宜等优点，但尚存在着许多不足之处，如形变回复不完全、回复精度低等。因而，在形状记忆高分子材料的分子设计和复合材料研究等方面，还有待于进一步探索。另外，应根据现实需要开发新型的形状记忆高分子或对原有的形状记忆高分子有针对性地进行改性。因此， 在今后的研究工作中， 应充分运用分子设计技术及材料改性技术， 努力提高材料的形状记忆性能及综合性能， 开发新的材料品种， 以满足不同的应用需要。另外， 还应注重新材料的实际应用， 早日形成工业产量，为我国的军事建设及各项国民经济建设服务。

【参考文献】

[1]张福强.形状记忆高分子材料.高分子通报，1993，（1）：34-37.

[2]石田正雄.形状记忆树脂[J].配管技术，1989，31（8）：110-112.

[3]王诗任，吕智，赵维岩，等.热致形状记忆高分子的研究进展[J].高分子材料科学与工程，2000，16（1）：1-4.

第3篇：导电高分子材料的研究进展范文

关键词 水性聚氨酯 改性 研究进展

聚氨酯（（Polyurethane，简称PU）是指含有重复的氨基甲酸酯键（NHCOO）的一类高分子材料，是聚氨基甲酸酯的简称。聚氨酯树脂制成的产品有泡沫塑料、弹性体、涂料、胶粘剂、纤维、合成皮革等。广泛应用于机电、船舶、轻工及纺织部门，产品与品种逐年递增，是具有重大应用价值的先进高分子材料，已经成为当代高分子材料中品种最多、用途最广、发展最快的一种新型有机材料。我国聚氨酯工业始于20世纪50年代末60年代初，至今已50年左右。自1936年德国化学家Otto.Bayer等在研究异氰酸酯的加成聚合反应过程中，首先合成出含有氨基甲酸酯特性基团的化合物。在第二次世界大战期间聚氨酯技术得到了发展，20世纪50年代以来，有关聚氨酯的新品种、新工艺、新装备大量涌现，逐渐形成了成熟、完整的聚氨酯工业体系。据中国PU工业协会统计，1991年我国PU行业产量为15万t，1998年为77万t，而2011年我国PU行业产量达到了700万t，生产和消费规模居世界首位。预测我国在“十二五”期间，PU产品年消费量将达到900万t～1 000万t，实现产值将达到2 700亿～4 000亿元。

水性聚氨酯（WPU）是相对于溶剂型聚氨酯而言的，它是聚氨酯粒子分散在连续相（水）中的二元胶体体系。目前市场上大多数为溶剂型聚氨酯树脂，含有大量的有机溶剂和一定量的游离异氰酸酯，影响人们的身体健康和生活环境。随着各国环保法规对VOC（volatile organic compounds）排放量的限制以及对环保的重视，水性聚氨酯得到了较快的发展，己在织物、皮革、黏合剂等领域得到了广泛应用，正逐步替代溶剂型聚氨酯。

一、水性聚氨酯存在的问题

水性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氨酯体系，具有弹性、耐磨性、韧性、附着力和低温抗冲击性优异、VOC含量低，节能环保等优点。水性聚氨酯虽然具有很多优良性能，但其还存在着很多不足，如涂膜的耐水性不好，乳液稳定性、自增稠性、固含量等方面的性能不够理想，且机械强度不高，特别是硬度不够高。分析引起这些问题的主要原因包括以下几个方面：水性聚氨酯由于主链或侧链引入亲水基团从而使所形成的涂膜具有较高的表面能，通过成盐的方法虽然使聚氨酯可以分散在水相中，但是正是由于这些基团的存在使得水性聚氨酯耐水性、耐溶剂性、耐化学品性以及机械强度等性能变差。与有机溶剂相比，水的蒸发潜热很大（约540 cal/g），为了加快成膜过程中水分的蒸发需要高温，因此就需要投入大量能量。水的表面张力很高（约72 dtne/cm2），虽然添加助溶剂和表面活性剂可以降低表面张力，但是添加助溶剂会增加VOC的排放，添加表面活性剂会促使水性配方中被分散的成分稳定化，从而使夹带气泡的水-空气界面稳定化，因而产生泡沫，导致形成针孔。同时水的高导电性也会引起各种问题。

由于水性聚氨酯的这些缺陷，目前使用的水性聚氨酯基本上都是经过改性的。聚氨酯的改性有很多种，包括环氧树脂改性、有机硅改性、聚丙烯酸改性、有机氟改性等。本文主要对其改性技术进行了综述。

二、水性聚氨酯的改性

1.环氧树脂改性水性聚氨酯。环氧树脂（EP）材料具有高模量、高强度、易固化、黏附力强、化学稳定性好、价格低等优点，但其柔韧性、耐磨性不及WPU，因此，采用EP改性WPU可将两者的优良性能有机结合。利用EP改性WPU的方法主要有两种，一种是物理共混法，该方法是将EP均匀的分散到WPU预聚体中，两者之间并没有化学键的结合，最终将共混物在水中乳化；另一种是化学共聚法，该方法是EP开环后形成端羟基化合物与WPU进行共聚反应，得到的预聚体再在水中乳化。实验证明，采用化学共聚法制备的WPU乳液的稳定性不及物理共混法。

杜鹃研究了环氧树脂用量对乳液外观、乳液贮存稳定性等的影响情况，结果表明，随着EP用量的增加，乳液外观由乳白透明变为乳白色，由于当EP用量较多时，分散体的粒径大，阻碍了光线的透过，所以乳液呈发白现象。同时，随着EP用量的增加乳液黏度增大，贮存稳定性下降，低温柔韧性变差，吸水率减小。因为增加EP用量即增加了分子中交联结构，耐水性也就会越好。随着EP用量的增加，硬段含量增大，硬度增大，低温柔韧性也就会变差。李辉采用E-51环氧树脂为改性剂，得到了聚醚型环氧树脂改性WPU乳液。当环氧树脂E-51质量分数为4%时改性产品的性能最佳，该产品具有耐水性好、拉伸强度高等特点。

2.有机硅改性水性聚氨酯。有机硅材料是分子结构中含有硅元素的高分子合成材料，主链是一条键交替组成的稳定骨架，有机基团与硅原子相连形成侧基。由于有机硅的这种特殊结构和组成，使它具有耐高温、耐气候老化、电绝缘、耐燃、无毒、无腐蚀和生理惰性等优异性能。有机硅改性可提高涂膜的机械性能。含有硅氧烷基团的聚合物表面张力低于不含硅氧烷基团的聚合物，低表面能组分就会逐渐迁移至高表面能组分的外部，从而形成硅氧烷链段在乳液胶膜表面富集。富集于乳液表面的活性硅氧烷基团在一定条件下水解形成硅醇，硅醇与聚合物内部或表面的活性基团缩合形成立体网络（─Si─O─Si─）交联结构，化学交联点增加，交联密度相应增加，对涂膜表层的致密度有增强作用，并最终提高涂膜的机械性能。应用于水性聚氨酯改性的有机硅化合物主要是羟基硅油、氨基硅油、硅烷偶联剂等。

詹彪等用羟基硅油改性水性聚氨酯，结果表明，羟基硅油改性后的聚氨酯胶膜的分子链中聚硅氧烷连段从内部逐渐向表面迁移，有机硅富集在胶膜表面，从而增加了胶膜的疏水性。李文渊等采用3-氨丙基三乙氧基硅烷改性水性聚氨酯，研究了有机硅用量对乳液黏度和涂膜吸水率的影响，结果表明。有机硅改性提高了水性聚氨酯体系交联密度，从而使乳液黏度增加，涂膜吸水率下降，耐水性提高。Chen H等用氨乙基氨丙基聚二甲基硅氧烷改性聚醚型水性聚氨酯，发现改性产品的耐水性明显得到提高。曲鹏飞等用羟基硅油改性阳离子水性聚氨酯，通过采用差示扫描量热分析证明羟基硅油的加入使改性样品软、硬段玻璃化转变温度都降低，这是因为羟基硅油中-CH3围绕Si-O键旋转的自由能几乎为零，使得整个羟基硅油分子旋转十分自由，将其引入聚氨酯分子链中，整个大的分子链就会变得更加柔顺。从胶膜的力学性能显示，羟基硅油的引入使得胶膜的断裂伸长率增加，而胶膜的拉伸强度略有下降。

有机硅改性水性聚氨酯具有很多优良的性质，如涂膜具有优良的耐水性、耐候性、耐酸碱性、耐高低温使用性能和良好的机械性能。但用含有机硅分子制得的涂料存在力学强度低、附着力差等缺点。要改善这些缺陷，需少加溶剂，合理进行分子结构的设计，使共聚物具有聚氨酯的力学性能、耐磨性，同时具有有机硅烷的介电性、耐水性及生物相容性。

3.聚丙烯酸酯改性水性聚氨酯。聚丙烯酸酯（PA）树脂具有优异的耐光性、耐候性，受紫外线照射不易发生黄变，耐酸、碱、盐腐蚀，柔韧性高且价格低廉。采用聚丙烯酸酯改性水性聚氨酯，可将水性聚氨酯的优异性能与聚丙烯酸酯树脂良好的附着力、耐候性有机结合，从而制备出高固含、低成本的水性树脂，这种方法提高了水性聚氨酯树脂的综合性能又降低了产品的成本，具有广阔的应用前景。国外已经在很多领域有了广泛的应用。

陈金莲等采用平衡溶胀发制备了丙烯酸改性水性聚氨酯乳液，结果发现该水性聚氨酯改性方法可以大大提高甲基丙烯酸甲酯（MMA）的含量，明显提高了改性水性聚氨酯乳液及涂膜性能。吴冬梅等采用丙烯酸丁酯（BA）和MMA与WPU乳液共聚制备水性聚氨酯/聚丙烯酸酯复合乳液，结果表明所制备的复合乳液具有良好的室温贮存稳定性及成膜性能。与水性聚氨酯乳液相比，该复合乳液粒径有所增大，对基材润湿性更好，胶膜耐水性明显提高。杨霞制备了具有核壳结构的PUA复合乳液，研究了亲水扩链剂二羟甲基丙酸（DMPA）用量，R值、乳化剂用量、核壳质量比对乳液和胶膜性能的影响。王志强等合成了甲基丙烯酸甲酯改性的水性聚氨酯乳液，扫描电镜图显示，经丙烯酸酯改性的水性聚氨酯膜表面相对平整，这是因为聚氨酯与丙烯酸酯的微相分离程度小，相容性好，当m（PU）∶m（PA）=8∶2时得到的丙烯酸酯水性聚氨酯的综合性能较佳。

4.有机氟改性水性聚氨酯。含氟高聚物的性质主要取决于分子中的氟原子，而氟原子结合电子能力强、可极化率小、折射率低、电负性是所有元素中最高的。因此氟聚合物具有优良的电化学性能和光学性能，氟原子半径非常小，所以C-F键键长短，键能高，因此氟聚合物耐热性、耐氧化性及耐化学性优良。含氟聚合物的分子间凝聚力低，空气与聚合物界面间的分子作用力小，所以表面自由能低。而含氟化合物在成膜过程中有向膜表面迁移富集的趋势，因此，含氟化合物具有优异的表面性能，如疏水耐油性、性、耐溶剂性及良好的生物相容性等。对水性聚氨酯进行氟改性，使氟链段在材料表面富集，从而获得同全氟高分子材料相近的表面能。该方法能在很大程度上改善涂膜的性能，弥补水性聚氨酯在这些方面的缺陷。

李培枝等合成了全氟烷基侧链的氟改性水性聚氨酯，主要通过对水性聚氨酯进行单羟基的全氟乙基辛醇的接枝反应。结果表明，经过改性的水性聚氨酯涂膜的表面性能明显变低，耐水性、耐热性及耐腐蚀性明显提高。刘峥等制备出含氟长支链水性聚氨酯乳液，研究了含氟长支链的量对水性聚氨酯相关性能的影响。结果表明，在一定范围内随着氟含量的增加，乳液粒子粒径增加，涂膜表面张力明显降低，与水的接触角上升，涂膜的热稳定性得到提高，拉伸强度增加，断裂伸长率降低。

参考文献

[1]杜鹃.环氧树脂对封端型水性聚氨酯的改性研究[J].光谱实验室，2012.29（5）：23-27.

[2]李辉.环氧E-51改性水性聚氨酯胶黏剂的制备及性能研究[J].石油化工高等学校. 校报，2010，23（2）：37-40.

第4篇：导电高分子材料的研究进展范文

【关键词】　智能水凝胶　分类　理论机理　应用

水凝胶是由高分子的三维网络与水组成的多元体系，是自然界中普遍存在的一种物质形态，生物机体的许多部分(如人体的肌肉、血管、眼球等器官) 都是由水凝胶构成的。它是一些高聚物或共聚物吸收大量水分，溶胀交联而成的半固体。水凝胶的性质不仅与聚合单体和交联剂的性质以及聚合工艺条件有关，而且还取决于溶胀时的条件。根据水凝胶对外界刺激的应答情况，可分为两类：一类是传统的水凝胶，这类水凝胶对环境的变化不特别敏感。另一类是环境敏感的水凝胶，这类水凝胶在相当广的程度上对环境所引起的刺激有不同程度的应答，具有智能性。智能水凝胶对外界微小的物理化学刺激，如温度、电场、磁场、光、pH、离子强度、压力等能够感知并在响应过程中有显著的溶胀行为或响应性。由于水凝胶的这种智能性，使其在药物控释载体、组织工程、活性酶的固定、调光材料方面具有良好的应用前景，另外，在化学转换器、记忆元件开关、传感器、人造肌肉、化学存储器、分子分离体系等方面也开始表现出良好的应用前景。近年来对它的研究和开发工作异常活跃，成为当今研究的热点。

1　智能水凝胶的分类

根据对外界刺激的响应情况，智能型水凝胶分为：温度敏感型水凝胶、pH敏感型水凝胶、光敏感型水凝胶、电场敏感型水凝胶、压力敏感型水凝胶、生物分子敏感型水凝胶等。

1.1 温度敏感型水凝胶

温度敏感型水凝胶对环境的温度变化能产生响应，即当周围环境温度发生变化时，凝胶自身的性质也随之改变。目前研究较多的是随温度变化而发生体积相转变的水凝胶，可分为高温收缩和低温收缩型两类。还有一种是无体积变化而具有温致变色的温度敏感水凝胶。

这种热敏特性的机理是凝胶体系中存在着一定的疏水和亲水基团，它们和水在分子内和分子间会产生相互作用。当T < LCST时， 凝胶溶于水， 凝胶与水之间主要是酞胺基团与水分子之间氢键的作用，此时由于氢键及范德华力的作用，大分子链周围的水分子将形成一种由氢键连接的、高度有序化的溶剂壳层。随温度上升，凝胶与水相互作用参数改变，其分子内及大分子间的疏水作用加强，形成疏水层，氢键被破坏，大分子链周围的溶剂壳层被破坏，在某一临界温度(LCST)水分子从凝胶中排出，凝胶产生相变，从而表现出温敏性。此时高分子由疏松的线团结构转变为紧密的胶粒状结构，发生了coil - globule 转变。这种相变是在很窄的温度范围内发生的，发生相变的温度称为最低临界转变温度（LCST），高于这个温度时溶胀的水凝胶发生收缩，而低于这个温度则再度溶胀。

聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）水凝胶的温度敏感性相转变是由于交联网络的亲水性/疏水性平衡受外界条件变化的影响而引起的，是分子链构象变化的表现。然而，PNIPAM水凝胶存在的一些缺陷也极大的影响了其实际应用。存在的缺陷主要有两点：第一，响应速率慢，第二，机械强度差。因此近十几年来，这一领域的研究主要集中在PNIPAM水凝胶响应速率和机械强度的改善上。提高PNIPAM水凝胶的响应速率目前主要有三种方法：1缩小凝胶的体积尺寸，可制成微胶囊，制成纳米微粒网络。2合成具有孔结构的凝胶。3在凝胶基体中引入接枝链。而提高PNIPAM水凝胶机械强度的方法有：1引入机械强度高的物质作支架。2形成互相贯穿聚合网络(IPN)。3与疏水性单体共聚。

自1984年有文献报道聚N-异丙酰胺具温敏性以来，聚N-异丙酰胺及其衍生物已广泛用于药物释放研究。聚N-异丙酰胺中加入疏水性的甲基丙烯酸丁酯可增强凝胶机械强度，缩短对温度变化响应的时间。用聚N-异丙酰胺水凝胶包载药物的滴眼剂治疗青光眼，降压时间比普通制剂持久6倍。将包裹5-氟尿嘧啶的聚N-异丙酰胺水凝胶置透析袋中，释药受凝胶和透析膜双重控制，温度升高释药加快。

抗癌药置温敏水凝胶中，用抗体、糖作靶向基团运至靶区，并在外部施加物理刺激，可提高载体稳定性和靶向效果。温敏单体与磁性微球共聚，在外加磁场作用下具快速、简便的磁分离特性，可用于蛋白、多肽控释系统。对注射壳聚糖-β-甘油磷酸水凝胶及加入脂质体后的释药研究，后者在体温下快速胶凝。研究盐酸维拉帕米和硝苯地平在聚丙烯酰胺-瓜尔胶凝胶微球中的释药。泊洛沙姆可作为蛋白释药载体制备植入剂、纳米微球，用物理交联制备嵌段共聚水凝胶包埋大分子，透明质酸-泊洛沙姆凝胶用于人生长激素的控制释放。

近十年来，以PNIPAM为代表的温度敏感型水凝胶在理论和应用上均引起了人们越来越大的兴趣。其在应用领域的研究有待于进一步的开发。随着有关研究的深入，相信人们在不久的将来会在这一领域取得更大的成就。

1.2 pH敏感型水凝胶

具有pH敏感型的水凝胶是通过线形聚合物之间交联或互穿网络而形成体型大分子网络结构，网络中含有可离子化的酸性或碱性基团(羧基、磺酸基或氨基) ，随着介质pH值、离子强度改变，这些基团会发生电离，导致网络内大分子链段间氢键的解离，产生不连续的溶胀体积变化。在一定离子强度下，凝胶内外离子浓度差最大时对应的平衡溶胀度为极大值。这种凝胶溶胀对离子强度的关系，可以解释为在低离子强度下，因抗衡离子难以从溶液进人凝胶，所以可电离基团的电离度较小，随离子强度的提高电离度增大，凝胶溶胀加大，最后凝胶离子化达到最大，这时离子强度增加时，会减少凝胶内与溶液间的离子渗透压，而导致凝胶溶胀减少。根据敏感性基团的不同可分为阴离子、阳离子和两性离子三种类型。

pH敏感水凝胶中含酸、碱性基团，溶胀、收缩、渗透压随pH、离子强度变化，可实现靶向释药。凝胶膨胀度和pH响应性可用中性共聚单体如甲基丙烯酸酯、顺丁烯二酸酐等调节。聚阳离子水凝胶在中性pH膨胀小、释药少，可用于胃部释药及防止味觉差的药物在口腔等中性环境释放。用甲基丙烯酸甲酯和N，N-二甲氨甲基丙烯酸乙酯共聚水凝胶包载咖啡因，在中性环境不释药，pH3-5呈零级释药。一般聚酸类水凝胶在酸性下不解离，膨胀小、释药少，可设计治疗消化性溃疡药按pH调节释药速度。pH敏感水凝胶作为多肽、蛋白载体，保护药物在胃、小肠不被降解，在结肠被微菌群产生的酶如偶氮还原酶、糖酐酶等降解释药。聚丙烯酸分子上大量的羧基具亲水性，聚丙烯酸或聚甲基丙烯酸与偶氮芳香交联的水凝胶在胃内膨胀很小，几乎不释药，在小肠内羧基电离，膨胀度增大，但偶氮键不断裂，结肠内被偶氮还原酶降解释药。降解动力学受凝胶交联度影响，膨胀动力学受聚合物组成影响。

pH敏感的多糖凝胶，如藻酸盐、环糊精、壳聚糖等作为释药载体很有潜力。聚多糖类水凝胶由于良好的生物相容性和降解性，在医学领域的应用倍受关注。壳聚糖-聚氧乙烯凝胶在酸性更具膨胀性，可用于抗生素如阿莫西林、甲硝哒唑等定位释药治疗胃部幽门螺旋菌。Zhang Yongjun 等利用相反电荷聚电解质之间的静电作用，通过层层组装制备壳聚糖水凝胶微囊。以二氧化硅 (SiO2) 微粒为核，先在核上依次包裹PAA 和壳聚糖膜，形成多层的PAA-壳聚糖外壳，再选择性的交联壳聚糖，最后将PAA 和SiO2核逐一除去，得到了壳聚糖水凝胶微囊。形成的壳聚糖微囊具有pH敏感性，壳聚糖的交联提高了壳层的稳定性，微囊壁的交联密度对水凝胶pH敏感程度有重要的影响。

1.3 温度和PH双重敏感型水凝胶

由于环境的复杂性，近年来人们对具有多重敏感性水凝胶的研究越来越感兴趣，这方面的研究主要集中在对温度和PH双重敏感的水凝胶上。

将pH敏感单体和温度敏感单体通过接枝、嵌段共聚引入某些酸、碱基团或采用互穿网络技术可合成温度、pH双重敏感水凝胶，各聚合物链有独立的敏感性。利用聚丙烯酸的电离性与聚乙烯醇的弹性可制备双重敏感水凝胶。如将N-异丙酰胺、N-氨基丙基甲基丙烯酰胺分别与N，N’-亚甲基二丙烯酰胺交联合成了双重敏感水凝胶，研究其在不同离子强度、pH中二磺酸奈的释放，发现酸性中氨基与二磺酸奈键合强，释药少，释药加快。所形成的水凝胶在pH值为7.4下，温度为37℃时发生相变，胰岛素在其中的释放发生明显变化。另外，黄月文等合成了兼具温度及值敏感性的聚N-异丙基丙烯酞胺-共-丙烯酸水凝胶，并在此水凝胶中包埋抗结肠癌药物阿司匹林。研究表明，在PH=7.4的介质中，37℃时阿司匹林在水凝胶膜中的释放比25℃时快，而在37℃、PH=7.4的介质中，阿司匹林的释放比PH为1.0的快得多，因此可将阿司匹林大部分定向到肠中释放。

1.4 光敏感型水凝胶

目前，这类水凝胶的合成主要是在温度或pH敏感型水凝胶中引入对光敏感的基团。导致光敏水凝胶的响应机理有三种：一种是特殊感光分子，当有光照射时，这类水凝胶将光能转化成热能，使材料局部温度升高，当凝胶内部温度达到热敏材料的相变温度时，发生体积相转变现象。例如，将吸光产热分子叶绿素与温敏水凝胶PNIPA 以共价键结合，当用紫外线照射时，该凝胶出现相转变现象。另一种是利用光敏分子遇光分解产生的离子来改变凝胶内外的离子浓度差，造成凝胶渗透压突变，促使凝胶发生溶胀，从而实现响应性。第3种响应机理是水凝胶材料中引人了发色基团，由于光照，这些发色团的理化性质（如偶极矩和几何结构）发生变化，导致具有发色团的聚合物链的构型的变化，从而导致聚合物性能发生改变。光异构化反应包括偶氮基团等的反式—顺式异构、无色三苯基甲烷衍生物的解离等。这些发色基团可位于聚合物骨架，又可作为侧基，甚至可作为交联剂。如含对光敏感的无色三苯基甲烷氰基的PNIPA水凝胶，当无紫外线时，水凝胶在30℃出现连续的体积相变，当有紫外线时，由于氰基的光解离，温度升至32. 6 ℃时凝胶的体积突变。

偶氮苯及其衍生物分子是一类典型的光致异构的分子，含偶氮苯光色基团的聚合物可用于光电子器件、记录存储介质和全息照相等领域，可发展成为具有广泛用途的一类新颖的先进功能材料。陈莉等通过自由基共聚合方法，将侧链含偶氮苯基的丙烯酰胺基偶氮苯单体(AAAB)与丙烯酸(AA)共聚合成了一种新型功能高分子P(AA - co - AAAB)，使聚合物结构内在具备偶氮生色团的同时也具有亲水性的羧基，这就使得此种高分子具有pH 和光双重响应性能，从而将光响应与pH响应很好地融为一体，拓宽了其可能的应用范围。

1.5 电敏感型水凝胶

电敏感型水凝胶一般由聚电解质高分子构成，它在直流电场作用下可发生形变。其响应机理是溶液中自由离子在电场下的定向移动造成凝胶内外离子浓度和凝胶内部pH的不均匀，从而引起渗透压和聚电解质电离状态的变化。绝大多数电场敏感型凝胶是电致收缩型，网络上带正电荷的凝胶水分从阳极放出，否则从阴极放出。研究表明：凝胶的溶胀性能和电响应性能受凝胶的单体配比，溶液的离子强度和所施加的电场强度等因素的影响。这里存在一个临界压力，低于临界压力凝胶膨胀，高于临界压力则凝胶收缩。例如聚丙烯酸/聚乙烯基磺酸共聚物水凝胶(PAAC/PVSA)，在电场中，由于电压引发离子运动，水凝胶的体积发生明显的变化，可用于生物传感器。

为了解决以往电敏水凝胶只能在酸性或碱性条件下发挥作用，需要较高的电压和响应时间慢等缺点，Elizabeth A. 等将具有导电性的聚吡咯/碳黑复合材料加入到丙烯酸/丙烯酰胺水凝胶内，其能在低电压 (1V)、中性溶液中快速 (5s) 做出响应。通过改变丙烯酸的含量、导电性、共混材料浓度和电场强度来调节对电刺激的响应。这种新型电敏凝胶材料有望用于生物微电子机械系统。

1.6 压力敏感型水凝胶

水凝胶的压力敏感性最早是由Marchetti 通过理论计算提出来的，其计算结果表明，凝胶在低压下出现塌陷，在高压下出现膨胀。

最近钟兴等人研究了压力对聚N-正丙基丙烯酰胺（PNIPA）、聚N，N-二乙基丙烯酰胺（PNDEA）及PNIPAAM这3种凝胶溶胀性的影响，认为3种凝胶之所以表现出明显的压敏性，首先是因为它们具有温敏性，另外还因为其相转变温度随压力而有所升高。所以，当温度不变时，如果常压下处于收缩状态的凝胶因为压力的增加而使其所处温度低于相转变温度的话，凝胶将发生大幅度的溶胀。

此外，赵春顺等以羟丙基甲基纤维素(HPMC)和羧甲基纤维素铺(CMCNa)为骨架材料，以非诺洛芬(FC)为模型药物，研究了FC亲水凝胶骨架片释药机制的影响因素，发现压力对释药机制影响较大。当处方中含有20%淀粉时，FC骨架片释药受压力影响更为明显，释药速率随压力增加而减小。

1.7 生物分子敏感型水凝胶

生物分子敏感型水凝胶能对特定的生物分子 (如葡萄糖、酶和DNA分子等) 产生响应。

例如甲基丙烯酰胺水凝胶是一种用四肽 (CYKC) 作为交联剂所得到的对α-胰凝乳蛋白酶敏感的含有缩氨酸序列的水凝胶。当其遇到α-胰凝乳蛋白酶时，水凝胶上连接的缩氨酸序列发生分离，引起水凝胶从不溶的三维交联网络结构向可溶的结构转变。这项研究有望作为生物传感器用于蛋白酶-缩氨酸识别系统。

目前此类水凝胶主要用于自动调控胰岛素释放系统，研究较多的是葡萄糖敏感水凝胶。这种水凝胶实质为pH或温度敏感型材料，但可以通过感知由生化反应造成溶液组分的变化，从而产生如体积相变这样的响应。Joseph Kost等用羟乙基甲基丙烯酸酯(HEMA) 、NDMAEM、TEGDMA 和葡萄糖氧化酶在冷冻状态下，辐射交联共聚合形成凝胶，此凝胶浸入葡萄糖溶液后，可将葡萄糖氧化为葡萄糖酸，使pH下降，从而导致叔氨基质子化而使凝胶溶胀，且溶胀体积随葡萄糖溶液浓度的增大而增大。

1.8 其他智能水凝胶

如抗原应答式水凝胶，凝血酶诱导应答式水凝胶，印迹水凝胶等，都具有很好的特异性，具有诱人的医药学前景。

2　智能水凝胶的理论和机理

2.1 基本作用力

早期，学者们提出水凝胶体系的3种基本作用力，它们是橡胶弹力、聚合物间亲和力和氢离子间压力。作用在凝胶上的总压力就是这3种作用力的合力，被称为凝胶的渗透压，它决定着凝胶是趋于吸收液体还是排斥液体。

后来经过进一步的深入研究，人们又把诱导水凝胶体系发生相转变的分子间相互作用更准确地归纳为4类：疏水作用、范德华力、氢键、离子间作用力。

2.2 动力学研究

学者kato等对大孔隙水凝胶动力学的研究表明，N-异丙基丙烯酰胺在NaCl溶液中的去膨胀过程由两个因素控制：一个是氯离子间的斥力，另一个是盐析效应。

Hirose等对N-异丙基丙烯酰胺与丙烯酸共聚物水凝胶的体积相转变动力学行为进行了细致的研究，并提出去溶胀过程由3个阶段构成：1均匀收缩阶段，水凝胶的尺寸按指数规律减小。2平台阶段，柱状水凝胶的两端开始收缩而中间部分仍处于膨胀状态。3崩坍阶段，此时水凝胶的中间部分亦随时间而线性收缩。实验表明，对于带有少量电荷的水凝胶能较好的符合上述过程。

2.3 水凝胶的敏感性机理

Tanaka等通过测定聚合物链的持续长度b与有效半径a之比（即代表聚合物链刚性的度量）及敏感性之间的关系，提出了半经验参数s作为有无敏感性的判据：s=（ba）（2f+1），式中f代表单位有效链上可离子化基团的数目。他们认为s>290时水凝胶会发生敏感性相转变，而当s

吴奇等通过研究微凝胶与表面活性剂的相互作用，提出了与疏水作用不同的新的溶胀和收缩机理，并认为近年来观察到的大块凝胶的所谓非连续体积变化并不是源于理论上所预测的非连续体积相转变，而是由于内部不均匀收缩导致的内部应力同剪切模量之间的相互作用引起的。

3　智能水凝胶的应用

水凝胶具有三维网络结构，在水中能够吸收大量的水分溶胀，并在溶胀后继续保持其原有结构而不被溶解。水凝胶类似于生命组织材料，表面粘附蛋白质及细胞能力很弱，在与血液、体液及人体组织相接触时，表现出良好的生物相容性，它既不影响生命体的代谢过程，代谢产物又可以通过水凝胶排出，比其它任何合成生物材料都接近活体组织，在性质上类似于细胞外基质部分，吸水后可减少对周围组织的摩擦和机械作用，显着改善材料的生物学性能。因此，水凝胶在生物医药、组织工程等方面得到了广泛应用，如可作为组织填充剂、药物缓释剂、酶的包埋、蛋白质电泳、接触眼镜、人工血浆、人造皮肤、组织工程支架材料等。

3.1 分子器件

利用智能凝胶在外界刺激下的变形、膨胀、收缩时产生的机械能，可以实现化学能和机械能的直接转换，从而开发以凝胶为主体的化学阀、驱动器、传感器、药物控释系统、分子分离系统等微机械产品。用凝胶制作微机械元件，由于凝胶柔软有弹性，且其弹性模量可通过交联密度调节，可使微机械元件的尺寸进一步减小，并能保持足够的驱动力。同时，由于凝胶尺寸的减小，缩短了控制凝胶收缩与膨胀的扩散距离，大大提高了凝胶的响应速率。近来国外一些科学家正在探讨利用凝胶受环境变化而变化的特性来研制凝胶微机械元件，并已取得了一些重要成果，引起了人们的高度重视，但国内尚未见报道。

3.2 调光材料

利用智能型大分子和大分子水凝胶的环境敏感行为可以设计制作调光材料。它是一种温度敏感材料，当阳光照射到凝胶时，一部分转变为热能。水凝胶系统的调光性赋予了其“开关”温度TS ，在TS以下凝胶网络透明，而当温度升至TS以上则形成散光的微粒。MIT的Suzuki和Tanaka设计了一种对光敏感的PNIPPAM 凝胶。他们在凝胶中引入光敏成分叶绿素。光照时，叶绿素吸收光能使其微环境温度升高，凝胶收缩，反之，凝胶溶胀。测得直径为5Lm 的凝胶响应时间约为5min。

3.3 生物医学

医用高分子材料指的是在医学上使用的高分子材料，是一门介于现代医学和高分子科学之间的新兴学科。它涉及到物理学、化学、生物化学、病理学、医学、输血学等多种边缘学科，是生物材料的重要组成部分。目前，医用高分子材料的应用已遍及整个医学领域，如血液接触的高分子材料、组织工程用高分子材料、药用高分子材料、医药包装用高分子材料、眼科用高分子材料、医用粘合剂和缝合线、医疗器械用高分子材料等等。

3.3.1 药物传输控制系统

智能水凝胶具有传递药物分子的孔道，对生理环境敏感，特别适合作为不溶于水的药物和易被胃肠酶分解的蛋白类药物的载体。作为这些药物载体的水凝胶需有良好的生物相容性和生物降解性，在体内酶或胃内低PH环境中能够保护药物不被降解。研究较多的是温敏水凝胶和PH敏感水凝胶。

3.3.1.1 黏膜给药

黏膜给药包括眼部黏膜、鼻黏膜、阴道黏膜等部位给药。黏膜途径给药的pH敏感型原位凝胶研究得较多、也较为深入。

用流变学方法研究壳聚糖硫醇在体外的原位胶凝性质。pH5.5条件下，壳聚糖硫醇中巯基数量明显减少，表明已形成二硫键。所形成凝胶弹性的增强程度与聚合物中巯基的总量显著相关，巯基数量越多，弹性系数G越大。壳聚糖硫醇化衍生物在5-6.8的PH范围内原位凝胶，可以用于眼部、鼻腔和阴道的黏膜给药系统。

3.3.1.2 口服给药

胃肠道PH呈递增趋势，胃液PH为1-3，十二指肠PH为4-5，其余肠段PH为6-8。对于在胃内不稳定的药物，利用胃肠道PH的变化来开发肠道释放的剂型尤为重要。

用二缩三乙二醇双甲基丙烯酸酯 (TEGDMA) 交联制得pH 敏感的聚甲基丙烯酸 (PMAA) 水凝胶作为膨胀层，聚羟乙基丙烯酸甲酯 (PHEMA) 作为非膨胀层，将这两种骨架层交联得到一种具有双层结构并可自折叠的水凝胶微型装置。再将具有生物粘附性的药物粘附到非膨胀层的一面用于药物传输。当这种微型装置进入体内，pH敏感的PMAA层接触到体液后迅速膨胀，而PHEMA层无反应。由于膨胀层和非膨胀层的区别，这个自折叠的装置发生弯曲，从而延长了在靶部位的停留时间，增强了生物粘附性。另外，非膨胀的PHEMA层可以作为扩散屏障，给药物提供了更好的保护和减少药物在肠道中的损失。

聚乙烯醇与丙烯酸或甲基丙烯酸可形成共聚物，其凝胶具有PH敏感性溶胀行为。载有胰岛素的凝胶在人工肠液（PH6.8）中释放药物，而在人工胃液（PH1.2）中不释放药物。到达小肠之前，载药凝胶在胃酸环境中对药物胰岛素具有保护作用。凝胶在大鼠体内的释药行为表明胰岛素口服给药对控制葡萄糖水平有效。

3.3.1.3注射给药

将某些pH敏感型凝胶注射于机体组织后，在PH约7.4的体液环境中胶凝，形成药物贮库，缓慢持久释放药物。

在生物相容性共溶剂系统中制备聚甲基丙烯酸（PMA）和聚乙二醇（PEG）的水不溶性共聚物（IPC）的溶液，IPC溶液在生理PH条件下可转变为凝胶。共溶剂N-甲基吡咯烷酮/乙醇/水的最佳比例为1:1:2，IPC的浓度宜在30%-60%（W/V）。研究表明，该体系可承载、保护大分子药物如蛋白质和低聚核苷酸，并控制其缓慢释放。

3.3.1.4 葡萄糖响应的胰岛素释药系统

根据智能水凝胶对葡萄糖响应设计胰岛素自调式释药系统一直是研究热点。正常人体胰岛素的释放受机体反馈机制调节，维持血糖水平正常范围，糖尿病患者注射胰岛素有时会引起低血糖危急生命，目前研究较多的胰岛素智能给药系统主要包括：(1)载有葡萄糖氧化酶的智能水凝胶。(2)载有葡萄糖氧化酶的接枝多孔膜。(3)竞争结合型胰岛素释药系统。设计这一释药系统的最大挑战在于载体对葡萄糖有高度敏感性和自动开关能力，在特定时间定量释药。目前采用的水凝胶仍有不足，如响应较慢，或是响应后很难较快回到初始状态，重现性有待改进。

3.3.2 组织工程支架材料

水凝胶应用于组织工程支架要求具有生物相容性、生物降解性、高含水量和细胞膜粘附性等。高度膨胀的三维环境含有大量的水，类似于生物组织环境，可以促进细胞增殖和细胞活动。

医用聚丙烯酰胺水凝胶作为组织充填材料已广泛用于人体各部位，它是一类具有亲水基团，能被水溶胀但不溶于水的聚合物。水凝胶中的水可使溶于其中的低分子量物质从其间渗透扩散，具有膜的特性，类似于含大量水分的人体组织，具有较好的生物相溶性。而且聚丙烯酰胺水凝胶为大分子物质，不吸收、不脱落、不碎裂，在弥散的环境下能很好保持水分，有较好的粘度、弹性和柔软度，适合人体组织结构。

3.3.3 人工玻璃体

PVP 水凝胶是第一个用作病变的玻璃体替代物的合成高聚物。作为一种优异的病变玻璃体替代物，PVP水凝胶具有良好的生物相溶性和生物物理光学特性，其网状支架对眼球内的新陈代谢成分具有良好的通透性。另外，PVP水凝胶具有粘弹性，表现出良好的内填充作用，可以封闭裂孔，展平视网膜。

3.3.4 人工软骨

PVA 水凝胶的高含水性及其特殊的表面结构与天然软骨组织非常相似，具有良好的生物相容性和摩擦学特性，同时该水凝胶具有类似于天然软骨的多微孔组织，内含大量的水，是一种可渗透材料，其弹性模量和人关节软骨相近，有望成为理想的人工软骨材料。

3.3.5 医用敷料

敷料的主要类型有两种：干型，如纱布；湿型，如水凝胶。水凝胶的优点是可吸收渗液形成凝胶，且吸收渗液后的凝胶不会沾粘伤口；可加速上皮细胞生长，加速新微血管增生；隔绝细菌侵犯，抑制细菌繁殖。目前用水凝胶作创面敷料在美国、日本及欧洲一些国家已经商品化，但在国内尚属空白。

用藻酸钙纤维制成的水凝胶，与伤口渗液接触后形成光滑的凝胶体，可有效清创且使伤口表面的细胞残屑、细菌、微生物等被包裹、锁定在凝胶体中，而且在藻酸钙与伤口渗液中的钠离子结合形成凝胶的同时将钙离子释放，伤口表面钙离子的大量集结可加速创面止血，促进创面愈合。

当羧甲基纤维素钠微粒与创面渗出物作用时，剧烈膨胀形成一种不与创面粘连的凝胶，该凝胶具有较强的渗液吸收能力和良好的蒸发性能，并能快速溶解焦痂，清除腐败组织。

3.3.6 角膜接触镜材料

角膜接触镜俗称隐形眼镜，是一种兼具视力矫正、美容、眼睛防护和医疗作用的产品。使用α-甲基丙烯酸β-羟乙酯聚合物( PHEMA) 作为制造角膜接触镜的材料。用这种PHEMA 材料制造的水凝胶角膜接触镜配戴舒适度比较高，但含水量不高，氧气通过性能不好，不能长时间配戴。采用亲水性能更高的PVP共聚物水凝胶，作为制造角膜接触镜的材料，可解决上述问题。

3.3.7 组织培养

利用PNIPAM水凝胶的温敏性可将它接枝于固体表面，通过调节温度改变固体表面的亲水性。在培养皿内壁接枝PNIPAM，用此培养皿接枝培养细胞，成活率较传统的酶洗脱法高得多。

3.3.8 在分析和医学诊断方面的应用

根据水凝胶的环境敏感性，可将它与生物传感器物理元件相连，然后将生物分子固定在水凝胶表面或内部，便可得到生物传感器，用于诊断疾病及做日常监测。例如，利用水凝胶固定抗原，可用于免疫检测。

3.3.9 血红蛋白氧气载体

血红蛋白 (Hb) 作为血液代用品，具有高效载氧功能，但天然无基质Hb溶液不能直接作为红细胞代用品。目前血红蛋白氧气载体 (HBOC) 主要分为化学修饰Hb、基因重组Hb和包囊Hb。用脂质体包封Hb，易导致Hb变性，Hb微胶囊存在快速释放的缺陷，另外，这些微胶囊没有红细胞那样柔软的外壁，也不能在网状内皮组织系统中快速流动。用纳米水凝胶微粒包封Hb，具有机械性能稳定，装填能力高，膨胀收缩可控，质地柔软和在网状内皮组织系统中流动快等优点。

Jaqunda N. Patton 等报道了通过光引发聚合得到温敏性PNIPAAM水凝胶纳米粒包封牛血红蛋白 (BHb) 作为氧气载体，生理温度变化可引起PNIPAAM水凝胶纳米粒膨胀和收缩，对zeta电位、氧气亲和力和协同性都有影响。当温度从40℃降至29℃时，纳米粒水凝胶膨胀，减少了氧气传输时的阻力。AndreF. Palmer 等将BHb与pH敏感的PAAM交联合成HBOC。这种pH敏感的HBOC可以靶向的将高效载氧的血红蛋白运输到由于生理pH值下降而引发低氧状态的组织。

3.3.10 水凝胶微透镜

智能水凝胶微透镜是一种新型的蛋白质检验方法。聚-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸(PNIPAM-co-AAC)微凝胶与生物素偶联制成动态可调式生物素化凝胶微透镜。这种可调式凝胶微透镜是通过静电作用吸附在氨丙基三甲氧基硅烷化的玻璃基片上制得。研究者将生物素化的凝胶微透镜与未生物素化的凝胶微透镜相对比，发现特定的蛋白质溶液能引起生物素化的凝胶微透镜平衡膨胀体积变化和折射率的改变，而未生物素化的凝胶微透镜则对其不敏感。另外，这些凝胶微透镜在受到外界刺激时 (如温度、pH和光子流量)，其光学性质会发生相应的变化。

3.3.11 用于活性酶的固定

酶的固定化技术的发展给酶制剂的应用创造了有利条件。与自由酶相比，固定化酶的最显著的优点是在保证酶一定活力的前提下，具有贮存稳定性高、分离回收容易、可多次重复使用、操作连续及可控、工艺简便等一系列优点。温度敏感性水凝胶由于其在临界温度附近溶胀度显著变化的特点，使其已成为固定化酶的一种理想包埋载体。

4　展望

智能型水凝胶在许多应用方面具有很大的潜能，如pH敏感和温度敏感水凝胶可用于靶向药物的控制释放，对特定分子(如葡萄糖、抗原等)响应的水凝胶，既可用于生物传感器也可用于药物释放体系，光敏感型、压力敏感型及电敏感型水凝胶也有用于药物释放和生物分离的潜力。

虽然从理论上来说实现这些应用是可行的，但实际应用还要求对水凝胶的性能进行很大的改进。所有这些刺激响应型水凝胶的最显著的缺点是它们的响应速度太慢，因此制备快速响应性水凝胶是智能型水凝胶研究领域的一个重要课题。实现这一目标的最简单的方法是制备较薄和较小的水凝胶，但这种水凝胶往往没有足够的机械强度以满足实际应用。另外用于药物载体的智能型水凝胶还要求有生物相容性和体内降解性等，选用更理想的材料设计体积小、响应快、能依据人体生理环境调节的水凝胶仍是目前面临的一大挑战。凝胶在体内的代谢过程比较复杂，新材料的释药性、安全性需全面考察，凝胶与细胞黏连、蛋白吸附、生物排异等诸多问题亟待解决。

总之，研究开发具有优异性能的智能型水凝胶是一个富有挑战性的任务，如果能及时总结已有的成果并将其应用于未来的研究中，将低毒性、良好的生物相容性和生物降解性、优良的机械性能和环境敏感性这几点完美结合起来，制备出新型、绿色的智能水凝胶是我们努力的研究方向。

参 考 文 献

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第5篇：导电高分子材料的研究进展范文

关键词：导电粉；锑掺杂氧化锡；防静电陶瓷；亚光釉

1 引言

随着现代科学技术的发展，静电现象在信息工业、纺织工业、航天航空等行业中普遍存在。静电在一些敏感仪器和场所中可能会导致致命的危害，所以静电的预防对于有易燃、以潜在易爆材料为内部结构的建筑物而言是必不可少的。当材料的表面电阻达到105～109 Ω时，积聚的静电会被尽快地释放，从而达到防静电的效果[1]。然而在需要防静电的各种场所中，许多材料如陶瓷、木材、玻璃、水泥、涂料、塑料、衣服、鞋等均为绝缘体材料，要使其到防静电的要求，必须降低电阻[2、3]。

目前广泛使用的防静电产品有环氧和三聚氰胺、PVC防静电涂料、地板、防静电橡胶板等高分子材料，其存在易老化、不耐磨、易污染、耐久性和防火欠佳等缺点。而防静电陶瓷砖在克服上述缺点的同时又兼具了传统陶瓷墙地砖强度高、抗污能力强、装饰效果较好的优点，是防静电PVC、水磨石、花岗岩等材料的优良替代品[4、5]。近年来防静电陶瓷已经被应用于医院手术室、地铁、能源、国防、航天、航空、电子、石油化工信息及民用生活等领域，具有广阔的市场空间和发展前景。

通过比较市场销售的防静电陶瓷产品发现存在价格偏高、表面电阻偏大、釉面光泽度高、表面装饰性差等缺陷，因此本研究以亚光仿古砖的生产工艺为平台，通过配方的深入研究、生产工艺路线的创新，开发出成本合适、亚光、手感好的防静电陶瓷产品，满足市场需求，开拓新的发展方向。

2 实验内容

2.1 样品制备

实验原料为工业纯的釉用原料，按配方称取一定量的原料后，加入适量CMC、三聚和水放入球磨罐中球磨，料：水=2：1，每100 g干料球磨8 min得到釉浆。施釉方式是小试用刮釉或喷釉，中试、大生产则用淋釉。施釉后的样品在180℃干燥0.5 h后在辊道窑烧成，最高表温1205℃，烧成时间48 min，得到样品。

2.2 检测

样品的晶相用荷兰PANalytical X’Pert PRO型X射线衍射仪进行定性分析（XRD），测试条件为：Cu靶Kα，λ=0.154060 nm，管压为40 kV，管流为40 mA，扫描范围5° ≤ 2θ ≤ 90°，停留时间8 s。

样品的显微结构采用德国ZEISS公司生产的LEO1530VP扫描电镜，测试参数如下：分辨率1 nm（20 KV），放大倍数20～90 000×，加速电压 0.1 ～30 kV。釉面在测试前用5 vol%的HF溶液腐蚀25 s。样品的微区成分可用扫描电镜配备的能谱仪（Energy dispersive spectrometer，EDS）进行测试，测试条件与扫描条件相同。

采用动态激光散射粒度分析仪（Dynamic Laser Scattering Particle Sizer，DLS）检测颗粒粒径，设备为珠海市欧美克仪器有限公司生产的LS-POP（9）激光粒度分析仪。

采用常州海尔帕电子科技有限公司的HPS2683A型高阻计测量样品表面电阻，以此判断样品的导电能力作为是否防静电的重要指标。测试电压为500 V，小试的测试距离为30 cm，中试和生产时的测试测试距离为30 cm和整砖的对角线距离。根据国标GB 26539-2011的要求，防静电陶瓷的电阻值为5×104～1×109 Ω，即0.05～1000 MΩ。

其他的釉面性能如耐化学腐蚀性、耐污染性和磨耗按照国标要求进行检测。

3 结果与讨论

3.1 导电粉的基本性质

导电粉是防静电陶瓷的核心原料，目前常用的导电粉有锑掺杂氧化锡（ATO）、铝掺杂氧化锌（AZO）、TiC和TiB等，其中ATO因其良好的抗静电性、耐候性和稳定性被大量应用于导电纤维、橡胶、塑料和陶瓷中用作导电填料。本项目即选用锑掺杂氧化锡（ATO）导电粉

首先对导电粉的基本性质进行了检测。图1为导电粉的XRD图，显示含有氧化锡（SnO2）和氧化锑（Sb2O3）两种晶体，与原料成分一致。Sb进入SnO2后形成ATO固溶体，Sb不改变SnO2的晶体结构但会赋予其优良的导电性能，所以ATO的晶格参数与SnO2相同，具有相同的衍射峰。Sb2O3衍射峰来源于未进入SnO2晶格中的游离Sb2O3。

图2为导电粉的扫描电镜图。导电粉由粒径0.1～0.3 μm和>0.5 μm的颗粒组成，整体分布均匀、团聚较少，这得益于导电粉的制备方法是液相法：首先将SnCl4・5H2O和SbCl3溶于强酸溶液，然后与碱液反应，制得氢氧化锡锑前驱体，再将沉淀洗涤、干燥、煅烧即得到纳米ATO颗粒[6，7]。该方法具有成本低、工艺操作简单、颗粒的形状和粒径容易控制、合成周期短、适合大规模生产等优点。

导电粉的粒径分布见图3。从图中可以看出导电粉颗粒非常细小，基本都小于1 μm，且颗粒粒径主要分布在0.2～0.4 μm和0.65～1.0 μm两个区间，这一结果与扫描电镜图一致。

坯釉适应性是指陶瓷坯体与釉层有相互适应的物理性质（主要指热膨胀系数匹配），釉面不至龟裂或剥落的性质[8]：当α釉>α坯时，冷却过程中釉的收缩比坯体大，釉受到坯体给予的张应力，如果张应力过大会使得釉层出现交错的网状裂纹，单产品会下凹；当α釉

表1 导电粉的热膨胀系数

3.2 釉料配方的调制

了解了导电粉的基本性质后开始进行防静电釉的调制，目标是要得到一种导电性能好、亚光效果（光泽度

表2 因素水平表

通过在正交实验7#配方的基础上适当调整长石、氧化铝的含量并引入亚光熔块后得到了手感、导电性和光泽度都达标的基础釉。将该配方采用喷釉方法施与600×600 mm的砖坯表面，烧后的产品光泽度15 ～ 17°，整砖对角线电阻130 ～ 500 MΩ符合国标要求，但仍然存在两个问题：（1）整体偏拱，对角线拱1.2 ～ 1.3（如图4a）。这是由于引入较多导电粉且导电粉的热膨胀系数很小，冷却时釉面的收缩比坯体小，导致砖体偏拱；（2）表面存在较多开口泡和闭口泡，这是由于坯体中含有抛光渣，在高温下发泡引起的。为了调整面釉热膨胀系数引入一些膨胀系数较大的原料和熔块，但实验发现这些原料会对表面电阻产生不利影响，所以决定在坯体和面釉之间增加一层化妆土。实验表明引入化妆土一方面可以调节砖形，使整体上凸或下凹控制在0.5以内（如图4b），另一方面也会明显改善面釉的缺陷，基本解决表面针孔，并且增加釉面白度。

3.3 导电粉的加入量对釉面性能的影响

正交实验表明表面电阻随导电粉加入量的增加而降低，但因为导电粉成本太高，因此需要在导电粉的加入量和电阻值之间找到一个平衡点。表4为导电粉的加入量对电阻值和釉面性能的影响。当导电粉的加入量为25%时，成本合适，电阻值也符合国标，釉面其他各项性能都符合要求。

3.4 釉面的显微结构及防静电机理

材料内部必须有携带电荷的载流子与可供载流子高速移动的导电通道是材料导电必须具备的两个条件。材料的电导率可用公式（1）[7]表示：

σ = neμ

其中n代表载流子浓度，e代表电子的电量，μ代表载流子的迁移率。从上式可以看出材料的导电性能主要受材料中的载流子浓度和载流子迁移率这个两个因素的影响。纯SnO2是一禁带宽度达3.8 eV的绝缘体，可通过掺杂Sb，Nb等高价金属离子形成主能级后形成N型半导体。其中锑掺杂效果最好，可使其具有准金属的特性因此现阶段制备氧化锡导电粉是以锑掺杂为主，即氧化锑掺杂的氧化锡（ATO）。Sb是一种变价元素，Sb2O3在一定温度下可氧化成Sb2O4，可看成由Sb2O3・Sb2O5组成，Sb5+可进入SnO2晶格从而取代晶格中四价Sn离子的位置，最后形成价控半导体[7，9]。所以，ATO粉体导电是由于晶格中氧空位缺陷以及Sb5+在N禁带形成施主能级并向导带提供n型载流子。将ATO导电粉加入釉料中后，根据Nakarnura等提出的Sb掺杂SnO2在玻璃体中的导电模型，烧成后会形成富含半导体成份的熔体层，熔体层相互接触形成了良好的导电网络（见图5），从而使釉面电阻下降，达到防静电的要求[4、10]。

图6是防静电釉面的XRD图，釉中主要晶体与导电粉相似（见图1），为SnO2和Sb2O3。同时，釉面也有钡长石晶体（BaAl2Si2O8）析出，由于釉料配方中含有较多的碳酸钡，原料在加热过程中相互反应生成钡长石。

釉面的显微结构见图7，二次电子（图7a）和背散射电子（图7b）图像显示釉面主要包含长度约为4 μm的棒状（或块状）晶体和直径约为0.3 μm的球状晶体。根据图6的XRD和图2导电粉的形貌分析可以推断其中球状的晶体为导电粉，棒状（或块状）晶体为钡长石。研究表明，钡长石的析晶能够改变玻璃相中Al、Si的含量，相应地增加了熔剂成分的量，熔剂成分的增加促进在导电粉的周边形成导电熔体层，因而有利于釉面的导电性能[4]。但需要注意的是钡长石这类第二相的存在也会对釉中导电网络的形成具有“阻隔效应”，增大电阻，因此生产时要控制第二相晶体的析出量，从而得到各项性能符合要求的防静电釉面。

4 结论

通过调整各原料的用量，加入适量的导电粉和亚光熔块，成功制备出成本合适、光泽度低和表面质感好的防静电陶瓷砖，得到的主要结论如下：

（1）导电粉是最核心的原料，选择颗粒细小的导电粉一方面容易与釉浆混合均匀，另一方面在高温下容易形成导电熔体层，有利于整体的导电性。但因为导电粉的热膨胀系数较小，需要注意烧后陶瓷砖的平整度。

（2）仅调节防静电面釉很难解决砖形偏拱的难题，创新性地通过施加一层化妆土，在改善砖形的同时也能明显改善釉面缺陷，提高产品品质。

（3）钡长石的析晶能够间接提高釉熔体中熔剂的含量，促进导电熔体层形成导电网络，但是钡长石等第二相晶体的存在也会对导电网络起到阻隔作用，增大电阻，因此生产时要注意控制第二相晶体的析出量。

参考文献

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第6篇：导电高分子材料的研究进展范文

【关键词】二氧化钛；制备；应用

0.引言

二氧化钛俗称钛白粉，钛白粉的粘附力强，不易起化学变化，它不溶于酸、碱、水及一般有机溶剂，甚至也不与化学反应强烈的气体如氯、硫化氢等发生反应。而且它无毒，在常温常压下物理性质也非常稳定，具有高的熔点，耐蚀性高，导电性低，钛在地球金属元素中储藏量很大，它有三种晶型：金红石、锐钛矿、板钛矿，绝大部份以二氧化钛的氧化型态存在地球各处，即原料易得。所以它具有耐久、耐磨耗性、安全性高、经济性与广泛实用用途等优势。

1.纳米二氧化钛的制备方法

纳米TiO2制备方法有很多种，归结起来可以分为气相法和液相法两大类，下面对这两种方法进行综述。

1.1气相法

1.1.1低压气体蒸发法

在低压的氩气，氮气等气体中加热二氧化钛，使其蒸发后形成超微粒或纳米微粒的方法。其原理：在蒸发炉先形成高真空，然后充入一定压力的惰性气体，将原料二氧化钛放入干锅中，启动加热装置进行加热蒸发，是固体二氧化钛变为气体二氧化钛，由于惰性气体的存在，与蒸发气产生对流，使得气体二氧化钛向上运动，并接近充冷液氮的冷却装置，气体二氧化钛原子被冷却，在蒸气中形成很高的局域过饱和，导致均匀成核过程，在接近冷却棒的过程中，二氧化钛蒸气首先形成原子簇，然后形成单个纳米微粒。

1.1.2活性氢—熔融金属反应法

活性氢—熔融金属反应法是利用含有氢气的等离子体与金属钛之间产生电弧,高压电弧使金属熔融，电离的N2，Ar等气体和H2溶入熔融金属,然后释放出来，在气体中形成了金属的超微粒子，用离心收集器或过滤式收集器使微粒与气体分离而获得纳米二氧化钛微粒。

1.1.3溅射法

溅射法是利用两块金属板分别作为阳极和阴极,阴极为蒸发用的材料，在两电极间充入Ar气,两电极间施加的电压范围为0.3-1.5kV。由于两电极间的辉光放电使Ar离子形成。在电场的作用下Ar离子冲击阴极靶材表面,靶上的TiO2就由其表面蒸发出来，被惰性气体冷却而凝结成纳米TiO2粉末，粒度在50nm以下，粒径分布较窄。

1.1.4流动液面上真空蒸发法

用电子束在高真空下加热蒸发TiO2，蒸发物落到旋转的圆盘下表面油膜上，通过圆盘旋转的离心力在下表面上形成流动的油膜，含有超微粒子的油被甩进了真空室的壁面,然后在真空下进行蒸馏获得TiO2超微粒子。

1.2液相法

液相法是目前使用最为广泛的一种方法，这种方法的优点是：原料来源比较广泛，操作设备简单，成本低，可用于工业化大规模生产，目前最常见的有沉淀法，水热法，溶胶凝胶法，微乳液法。

1.2.1沉淀法

沉淀法是在无机钛盐溶液中加入沉淀剂(如OH等)后，在一定温度下使溶液发生水解，形成不溶性钛的氢氧化物或钛盐从溶液中析出，并将溶剂或溶液中原有的阴离子洗去，经热分解或脱水即得到所需的二氧化钛粉料。

1.2.2水热法

水热法制备纳米粉体是在特制的密闭反应容器(高压釜)里，采用水溶液作为反应介质,通过对反应容器加热，创造一个高温、高压反应环境,使前驱物在水热介质中溶解,进而成核、生长、最终形成具有一定粒度和结晶形态的晶粒水热法制备粉体常采用固体粉末或新配制的凝胶作为前驱体，第一步是根据反应原理，将反应物混合加入进行反应，制备钛的氢氧化物凝胶，第二步将凝胶转入高压釜内，加热(

1.2.3溶胶凝胶法

溶胶凝胶法是用含高化学活性组分的化合物作为前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解，缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间的缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过干燥后烧结固化制备出纳米亚结构的材料。

1.2.4微乳液法

微乳液法是近年来发展起来的一种制备二氧化钛的新方法，微乳液法制备纳米二氧化钛是在表面活性剂的作用下，使水溶液高度分散在油相中形成热力学的稳定体系，反应得到无定形的二氧化钛，进一步煅烧，析晶得到。

2.纳米二氧化钛材料的应用

早期的二氧化钛被应用于涂料，化妆品，抗菌剂，污水净化等领域，随着纳米二氧化钛材料的发展，其应用更为广泛，在光催化，尤其是在光伏电池方面得到应用。

2.1光催化应用

二氧化钛被认为是最有效且环保的催化剂，其光催化原理是当二氧化钛受到彼长小于38715nm的紫外光的照射时，价带上的电子跃迁到导带，激发电离出电子的同时产生正电性的空穴，形成电子-空穴对，与吸附溶解在其表面的氧气和水反应。分布在表面的空穴将OH和H2O氧化成HO自由基。HO自由基的氧化能力是在水体中存住的氧化剂中最强的，能氧化大部分的有机污染物和无机污染物，而且对反应物几乎无选择性，在光催化氧化中起着决定性的作用。

2.2光伏电池应用

二氧化钛制作的电极近几年来在光伏电池上，尤其是染料敏化电池上有了很大的研究，并有了很大的应用。DSSC是一种电化学太阳电池，但与常规的电化学太阳电池相比，在半导体电极与染料上有很大的改进。DSSC作为薄膜光伏电池的一种，主要的优势是原材料丰富，成本低廉，性能稳定，制备工艺相对简单。电池制作中主要工艺是大面积丝网印刷技术和简单浸泡方法，有利于大面积工业化生产。而且原材料和生产工艺都无毒、无污染，电池中的导电玻璃可以得到充分的回收，对保护环境有重要的意义。TiO2电极的结构和性质对DSSC 的性能起着重要作用。染料敏化TiO2纳晶薄膜太阳能电池是一种新型的高效、低成本太阳能电池。Zukalova M等用有序多孔TiO2纳米晶体薄膜为电极制备的光伏电池,与用相同厚度的传统无序锐钛矿相TiO2纳米晶体薄膜为电极制备的光伏电池相比,太阳能转化效率提高了50%。在光伏电池中用TiO2纳米管做电极时,由于纳米管电极的电子密度更高,太阳能转化效率更高。

3.结束语

纳米二氧化钛粒子以其优异的性能在工业上获得了广泛应用，日本的帝国化工公司、曹达公司，德国的迪高公司等外国公司均已实现了纳米二氧化钛的工业化生产，而我国纳米二氧化钛的研究历史较短。从目前研究的各种的制备方法来看,主要存在以下一些问题：1)如何通过控制化学计量比和非化学计量比来控制粉末的组成、形状、大小和粒度分布，有待于进一步深入研究。2)各种方法都存在规模小、生产成本高、生产效率低等缺点，难以实现工业化生产。对纳米粉末的微观结构研究还有待于进一步深入，对纳米二氧化钛微粉特有的化学、物理机械性能,应从理论、微观结构入手研究他们产生的机理。总之,随着纳米材料体系和各种超结构体系研究的开展和深入，纳米二氧化钛超细粒子制备技术将会得到日益改进。　[科]

【参考文献】

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