9大分类，10项全能！深析功能性高分子材料发展历程与前景

12小时前浏览21

高分子材料是一类具有特定功能的材料，它们可以用于传递、转换或贮存物质、能量和信息。这些材料通常由高分子及其复合材料组成，并具有许多不同的功能，包括化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性和磁性等。

功能高分子材料源于20世纪60年代末期，通过在高分子上修饰反应基团，使其具有化学反应活性、催化活性、导电性及生物相容性等特殊功能。相较于传统高分子材料，功能高分子材料不仅具备理化特性，还因经修饰的特殊基团而具有其他特殊性能，备受瞩目。

当今研究的热点主要是功能高分子的性能与其结构的联系，通过不断研究开发功能高分子的新型结构及合成方法，筛选出具有更多功能的新兴功能高分子，拓宽功能高分子材料的应用领域。随着科技的进步，功能高分子材料领域正进行创新和发展以服务社会。但值得注意，目前国外巨头垄断的高分子新材料也同样存在，包括环境友好生物基材料、聚乳酸(PLA)特种工程塑料、聚酰亚胺(PI)功能性光学薄膜、聚乙烯醇(PVA)等一系列功能性高分子材料。未来，得益于政策扶持和科技的发展，功能性高分子材料的应用领域不断扩大，势必会有突破性发展。

一、功能性高分子材料的分类

功能高分子材料兼具传统高分子材料的性能和特殊修饰基团带来的特性，按功能特性可以分为具有反应型、光、电、生物医用、环境降解、形状记忆、吸附分离、液晶、导热等功能的高分子材料，按照结构可以分为主链型、侧链型和接合型3种。

1. 反应型功能高分子材料

反应型功能高分子材料通过将反应活性中心或催化性中心接枝到高分子链上，达到将小分子试剂或催化剂高分子化的目的，主要包括高分子催化剂和高分子试剂等。

2. 光功能高分子材料

光功能高分子材料具有将光吸收、存储和转换的能力，主要包括光敏涂料、荧光剂、光转化材料、光致变色材料和光导材料等。

3. 电功能高分子材料

电功能高分子材料主要依靠自身提供的导电载流子导电或者通过添加炭黑、金属粉、箔等实现导电，主要包括聚乙炔、线型聚苯以及各类导电塑料、橡胶、涂料和薄膜等。

4. 生物医用功能高分子材料

生物医用功能高分子材料主要用于诊疗疾病，还可以充当生物体组织器官的替代品或者起到辅助作用的材料，主要应用于人工器官、药物释放、生物组织工程等领域。

5. 环境降解功能高分子材料

环境降解功能高分子材料是指通过一定手段可以降解的高分子材料，主要包括光降解和生物降解两大类，被广泛应用于生物工程和医用降解高分子材料等学科领域。

6. 形状记忆功能高分子材料

形状记忆功能高分子材料是指改变并固定形状后，通过改变外界条件（温度、pH、电场力等）能恢复初始形状的材料，主要有热感、电感、光感和化学感应型，被广泛应用于包装、建筑等行业。

7. 吸附分离功能高分子材料

吸附分离功能高分子材料是具有吸附功能的高分子材料，主要有离子交换树脂和吸附树脂等。

8. 液晶功能高分子材料

液晶功能高分子材料主要来自纤维基体和树脂基体的宏观复合，液晶高分子材料强度较高、热胀系数较小、电光学性质较好，主要用于制作液晶显示、复合材料，在电子工业有广泛的应用。

9. 导热功能高分子材料

导热功能高分子材料是指具有良好导热性能的高分子材料，主要有高导热绝缘胶黏剂等。

二、功能性高分子材料的应用

功能高分子材料由于功能较多，在生产生活中应用广泛。因此，功能高分子材料近年来逐渐朝着多功能化方向发展，电磁材料、导电材料、光热材料等相继出现。

反应型功能高分子材料主要应用于化学合成和化学反应，特点是具有高反应活性、高选择性和专一性。

光功能高分子材料只有交联光和分解光的功能，在受到物理作用和化学作用的情况下，会表现出与光相同的特性，如光稳定剂、光敏涂料、荧光剂、光转化材料、光致变色材料和光导材料，主要应用于光导纤维、太阳能、集成电路和光电池等，在电子工业领域以及太阳能的开发利用等方面得到了广泛的应用。

电功能高分子材料被广泛用于生产特殊用途的电池，例如电子器件以及敏感器件等。

生物医用功能高分子材料在生物体出现生理系统疾病时，可以对疾病起到诊断及治疗的作用，有效促进生物体功能的恢复，不仅能对局部组织和器官起到再生作用，还能减轻痛苦、延长病人寿命，提高病人的生活质量。

近年来，高分子材料的发展非常迅速，应用也日益广泛，但在自然环境中很难分解，造成了大量白色污染。因此，发展可降解高分子材料成为必然趋势。

环境降解功能高分子材料在食品包装盒、医药领域的应用潜力巨大。

形状记忆功能高分子材料具有质量小、形变量大、成型容易等优点，被用于医疗、包装、建筑等领域。

离子交换树脂作为代表，在化学工程、环境工程中是常用的吸附分离材料，高吸水性树脂还能吸收大量的水，可用作农业、园林、苗木移植用保水剂。

得益于电器行业的迅猛发展，液晶功能高分子材料近年来发展势头迅猛，远超通信业、工业及运输业，主要用于制作光缆结构件、机械手、复合材料、功能件、泵/阀门组件、接插件、继电器、模塑印刷电路板等，显著促进了液晶功能高分子材料及其他高新科技的发展。

导热功能高分子材料应用广泛，在航空航天、日化领域均有涉及。

功能性高分子材料>>

1. 航天领域

先进高分子材料是我国航天工业赖以支撑的重要配套材料，主要包括橡胶、工程塑料、胶黏剂及密封剂、涂料等。橡胶作为理想的密封及阻尼材料，其应用非常广泛。如乙丙橡胶，其优异的耐热、耐化学介质、耐水、耐臭氧及电绝缘等性能优异，并且密度小，可在-60℃~120℃下长期工作，适于制造在空气、磷酸酯液压油、火箭发动机肼类燃料系统使用的密封制品等，以及固体火箭发动机衬层材料、电线电缆等。再如工程塑料，聚酰胺及其复合材料以其特有的性能用于制备多种次结构件，如PA610，用其制备运载火箭液氢液氧箱体外支架，可起到承力和隔热的作用；聚氨酯（PU），采用纤维增强PU泡沫制造的起定位、导向、减振等功能的导弹安装适配装置。

2. 化学工业领域

在化学工业的生产中，离子交换树脂、大孔吸附树脂等有机活性材料和其他特殊功能的高分子材料早已被广泛应用，高分子酶将现阶段人们普遍使用的高温、低压反应转化为常温、低压的反应，为我国的化学工业发展带来一次质的飞跃。高效率的高分子分离膜给化工制造打下了良好的基础。功能高分子材料还可以通过制备相关传感装置优化工业的自动化控制，表明化学工业领域是功能高分子材料充分应用的重要场所之一。

3. 电子工业领域

在电子工业领域，功能高分子材料在集成电路制造和有机电子器件制作中均有应用。例如光敏抗蚀剂与光敏胶可用于集成电路的制造，随着社会的发展，对其性能提出了更高的要求。其中，感光树脂能起到很好的抗腐蚀作用，用化学腐蚀法去除和保留半导体氧化层功效显著。

4. 信息领域

在信息领域，信息储存介质可以用液晶高分子材料制作，现阶段研究的主要内容是以热熔型侧键液晶聚合物为材料制作信息存储介质。相较于光盘存储，其可靠性高、质地坚硬，可作为重要数据的长久存储方式。同时，高分子液晶在电子工业领域也有广泛应用。

5. 生物医用领域

在生物医用中，功能高分子材料（如反应型、生物医用和环境降解型功能高分子材料）的应用较为广泛，包括人工器官、药物释放、生物组织工程等领域。生物相容性较好的功能高分子材料在器官移植领域贡献突出，如我国自主研发的高分子材料髋关节，排异反应小、相容性好，病患受益显著。生物医用中较为常见的还有医用塑料等，在医疗器械中作为原材料占比超过15%。

6. 3D打印

高分子材料在3D打印上也有广泛的应用。3D打印高分子材料的研究与传统聚合物基纳米复合材料的研究不同，存在一些新的特征。需要注意的是，我们需要着重考虑3D打印成型技术对高分子材料属性的特殊要求，如外形尺寸、流变性质、固化触发条件等，在满足这些特殊要求的基础上再考虑性能提升与优化。

7. 机械工业领域

高分子材料在机械工业中的广泛应用拓宽了材料选用范围，使机械产品从传统的安全笨重、高消耗向安全轻便、耐用和经济方向转变。如聚氨酯弹性体，聚氨醋弹性体的耐磨性尤为突出，在某些有机溶剂如煤油、砂浆混合液中，其磨耗低于其它材料。聚氨醋弹性体可制成浮选机叶轮、盖板，广泛使用在工况条件为磨粒磨损的浮选机械上。

8. 汽车领域

高分子材料的自修复功能在汽车车身材料和自修复玻璃上也有着广阔的应用前景。一些功能高分子材料具有较高的自修复效率和较强的自愈合能力。自清洁材料具有广阔的应用前景，将其应用于汽车自清洁上，既能保持汽车的表面清洁，减少传统洗车方式的高成本、浪费水资源、繁琐的程序以及对汽车的损伤。

9. 竞技体育装备领域

由于高分子材料具有来源广泛、性能优异、成型工艺简单等优势，在体育建材、体育器械、体育服饰等领域具有极为广泛的应用，在明显提升运动人员使用舒适性、耐久性等的同时，显著提升了竞技体育成绩。如乒乓球运动，利用粘性很强的橡胶材料，增加球与胶皮的接触面积，大幅提升了球拍与球之间的摩擦力。撑杆跳运动，利用合成树脂与碳纤维进行复合加工制备碳纤维跳杆，该高分子复合材料具有远超一般材料的韧性、比模量和弹性，能够最大程度将运动时的弹性势能转化为动能。

10. 设施农业领域

高分子材料在设施农业上也具有广阔的应用前景。高分子材料应用带来的设施农业的发展，同时也要关注高分子材料的可降解性。在农用光致变色薄膜的材料为聚乙烯、聚氯乙烯等，高分子材料应用于农业设施还具有保温防寒、避风挡雨作用等。高分子材料应用最关键的问题是其降解性能。可降解高分子材料应用于农业设备，既利用了高分子材料优异的性能，又解决了高分子可降解性的问题，在农业设备上应用前景广泛。

三、功能性高分子材料的发展历程

特种与功能高分子材料是一门涉及范围广泛，与众多学科相关的新兴边缘学科，涉及内容包括有机化学、无机化学、光学、电学、结构化学、生物化学、电子学、甚至医学等众多学科，是目前国内外异常活跃的一个研究领域。

1770年，英国科学家普里斯特发现了橡胶可以擦去铅笔字迹。

1839年，Goodyear发明硫磺橡胶。

1935年，发明了离子交换树脂。

1952年，感光高分子出现，用于光栅刻蚀，后又用于印刷、微电路等的制备。

20世纪40年代到50年代，医用高分子开始应用到医疗行业。

20世纪60年代，美日等国相继开发出高吸收性树脂。

20世纪70年代，发现了聚乙炔的导电性。

20世纪70年代以后，高分子科学成为一门学科分支，高分子材料扩展到分离膜、高分子试剂、光电转换材料等方面。

可以说，特种与功能高分子材料在高分子科学中的地位，相当于精细化工在化工领域内的地位。目前高分子材料正在向着高功能化、多功能化、智能化和实用化方向发展。将目前正蓬勃发展的纳米科技与功能高分子材料结合，是功能高分子材料的发展前沿。

四、功能性高分子材料的发展前景

随着社会的发展和科技的进步，功能高分子材料的研究不断深入。国内外都开始对新型有机功能高分子材料展开深入的开发和研究，不仅给人们的生活带来了一定便利，还推动了社会的发展。目前，我国高分子材料相关研究内容主要体现为材料的安全性、对组织和血液的相容性、生物学性能，提高了力学、机械、物理等性能。功能高分子材料不局限于此，朝着绿色化、智能化、多功能化和高性能化方向发展。

1. 功能高分子材料的绿色化

高分子材料由于自身特性，很难被自然界降解，造成的污染日益严重，这也严重制约了高分子材料的发展。功能高分子材料的绿色化使其能被自然界降解或者通过其他方式降解，有助于社会和谐发展、保护绿水青山、建设环境友好型社会。

2. 功能高分子材料的智能化

21世纪是信息的世纪，也是智能的世纪，智能化已经成为研究的热点，利用功能高分子材料存储、传递、处理信息的功能，是功能高分子材料研究的重要方向，一旦取得突破，将带来高分子智能材料领域和人工智能领域的飞跃式发展。

3. 功能高分子材料的多功能化

功能高分子材料增强了高分子材料的原有功能，实现更多方向的应用是多功能化的目的，同时有利于拓宽功能高分子材料的发展空间。随着科技的发展，兼有数种功能的高分子材料一定会被研发出来。

4. 功能高分子材料的高性能化

功能高分子材料的特性在于理化性质，增强理化特性是功能高分子材料的重要发展方向之一。例如对其进行耐腐蚀、耐高温、抗老化等方面的研究，在航空航天、电子工业、汽车交通、家电等领域具有重要意义。

除上述4个方面外，在应用传统材料的基础上，有学者开发出具有特殊功能的高分子材料，如具有隐身功能的高分子材料、具有生物相容性的高分子材料等，不仅具有科学意义，还具有战略意义。还有学者研发了智能高分子水凝胶，被广泛应用于传感器、驱动器、药物载体和生物催化等领域。

五、结语

功能高分子材料种类繁多、应用广泛、前景广阔。随着社会的不断发展，功能高分子材料不断进步，应用领域也从材料领域拓展到化工、电子、航天、交通、医学、信息等领域。功能高分子材料优异的性能可带来各个领域的技术进步，甚至实现质的飞跃，在各行业产生巨大的经济效益和社会效益，推动新产品面市。功能高分子材料的发展将推动我国科学技术的发展，在激烈的竞争中，为中国科技带来新的发展机遇。我国对功能高分子材料的研究起步晚，但是随着综合国力的提升、科技的进步，在此领域也取得了不少成果，但是不应固步自封，而要对各类高分子材料进行改进和完善，加大投入力度，促进我国各领域稳定持续发展。功能高分子科学的发展是必然的，应顺应形势，认识到发展的必然性，适应客观需求，在此基础上做好科学的规划，促进我国功能高分子材料领域的发展。

素材来源于材料委天津院

免责声明：本图文内容来源于互联网、微信公众号等公开渠道，转载目的在于传递更多信息及用于学习交流，我们对文中观点保持中立态度。若您发现图文内容（包含文字、图片、表格等）等对您的知识产权或者其他合法权益造成侵犯，请联系我们删除。

来源：国高材分析测试中心

振动疲劳复合材料燃烧化学电路航空航天汽车建筑电子材料人工智能

著作权归作者所有，欢迎分享，未经许可，不得转载

首次发布时间：2025-03-12

最近编辑：12小时前

国高材分析测试中心

提供仿真分析材料特性数据服务

获赞 51粉丝 18文章 237课程 1

作者推荐

力学仿真材料参数获取及应用

免费

还没有评论