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功能高分子材料
演讲:赵磊
高分子0921
电功能高分子材料
复合型导电高分子材料
结构型导电高分子材料
电致发光高聚物
电致变色高聚物
高分子压电材料
超导高分子
电功能高分子材料的应用及其进展
高分子压电材料
1880年,法国物理学家P. ,把重物放在石英晶体上,晶体某些表面会产生电荷,电荷量与压力成比例。这一现象被称为压电效应。随即,居里兄弟又发现了逆压电效应,即在外电场作用下压电体会产生形变。
目前,压电材料已由最初的压电晶体发展到压电陶瓷,进而发展到压电聚合物及其复合材料。压电功能在换能器,滤波器等能源、信息和军事科学领域得到了广泛应用。
高分子压电材料
1、材料的压电效应及表征
材料的压电效应是不对称晶体在外加机械力的作用下能发生极化,从而产生电压;反之变种晶体在高电场作用下也能产生机械的现象。
压电材料是指材料在外力作用下产生电流,或反过来在电流作用下产生应力或应变的一种功能材料。
高分子压电材料
压电性是电介质力学性质与电学性质的耦合,最常用压电应变常数d,压电电压常数g和机电耦合常数K来表征。
式中,T、S、E、D分别为应力、应变及电位移,ε和ζ分别为介电常数和弹性服从常数。
高分子压电材料
压电高分子材料的种类
最早发现的压电高分子是诸如木材、羊毛、骨头等生物物质,此后又在一些合成聚合物中发现了压电性。许多具有压电性的高分子也具有热电,铁电性。如PVDF就同时具有三种效应。压电高分子材料柔而韧,可制成大面积的薄膜,便于大规模集成化,具有力学阻抗低、易于与水及人体等声阻抗配合等优越性,比常规无机压电材料及热电材料有更为广泛的应用前景。
通常可以把具有使用价值的压电高分子材料分为三类:天然高分子和合成多肽压电材料;合成高分子压电材料;复合压电材料。
高分子压电材料
天然高分子和合成多肽压电材料
,例如,一些长骨头在弯曲时会产生电位,利用这种性质可以治疗骨折并进行外科整形手术。此外像腱、纤维素、羊毛、木材、青麻、绢等许多天然高分子都有某种程度的压电性。
下表给出了一些天然高分子的压电常数
高分子压电材料
从上表可以看出,生物高分子具有一定的压电性,对生物体压电性进行研究,可以更好地探索生物生长的奥妙,促进生物医学的发展。例如,可以利用骨头的压电性以电来刺激骨头的生长,治疗骨折;利用压电性来控制生长,进行外科整形等。
高分子压电材料
由a--氨基酸聚合得到的合成多肤,可以是结晶的,也可以是非晶态的无规线团,后者由于有对称中心,不会有压电性;而具有高度结晶和高度取向结构的多肽,则具有压电性。压电性符号由具有光活性基团的手性决定。压电极化性与聚合物分子中手性的极性原子团内旋转有关。
下表给出了室温下合成多肽的压电常数
高分子压电材料
由微生物发酵得到的一类热塑性、生物降解性聚合物—聚β-羟基丁酸酯(PHB)及β-羟基丁酸与β-羟基戊酸共聚物(PHBV)也具有压电性,其压电机理与蛋白质类似,还具有与骨头相类似的压电效应,压电值与骨头相当。这对帮助骨折的治疗是个非常有用的性质。PHB及其共聚物作为可降解的压电高分子有望作为未来的骨移植材料。