高性能与功能化高分子材料的表征技术及其特点

摘要：本文基于高性能及功能化高分子材料的结构特性，聚焦于其功能化的发展趋势，并针对光电领域、食品药品等关乎民众安全健康的行业，以及航空航天与军事工业的应用需求，阐述了这类高分子材料的化学构成、分子架构以及核心性能的表征技术特征。深入理解并掌握高性能及功能化高分子材料的表征技术特点，对于推动该类材料的研发进程、生产制造及加工应用具有关键的指导意义。

关键词：高性能；功能化；高分子材料；表征技术

高性能与功能化高分子材料是新材料领域中最重要的分支之一，被广泛应用于航天航空、新能源、医疗器械、集成电路、环境治理与增材制造等战略新兴产业，是国防安全和经济建设的重要基石。当前国际环境形势复杂多变，新材料进出口存在较多不确定性因素，我国高性能、功能化高分子材料的研发、生产制造和应用仍然存在较多难点、空白点和关键点。围绕创新发展，通过高精尖产业化关键技术研发攻关，打破瓶颈和垄断，推动高性能、功能化高分子材料的升级换代和制备应用势在必行。而在发展提升的过程中，通过各类分析测试技术对其进行精准表征是必不可少的关键环节。

１高性能与功能化高分子材料的表征内容

高性能高分子是指力学性能优异、稳定性好、可在较高温度下连续使用的一类合成高分子材料，在化学元素组成上除了含有C、H、O元素之外，还常常含有N、S、F等杂元素；化学结构的特点是含有大量的芳环或芳杂环，分子链较刚硬。

高性能与功能化高分子材料的基本表征内容包括化学组成、物理结构和材料性能等各类分析测试，其中化学元素表征既包括C、H、O、N、S等主要有机元素的分析测试，又包括无机及金属元素的分析测试，特别是重金属等杂质元素或离子基团的分析测试。

2不同领域高性能与功能化高分子材料的表征技术特点

2.1电子电器和光电领域

基于保护人类健康和环境的理念，对于电子电器产品及其高性能高分子材料中有毒有害成分的表征和监测已得到世界各国的重视，。因此，应用于电子电器和光电领域的高性能与功能化高分子材料，需针对Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｎ、Ｓ等主要有机元素的分析测试外，还要考虑无机及金属元素的检验检测，特别是重金属等有毒有害成分、杂质元素或离子基团的检验检测。应用于电子电器和光电领域的高性能高分子材料中铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯、多溴二苯醚等成分的表征，一般根据目标物及产品的特性、含量水平等因素选择准确度和可操作性较强的表征手段。

2.2食药等民生安全健康领域

（1）食品接触材料

高性能高分子材料用于食品接触材料领域，除了满足和考虑REACH法规中要求的高度关注物质（SVHC）的限制要求和分析测试之外，对于其中可溶出和迁移的化学物质的限量与迁移量的分析测试也需要重点关注。

（2）生物医用材料领域

高性能高分子材料在医疗领域的应用与人体健康息息相关，因此，对其化学结构组成、物理性能，及其与人体接触时的生物相容性、安全性等指标进行分析测试和评估是必须的。其表征内容包括化学成分、物理性能、安全性与生物相容性等。生物医用材料生物学评价标准目前已形成了从细胞水平到动物整体的较完整的评价框架。

2.3航天航空与军工领域

高性能与功能化高分子材料是现代高新技术和新材料产业的基础和先导之一。新型高性能与功能化高分子材料技术的发展和突破为航空航天领域的发展提供了较大的支持。

（1）力学性能

在航天航空与军工领域，材料不同的受力状态使得对高分子材料的力学性能要求各不相同，因此需要开展不同材料特有的力学性能表征方法研究。高性能高分子材料及其复合材料的部分力学性能测试可以参考现有的测试标准。

（2）耐高温性能

超音速航空和航天器在高速飞行时，其表面温度可高达600℃，在需要高强度的同时，对材料瞬时耐热温度和热稳定性要求更为苛刻。而当前市场上的大多数普通塑料和通用工程塑料都往往难以满足要求。为此，国内外早期的研究大多数集中在将热稳定的芳环或杂环结构引入到聚合物结构中制备耐高温高性能高分子材料，在航空航天材料领域用作雷达罩、高强度、高模量的耐热零件或耐热涂料等。

（3）耐老化性能

在使用环境中，高分子材料不可避免的受到光照、高温、低温、降雨、氧等环境因素的作用，会导致高分子材料各种性能的下降，我们称其为老化。高分子材料表面乃至内部发生的老化现象，最终导致材料的降解，表现为材料的宏观机械性能显著下降，材料失去使用价值，会给工程上带来极大的安全隐患。

3结论

高性能与功能化高分子材料的表征技术几乎涉及所有的分析测试技术方法，从基础的化学分析方法，到光谱、波谱、色谱、质谱、能谱等以设备为主的仪器分析技术，以及各种算法、模拟及识别技术等都可用于高性能与功能化高分子材料的表征。同时，分析设备的升级带动了高性能与功能化高分子材料表征技术的快速进步。随着高性能与功能化高分子材料应用领域的拓展，其表征技术在还有待发展与完善。

参考文献：

[1]曹也文.功能化石墨烯的制备及在高性能高分子材料中的应用[D].复旦大学,2012.

[2]卢兆强.新型电光高分子和高性能聚合物的设计、合成与性能[D].武汉大学,2004.