導語：如何才能寫好一篇天然高分子材料的應用，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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高分子的概念

首先，什么是高分子？從化學角度來定義，高分子是由分子量很大的長鏈分子所組成，而每個分子鏈都是由共價鍵聯合的成百上千的一種或多種小分子構造而成。我們日常所接觸到的大分子、聚合物以及高聚物都可以稱為高分子。高分子通常有如下兩個特點：1.高分子的分子量很高，其相對分子量為1萬～100萬，很高的分子量也賦予了高分子材料很高的機械強度，從而決定了它們具有很好的實際應用價值。2.高分子的結構千變萬化，一般材料的性能是由材料的結構所決定的，我們可以根據實際需求，通過結構設計等方法制出不同性能的高分子材料。

高分子材料發展歷史

高分子一詞的產生不足一百年，最早于1922年由著名德國化學家赫爾曼·施陶丁格提出，但其應用卻已有幾千年的歷史。從人類最開始利用蠶絲、棉、毛等織成織物，到后來用木材、棉、麻等造紙，人類在利用這些天然高分子作為生活資料和生產資料中不斷進步。到了19世紀30年代，天然高分子衍生物即改性或半合成天然高分子材料被使用，其中典型代表就是硫化橡膠和硝化纖維素的使用。1907年出現合成高分子——酚醛樹脂，標志合成高分子時代的到來，從此，合成高分子材料逐漸在諸多領域大放異彩。如今，高分子材料已經成為社會進步中不可或缺的基石，在日常生活、國防工業、科技發展等各個領域占有舉重輕重的地位。

高分子材料分類

如上所述，高分子按來源可以分為天然高分子、天然高分子衍生物、合成高分子三大類。天然高分子是存在于動物、植物及生物體內的天然物質，如植物中的淀粉、纖維素、棉、麻等以及動物中的蛋白質、糖類、毛發等等。天然高分子可通過化學改性成天然高分子衍生物，從而改變其加工性能和使用性能，例如硫化橡膠、硝酸纖維素等。合成高分子是指自然界中不存在，通過化學方法合成的高分子，如我們常見的聚乙烯、聚氯乙烯、尼龍等等。與天然高分子材料相比，合成高分子材料通常具有較好的力學性能、低密度、耐腐蝕性、耐磨性等一系列優異的性能。

此外，高分子材料根據其應用功能又可以分為通用高分子材料及功能高分子材料。

通用高分子材料是指能夠通過大規模工業化生產，并普遍應用于建筑、農業、交通運輸、電子工業等國民經濟主要領域和人們日常生活的高分子材料，如塑料、橡膠、纖維、粘合劑、涂料等。通用高分子材料給人類生活帶來了極大的改變。以使用最多的塑料、橡膠和纖維為例，塑料的使用已經滲透到我們生活的方方面面，從日常食品、化妝品、藥瓶等包裝，到建材管道、電子器件、家居裝修及日常用品，再到汽車、火車裝飾甚至航天設施。橡膠主要是用來制作輪胎，除此之外，由橡膠作為原材料制作的密封制品（密封條、橡膠圈等）、膠管、傳動帶及安全制品等在汽車、航空航天及國防裝置中都發揮著極其重要的作用。合成纖維的出現首先解決了天然纖維種植的制約，隨后隨著技術的進步，從我們常穿的的確良（滌綸）、尼龍（錦綸）等，到消防員所穿的聚酰亞胺防火服，以及防彈衣中的碳纖維都屬于合成纖維。合成纖維性能優異，能夠滿足不同領域需求的纖維得到廣泛應用。

功能高分子材料一般是指具有傳遞、轉換或貯存物質、能量和信息作用的高分子及其復合材料。其突出特點在于其特殊的光、電、磁、催化等性能，具體如光敏高分子材料、導電高分子材料、鐵磁性高分子材料以及生物高分子材料。因其功能的獨特性，功能高分子材料在諸多領域得到廣泛應用，并具有巨大的發展潛力。如光導高分子材料用于靜電復印、噴墨打印等領域，極大地提高了辦公效率；導電功能高分子材料用于電池、電路、精密儀器等，大大提高了傳導效率；高分子分離膜在水污染處理、物質分離等環境領域的應用，降低了生產處理成本，利于環境保護；最后還有與生命息息相關的生物醫用功能高分子材料，在人工器官、外科修復以及藥物及藥物釋放等方面，獲得越來越多的關注。

高分子材料的未來發展

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1、生物可降解高分子材料概念及降解機理

生物可降解高分子材料是指在一定的時間和一定的條件下，能被微生物或其分泌物在酶或化學分解作用下發生降解的高分子材料。

生物可降解的機理大致有以下3種方式：生物的細胞增長使物質發生機械性破壞；微生物對聚合物作用產生新的物質；酶的直接作用，即微生物侵蝕高聚物從而導致裂解。一般認為，高分子材料的生物可降解是經過兩個過程進行的。首先，微生物向體外分泌水解酶和材料表面結合，通過水解切斷高分子鏈，生成分子量小于500的小分子量的化合物；然后，降解的生成物被微生物攝入人體內，經過種種的代謝路線，合成為微生物體物或轉化為微生物活動的能量，最終都轉化為水和二氧化碳。

因此，生物可降解并非單一機理，而是一個復雜的生物物理、生物化學協同作用，相互促進的物理化學過程。到目前為止，有關生物可降解的機理尚未完全闡述清楚。除了生物可降解外，高分子材料在機體內的降解還被描述為生物吸收、生物侵蝕及生物劣化等。生物可降解高分子材料的降解除與材料本身性能有關外，還與材料溫度、酶、PH值、微生物等外部環境有關。

2、生物可降解高分子材料的類型

按來源，生物可降解高分子材料可分為天然高分子和人工合成高分子兩大類。按用途分類，有醫用和非醫用生物可降解高分子材料兩大類。按合成方法可分為如下幾種類型。

2.1微生物生產型

通過微生物合成的高分子物質。這類高分子主要有微生物聚酯和微生物多糖，具有生物可降解性，可用于制造不污染環境的生物可降解塑料。如英國ICI公司生產的“Biopol”產品。

2.2合成高分子型

脂肪族聚酯具有較好的生物可降解性。但其熔點低，強度及耐熱性差，無法應用。芳香族聚酯(PET)和聚酰胺的熔點較高，強度好，是應用價值很高的工程塑料，但沒有生物可降解性。將脂肪族和芳香族聚酯(或聚酰胺)制成一定結構的共聚物，這種共聚物具有良好的性能，又有一定的生物可降解性。

2.3天然高分子型

自然界中存在的纖維素、甲殼素和木質素等均屬可降解天然高分子，這些高分子可被微生物完全降解，但因纖維素等存在物理性能上的不足，由其單獨制成的薄膜的耐水性、強度均達不到要求，因此，它大多與其它高分子，如由甲殼質制得的脫乙酰基多糖等共混制得。

2.4摻合型

在沒有生物可降解的高分子材料中，摻混一定量的生物可降解的高分子化合物，使所得產品具有相當程度的生物可降解性，這就制成了摻合型生物可降解高分子材料，但這種材料不能完全生物可降解。

3、生物可降解高分子材料的開發

3.1生物可降解高分子材料開發的傳統方法

傳統開發生物可降解高分子材料的方法包括天然高分子的改造法、化學合成法和微生物發酵法等。

3.1.1天然高分子的改造法

通過化學修飾和共混等方法，對自然界中存在大量的多糖類高分子，如淀粉、纖維素、甲殼素等能被生物可降解的天然高分子進行改性，可以合成生物可降解高分子材料。此法雖然原料充足，但一般不易成型加工，而且產量小，限制了它們的應用。

3.1.2化學合成法

模擬天然高分子的化學結構，從簡單的小分子出發制備分子鏈上含有酯基、酰胺基、肽基的聚合物，這些高分子化合物結構單元中含有易被生物可降解的化學結構或是在高分子鏈中嵌入易生物可降解的鏈段。化學合成法反應條件苛刻，副產品多，工藝復雜，成本較高。

3.1.3微生物發酵法

許多生物能以某些有機物為碳源，通過代謝分泌出聚酯或聚糖類高分子。但利用微生物發酵法合成產物的分離有一定困難，且仍有一些副產品。

3.2生物可降解高分子材料開發的新方法——酶促合成

用酶促法合成生物可降解高分子材料，得益于非水酶學的發展，酶在有機介質中表現出了與其在水溶液中不同的性質，并擁有了催化一些特殊反應的能力，從而顯示出了許多水相中所沒有的特點。

3.3酶促合成法與化學合成法結合使用

酶促合成法具有高的位置及立體選擇性，而化學聚合則能有效的提高聚合物的分子量，因此，為了提高聚合效率，許多研究者已開始用酶促法與化學法聯合使用來合成生物可降解高分子材料

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高分子材料：以高分子化合物為基礎的材料，高分子材料是由相對分子質量較高的化合物構成的材料，包括橡膠、塑料、纖維、涂料、膠粘劑和高分子基復合材料，由千百個原子彼此以共價鍵結合形成相對分子質量特別大、具有重復結構單元的有機化合物。

高分子的分子量從幾千到幾十萬甚至幾百萬，所含原子數目一般在幾萬以上，而且這些原子是通過共價鍵連接起來的。高分子化合物中的原子連接成很長的線狀分子時，叫線型高分子(如聚乙烯的分子)。如果高分子化合物中的原子連接成網狀時，這種高分子由于一般都不是平面結構而是立體結構，所以也叫體型高分子。

二、高分子材料的結構特征

高分子材料的高分子鏈通常是由103~105個結構單元組成，高分子鏈結構和許許多多高分子鏈聚在一起的聚集態結構形成了高分子材料的特殊結構。因而高分子材料除具有低分子化合物所具有的結構特征(如同分異構體、幾何結構、旋轉異構)外，還具有許多特殊的結構特征。高分子結構通常分為鏈結構和聚集態結構兩個部分。鏈結構是指單個高分子化合物分子的結構和形態，所以鏈結構又可分為近程和遠程結構。近程結構屬于化學結構，也稱一級結構，包括鏈中原子的種類和排列、取代基和端基的種類、結構單元的排列順序、支鏈類型和長度等。遠程結構是指分子的尺寸、形態，鏈的柔順性以及分子在環境中的構象，也稱二級結構。聚集態結構是指高聚物材料整體的內部結構，包括晶體結構、非晶態結構、取向態結構、液晶態結構等有關高聚物材料中分子的堆積情況，統稱為三級結構。

三、高分子材料按來源分類

高分子材料按來源分，可分為天然高分子材料、半合成高分子材料（改性天然高分子材料）和合成高分子材料。

天然高分子材料包括纖維素、蛋白質、蠶絲、橡膠、淀粉等。合成高分子材料以及以高聚物為基礎的，如各種塑料，合成橡膠，合成纖維、涂料與粘接劑等。

四、生活中的高分子材料

生活中的高分子材料很多，如蠶絲、棉、麻、毛、玻璃、橡膠、纖維、塑料、高分子膠粘劑、高分子涂料和高分子基復合材料等。下面就以塑料和纖維素舉例說明。

（一）、塑料

塑料是一種合成高分子材料，又可稱為高分子或巨分子，也是一般所俗稱的塑料或樹脂，可以自由改變形體樣式。是利用單體原料以合成或縮合反應聚合而成的材料，由合成樹脂及填料、增塑劑、穩定劑、劑、色料等添加劑組成的，它的主要成分是合成樹脂。

塑料主要有以下特性：①大多數塑料質輕，化學性穩定,不會銹蝕；②耐沖擊性好；③具有較好的透明性和耐磨耗性；④絕緣性好，導熱性低；⑤一般成型性、著色性好，加工成本低；⑥大部分塑料耐熱性差，熱膨脹率大，易燃燒；⑦尺寸穩定性差，容易變形；⑧多數塑料耐低溫性差，低溫下變脆；⑨容易老化；⑩某些塑料易溶于溶劑。塑料的優點1、大部分塑料的抗腐蝕能力強，不與酸、堿反應。2、塑料制造成本低。3、耐用、防水、質輕。4、容易被塑制成不同形狀。5、是良好的絕緣體。6、塑料可以用于制備燃料油和燃料氣，這樣可以降低原油消耗。塑料的缺點1、回收利用廢棄塑料時，分類十分困難，而且經濟上不合算。2、塑料容易燃燒，燃燒時產生有毒氣體。3、塑料是由石油煉制的產品制成的，石油資源是有限的。

塑料的結構基本有兩種類型：第一種是線型結構，具有這種結構的高分子化合物稱為線型高分子化合物；第二種是體型結構，具有這種結構的高分子化合稱為體型高分子化合物。線型結構（包括支鏈結構）高聚物由于有獨立的分子存在，故有彈性、可塑性，在溶劑中能溶解，加熱能熔融，硬度和脆性較小的特點。體型結構高聚物由于沒有獨立的大分子存在，故沒有彈性和可塑性，不能溶解和熔融，只能溶脹，硬度和脆性較大。塑料則兩種結構的高分子都有，由線型高分子制成的是熱塑性塑料，由體型高分子制成的是熱固性塑料。轉

塑料的應用：透明塑料制成整體薄板車頂。薄板車頂的新概念基于透明靈活的聚碳酸酯或硅樹脂材料，可以被永久性地塑造成單個的聚碳酸酯薄板，也可作為可折疊鉸鏈和封條。拜耳材料科技研發的原型總共配備了四個靈活的薄板部件，形成了四扇“頂窗”，每扇窗都可單獨打開和關閉。導軌用于連接薄板部件，形成一個牢固、透明的聚碳酸酯車頂外殼。一個同樣透明的管子沿車頂結構中央縱向放置，在“頂窗”打開后用來調節折疊薄板。這樣可以形成三維立體結構，組件比平坦的薄板更加牢固。同時也大大降低了單個組件的數量。

（二）、纖維素

纖維素是由葡萄糖組成的大分子多糖。不溶于水及一般有機溶劑。是植物細胞壁的主要成分。纖維素是世界上最豐富的天然有機物，占植物界碳含量的50%以上。纖維素是自然界中存在量最大的一類有機化合物。它是植物骨架和細胞的主要成分。在棉花、亞麻和一般的木材中，含量都很高。

纖維素的結構：纖維素是一種復雜的多糖，分子中含有約幾千個單糖單元，即幾千個（C6H10O5）；相對分子質量從幾十萬至百萬；屬于天然有機高分子化合物；纖維素結構與淀粉不同，故性質有差異。

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【關鍵詞】高分子材料 合成應用 綠色戰略

綠色化學的概念從提出到現在一直備受關注，我國的化學研究工作中也逐漸重視綠色和環保的理念。尤其是在高分子材料的研究方面，人們更傾向于無毒的環保的生產過程。近來，高分子材料的綠色化學有了新的進展，高分子材料合成與應用中的綠色戰略已經形成。

1 原材料本身的無毒化

在現今的高分子化學材料的研究過程中我們逐漸引進了生物降解的技術來保證高分子化學材料本身的無毒和綠色，這也是化學研究的一大熱門領域。用生物來降解高分子化學材料的方式應用較為廣泛，降解的高分子材料包括了天然的有機高分子材料和合成的有機高分子材料。這種技術對淀粉、海藻酸、聚氨基酸等各種高分子的研究非常實用。目前，醫藥領域的許多材料多采用這種綠色無毒的形式來進行生產，達到和人體的和諧相容。

2 高分子原料合成朝無毒化方向發展

高分子原料的合成也在向綠色的方向發展。在化學合成過程中，許多高分子化學材料的合成可以采用一步催化的方式來完成，轉化利用率可以達到百分之一百。而且這種過程避免了使用有毒的化學催化劑，改變了傳統的操作模式。例如已二酸的合成就是采用生物合成的技術，使其生產過程完全綠色化，安全可操作。傳統的方法生產環氧丙烷是采用兩步反應的方式，而且中間使用了氯氣。這種氣體帶有一定的毒性會造成環境的污染。但現在，國內外已經改變了這種生產方法，采用的催化氧化的方法使原材料在制作反應的過程中完全利用，而不產生有的物質來污染環境。目前，在進行制作合成化學材料的過程中，許多都在逐步改善材料合成產生有毒廢棄物的或排放物的情況，朝著綠色生態環保的方向發展。

3 合成原料的綠色化

生活物質材料中有許多都是采用高分子合成的原料制造的。尤其是醫用材料，這些材料在使用的過程中必須保證無毒，而且必須是生物可降解、可以為人體的免疫系統所接受的。因此，對合成原料的要求必須是綠色的、安全的。近年來，在這方面，國內外已經取得了較多的成就。

1988年在荷蘭有相關學著就在研究聚乳酸類網狀彈性體材料，這種材料完全采用綠色原料合成，并且可以被生物所降解。他們用賴氨酸二異氰酸醋等擴鏈了由肌醇、L--丙交酯等生成的星形預聚體。LDI可以稱為“綠色”的二異氰酸酯擴鏈劑，因為LDI擴鏈部分最終的降解產物是乙醇、賴氨酸等，這些降解產物都是無毒的，完全可以進行生物利用。在這一聚合物生成的過程中，不僅最終的產物是環保安全的，而且其原料肌醇是人體所需的維生素之一，乳酸、6―烴基己酸等在生物醫學上頗為常見，也是一些安全的、“綠色”的物質，可以說這一過程接近于“完全綠色”。1994年strey等學者在此基礎上進行進一步的研究，合成了與該綠色試劑LDI聚乳酸衍生物，用高結晶性的聚乙醇酸纖維為增強材料，制備了無毒的、可生物吸收的骨科固定復合材料。

4 催化劑的綠色化

在聚乳酸類材料研究過程中，雖然目前的高分子原材料和聚合物都實現了基本的綠色化、無毒化，但在這過程中大家可能會忽略一個因素，那就是催化劑的使用安全問題。例如聚乳酸化合物的生成過程中大多采用辛酸亞錫作為中間催化劑，加快化學反應的過程。但是這種催化劑由于含有錫鹽成分可能會具有生理毒性，如果是人體吸收可能會造成中毒的情況。相比而言，用生物酶作催化劑就顯得安全可靠。使用生物酶催化的瓶頸在于酶的種類有限問題，致使一些化學反應找不到相應的生物酶進行催化。在目前的高分子聚合物當中，雖然一些加聚反應的原子利用率可以達到100%，但是各種催化劑和添加劑的使用對安全情況造成的影響卻不能忽視。尤其是在醫用物品當中，必須對這些材料的安全性進行試驗和考核。催化劑的綠色化道路的發展還值得我們進一步努力探索。

5 合成高分子材料的安全應用

人工合成的高分子材料可能會對環境存在一定的危害，對不可利用的高分子材料的垃圾處理也得考慮到綠色無毒的問題。我們必須選擇正確的方法來安全使用這些高分子材料。

對于可用生物降解的高分子合成材料可以采用填埋的方式進行處理。對于不可生物降解的高分子材料廢物進行分類，主要分為可回收利用的廢物和不可回收利用的廢物。將可回收的高分子材料分類進行整理，實現循環利用，減少資源的浪費。對于可焚燒的高分子材料可以進行焚燒處理，還可以將垃圾焚燒過程中釋放的熱能加以利用。

（1）對可以再生與循環使用的環境惰性高分子材料，如 PP、PE、PET、尼龍 66、PMMA、PS 等，應盡可能地再次利用，盡可能避免使用填埋方法處理環境惰性塑料垃圾。

（2）PP、PE等聚烯烴具有很高的熱值，與燃料油相當，并且具有無害化燃燒特性。因此，可以將這些高分子材料燃燒產生的巨大熱能轉化為電能或者其他形式的能源，避免熱能污染。目前，順利實施城市生活垃圾變電能的關鍵是將 PVC 除開，避免與PP、PE等混雜，避免造成能源回收困難而浪費能源。

（3）對 PVC 應合理使用。PVC 的制造、加工、使用和廢棄物的處理，都涉及環境問題，其中最危險的是PVC 廢棄物的處理。PVC的加工過程使用的添加劑非常多，使用不當就會使材料中的有毒物質滲出，應該盡量避免其與食物和醫藥產品的接觸。PVC廢棄物處理要盡可能避免使用焚燒的方式，因為這種高分子材料在焚燒的過程中會產生毒性物質，對環境造成的傷害非常大。應盡快使 PVC退 出包裝、玩具 、地膜等使用周期短的應用領域；同時，鑒于PVC具有節約天然資源、適用性廣、價格低廉、難燃、血液相容性好等優點，應加強對 PVC 生產、加工、使用、廢棄物處理等方面的研究。

6 結語

高分子材料合成與應用的綠色化、無毒化、安全化會是將來高分子材料化學發展的熱潮，結合高分子材料特有的實用性因素來建立高分子材料綠色戰略的系統，可以使高分子材料化學朝著更加全面的、長遠的綠色化道路發展。

參考文獻

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[2] 羅水鵬.綠色高分子材料的研究進展[J].廣東化工，2012

[3] 石璞，戈明亮.高分子材料的綠色可持續發展[J].化工新型材料，2006

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（一）知識脈絡

本節教材在學生學習了淀粉、纖維素、蛋白質等天然有機高分子化合物之后，很自然地過渡到學習合成有機高分子化合物，首先介紹有機高分子化合物的相對分子質量，然后初淺地以聚乙烯、聚氯乙烯為例介紹有機高分子化合物的結構與基本性質，合成高分子化合物在溶劑中的溶解和在不同溫度時的性能變化等性質是與合成高分子化合物的科學研究及生產加工密切相關的；最后簡單介紹了常見高分子塑料、橡膠、纖維中某些有代表性的品種。

（二）知識框架

（三）新教材的主要特點：

新教材依然保持緊密聯系實際和新的化學知識從生活和生產實際切入的風格，也注意了緊密聯系學生已學過的知識如烯烴的加成反應、羧酸的酯化反應等，以幫助他們理解高分子化合物的性質、正確書寫重要高聚物加聚反應的化學方程式，復習鞏固已學的有機化學知識，也為他們選擇后續的選修模塊“有機化學基礎”奠定必要基礎。

二．教學目標

（一）知識與技能目標

1.引導學生初步認識有機高分子化合物的結構、性質及其應用，學會書寫重要加聚反應的化學方程式，了解合成高分子化合物的主要類別及其在生產、生活、現代科技發展中的廣泛應用。

2.引導學生學習和認識由塑料廢棄物所造成的白色污染和防治、消除白色污染的途徑和方法，培養他們的綠色化學思想和環境意識，提高他們的科學素養。

3.通過多樣化的學習活動（自主檢索、收集、分類比較、展示等）使學生了解塑料、合成橡膠、合成纖維的主要品種以及它們的原料來源與石油化工、煤化工的密切聯系，同時提高他們的學習能力，豐富他們的學習方式。

（二）過程與方法目標

1.讓學生通過網絡、書籍等途徑收集各種各樣的材料及圖片、實物，課堂上采用互動式教學，激發學生探究有機合成材料的組成、性能的興趣。。

2、通過“遷移•應用”、“交流•研討”、“活動•探究”等活動，提高學生分析、聯想、類比、遷移以及概括的能力。

（四）情感態度與價值觀目的

1、通過“遷移•應用”、“交流•研討”、“活動•探究”活動，激發學生探索未知知識的興趣，讓他們享受到探究未知世界的樂趣。

2.引導學生學習和認識由塑料廢棄物所造成的白色污染和防治、消除白色污染的途徑和方法，培養他們的綠色化學思想和環境意識，提高他們的科學素養。

三、教學重點、難點

（一）知識上重點、難點

重要高聚物的加聚反應及其化學方程式

（三）方法上重點、難點

有機高分子化合物的結構與性質的關系的理解

四、教學準備

（十二）學生準備

1.課前讓學生通過網絡、書籍等途徑收集各種各樣的材料及圖片、實物。

2.收集有關廢棄塑料造成的白色污染、危害及其防治方法的資料。

（十三）教師準備

教學媒體、課件；準備“活動•探究”實驗用品。

五、教學方法

問題激疑、實驗探究、交流討論、

六、課時安排

3課時

七、教學過程

第一課時

【引入】人類的生產和生活離不開各種各樣的材料，請同學們根據自己收集的資料結合已有的知識對材料進行分類。

【點評】課前讓學生通過網絡、書籍等途徑收集各種各樣的材料及圖片、實物，課堂上采用互動式教學。

【交流、投影】

無機非金屬材料（如：晶體硅、硅酸鹽材料等）

無機材料

無機金屬材料（包括金屬和合金）

材料天然有機高分子材料（如：棉花、羊毛、蠶絲、天然橡膠等）

有機材料合成有機高分子材料（如：塑料、涂料、合成纖維、合成橡膠等）

新型有機高分子材料（如：高分子分離膜等）

【聯想、質疑】在日常生活中，你一定接觸過許多塑料、合成橡膠、合成纖維制品。你能舉例說明嗎？它們是什么原料制造的？它們具有哪些優于天然材料的性能？

【點評】通過回憶生活中的常識激發學生探究有機合成材料的組成、性能的興趣。

【練習】計算葡萄糖和硬脂酸甘油酯的相對分子質量。

【質疑】經計算，它們的相對分子質量分別為180和890。數值已經不小，但是，我們仍稱它們為低分子化合物，簡稱小分子；那么，什么是高分子化合物或高分子呢？

【講述】如果有機化合物的相對分子質量達到幾萬到幾百萬，我們就稱它們為有機高分子化合物，簡稱高分子或聚合物。像以前所學過的淀粉、纖維素、蛋白質等物質都屬于有機高分子化合物。有機高分子化合物的結構有哪些特點呢？

【引題、板書】一、有機高分子化合物

1.有機高分子化合物的結構特點

【講述】有機高分子化合物雖然相對分子質量很大，但是它們的結構并不復雜，通常是由簡單的結構單元連接而成的，例如，聚乙烯是由結構單元重復連接而成的，聚氯乙烯是由結構單元重復連接

而成的，其中的n表示結構單元重復的次數。

【投影講述】高分子中的結構單元連接成長鏈，這就是通常所說的高分子的線型結構。具有線型結構的高分子，可以不帶支鏈，也可以帶支鏈。高分子鏈上如果有能起反應的原子或原子團，當這些原子或原子團發生反應時，高分子鏈之間將形成化學鍵，產生一定的交聯形成網狀結構，這就是高分子的體型結構。

【過渡】由于有機高分子化合物的相對分子質量大及其結構的特點，因而使它們具有與小分子不同的一些性質。

【活動、探究】將教材的“觀察•思考”涉及的實驗改成學生分組實驗（2～4人一組）。

1.從廢舊輪胎上刮下的一些橡膠粉末約0.5g放入試管中，加入5mL汽油，觀察粉末能否溶解。

2.取內徑比實驗室用導氣膠管外徑稍大的試管，膠管與試管等長。向試管中加入少量汽油后，將膠管插入試管，再用滴管向膠管內孔中滴滿汽油，稍侯，可見膠管伸長。

3.取一小塊聚乙烯塑料碎片，用酒精燈加熱直至熔化時停止加熱，等冷卻后再加熱，反復幾次后點燃，觀察變化的全過程。

【交流、討論、板書】2.有機高分子化合物的主要性質

⑴溶解性：難溶于水，在有機溶劑中也只能溶脹并極緩慢。

⑵熱塑性和熱固性

⑶電絕緣性

⑷不耐高溫易燃燒

【講述】聚乙烯塑料受熱到一定溫度范圍時，開始變軟，直到熔化成流動的液體。冷卻后又變為固體。加熱后又熔化，這種現象就是線型高分子的熱塑性。有些體型高分子一經加工成型就不會受熱熔化，因而具有熱固性，如酚醛樹脂。高分子化合物中的原子是以共價鍵結合的，因此它們一般不導電。

【小結】結構決定性質，性質決定用途，正因為有機高分子化合物有以上的主要性質，決定了高分子材料在國民經濟發展和現代科學技術中的重要作用。

作業：探究活動：學生分為若干小組通過去圖書館、上網查閱資料探究以下問題：

1．我們身邊有哪些高分子化合物；

2．高分子化合物對工農業生產和生活有哪些重要作用；

3．了解高分子化合物的新發展，例如可導電的高分子材料、可降解塑料等。

并動員學生運用所學知識回答下列問題：

1．為什么聚乙烯塑料涼鞋破裂可以熱補，而電木插座不能熱修補。

2．裝苯的試劑瓶不能用普通的膠塞的原因。

3．家貿市場上出售的香油的膠塞為什么要用玻璃紙包起來，如果不包起來會出現什么后果。

第二課時

【聯想、質疑】現在，人們在日常生活中經常與塑料打交道，工農業生產和國防建設也大量使用塑料。那么，究竟什么是塑料？它們是怎樣制成的？

【講述】塑料的主要成分是被稱為合成樹脂的有機高分子化合物。例如，聚乙烯就是生產聚乙烯塑料的合成樹脂。聚乙烯是以石油化工產品乙烯為原料，在適宜的溫度、壓強和引發劑存在的條件下發生反應而制得的。反應時，乙烯分子中碳碳雙鍵中的一個鍵斷裂，然后相互兩兩加成而聚成含n個結構單元的相對分子質量達幾萬以上的聚乙烯樹脂。

【板書】二、塑料

【講述】講述聚合反應和加聚反應的概念。

【講述、投影】塑料與合成樹脂

⑴塑料是由合成樹脂及填料、增塑劑、穩定劑、色料、防老劑等添加劑組成的。

⑵樹脂是指還沒有跟各種添加劑混合的高聚物。

⑶有些塑料基本上是由合成樹脂所組成的，不含或少含其它添加劑，如有機玻璃等。

【遷移、應用】氯乙烯、苯乙烯、四氟乙烯在引發劑作用下經過聚合反應所得聚合物都是重要的合成樹脂。⑴它們為什么和乙烯一樣，也能發生加聚反應？⑵寫出化學反應式。

【交流、討論】組織學生交流討論聚合反應的書寫技巧，尤其苯乙烯的聚合反應，可以適當點撥：將苯基（—C6H5）當作支鏈，使雙鍵碳原子作為端點碳原子，以便于兩兩加成聚合。

【閱讀】塑料王與工程塑料ABS的用途。

【過渡】聚乙烯是當今世界上產量最大的塑料產品，它有著廣泛的應用。

【閱讀、討論】聚乙烯的性質和用途。

【講述】塑料工業的發展，極大地提高了人們的生活質量，但是這些結構穩定、難以分解的塑料廢棄物的急劇增加也帶來了嚴重的環境問題。全世界每年產生數千萬噸的廢舊塑料，比如聚乙烯、聚苯乙烯等它們聚集在海洋里、地面上、土壤中，造成白色污染。白色污染已成為困擾人類社會的一大公害。減少與消除白色污染既要全社會共同努力，從我做起，少用并及時回收、再生，也要依靠科技，生產可降解的塑料。

【指導閱讀】塑料的回收利用與可降解塑料。

作業：探究活動：

1.收集有關廢棄塑料造成的白色污染、危害及其防治方法，在各社區進行宣傳或提出倡議。

2.課外實驗，參照教材第97頁動手實踐的方法進行廢舊塑料裂解得燃氣與燃油的實驗。

3.收集橡膠制品的圖片

第三課時

【引題】今天我們討論第二大合成材料合成橡膠。

三、合成橡膠

【展示】展示課前同學們收集的橡膠制品的圖片。

【交流、研討】結合你已有的知識和生活常識思考：

1.橡膠的特性是什么？由此決定著它有哪些用途？

2.根據來源和組成不同，常用的橡膠有哪幾種？

【講述】構成橡膠的高分子鏈在無外力作用時呈卷曲狀，而且有柔性，受外力時可伸直，但取消外力后又可恢復原狀，因此橡膠是具有高彈性的高分子化合物。根據來源和組成不同，橡膠可分為天然橡膠和合成橡膠。合成橡膠往往具有高彈性、絕緣性以及耐油、耐酸堿、耐高溫或低溫等特性，因此具有廣泛的應用。

【講述】順丁橡膠是化學家們最早模擬天然橡膠制得的合成橡膠，它具有較高的耐磨性，廣泛用于制造輪胎、耐寒制品及膠鞋、膠布、海綿膠等。利用工具欄講解順丁橡膠的合成，并以順丁橡膠的高分子鏈的卷曲認識橡膠的高彈性。

【質疑】為什么實驗室的橡膠管在空氣中易老化？為什么盛酸的試劑瓶要用玻璃塞？

【過渡】常用的橡膠除天然橡膠、順丁橡膠外還有其它的通用橡膠。

【閱讀、講述】閱讀表3-4-1幾種常用橡膠的性能和用途，以說明當今合成橡膠的廣泛應用，以及“挑戰者”航天飛機失事的悲慘事件就是由于橡膠密封圈失靈造成的。

【過渡】接下來討論第三大合成材料合成纖維。

【交流、研討】生活中你們知道哪些是纖維制品呢？棉花、羊毛、蠶絲與錦綸、滌綸有何區別？纖維素是如何分類的？

【投影、講述】1.纖維素分類

纖維素：棉、麻

天然纖維蛋白質：絲、毛

纖維人造纖維：人造棉、人造絲

化學纖維合成纖維：錦綸、腈綸

篇6

一、高分子化學的內涵

1．何為高分子化學

顧名思義，高分子就是相對分子質量很高的分子，它是高分子化合物的簡稱。高分子化合物，又稱聚合物或高聚物，是結構上由重復單元（低分子化合物—單體）連接而成的高相對分子質量化合物。高分子的相對分子質量非常的大，小到幾千，大到幾百萬、上千萬的都有。我們有時將相對分子質量較低的高分子化合物叫低聚物。高分子化學作為化學的一個分支，同樣也是從事制造和研究分子的科學，但其制造和研究的對象都是大分子，即由若干個原子按一定規律重復地連接成具有成千上萬甚至上百萬質量的、最大伸直長度可達毫米量級的長鏈分子，稱為高分子、大分子或聚合物。

2．高相對分子質量與高強度

相對分子質量和物質的性質是密切相關的，是決定物質性質的一個重要因素。只有相對分子質量高的化合物才有一定的機械力學性能，才能作為材料使用。例如乙烷、辛烷、廿烷、聚乙烯、超高分子量聚乙烯，都是直鏈的烷烴化合物，但是分子量變化很大，其機械力學性能因而也有極大的區別。

3．高分子科學的主要內容

既然高分子化學是制造和研究大分子的科學，對大分子的反應和方法的研究，顯然是高分子化學最基本的研究內容。高分子科學不僅是研究化學問題，也是一門系統的科學。高分子科學的主要內容有：如何將低分子化合物連接成高分子化合物，即聚合反應的研究。高分子化合物的結構與性質關系。不同性質的高分子，其結構必然是不同的。為了得到不同性質的高分子，就要去合成具有特殊結構的高分子。

二、高分子材料化學的應用

材料是人類社會文明發展階段的標志，是人類賴以生存和發展的物質基礎。它是指經過某種加工，具有一定結構、組分和性能，并可應用于一定用途的物質。上世紀半導體硅、高集成芯片、高分子材料的出現和廣泛應用，把人類由工業社會推向信息和知識社會。可以說某一種新材料的問世及其應用，往往會引起人類社會的重大變革，材料是人類文明的重要標志。如果說現在人人離不開高分子材料，家家離不開高分子材料，處處離不開高分子材料，是一點也不過分的。高分子化合物的最主要的應用是以高分子材料的形式出現的，高分子材料包括了塑料、纖維、橡膠三大傳統合成材料，另外許多精細化工材料也都是高分子材料。

第一，塑料：一類是通用塑料，如容器、管道、家具、薄膜、鞋底與泡沫塑料等等；另一類叫工程塑料，其強度大，如汽車零部件、保險杠、洗衣機內的滾筒、電器的外殼等。

第二，纖維：人們開發出聚酯、尼龍、腈綸、維尼綸等高分子化合物，通過不同的加工，生產出了各種纖維制品，極大地滿足著人類的需要。

篇7

材料學專業畢業生的就業面比較廣，主要就業方向包括計算機、金融、教育和科技咨詢等領域。材料專業的畢業生可以從事高分子材料加工、高分子材料合成、信息材料、醫用材料、新型建筑材料、電子電器、汽車、航空航天、貿易等工作，還可以進入研究院所、高等院校和海關、商檢等部門工作。

材料學專業的分類

通常來講，材料分為高分子、無機非金屬、金屬三大種類。從學科的角度來講，不同的學校所開設的材料學專業也不相同。除了傳統意義上的材料科學專業、有機高分子材料專業、無機非金屬材料專業、金屬材料專業之外，一些學校還增設了高分子復合材料專業、機械材料專業等。以北京航空航天大學的材料科學與工程學院為例，材料科學與工程學科為國家一級重點學科，下設材料科學系、材料物理與化學系、材料加工工程與自動化系、高分子及復合材料系等。

材料學專業就業知多少

從就業角度來講，金屬材料專業作為一門基礎學科，應用面廣，就業面也相對較廣。復合材料因為博采眾長，在性能上結合了各種材料的優勢，作為一種新型材料廣泛應用于生物、航天領域，就業前景也很好。

總體就業前景分析

其一，材料學專業性強，受國家重視，高技術人才供不應求。現代材料學科更注重研究各類材料及它們之間相互滲透的交叉性和綜合性特點。經歷近半個世紀對材料微觀結構和宏觀性質相關機制的探索和認識，材料學研究的范圍得到巨大拓展，一些具有特殊功能的材料日益受到重視并快速發展，也為材料學的發展提供了前所未有的機遇和空間。這就需要有一定專業知識的人才投入到科研工作中，攀登材料科學的高峰。

其二，隨著時代的進步，新型材料運用更加廣泛，現代技術的發展也需要很多新型材料的支持。根據我國當前及未來發展的實際情況，材料學專業人才在各個行業需求量的增加為此專業的學生提供了很好的就業機會。

研究生階段課題方向的選擇很重要

據中國科學院學高分子材料專業研究生的王芬（化名）同學介紹，全班40個人，男多女少。雖然傳統意義上是要去中石油、中海油等對口單位，但目前她投簡歷的對象主要是民營企業，這些企業對研究方向沒有特別硬性的規定。

找工作的這段時間以來，王芬覺得材料學所有的專業中，金屬材料學專業的就業面還比較寬。找工作時，用人單位會看重求職者的教育背景、研究方向以及課題方向，尤其當面試崗位是專職科研人員時，單位對專業方面的考量會針對畢業設計提出，因此研究生階段的課題選擇非常重要。她建議大家認真對待畢業設計。

腳踏實地的研究精神不可少

航天某院工作人員高女士建議，在學校期間，材料學專業的學生應該扎實學好專業基礎知識。她認為專業理論基礎扎實與否，一方面決定了就業面的寬窄，更重要的是決定了未來工作發展潛力大小。因為大家畢業后的工作與生活是比較忙碌的，很少再有機會系統學習。

以高女士的就業經歷為例，她認為就業前應該事先做好以下準備：充分利用師兄師姐的經驗、經歷了解可能的工作方向，了解具體工作單位及崗位情況；面試前一定先盡可能了解面試的單位及崗位需求，做到有的放矢。

據哈爾濱玻璃鋼研究院人事部一名負責人介紹，材料學專業的學生，要具備適應艱苦的工作條件的素質，因為做復合材料研究工作要經常去實驗室，更重要的是搞科研一定要坐得下來，能夠經得起反復失敗和挫折的考驗。

此外，在面試中，還應該積極鍛煉個人表達能力，為自己增光。

走進材料學專業

高分子材料——性能優異，不可替代

高分子材料獨特的結構和易改性、易加工特點，使其具有不可取代的優異性能，廣泛用于科學技術、國防建設和國民經濟各個領域。很多天然材料通常是高分子材料組成的，如天然橡膠、棉花、人體器官等。人工合成的化學纖維、塑料和橡膠等也是如此。然而，一些高分子材料會含有毒性，使用、實驗時要注意。

中科院高分子材料學研究方向的研究生王芬（化名）說：“我在本科時讀的是無機非金屬材料學，在研究生時根據導師的研究方向，選擇了高分子材料學，即有機無機復合材料學，重點研究塑料、橡膠等，應用到現實生活中，為鉆井平臺進行驅油。平日里我們大部分時間在實驗室度過，研究對象為甲醛、乙醇、乙烷等化學物質，一些化學物質如甲醛會有毒性，因此要做好防毒設施。”

無機非金屬材料——基礎學科，必不可少

無機非金屬材料是與有機高分子材料和金屬材料并列的三大材料之一，主要研究建筑、水泥、陶瓷、玻璃等材料。目前比較受到關注的納米材料也屬于無機非金屬行列。

無機非金屬材料品種和名目極其繁多，用途各異，通常把它們分為普通的（傳統的）和先進的（新型的）無機非金屬材料兩大類。新型無機非金屬材料是20世紀中期以后發展起來的，具有特殊性能和用途的材料。它們是現代新技術、新產業、傳統工業技術改造、現代國防和生物醫學所不可缺少的物質基礎。常見的無機非金屬材料有水泥、 玻璃、 陶瓷等。

篇8

形狀：上段成錐形，下部是圓柱形。

化學組成：礦泉水和可樂瓶是用的聚對苯二甲酸乙二醇酯PET。另外食品包裝塑料瓶材料還有聚丙烯PP，高密度聚乙烯HDPE等。

用途：生活中最常見的就是用塑料瓶裝水了，也就是常見的礦泉水。另外就是可以用塑料瓶裝其他物品，比如說實驗室中不能用玻璃瓶裝的試劑有時必須用塑料瓶裝。塑料瓶的用途有很多很多，生活中到處可以見到塑料瓶。

改進措施：可以改進塑料瓶的生產工藝，如果能將塑料瓶生產成可自動降解的，那么我們的環境將不會再有更多的白色污染，這是一個非常有前景的技術，如果能夠成功，并且價格能夠和現在的塑料瓶相當，那么塑料瓶的用途可能將大大增加！

2．名稱：一次性紙杯。

形狀：上大下小的錐形形狀。

化學組成：聚乙烯。

性能：柔軟性好、耐沖擊性能好；耐熱性、耐溶劑性、硬度較差。

用途：最好用于裝冷水，不要裝開水。

改進措施：如果選用的材料不好，或加工工藝不過關，在聚乙烯熱熔或涂抹到紙杯過程中，可能會氧化為羰基化合物。羰基化合物在常溫下不易揮發，但在紙杯倒入熱水時就可能揮發出來。它既不環保，也不健康。還有些一次性紙杯生產商購買價格低廉的紙漿，在生產過程中添加熒光漂白劑，有致癌危險。建議大家，一次性杯不到萬不得已不要使用，如果使用最好裝冷水。

3．洗潔精

形狀：粘稠狀

化學組成：洗潔精的主要成份是:1表面活性劑；其主要作用是產生泡沫及去污；2、洗滌助劑：常用的原料有氫氧化鈉和檸檬酸鈉；3、增稠劑量：其主要作用是增稠，穩泡及去污，常用的原料有6501、6502、氯化鈉；4、防腐劑，其主要作用是殺菌，保持，常用的原料有：苯甲酸鈉、甲基異噻唑啉酮等；5、添加劑，其主要作用是處理水質，改善氣味，常用的原料有：1、乙二胺四乙酸二鈉，2、EDTA四鈉

性能：去污性能，去油性能等。

用途：可以用來清洗碗筷，也可以用來清洗鞋子或衣服上的污濁等。

4．電冰箱外殼

形狀：長方體或者不規則多邊形

化學組成：塑料，金屬等。

性能：支撐冰箱外形，美觀漂亮及減少冰箱成本等等。

改進措施：我們都知道，冰箱在使用一段時間后外形將不再漂亮美觀，主要是由于塑料經過長期的外置于空氣中可能發生老化，變色等。如果能將塑料的性能改優使其老化速度減緩或者不老化，那么將是一件非常有價值的進步，另外就是和上面一樣，如果做到塑料能夠自動降解，那么我們的世界將少了一份白色污染。我們的世界也將變得更加美麗！

5．各種醫用高分子材料制品

醫用高分子材料是指可以應用于醫藥的人工合成（包括改性）的高分子材料，一般不包括天然高分子材料、生物高分子材無機高分子材料等在內。隨著生物科學技術的不斷發展和進步，越來越多的高分子材料被用于與人類生命健康息息相關的各種器官和皮膚的替代材料。

醫用高分子材料大致可分為機體外使用與機體內使用兩大類。機體外用的材科主要是制備醫療用品。如輸液袋、輸液管、注射器等。輸液袋、管可用衛生級聚氯乙烯制造。由于這些高分子材料成本低、使用方便，現已大量使用。機體內用材料又可分為外科用和內科用兩類。外科方面有人工器官、醫用粘合劑、整形材料等。內科用的主要是高分子藥物。所謂高分子藥物，就是具有藥效的低分子與高分子載體相綜合的藥物，它具有長效、穩定的特點。

歸納起來，一個具備了以下七個方面性能的材料，可以考慮用作醫用材料。

篇9

相比基礎性實驗，綜合性實驗的設置和開展對學生各課程知識的掌握在廣度和深度上均提出了更高的要求，也使得學生能夠對分屬于不同課程的知識點有了更為深刻的認識，通過相互對比和驗證，有助于專業知識的全面掌握和理解。但鑒于實驗開展仍然遵循著學生預習、老師講授、動手操作和課后交報告的傳統模式，雖然實驗指導老師針對實驗可以設計不同的反應歷程，讓不同組別的學生獲得迥異的結果，但實驗結論的預測性很強，一些意外問題的發生也會在指導教師的預料之中，并能夠很快給出解決方案，這對于提升學生在主觀能動學習能力的效果很有限。另外，本校開展的高分子實驗在內容的編排上還存在著較為明顯的學科界限，還不能完全融合高分子化學、高分子物理和高分子成型加工原理等課程內容，因此很有必要開設具有創新型的研究型實驗課程。

2實驗開設時機

鑒于此類研究型實驗的開展往往需要比較集中的時間段，高分子材料教研室經過多次商討，確定本實驗的學時為90學時(30學時/周×3周)，將主要的實驗內容集中安排在大四上學期的最后3周內完成。此時，一方面學生已經完成了所有的理論課程的學生和各類基礎實驗的訓練，為本實驗的開展提供了先決條件;其次，在此時間段有關校園招聘活動也會告一段落，可以保證學生有充足的時間和精力完成實驗;最后，此次實驗訓練也為下一學期的本科畢業設計(論文)的開展提供一次很好的預演，能夠有效地消除學生對畢業設計(論文)的恐慌和迷茫心理。

3實驗內容的優化設計

根據王新平等［5］的觀點，創新型實驗必須具有實驗結果的不確定性和探索性、實驗設計程序的自主性和開放性，以及實驗過程的可行性和可操縱性等基本要素。因而，這類實驗的開展必然會對實驗人員(包括指導教師和學生)、實驗設備和場地等諸多方面提出了更高的要求。根據創新型實驗內容設計的三點原則［5］和本專業教研室老師的科研情況，教研室選擇了“導電性高分子材料的制備及其應用”這一開放性較強的實驗。通過多方面的探討和論證，我們嘗試設計了一個以摻雜聚苯胺的合成、表征及其在聚丙烯和天然橡膠中的應用為主線的研究型實驗，實驗內容和所需基本學時安排如下:(1)學生分組，布置實驗的側重方向(一組在聚丙烯中的應用，一組在天然橡膠中的應用)，安排相關文獻的查詢和閱讀，著重了解聚苯胺的特性和合成方法、聚丙烯和天然橡膠的性能和加工特性，溫習有關設備的操作和安全注意事項(30學時)。(2)根據分組，學生在老師的指導下搭建實驗平臺，進行聚苯胺的合成，分別采用化學氧化聚合法、乳液聚合法、微乳液聚合法和分散聚合法制得一系列經過質子酸或無機酸摻雜改性的聚苯胺，經純化干燥后備用(30學時)。(3)用高阻計測試聚苯胺的電導率，X射線衍射儀分析產物的物相結構，紅外光譜儀觀察產物的特征官能團，并在掃描電鏡下觀察產物的形貌，并比較不同組別間所得聚苯胺產物在性能和外觀上的異同(15學時)。(4)各組同學在制得合格的聚苯胺后，按照預先選定的應用方向，分別添加到聚丙烯或天然橡膠中制成復合材料，前者在雙螺桿擠出機中完成，而后者在雙輥開煉機和平板硫化機中進行。(30學時)(5)將所得復合材料進行標準化制樣后，分別用萬能電子試驗機、擺錘式沖擊試驗機和高阻計測試復合材料的拉伸性能、沖擊韌性和電導率隨聚苯胺添加量的變化規律并記錄實驗結果;用掃描電鏡觀察復合材料斷面形貌，分析破壞機制，探討材料的強度和韌性變化的機理(15學時)。(6)學生整理數據，并撰寫實驗報告。報告要求參照本科畢業論文的模板和格式，須包括引言、實驗過程、結果與討論、結論和參考文獻等主要部分(30學時)。其中(1)和(6)要求學生利用課余時間分別在實驗周的前后一周內完成，不占用實驗周的學時。在整個實驗進行過程中，如因出現不可抗力或意外情況導致實驗進展不順利，可通過與實驗室管理人員協調，利用周六和周日的時間進行彌補，以保證學生有充足的實驗時間。通過這樣一個研究型實驗的設計和內容編排，不但使學生能夠將有機化學、高分子化學、高分子物理、高分子成型加工原理以及材料現代測試與分析技術等課程中散落的知識點進行有機串聯，還同時大大增強了學生對高分子材料從合成、表征到應用的整體認識。在實驗過程出現不可預料的事件時，合理引導學生利用理論知識去分析問題，并通過查找資料尋求解決問題的方法，有力地推動了學生在理論知識和實踐應用方面的融會貫通，極大地提升了學生的主觀能動性。

4實驗課程考核

本實驗的考核采用過程管理與結果考核并用的模式，主要分為以下三個方面:(1)學生實驗表現(40%):指導教師觀察并記錄學生在實驗中的表現，包括實驗時間的合理安排、實驗平臺的正確搭建、實驗藥品和原料的適用和管理，以及意外情況出現時的應對措施等。(2)綜合報告撰寫(40%):要求每一位學生在查閱文獻和整理資料的基礎上，獨立分析實驗數據，撰寫一份符合要求的實驗報告。(3)教師提問考核(20%):學生提交報告期間，指導教師根據報告內容進行提問，考核學生對實驗過程和報告內容的熟悉程度，同時考察學生在實驗數據分析中的邏輯性，進一步深化學生對實驗的印象，達到初步培養學生科研素質的目的。

5結語與展望

篇10

依照天然高分子的結構屬性，改性修飾或者納米化研制開發出適合于人類可持續發展的、無毒害、易降解的高分子材料，成為了當今全球節能環保領域重要的研究方向。“能源問題勢必會引起環境問題，把自然界中的生物質作為一種能量，通過循環使之得以釋放，可以極大地減少對化石能源的依賴性，同時也不會對環境造成不良影響。”南京信息工程大學環境科學與工程學院化學系教授劉大剛如此認為。

田野里走出來的材料工作者

出生于20世紀70年代末的劉大剛成長于革命老區大別山腳下，自小玩耍于山間田野，一束花草、一顆粒石、一只甲殼蟲……都可以讓他玩得不亦樂乎。因歷史原因，當地十分貧困，食不裹腹并不罕見。在此等生活條件下，讀書成為一種奢侈。

他的爺爺是以前的私塾先生，在當地算得上知識分子，“家里的教育傳承還可以”，因此，劉大剛才能一路從小學、中學讀到大學，最終成長為一個前線教育工作者，科研人員。談及小時候的生長環境，劉大剛很是興奮，“那時候上學也不是全身心地在學習上，而是喜歡跑到山溝溝里到處去玩”。

自然界各色各樣的生物，種種神秘現象，填滿了劉大剛的少年時代。“我喜歡一些自然、天然純粹的東西，同時也喜歡思考自然界中的五顏六色是怎么來的一類問題”。開闊的山間田野塑造了他自由、崇尚天然的性格，對各種自然現象高度好奇培養了他對自然的無限興趣。可以說正是在這種興趣的指引下，讓他在今后的科研過程中以自然為導向，一步一步走進大自然深處。

從大學時期的化學專業，到留美期間的可再生資源研究，再到目前所從事的環境友好高分子納米材料研究，劉大剛把他感興趣的自然生物一點點轉移到實驗室里的瓶瓶罐罐中，熱衷于探索天然高分子結構的不規整性、分子間鍵全作用的復雜性、難溶解、手性以及親水性等特征，為尋找可替代原料不遺余力。

“自然界中有很多生物質，其通過自然本身的循環作用，把這些生物質當作一種能量利用起來，通過不同形式的排列組合直接轉化為人類所需要的能源材料，這是我一直想做的”，劉大剛始終認為，科研要取于自然，回歸自然。“利用豐富的可再生材料，實現功能化仿生，使用后也是天然環保，這才是正確的循環發展的道路”。

探索天然高分子性能

當前，傳統能源在消耗過程中不可避免出現有毒物質，危害生態環境的正常發展，同時也損害人類身體健康。隨著近年來國內外天然高分子領域研究腳步的加快，人們逐漸對天然高分子的聚集態結構、材料的降解循環利用有了深入了解。

劉大剛帶領團隊將淀粉、紙漿、甲殼素、殼聚糖、絲蛋白等通過機械物理的方法分別制備成天然高分子納米顆粒，通過對流變分析淀粉、殼聚糖、甲殼素在尺寸降低的過程中納米顆粒的溶膠―凝膠轉變，研究了尺寸轉變和形貌等對顆粒性質的影響。該技術克服了傳統化學污染或者生物酶技術的不足，為天然高分子半結晶性納米顆粒以及水分散膠體提供了有效的制備方法，并得到了學術界和工業界的廣泛認可。這些納米顆粒有效地增加了比表面積和相對官能團數量，卻保持了原始的剛性特征，當嵌入柔性高分子鏈段中易形成“海-島”結構。他們將天然高分子納米晶或者納米纖維與高分子進行共混，實現軟硬兩相之間的有序結合，增加材料的抗蠕變性能。他們的研究受到關注并受邀撰寫書稿和綜述。

像纖維素納米晶這樣的尺寸小、比表面積大的聚集體，可以通過緩慢的自組裝恢復其生物體內纖維的膽甾相有序結構。但是若在三維尺寸范圍內實現有序組裝，必須在聚集體中間引入如電荷排斥等排斥力，劉大剛及其團隊通過調節納米晶表面電荷密度和手性旋轉調控具有長程有序結構的膽甾相液晶膜，而且這種手性向列相液晶可以選擇性地反射可見光，表現出結構顏色現象。這種彩虹色的薄膜被用于傳感膜、防偽涂層材料。這一研究發現受到國內外的廣泛關注，獲得較高的引用。

此外，基于生命體中天然高分子聚合存在的特征，他提出利用雜化形式實現對天然高分子材料結構性質的調控和應用。比如大豆蛋白質是一種優良的鈣離子結合物，利用球蛋白亞單元7S和11S作為模板，通過無機納米顆粒的識別效應，區分出大豆蛋白質球蛋白的二級結構單元，建立起7S和11S的有機/無機納米晶之間的識別/組裝模式。通過雜化增強等方式解決了大豆蛋白材料的吸水性強、韌性差的問題，并且將離子鍵合/螯合作用力用于增強大豆蛋白質/木材的膠合界面，提出復雜的有機/無機雜化納米膠黏劑在粘接木材中三相界面作用力的膠合機理。相關的膠黏劑產品并已實現了該技術的工業化，在環境公益和工業方面貢獻了技術力量。

眾所周知，重金屬離子污染極大地破壞了當前生態環境，利用天然高分子微納米顆粒的多功能活性基團和高比表面積，可以實現對重金屬離子的吸附分離，有效地減少了二次污染。劉大剛帶領團隊成員將大豆蛋白微球、甲殼素、殼聚糖納米纖絲等微納米尺寸的天然高分子顆粒應用于重金屬離子等污染物的去除，取得超高的吸附量和吸附效率。在過濾器件的應用上，為快速、高效的污染處理開辟了新思路。

在今后的科研過程中，劉大剛認為，分離出細小的半結晶天然高分子納米結構單元，改變、調節這些聚集體之間的作用力，調控手性結構特征，繼而控制綠色組裝過程合成功能、智能材料，實現從仿生到創造智能材料的轉變是重中之重。

“自然靈感是自主創新的源泉”

留美期間，劉大剛的科研態度有了一些改變，“相對來講，美國的科學家更注重科技成果的轉化，實現產學研緊密聯合”。隨著國內科研成果與產業化相對接趨勢的日益加強，他敏銳地感覺到，今后的科研之路要向技術自主創新和新產品研發方面發展。

“大自然是最偉大的材料大師，要從大自然中尋找靈感，重新做實驗設計，然后嘗試著去完成”，劉大剛認為科研的靈感要來自于自然，比如孔雀開屏很美麗，那能不能把這種自然呈現出來的顏色搭配及圖案等轉移到人類的衣物制作上，而不是僅僅通過化學印染，這種自然組合，能夠美得更真實、更環保、更有利于人體健康。

回國后，劉大剛就走上了南京信息工程大學的三尺講臺，開始了執教生涯，并在這里一一實現著自己當初的設想。“搞化學科研，并非都是和有毒物質打交道，在我們實驗室里都是一些天然的東西，是自然界中普遍存在的天然高分子，比如淀粉、甲殼素、纖維素、蛋白質等，很常見”。在指導學生做科研方面，他說，大自然才是人類的老師，鼓勵學生多接觸自然，在實驗里做基礎性研究時，只需要結合自然界中的現象來執行就可以了。