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高分子梯度材料的研究现状 摘要 高分子梯度材料作为一种出现不到20年的新型复合材料，目前已逐渐成为研究的热点。本文对高分子梯度材料的分类、制备和应用进行了详细综述。 功能梯度材料（Functionally Graded Materials ,FGM）是由日本学者平井敏雄、新野正之等人于1984年首次提出，并于1987年开始进行这方面的研究的。它是两种或多种不同性能的材料，采用先进的材料复合技术，使中间部分的组成和结构连续的呈梯度变化，从而使材料的性质和功能，沿厚度方向也呈梯度变化的一种新型复合材料［］。FGM最先在航天飞机的超耐热材料上得到应用，这种材料研究和应用主要局限于金属、陶瓷及其它无机小分子复合材料领域。但从FGM概念出发将不同的聚合物材料以及聚合物与其它材料巧妙复合可得到一类新的梯度功能材料――高分子梯度材料。它在化学、生物医学等许多技术领域具有极广阔的应用前景，可是目前对高分子梯度材料的研究还不是很多。 高分子梯度材料的类型 高分子梯度材料根据不同的分类标准有不同的划分,可以按照组成特点将高分子梯度材料分为以下四类［］： A、共聚物型高分子梯度材料 它是指微观组成随着分子链的增加，从一种单体占主导地位变化到另一种单体占主导地位的聚合物。 B、填充复合型梯度材料 它通常是无机物组分与高分子组分的复合体系。一类是在填料增强的高分子体系中使填料的浓度呈梯度分布；另一类是高分子渗入无机材料表面梯度化分布。环氧树脂( EP) 是该类高分子梯度材料中研究最多的聚合物,填料包括玻璃微珠、玻璃纤维、碳纤维、碳化硅以及金属颗粒等具有特定功能的物质。 C、共混型高分子梯度材料 它由不同的高分子组分通过物理方法混合而得到，在梯度共混物中分散相粒径或组成呈梯度变化。其中自组织高分子梯度材料引人注目。当形成自组织高分子梯度材料的多组分共混物中某组分具有特定功能的官能团时，该组分能自发地向材料表面迁移富集，从而自组织形成梯度结构。 D、互穿网络型高分子梯度材料 它是一类特殊的共混高分子梯度材料，其组成的多种聚合物间形成有效的分子互穿网络(IPN)或半IPN，而且某种组分的浓度变化与它在体系中所处的位置呈线形、S形、抛物线形或双曲线形等函数关系的梯度剖面。 2、高分子梯度材料的制备 一般的，制备高分子梯度材料可以采用化学方法和物理方法。 2.1 化学方法 化学方法是利用聚合单体的化学性质，通过控制聚合反应条件在聚合过程中生成高分子梯度材料。 2.1.1活性可控自由基聚合法（CRP） 我们可以利用活性可控自由基聚合法（CRP）通过控制活性聚合物体系中两种单体的混合比构造分子内梯度结构，来制备共聚物型梯度高分子材料[]。在聚合过程中调节加料比，当两种单体反应活性相近时，为了得到具有梯度结构的共聚物，可以采用：先让一种单体部分均聚合，然后连续加入第二单体进行共聚合。由于混合单体中两组分的浓度比在不断变化，因而聚合生成的分子链瞬时单体单元组成也在不断变化，所得聚合物具有梯度结构。 Borner等用原子转移自由基聚合（ATRP）得到，得到聚丙烯酸丁酯支链长度一致、接枝密度呈梯度变化的“分子刷”；Maisha等用氮氧调控聚合(NMP)方法制备了高分子量的苯乙烯／4-乙酸苯乙烯、苯乙烯／4一羟基苯乙烯两种梯度共聚物；Farcet等也通过调节单体加料比，经过可逆加成一断裂链转移聚合(RAFT)合成了梯度共聚物；Dettmer等通过调节单体加料比，在世界上第一个采用开环易位聚合(ROMP)合成了5一取代降冰片烯梯度共聚物。 2.1.2 前沿聚合法[8] 前沿聚合(frontal polymerization)实质上是利用聚合反应中凝胶效应所产生的温度梯度场来制备梯度材料的一种方法。这种方法只需简单改变加入单体的组成就可以制造任意类型的梯度聚合物材料。大量的梯度折射光纤材料就是通过这种聚合方法来制备的，所得到的梯度层大约为lcm。Yuri等报道用前沿聚合方法制备了组成呈双曲线形态分布的功能梯度聚合物。Masere等为了消除对温度敏感染料在热、光热条件下的分解，采用低温前沿聚合技术得到了具有轴向梯度的PMMA光学材料，该材料可制成有机光学限制器。反应的单体一般为(甲基)丙烯酸、丙烯酰胺，溶剂可选水和二甲亚砜。 2.1.3 光场引发聚合法 光线强度不同，引发的聚合也不同。Desilles[]等采用两步法制备了梯度聚合物材料。第一步，用紫外光辐射单体体系引发聚合。由于紫外光呈梯度衰减，导致生成聚合物的量也呈梯度分布。第二步，加热使体系内的异氰酸酯反应生成聚氨酯，以固定第一步所得到的梯度。DMTA和溶胀分析证实了梯度结构的存在。 2.1.4 单体反应活性差异法[2] 单体反应活性不同时，通过聚合聚合物形成的速度、比例也不