Inorganic and Metal-Containing Polymeric Materials (The Language of Science) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Carraher, Charles E., Jr.; Currell, B.; Pittman Jr, C. U.

出品人:

页数:396

译者:

出版时间:1991-04-30

价格:USD 224.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780306438196

丛书系列:

图书标签:

• Inorganic polymers
• Metal-containing polymers
• Polymeric materials
• Coordination polymers
• Organometallic polymers
• Polymer chemistry
• Materials science
• Inorganic chemistry
• Polymer synthesis
• Characterization

无机与含金属聚合物材料：连接宏观世界与微观组分的桥梁 在这本厚重的卷册中，我们将一同踏上一段探索无机与含金属聚合物材料奇妙世界的旅程。这本书并非简单地罗列枯燥的化学式或晦涩的理论，而是旨在揭示这些材料在现代科学技术前沿扮演的关键角色，并深入剖析它们是如何巧妙地融合了无机化学的稳定性和金属元素的独特性能，与聚合物的柔韧性和可加工性，最终孕育出前所未有的功能性材料。我们将以一种严谨又不失引人入胜的方式，为您展现这些材料的结构、合成、性能及其广泛的应用前景，如同语言的桥梁，连接起宏观世界的宏伟应用与微观组分的精妙设计。 第一部分：基础理论与结构解析——理解万物之基石 要深入理解无机与含金属聚合物材料，就必须先牢固掌握相关的基础理论。本书的第一部分将系统地梳理构成这些材料的核心概念，为读者打下坚实的基础。 无机化学的基石： 我们将从原子结构、化学键、氧化还原反应等基本原理出发，回顾无机化合物的分类、命名和基本性质。这部分内容将不仅仅是知识点的复习，更侧重于强调这些基本概念如何直接影响着无机单元在聚合物链中的整合方式以及最终材料的性能。例如，不同配位模式的金属离子与配体之间的相互作用，将如何决定金属有机框架（MOFs）的孔道结构和吸附性能；元素的电负性差异，又如何影响了陶瓷聚合物的介电特性。 聚合物科学的精髓： 接着，我们将探讨聚合物的定义、聚合反应机理（如加聚、缩聚、开环聚合等）以及聚合物的分子结构（线性、支化、交联、星形等）。理解聚合物链的构象、分子量分布以及玻璃化转变温度（Tg）、熔点（Tm）等热力学参数，对于设计和调控含金属聚合物材料的机械性能、热稳定性至关重要。我们会特别关注那些能够容纳金属单元的特殊聚合物骨架，例如具有良好配位能力的侧链聚合物、能够形成超分子聚集体的聚合物等。 金属与聚合物的协同作用： 这一章节将是本书的重点之一，深入探讨金属元素如何被引入聚合物体系，以及这种结合所带来的独特性质。我们将介绍多种将金属引入聚合物的方法，包括： 共价键合： 通过将含金属的官能团引入单体，然后进行聚合，使得金属原子通过共价键直接连接到聚合物链上。这通常能实现更稳定的结构和更可控的性能。 配位键合： 利用金属离子与聚合物链上的配位基团（如含氮、氧、硫的官能团）之间形成的配位键，将金属离子固定在聚合物中。这在催化、传感和离子传导等领域尤为重要。 物理掺杂/包覆： 将金属纳米颗粒、金属氧化物等以物理方式分散或包覆在聚合物基体中。这种方法更侧重于利用金属本身的宏观或介观尺度上的性质。 金属-有机框架（MOFs）和共价有机框架（COFs）的聚合物化： 探讨如何将这些具有高度有序孔道结构的金属有机或共价有机骨架转化为可溶性或可加工的聚合物材料，或是如何将聚合物结构单元嵌入到MOFs/COFs中，创造出具有复合功能的杂化材料。 第二部分：合成策略与表征技术——构筑功能材料的精巧之道 有了坚实的基础理论，我们便可以开始探索这些材料的合成奥秘。本部分将详细介绍各种合成策略，并介绍必要的表征手段，以确保我们能够精确地控制材料的结构和性能。 多样化的合成路径： 溶液聚合与本体聚合： 介绍在溶剂或无溶剂条件下进行的聚合反应，以及如何通过控制反应温度、催化剂、单体浓度等参数来影响聚合物链的增长和金属单元的引入。 固相合成： 尤其适用于制备某些无机聚合物前驱体或通过固态反应来构建具有特定结构的材料。 溶胶-凝胶法： 一种广泛应用于制备金属氧化物、金属硅酸盐以及许多杂化聚合物的重要方法，可以精细调控材料的纳米结构和形貌。 模板合成法： 利用有序的模板（如胶体晶体、多孔膜、生物分子等）来引导聚合物和金属单元的组装，从而获得具有周期性结构或特定微观形貌的材料。 自组装技术： 探讨如何设计具有特定分子识别能力的聚合物链和金属配合物，使其在溶液或界面能够自发地组织成有序的超分子结构，例如液晶、微胶束、纳米纤维等。 微流控技术： 介绍如何利用微流控芯片精确控制反应条件，实现对聚合物粒径、形貌以及材料组成的高度精准控制，尤其适用于制备微球、纳米颗粒等。 关键的表征手段： 精准的合成离不开强大的表征工具。我们将详细介绍以下几种关键的表征技术及其在解析无机与含金属聚合物材料结构和性能中的应用： 光谱技术： 红外光谱（IR）、拉曼光谱（Raman）、紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）、核磁共振谱（NMR）等，用于确定化学键、官能团、分子构象以及金属与聚合物的配位状态。 衍射技术： X射线衍射（XRD）、电子衍射（ED）等，用于分析材料的晶体结构、取向性和相纯度。 显微成像技术： 扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、原子力显微镜（AFM）等，用于观察材料的微观形貌、表面形貌、颗粒尺寸和分散情况。 热分析技术： 热重分析（TGA）、差示扫描量热法（DSC）等，用于评估材料的热稳定性、玻璃化转变温度、熔点以及相变行为。 元素分析与表面分析： 能量色散X射线光谱（EDX/EDS）、X射线光电子能谱（XPS）等，用于确定材料的元素组成、价态分布和表面化学状态。 机械性能测试： 拉伸试验、压缩试验、动态机械分析（DMA）等，用于评估材料的强度、韧性、弹性模量和阻尼性能。 第三部分：性能调控与功能拓展——从理论到应用的飞跃 理解了结构与合成，我们便能着手调控这些材料的性能，并将其转化为实际应用。本部分将深入探讨如何通过调整组分、结构和形貌来优化材料的特定功能。 光电性能的深度挖掘： 导电聚合物与金属纳米颗粒的复合： 探讨如何利用金属纳米颗粒（如金、银、铂）的高导电性或等离激元共振效应，与导电聚合物（如聚苯胺、聚吡咯、PEDOT:PSS）结合，用于有机太阳能电池、有机发光二极管（OLEDs）、传感器和电磁屏蔽材料。 含金属配合物的光致发光与电致发光： 重点介绍基于稀土元素、贵金属配合物或过渡金属配合物的发光材料，以及它们在LED照明、显示技术、生物成像和防伪技术中的应用。 光催化与光热转换材料： 探讨含金属氧化物（如TiO2、ZnO）与聚合物的复合，以及其在水分解、污染物降解、CO2还原和太阳能热转换领域的潜力。 催化性能的创新应用： 金属有机框架（MOFs）与多相催化： 详细阐述MOFs作为高效催化剂载体或本身具有催化活性的应用，特别是在气相催化、液相催化以及均相与多相催化之间的协同作用。 金属纳米颗粒在聚合物中的锚定与催化： 介绍如何通过配位键或物理包覆的方式将金属纳米催化剂固定在聚合物骨架上，以提高催化剂的稳定性和可回收性，并应用于精细化学品合成、加氢反应、氧化反应等。 生物催化与仿生催化： 探讨如何将酶或其他生物活性分子与含金属聚合物结合，创造出具有更高效率、选择性和稳定性的仿生催化剂。 传感与检测能力的增强： 化学传感器： 利用金属配合物或金属氧化物与特定分析物之间的相互作用（如配位、氧化还原、电化学响应），结合聚合物的信号输出能力，开发高灵敏度、高选择性的化学传感器，用于环境监测、食品安全和医疗诊断。 生物传感器： 将金属纳米粒子、量子点等与生物识别元件（如抗体、核酸）偶联，并将其固定在聚合物基体上，用于检测生物标志物、DNA序列和病原体。 压阻与压电传感器： 探索含金属聚合物在受到机械应力时产生电信号的变化，用于可穿戴电子设备、人机交互界面和健康监测。 生物医用材料的革新： 药物递送系统： 利用含金属聚合物的孔道结构、可控降解性或对外部刺激（如pH、温度、光）的响应性，设计高效、靶向的药物递送载体。 抗菌材料： 引入具有抗菌活性的金属离子（如银、铜）或纳米颗粒，开发具有广谱抗菌性能的聚合物涂层、薄膜或植入物。 生物成像探针： 利用量子点、金属纳米颗粒或发光金属配合物的荧光或近红外特性，开发用于细胞成像、组织成像和疾病诊断的生物成像探针。 组织工程支架： 设计具有良好生物相容性、力学性能和细胞粘附性的含金属聚合物支架，促进细胞生长、分化和组织再生。 其他前沿应用： 储能材料： 探讨含金属聚合物在锂离子电池、超级电容器、燃料电池等领域的应用，例如作为电极材料、电解质或隔膜。 分离与吸附材料： 利用含金属聚合物的特异性吸附能力，用于气体分离（如CO2捕获）、水净化（去除重金属离子、有机污染物）和污染物吸附。 智能材料与响应性材料： 设计能够响应温度、pH、光、磁场等外部刺激而改变形状、颜色或性能的含金属聚合物，应用于驱动器、开关和可重构材料。 结论：迈向可持续未来的材料探索 在书的最后，我们将对全书内容进行总结，并展望无机与含金属聚合物材料的未来发展趋势。我们将强调这些材料在解决能源危机、环境污染、疾病治疗等全球性挑战中的巨大潜力。同时，我们也将关注绿色合成、可再生资源利用、材料的生物降解性和环境友好性等可持续发展议题，并呼吁科研人员和工程师们共同努力，利用科学的语言，创造出更多具有突破性功能和广泛应用前景的材料，为构建更美好的未来贡献力量。 这本书将不仅仅是一本技术手册，更是一次关于科学创新和材料潜力的深度探索。它将激励您去思考，去创造，去连接无机化学的严谨与高分子科学的灵活，共同书写材料科学的新篇章。

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