最近几年，功能性高分子材料广泛应用于能源、生物医学、建筑、军工等领域。高分子材料是一类以高分子聚合物为基础的材料，是由单个单元通过化学键连接在一起形成的长链状结构，又被称为聚合物材料，具有高分子量、高分子密度、多样性、可塑性、化学稳定性和绝缘性等特点。按材料应用功能分为通用高分子材料、功能高分子材料。
[1,2]
功能性材料要求高分子材料有更高的分子量、更好的耐腐蚀性、耐更高的温度和更好的硬度等。高分子材料的表征手段，是实现功能性高分子材料研究的基础。
2.1 显微成像
高分子材料的显微成像分析包括：场发射扫描电镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、光学显微镜、热红外成像仪等分析手段。
2.2 成分分析
高分子材料的成分分析包括：X射线光电子能谱（XPS)、质谱仪（MS）、元素分析仪（EA）、X射线荧光光谱（XRF）、气相色谱/液相色谱等分析手段。
2.3 结构分析
高分子材料的结构分析包括：X射线衍射仪（XRD）、激光共聚焦拉曼光谱仪（Raman）、傅里叶红外光谱仪（FTIR）、液体核磁共振（NMR）、紫外可见近红外光谱（UV/VIS/NIR）等分析手段。
2.4 物性分析
高分子材料的物性分析包括：凝胶渗透色谱（GPC）、全自动物理吸附仪（BET）、全自动压汞仪（MIP）、接触角测试（CA）、气体透过率测试仪等分析手段。
2.5 热学性能
高分子材料的热学性能分析包括：动态热机械分析仪（DMA）、静态热机械分析（TMA）、热重分析（TG-DTG）、同步热分析仪（TG-DSC）、热变形维卡软化点试验机、临界氧指数分析仪等分析手段。
2.6 力学性能
高分子材料的力学性能分析包括：摩擦磨损试验机、硬度测试仪、附着力测试、应力仪、单丝强力仪、橡胶弹性试验机等分析手段。
3.1 显微成像
透射电镜TEM是颗粒尺寸分析常用手段，图1为某高分子材料的透射电镜显微形貌。通过透射电镜TEM显微分析，可以得到材料的胶束尺寸信息。
图1 临界胶束质量浓度下高分子材料的透射电镜显微形貌
[3]
扫描电镜SEM是形貌分析常用手段，图2为将乙炔炭黑（ACB）加入环氧树脂，制备出的试样的截面SEM图。通过扫描电镜SEM显微分析，可以观察ACB的加入量不同，对试样的分布均匀性的影响。
图2 形状记忆复合材料11%、12%、13%和 14%试样脆断截面的SEM图
[4]
3.2 成分分析
扫描电镜SEM可以观察形貌也可以进行元素分析，图3为30P-MCK的表面扫描电镜图，以及区域内的EDS分布图，结合形貌图和元素分析结果，可以分析区域内物质成分
[5]
。
图3.30P-MCK的SEM图及EDS元素分析
[5]
X射线光电子能谱（XPS）是表面组成和化学状态分析常用的手段，图4为30P-MCK的XPS全谱图和 C 1s、O 1s、Si 2p、N 1s 的XPS光谱图，分析结果表明，C和O的峰较大，说明存在大量的C元素和O氧元素，而N和Si的峰较弱，表明存在的N元素和Si元素少
[5]
。
图4 30P-MCK的XPS全谱对应C 1s、O 1s、Si 2p、N 1s的XPS光谱
[5]
3.3 结构分析
傅里叶红外光谱（FTIR）是材料结构分析常用手段，图5为改性纤维增韧环氧基玻璃微珠复合板材的红外光谱谱图，结果表明环氧树脂固化后, 3400cm
-1
附近的伯胺基吸收峰面积变小，伯胺基在固化反应中转变为了其他物质
[6]
。
图5 改性纤维增韧环氧基玻璃微珠复合板材的红外光谱谱图
[6]
液体核磁（NMR）也是材料结构分析常用手段，图6为CO
2
/CHO/VCHO三元共聚物纯化后的
1
H NMR谱图，谱图中可见VCHO单元中双键的特征峰、VCHO/CO共聚形成的碳酸酯峰、CHO/CO共聚链段的碳酸酯峰、聚醚链段峰等，通过结构分析，确定VCHO有效插入了聚合物主链中
[7]
。
图6 共聚物VP纯化后的
1
H NMR图谱
[7]
3.4 物性分析
透光性是高分子的性能指标之一，紫外-可见分光光度计检测是常用的透光性分析手段。图7是高分子材料CO
2
/CHO/VCHO 三元共聚物紫外光固化VP-UV涂层的透光性，结果表明VP-UV涂层在400~750nm的可见光区内透光率在97.5%以上
[7]
。
图7 紫外-可见分光光度计得到的高分子材料紫外光固化涂层 VP-
UV 的透光性
[7]
电阻率是功能高分子材料的性能指标之一，电导率测试仪、四探针测试仪都可以对高分子材料的电阻率进行测试分析。图8为石墨烯、环氧树脂复合材料的电阻率分析，结果表明，石墨烯添加量越高，复合材料的电阻率越高，导电性降低
[8]
。
图8 石墨烯共价键改性前后,环氧树脂/石墨烯复合材料的电阻率与石墨烯含量关系图
[8]
3.5 热学性能
高分子材料的热学性能常见分析手段有差示扫描量热法、热重法、同步热重联用法等。图9是采用差示扫描量热法测试得到的形状记忆环氧树脂复合材料的DSC曲线，结果表明形状记忆环氧树脂复合材料的玻璃化转变温度(T
g
)随着乙炔炭黑（ACB）含量的增加呈降低趋势
[4]
。图10为不同交联度的高分子材料紫外光固化涂层的TGA曲线，分析结果，可得材料的热降解温度，反映材料的耐热性能
[7]
。
图9 形状记忆环氧树脂复合材料固化体系的DSC曲线
[4]
图10 高分子材料紫外光固化涂层 VP-UV的TGA曲线
[7]
3.6 力学性能
动态热机械分析仪（DMA）是高分子材料动态力学分析的常用设备，图11采用动态热机械分析仪（DMA）分析得到的形状记忆环氧树脂复合材料的DMA曲线，结果表明，11%的样品黏弹率最大，动态力学行为较好
[4]
。
图11 形状记忆环氧树脂复合材料储能模量随温度变化的DMA曲线
[4]
电子万能试验机是高分子材料力学性能分析的常用设备，图12是采用电子万能试验机分析得到的高分子材料的应力-应变曲线，结果表明EUG的添加增强了PLA的力学性能，过多的EUG使得PLA的力学性能下降
[9]
。
图12 不同橡塑比EUG/PLA TPV应力-应变曲线
[9]
参考文献
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