高分子材料作為新時期的全新全能型材料，是發展高新科技的基礎和先導，是現代人類發展的重要支柱。研發和應用各類高分子材料將會使人類支配改造自然的能力得到極大的提高，隨之將社會生產力的發展帶到一個全新的水平。本章用通俗的語言和實例，選擇性地介紹了導電高分子材料，磁性高分子材料，高分子光纖，介電高分子材料和聚合物驅等幾類與人們的生產生活息息相關的高分子材料。
5.1顛覆傳統——導電高分子材料
1977年，在紐約科學院國際學術會議上，時為東京工業大學助教的白川英樹把一個小燈泡連接在一張聚乙炔（polyacetylene，PA）薄膜上，燈泡馬上被點亮了，“絕緣的塑料也能導電！”此舉讓四座皆驚。
白川英樹在東京工業大學研究有機半導體時使用了聚乙炔黑粉，一次偶然的實驗失誤導致聚乙炔結成了銀色的薄膜。白川英樹想，這薄膜具有金屬之光澤，是否可導電呢？測定結果這薄膜不是導體。但正是這個偶然給了白川英樹極大的啟發，在後來的研究中，他發現在聚乙炔薄膜內加入碘、溴，其電子狀態就會發生變化。在他與美國科學家黑格和馬克迪爾米德開展其同研究合作研究2個月後，薄膜的電導率提高了7位數，測定的指針擺動起來了，於是才有了學術會議上的一幕。這也是導電高分子的鼻祖，而導電高分子的發現經曆了一個漫長的過程。
摻雜聚乙炔具有導電特性的發現使有機高分子不能作為電解質的概念被徹底改變，也因此誕生了一門新型的交叉學科——導電高分子。這個新領域的出現不僅打破了高分子僅為絕緣體的傳統觀念，而且它的發現和發展為低維固體電子學，乃至分子電子學的建立和完善做出重要的貢獻，進而為分子電子學的建立打下基礎，具有重要的科學意義。
5.1.1高分子導電材料的分類
導電高分子是由具有共軛π鍵的高分子經化學或電化學“摻雜”使其由絕緣體轉變為導體的一類高分子材料。它完全不同於由金屬或碳粉末與高分子共混而製成的導電塑料。按照材料結構和製備方法的不同可將導電高分子材料分為兩大類：一類是結構型（或本征型）導電高分子材料，另一類是複合型導電高分子材料。
結構型導電高分子材料是指本身具有導電性或經摻雜後具有導電性的高分子材料，也稱作本征型導電高分子材料，是由具有共軛π鍵或部分共軛π鍵的高分子經化學或電化學“摻雜”，使其由絕緣體轉變為導體的一類高分子材料，如聚吡咯（PPy）、聚苯胺（PAn）、聚乙炔（PA）等。不需摻雜的結構型導電高分子材料至今隻有聚氮化硫一類，而大多數均需采用一定的手段進行摻雜才能具有較好的導電性。
複合型導電高分子材料是以高分子作基體，加入相當數量的導電物質組合而成的，兼有高分子材料的加工性和金屬導電性。根據在基體高分子中所加入導電物質的種類不同又分為兩類：填充複合型導電高分子材料和共混複合型導電高分子材料。
5.1.2導電高分子材料的應用
（1）醫學中的“好助手”
目前導電高分子材料已悄然走進生物醫學領域，是生物材料和組織工程學家關注的焦點。例如，聚吡咯是一種生物相容性較好的導電高分子，利用聚吡咯構建生物電活性塗層，可以通過摻雜分子和控製加電方式、電刺激強度以及作用時間提供局域定向電刺激，獲得不同的表麵特性。
（2）雷達吸波材料
導電高分子材料作為新型的吸波材料備受世界各國重視，國際上對導電高分子雷達吸波材料的研究不僅已成為導電高分子領域的一個新熱點，而且是實現導電高分子技術實用化的突破口。
（3）導電液晶與導電膜
具有與π電子結構相關聯的線性聚烯烴和芳雜環等的共軛高分子，通過分子改性可以獲得導電液晶高分子，具有高強度、高模量、耐高溫、低膨脹係數、低成型收縮率以及良好的介電性和耐化學腐蝕性性能。並且這些材料具有可溶性和可加工性，一部分已經用於液晶顯示。此外，導電高分子可製成彩色或無色透明的質輕的導電薄膜，在一些特殊的環境中使用，如在電致發光麵板、液晶和透明麵板、開關等電板材料、指示計檢測儀器窗口的防靜電和電磁屏蔽材料等方麵已經應用。
（4）金屬防腐材料
金屬腐蝕是一個自發過程，十分嚴重。通常，富鋅和金屬鉻、銅的塗料是傳統的金屬防腐材料，但這些金屬防腐材料在環境保護、資源及成本等方麵都有一定的局限性。導電聚合物作為新型的金屬防腐材料，自20世紀90年代中期以來，已成為技術上應用的新方向，尤其是美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室和德國一家化學製品公司將導電高聚合物成功地應用到火箭發射架上，更刺激了導電高聚物作為新型金屬防腐材料的研製與開發。
5.2魅力無限——磁性高分子材料
中華民族很早就認識到了磁現象，我們對磁的發現和應用都居世界首位，早在戰國時期，中國人就用天然磁鐵礦石做成司南來辨別方向，這就是現在所用的指南針的前身。因此可以說中國是磁的故鄉。
5.2.1磁的來源
物質的磁性源於組成原子的磁性，而原子的磁性來源於原子中電子和原子核的磁矩。其中原子核的磁矩較小，可以忽略不計。因而，對物質的磁性的研究主要是對其電子的磁矩的研究，電子圍繞原子核運動時，自身的自旋運動可以產生磁矩。並不是所有的物質都具有磁性，而是隻有少數物質，如鐵、鈷、鎳等具有磁性。這是由於它們的原子內部的電子在不同的自旋方向上的數量不一樣造成的。其中自旋方向相反的電子的磁性相互抵消，而一些電子的磁性就被剩下，這樣整個原子就具有了磁性，那麼這個物質也具有磁性。大部分的物質的原子中，在不同自旋方向上的電子數量一樣多，這樣相互抵消，那麼整個物質就表現出沒有磁性。
5.2.2磁性高分子材料的分類
在人類材料發展的曆程中，磁性材料曾長期為含鐵的物質，或稀土金屬合金和氧化物等無機磁性物質所獨占。由於這些材料密度大、堅硬、易脆且加工成型比較困難，因而應用受到限製。磁性高分子材料是20世紀70年代發展起來的一種新型高分子功能材料，而且越來越受到人們的關注，這是因為其具有以下優點：質地柔軟，且重量較輕；易加工成精度高和形狀複雜的產品；分子結構多變，易與其他元件一次成型。
磁性高分子材料通常可以分為複合型磁性高分子材料和結構型磁性高分子材料兩種。
複合型磁性高分子材料，是指高分子材料與各種無機磁性物質通過多種方式製得的磁性體，如磁性橡膠、磁性樹脂、磁性薄膜、磁性高分子微球等，目前已具有很好的應用價值。
結構型磁性高分子材料，是指不用加入無機磁性物質，而高分子本身就具有磁性的材料。由於該材料密度小、電阻率高，其強磁性來源與傳統的無機材料很不相同，如磁性冰箱貼，因而具有重要的理論意義和應用前景。
5.2.3磁性高分子材料的應用
（1）磁性橡膠
鐵氧體磁性橡膠曾大量應用於製造冷藏車、電冰箱、電冰櫃的門封墊圈。
（2）磁性塑料
由磁性高分子材料製成的磁性塑料，其機械加工性能好、尺寸精度高、易加工成型、質輕價廉，適合於批量生產；磁性塑料還可以記錄光、電、聲等信息，因而廣泛用於電子電氣、儀器儀表、通信、日常用品等諸多領域，如彩色顯像管的會聚組件、汽車儀器儀表和氣動元件磁環等，還有日常所用的小器件，如磁性鼠標。
（3）吸波材料
在隱身材料的研究領域中，傳統材料的主要目標是強吸收，而作為新型的隱身材料則需要滿足“輕、薄、寬、強”的高要求。目前防止雷達探測所用的微波吸收劑多為鐵氧體，但由於鐵氧體的密度較大，因而很難在飛行器上使用。探索質輕、寬頻帶、高的吸收率的新型微波吸收劑是今後隱身材料需要攻克的難點。磁性高分子微球和導電聚合物的複合物具有微波吸收劑的特征，在隱身技術和電磁屏蔽上具有很廣闊的應用前景。
5.2.4磁性高分子材料的展望
近年來，發展起來的非晶和納米微晶金屬軟磁材料具有優異的特性。納米材料具有比普通材料更加優異的特性，並且非晶態材料具有強度較高、耐腐蝕性較強和電阻率較高的特性。因而可以預見，使用非晶和納米微晶金屬軟磁材料和聚合物複合有望製造成性能優異的磁性高分子材料，這類材料既有非晶和納米微晶金屬軟磁材料的優異的磁性，又具有高分子材料的易加工、尺寸加工精度高、可加工成各種複雜結構的優點。因此，對磁性高分子材料的研究將有廣闊的前景。
2008年，北京奧運盛世，鳥巢的光芒四射給世人留下無盡回憶。
1870年的一天，英國物理學家丁達爾到皇家學會的演講廳做了一個簡單的實驗：在裝滿水的木桶上鑽個孔，然後用燈從桶上邊把水照亮。結果使觀眾們大吃一驚。人們看到，放光的水從水桶的小孔裏流了出來，水流彎曲，光線也跟著彎曲，光居然被彎彎曲曲的水俘獲了。人們曾經發現，光能沿著從酒桶中噴出的細酒流傳輸；人們還發現，光能順著彎曲的玻璃棒光纖前進。這是為什麼呢？難道光線不再直進了嗎？
上述從古至今讓人無限遐想的現象其實與高分子功能材料不無關係。
5.3特殊信息員——高分子光纖
英國物理學家丁鐸爾做過一個簡單實驗：在裝滿水的木桶上鑽個孔，然後用燈從桶上邊把水照亮。結果發現水從小孔流出來之後，水流彎曲光線也跟著彎曲，光居然被彎彎曲曲的水俘獲了。這是為什麼呢？
表麵上看，光好像在水流中彎曲前進。實際上，在彎曲的水流裏，光仍沿直線傳播，隻不過在內表麵上發生了多次全反射，光線經過多次全反射向前傳播。後來人們造出一種透明度很高、粗細像蜘蛛絲一樣的玻璃絲——玻璃纖維，當光線以合適的角度射入玻璃纖維時，光就沿著彎彎曲曲的玻璃纖維前進。由於這種纖維能夠用來傳輸光線，所以稱它為光導纖維。
光導纖維可以用於通信技術，1979年9月，一條3.3千米的120路光纜通信係統在北京建成，幾年後上海、天津、武漢等地也相繼鋪設了光纜線路，利用光導纖維進行通信。利用光導纖維進行的通信叫光纖通信。一對金屬電話線至多隻能同時傳送一千多路電話，而根據理論計算，一對細如蛛絲的光導纖維可以同時通一百億路電話！鋪設1000千米的同軸電纜大約需要500噸銅，改用光纖通信隻需幾千克石英就可以了。沙石中就含有石英，幾乎是取之不盡的。2009年度諾貝爾物理學獎獲得者中有“光纖之父”的華裔科學家高錕，他憑借在光纖領域的卓著研究而獲得此殊榮。
5.3.1高分子光纖的優點及其應用
高分子光纖質輕、柔軟，更耐破壞（振動和彎曲）。高分子光纖有著優異的拉伸強度、耐用性和占用空間小的特點。這些優點對於高分子光纖在汽車中的成功應用尤為重要。一個典型的豪華車內部至少有幾千米的銅線和銅纜，重量和成本大為增加。飛機、火車和其他交通工具莫不如此。由於高分子光纖的直徑和數值孔徑大，因此光傳導能力大。傳輸的頻率越高，運用高分子光纖的成本就越低。此外，高分子光纖的切割、布線、黏結、拋光和其他加工容易。一般來說，最簡單的剪刀也可以用來切割高分子光纖，因此其連接方便快捷（最多不超過1分鍾）。同時，由於高分子光纖使用650納米波長收發模塊，使用者可見也容易判斷光纖的連接是否成功。另外，高分子光纖的連接對端麵藏留的灰塵和碎屑不敏感。
高分子光纖不產生輻射、噪聲，不會對目前的管網產生負麵影響，它本身也不會受到電磁和無線電頻率的幹擾。這使得高分子光纖可以和主同纜在同一管道裏或同一線束並排鋪放。
高分子光纖一般難以被竊聽，非常適用於在安全程度要求高的場合進行數據傳輸。
（1）汽車應用
現代轎車的各種新功能要求快速可靠地傳輸更大的數據量。多媒體汽車意味著常常要在較差的環境中不受幹擾地傳輸視頻和音頻等信號，麵向媒體的係統傳輸（Media Oriented System Transport，MOST）標準與信息顯示板（Information Display Board，IDB）標準規定使用高分子光纖。高分子光纖汽車網絡已經用在級別較高的轎車上，並經受住了長時間的考驗。目前，在歐洲大概有16個車型采用了高分子光纖通信係統。
（2）電子和傳感器應用
高分子光纖在傳感器、消費電子領域具有明顯的優勢，如電腦、視頻攝像機、隻讀光盤（CD-ROM）、數字激光視盤（DVD）、激光壓縮視盤（VCD）、電視、打印機、掃描儀、磁盤和立體聲係統等。考慮到國內主要是把高分子光纖加工成光纜或DVD跳線出口到日本、韓國、歐美等國家與地區，高分子光纖在國內這方麵的市場需求至少有1億元。
（3）工業控製總線係統應用
隨著計算機和自動控製技術的高速發展，工業自動化水平提高到一個嶄新的高度。工業自動化根據其特點和使用方向可分為過程控製自動化、麵向生產和製造業的自動化以及自動化測量係統（工業測量儀表）。這些工業自動化係統的建立和發展都有一個共同特點，即由直接控製係統向集散型控製係統發展，而這種集散型控製係統的發展都是以各種工業網絡為基礎。通過這些形形色色的工業總線係統，各種工業設備構成一個既分散又統一的整體。對塑料光纖來說，工業控製總線係統是其最穩定和最大的市場之一。通過轉換器，塑料光纖可以與RS232、RS422、以太網、令牌網等標準協議接口相連，從而在惡劣的工業製造環境中提供穩定、可靠的通信線路，高速傳輸工業控製信號和指令，避免了因使用金屬電纜線路受電磁幹擾而導致通信中斷的危險。
5.3.2高分子光纖的美好前景
中國科學家經過多年努力，終於掌握了批量連續化生產高分子光纖技術。中國科學院理化技術研究所現已累計生產出數百萬米低損耗突變型高分子光纖，打破了日本公司在國際上的壟斷地位。
當今信息技術的發展迫切需要信息容量大的光纖材料，對通信網絡帶寬的要求越來越高。高分子光纖具有芯徑大、質地柔軟、連接容易、質量輕、價格便宜、傳輸帶寬大等優點，在寬帶接入網係統、家庭智能網絡係統、數據傳輸係統、汽車智能係統、工業控製係統以及紡織、照明、太陽能利用係統等方麵的應用市場潛力巨大。
隨著科技的發展，高分子光纖的應用領域越來越廣，其市場的發展會越來越廣闊。國外在高分子光纖的應用開發上已取得了較大的成果，且不斷在加大新的應用研究的投入，因此我國應對高分子光纖的研究和發展予以密切關注。深圳大聖光電技術有限公司在高分子的研製和生產方麵已取得很大進展，目前在國內外已占有較大的市場。總之，隨著科技的高速發展，高分子光纖的應用領域會越來越廣，必將給光通信帶來一場新的革命。