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高聚物薄膜的气体渗透性的研究——Ⅰ.气体渗透性的测定和表征
摘要：
高聚物薄膜的气体渗透性是其在能源、环保、食品包装等领域应用中的重要性能参数。本文首先介绍了气体渗透性的定义和测定方法，然后详细介绍了不同类型高聚物薄膜的气体渗透性特性及其与分子结构的关系，并归纳总结了影响其气体渗透性的主要因素。最后，分析了目前高聚物薄膜气体渗透性研究的趋势和未来的发展方向。
关键词：高聚物薄膜；气体渗透性；测定方法；分子结构；影响因素
一、引言
高聚物薄膜因其在能源、环保、食品包装等领域应用广泛，如燃料电池、半导体制造、油田采油、海水淡化等，使得其气体渗透性成为了该材料一项关键性能指标。气体渗透性是指气体在薄膜表面吸附、扩散、解吸等过程中穿过薄膜的能力，同时还受到温度、压力等条件的影响。
二、气体渗透性的测定方法
目前，常用的气体渗透性测定方法主要有饱和法、不饱和法、流量法和瞬态法等。其中，最常用的是流量法。流量法是通过将一个已知体积的气体（通常为氦）输入被测试薄膜的一侧，另一侧则通过真空泵将气体抽出，并测定在一定时间内被测试薄膜穿过的气体体积。根据气体通量和温度、压力、膜厚、膜面积等参数的关系，即可计算出气体渗透系数和选择性。不同气体温度、压力等条件的实验可以得到气体传输的温度、压力的依赖关系及其它层次对各种气体透过薄膜的能力。
三、不同类型高聚物薄膜的气体渗透性特性
高聚物薄膜的气体渗透性特性因聚合物类型、薄膜厚度、处理方式、应力状态、分子结构等因素而异。例如，在薄膜厚度相同的情况下，亲水聚合物薄膜（如聚醚酮）的氧气透过率比疏水聚合物薄膜（如聚烯烃）要高；添加填充剂（如纳米碳管、纳米银颗粒等）、辅助加工（如人造微孔、拉伸成纤维等）等处理方法可提高薄膜的气体选择性和渗透性。
四、影响高聚物薄膜气体渗透性的主要因素
主要影响因素包括：
4.1分子结构
高聚物薄膜透过气体分子的难易程度取决于分子结构，如聚合物分子量、结晶度、分子间距、侧基引入等因素。
4.2薄膜厚度
薄膜厚度越小，气体渗透性越高，但可透过气体分子的类型有所限制。
4.3环境条件
高聚物薄膜气体渗透性受到温度、湿度、压力等环境条件的影响。在一些温度、压力和湿度等层次条件下，具有较高的气体透过率，而在其它层次则相反。
五、发展趋势及未来的发展方向
随着科技的不断进步和需要的增加，高聚物薄膜气体渗透性的研究将进一步深入，成为研究的重点和热点。未来发展的主要方向是：
5.1研究新型聚合物材料
将研究重点放在新型聚合物材料的发现和应用上，提高其气体渗透性能，用于各种应用领域。
5.2研究多层复合材料
研究多层复合材料在增强气体选择性、降低透过率、提高稳定性等方面的应用效果。
5.3发展新型测定方法
设计更高效、可重复的测定方法，提高测量精度；同时基于数值计算方法，快速模拟不同环境下气体渗透性。
六、结论
高聚物薄膜的气体渗透性研究是一个非常重要的领域，其性能参数对于相关应用有着至关重要的意义。本文简要介绍了气体渗透性的定义和测定方法、分子结构和薄膜厚度对气体渗透性的影响因素，分析了其未来研究方向。