纳米复合材料讲解

1、纳米复合材料 纳米复合主要指在微米级结构的基体中引入纳米级分散相。纳米复合材料（复合超微细颗粒）表现出许多与模板核本质不同的性质，如不同的表面组成、磁性、光学性能、稳定性及表面积等。纳米复合材料涉及的范围广泛，它包括纳米陶瓷材料、纳米金属材料、纳米磁性材料、纳米催化材料、纳米半导体材料、纳米聚合材料等。作为一种全新性能的先进复合材料，在微电子、信息、汽车、宇航、国防、冶金、机械、生物、医药、光学等诸多领域有极广泛的应用前景。纳米复合材料的发展还处于成长期, 据预测, 在未来几十年内, 它们将被证明是改变塑料工业面貌的最强有力的事物。只要通过熔融共混或原位聚合在聚合物中添加2% 5% 的纳米颗粒

2、, 复合材料的热- 机械性能、阻隔性能和阻燃性能将会得到很大的提高。在耐热性、尺寸稳定性、导电性方面, 它们也能超越普通填料和纤维填料。1 纳米复合材料的分类纳米复合材料按组合形式可分为三种类型：（1）0-0 复合：即不同成分、不同组成或不同种类的纳米粒子复合而成的纳米固体，通常采用原位压块、相转变等方法实现，结构具有纳米非均匀性，也称为聚集性；（2）0-2 复合：即把纳米粒子分散到二维的薄膜材料中，它又可分为均匀弥散和非均匀弥散两类，称为纳米复合薄膜材料。（3）0-3 复合：即纳米粒子分散在常规三维固体中。另外，介孔固体亦可作为复合母体通过物理或化学方法将纳米粒子填充在介孔中，形成介孔复合的

3、纳米复合材料。纳米复合材料还可以按材质分为：金属/金属、陶瓷/陶瓷和金属/陶瓷纳米复合物、有机聚合物/无机纳米玻璃复合材料、聚合物/聚合物分子复合材料、聚合物/无机纳米粒子复合材料和有机陶瓷等。2 纳米复合材料的研究现状超细tio2 是优良的冶金、化工材料，复合tio2 也有许多独特的性能，使得复合tio2 的应用和制备方法成为研究的热点之一。由于氧化铝和二氧化钛复合陶瓷具有热膨胀系数小、熔点高、抗热震性好等优良性能，人们对tio2-al2o3复合粒子的制备进行了大量研究，okumura 等人利用烷氧基钛的水解反应在al2o3 粒子表面包覆tio2 得到tio2-al2o3复合粒子。高分子纳米

4、复合材料是近年来高分子材料科学的一个发展十分迅速的新领域。一般来说，它是指分散相尺寸至少有一维小于100纳米的复合材料。这种新型复合材料可以将无机材料的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与高分子材料的韧性、可加工性及介电性质完美地结合起来，开辟了复合材料的新时代，制备纳米复合材料。已成为获得高性能复合材料的重要方法之一。纳米材料科学是涉及到凝聚态物理,配位化学,胶体化学,材料的表面和界面以及化学反应动力学等多门学科的交叉科学。当材料进入纳米量级时,会具有与传统材料截然不同的性质。高分子材料科学的涉及非常广泛,其中一个重要方面就是改变单一聚合物的凝聚态,或添加填料来实现高分子材料使用性能的大幅提升。因此

5、纳米粒子的特异性能使其在这一领域的发展过程中顺应了高分子复合材料对高性能填料的需求,对高分子材料科学突破传统理念发挥重要的作用。纳米材料科学与高分子材料科学的交融互助就产生了高分子纳米复合材料。复合材料是将两种或两种以上的材料复合在一起,进行优势互补,以谋求最佳的综合性能。而纳米复合材料是指分散相尺度至少有一维小于100nm的复合材料,由于纳米分散相大的比表面和强的界面作用,纳米复合材料表现出不同于一般宏观复合材料的综合性能。纳米颗粒由于其尺寸小,比表面积非常大而表现出与常规微米级材料截然不同的性质。在与聚合物复合时,纳米颗粒的表面效应,小尺寸效应,量子效应以及协同效应,将使复合材料的综合性能

6、有极大的提高。这种复合材料既有高分子材料本身的优点,又兼备了纳米粒子的特异属性,因而使其具有众多的功能特性,在力学,催化,功能材料(光,电,磁,敏感)等领域内得到应用。例如,插层法制得的聚丙烯/蒙脱土等纳米复合材料,在力学性能上具有了高强度,高模量,韧性和高热变形温度等优点。在尼龙6和还氧树脂中纳米分散少量层状蒙脱土,并暴露在氧等离子体中,可形成均匀钝态和自恢复无机表面。这是由于纳米复合物中表面高分子的氧化使层状硅酸盐的含量相对增多,从而形成一层无机表面层。此无机区域是湍层的,层状硅酸盐之间的平均距离为1nm4nm。这类陶瓷硅酸盐提供了一种纳米复合物的涂层,可以阻止氧气离子的渗入,从而提高了高

7、分子材料在氧环境中的生存寿命。5高分子纳米复合材料的应用金属氧化物的纳米颗粒具有光催化性,可以负载在聚合物膜上,从而得到光催化材料。在功能材料领域方面,高分子纳米复合材料的应用有以下几方面。(1)磁性材料磁性纳米粒子尺寸小,具有单磁畴结构,矫顽力很高,用它制作磁记录材料可以提高记录密度,提高信噪比。要求采用单磁畴针状微粒,且不能小于超顺磁性临界尺寸(10nm)。(2)介电材料利用纳米颗粒的电学性质,可以制成导电涂料,导电胶,绝缘糊,介电糊等。(3)静电屏蔽材料例如在化纤制品中加入金属纳米粒子可以解决其静电问题,提高安全性(4)光学材料如光吸收材料,隐身材料,光通讯材料,非线性光学材料和光电材料等。(5)敏感材料纳米粒子具有表面积大,表面活性高,对周围环境敏感的特点。许多条件的变化,如温度,湿度,气氛,光照,都会引起粒子的电学,光学行为的变化,而且,纳米粒子在基体中的聚集结构也会发生改变,引起粒子的协同性能的变化,因此可利用纳米粒子敏感度高的特点,制备小型化,低能耗,多功能的传感器,如气体传感器,红外线传感器,压电传感器,温度传感器和光传感器等。此外, 高分子纳米复合材料还用于涂料, 医用材料等广泛领域。纳米概念为高分子材料科学的发展注入了新的活力,涉及到高分子材料科学的各个方面,使其在原有领域里取得了许多新成果,同时开创了新的研究领域,为高分子科学的发展提供了崭新的思路和研究方法