纳米复合材料的相关概念

1、纳米复合材料的部分基本概念摘要：纳米材料被誉为21世纪的新材料，其概念在上世纪中叶被科学界 提出后得到广泛重视和深入发展。本论文主要阐述了纳米复合材料概念的各种表 达方法，例证了几种纳米复合材料，并对其纳米效应做出了具体说明。关键词：纳米纳米复合材料纳米效应一、纳米复合材料的定义及例证20世纪80年代，Roy和Komarneni提出纳米复合材料（nanoeomposites）的定 义，与单一组分的纳米结品材料和纳米相材料不同，它是指材料两相（或多相）微 观结构中至少有一相的一维尺度达到纳米级尺寸（1100nm）的材料1。也有学者做如下定义，当颗粒或尺寸至少在一维尺寸上小于100nm，且必须 具

2、有截然不同于块状材料的电学、光学、热学、化学或力学性能的一类复合材料 体系2-4。目前已经成功制备的纳米复合材料已有很多，以下是其中几个例子以及其特 备方法和特点。（1）聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料是采用溶液插层、原位聚合、熔融插层法进行 制备的。这种材料的由于高分子能进入层状无机纳米材料的片层之间，其分子链段的 运动受到了限制而显著提高复合材料的耐热性及材料的尺寸稳定性，而且层状无 机纳米材料可以在二维方向得到良好的增强作用。因此聚丙烯/蒙脱土纳米复合 材料相对纯聚丙烯来说其强度和韧性都得到了很大的提高，综合性能优异。（2）ZnO/Ag纳米复合材料ZnO/Ag纳米复合

3、材料的制备方法有共沉淀法，溶胶-凝胶法，化学沉积法， 均匀沉淀法，喷射热分解法，固相法。纳米ZnO与普通ZnO微粒相比，具有许多特殊性质：非迁移性、压电性、 荧光性、具有光吸收和散射紫外光的能力等。ZnO具有光触媒功能，Ag的加入 减少了空穴-电子对的复合，大大提高了其催化性能，无二次污染，而且光降 解成本低，反应条件温和。（3）聚毗咯/氧化石墨纳米复合材料聚毗咯/氧化石墨纳米复合材料是采用插层复合法制备的，这种材料具有优 异的力学、热学、电学和电化学性能。二、各种纳米效应的形式学者通过研究发现，纳米材料具有纳米效应，如量子尺寸效应，小尺寸效应， 表面效应，宏观量子隧道效应等，具体如下：（1）

4、量子尺寸效应对于纳米微粒来讲，所包含原子数有限，会导致能级间距分裂，当能级间距 大于热能、磁能、静磁能、静电能、光子能量或超导态的凝聚能时，这时必须考 虑量子尺寸效应，这会导致纳米微粒的磁、光、声、热、电以及超导电性与宏观 特性有着显著的不同。例如，导电的金属在超微颗粒时可以变成绝缘体，磁矩的 大小和颗粒中电子是奇数还是偶数有关，比热亦会反常变化，光谱线会产生向 短波长方向的移动。（2）小尺寸效应超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深 度等物理特征尺寸相当或更小时，品体周期性的边界条件将被破坏；非晶态纳米 微粒的颗粒表面层附近原子密度减小，导致声、光、电磁、热力学等

5、特性呈现新 的小尺寸效应。例如，Znm的金颗粒熔点为600K，随粒径的增加，熔点迅速上 升，块状金为1337K;利用等离子共振频率随颗粒尺寸变化的性质，可以改变颗 粒尺寸，控制吸收边的位移，制造具有一定频宽的微波吸收纳米材料，可用于电 磁波屏蔽、隐形飞机等。（3）表面效应6-8纳米尺寸微粒小，表面能高，位于表面的原子占相当大的比例。例如，粒径 为10nm时，比表面积为90m2/g，粒径为5nm时，比表面积为180m2/g，粒径下 降到2nm时，比表面积猛增到450m2/g。这样高的比表面，使处于表面的原子数 越来越多，同时，表面能迅速增加，表面原子具有高的活性，极不稳定，很容易 与其它原子结合

6、。（4）宏观量子隧道效应9微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。例如微颗粒的磁化强度，量子 相十器件中的磁通量等亦具有隧道效应，称为宏观的量子隧道效应。纳米复合材料有较高的长期稳定性，能够充分发挥纳米单元的特异性能，而 且通过对纳米单元的表面改性，调控纳米单元的协同效应和界面效应，因此纳米 复合材料的应用具有诱人的前景，故当前对此体系的研究十分活跃，一方面是对 纳米体系基本理论进行研究，探索新现象、新效应，总结新规律；另一方面则是 作为纳米材料工程的重要组成部分，通过纳米合成，纳米添加发展新型的纳米材 料，并通过纳米添加对传统材料进行改性，扩大纳米材料的应用范围。参考文献Roy R,Koma

7、rneniS，Roy DM.Mater Res Soc Symp Proc 1984，32:347A.oimirkou,A.Ioannou,M.Dou1a.preParation,characterization and sorption properties for phosphates of hematite， bentonite andbentonite-hematite systems.Advanees in Colloid and Interfaee Seienee，2002,97:37-61王家俊，益小苏.高聚物/无机物插层型纳米复合材料.材料导报， 1999,13(3):54-56高瑞平.纳米材料和技术的研究及展望，材料导报，2001,15(5):6HalPerinWP，Rev.ofModernPhys.，1986，58:532Staduiketal.Phys.Rev.1987，B35:6588都有为，徐明祥，吴坚，史莹冰，陆怀先，薛荣华全国第二届纳米固体学术 讨论会论文集，1991