第五章 纳米复合材料

第五章纳米复合材料概论材料科学四面体结构固有特性制作方法测定性能使用性能性能价格比Cost(price)performance2第一节复合材料概述一、复合材料的定义由两种或两种以上具有不同的化学或物理性质的组分材料组成的一种与组分材料性质不同的新材料，且各组分材料之间具有明显的界面。31）组成规律2）性能特征基体材料：金属、陶瓷基、树脂基分散相（填料）：活性（增强、功能化）或非活性填料复合技术：制备方法（原位复合、模板复合等）、成型加工方法（注射、模压等）界面设计：两相界面的控制与设计（界面粘接：是指不同种类的两种材料相互接触并结合在一起的一种现象）4二、复合材料的四要素5三、复合材料的特点1）组分之间存在着明显的界面2）赋予单一材料所不具备的优良特殊性能3）复合材料具有可设计性4）复合产物为固相6比强度、比刚度（比模量）大高温性能优良耐疲劳性能好减震性好尺寸稳定性好具有多种功能性有很好的加工工艺性7四、复合材料的基本性能比强度比较碳纤维\树脂硼纤维\树脂玻璃纤维\树脂钛钢铝五、复合材料分类8按基体材料分类复合材料按功能分类910复合材料的分类按增强相分类11六、复合材料命名方法(1)强调基体强调基体材料的种类和特征如：酚醛树脂基复合材料(2)强调增强体强调增强材料的种类和性质如：碳纤维复合材料(3)基体与增强体并用12七、复合材料的应用在航空航天领域的应用在汽车工业及交通运输的应用在机械工业的应用在化学工业的应用在建筑领城的应用13航天航空碳纤维/环氧树脂碳纤维/芳纶/环氧树脂玻璃纤维增强塑料芳纶/杜邦聚酰胺芳纶/泡沫芯板碳纤维/杜邦聚酰胺1415B-2隐形轰炸机

除主体结构是钛复合材料外，其它部分均由碳纤维和石墨等复合材料构成，不易反射。目前商用飞机上复合材料仅占全机重量的50%，而某些直升机早已达到90%中国自研大飞机面临发动

机与复合材料两大难题16荷兰计划研发新型绿色环保飞机

外形将酷似飞碟,另一个设想就是使用复合材料，如纤维增强塑料。这种复合材料强度可与金属媲美，而重量却比金属轻得多，因此可以节省燃油。氮化硅结构陶瓷被用作航天飞机的防热瓦17交通运输18复合材料军用吉普车玻璃纤维/碳纤维/增强树脂超级跑车

车身大量应用碳纤维复合材料碳纤维/树脂复合材料19建筑工业20新型日光温室复合材料

温室骨架和纵拉杆全部采用复合材料制成生态木塑复合材料木塑复合材料吸音板机械工业21碳/碳复合材料第二节纳米复合材料概述一、复合材料的发展阶段22①第一代复合材料是玻璃钢②第二代复合材料是树脂与碳纤维复合材料③第三代复合材料是金属基、陶瓷基和碳-碳复合材料二、复合材料的发展趋势1）由宏观复合形式向微观复合形式发展纳米复合材料、分子复合材料232）由双元混杂复合向多元混杂方向发展

243）由结构复合材料为主向结构功能一体化复合材料发展4）被动复合材料向主动复合材料和智能复合材料方向发展5）由复合材料的常规设计向仿生设计和计算机辅

助设计发展25复合材料=增强材料+基体骨＝胶原质+磷灰石贝壳＝碳酸钙+基质胶原三、纳米复合材料纳米材料：在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。纳米复合材料（nanocomposites）：是指分散相尺度至少有一维小于100nm的复合材料。26四、纳米复合材料的分类27非聚合物纳米复合材料金属/金属金属/陶瓷陶瓷/陶瓷聚合物纳米复合材料聚合物/聚合物分子聚合原位聚合微纤/基体聚合物基无机材料基有机/无机纳米复合材料Classificationofpolymernanocomposites五、基体材料和增强材料285.1混合定律复合材料基体+增强体+（界面）+（孔隙）

基体作用与要求：赋形、传递与分配载荷、界面结合增强体作用与要求：承受载荷的主体；最佳强度与

刚度、结构稳定、最少缺陷、

结合良好29多相材料性能取决于：各组成体的化学成分、结构、几何形态、数量、分布及界面行为混合定律预测

5.2组成体选择一般原则1、组成体间的相容性、基体与增强体的界面反应

2、结构用复合材料注重最佳强度与刚度；

功能复合材料应具有良好的物理性能；

高温材料要求良好热强性、耐蚀性；

金属基复合材料还应注意其具备良好的工艺性。3031氧化铝瓷件上需要涂银，当加热到1373K时，计算液态银与氧化铝瓷件表面的接触角，并判断液态银能否润湿氧化铝瓷件的表面？已知该温度下氧化铝的表面张力γ

s-g=1.0N/m，液态银的表面张力γl-g=0.88N/m，液态银于固体氧化铝的界面张力γs-l=1.77N/m。5.3增强体>颗粒增强（微米颗粒、纳米颗粒）>纤维增强（连续纤维、不连续纤维）>片材增强（人工晶片、天然片状物）>混杂纤维增强（两种或两种以上增强体）32SiC颗粒Al2O3片Al2O3纤维增强相三种类型5.4增强材料发展趋势高强度、低成本方向发展。碳纤维：向高强、高模、低成本的方向发展。六、纤维增强复合材料纤维增强复合材料是指由高强度、高弹性模量的脆性纤维作增强体与韧性基体或脆性基体经一定工艺复合而成的多相材料。设计纤维增强复合材料的目标：提高基体在室温下和高温下的强度和弹性模量336.1增强纤维起到强化基体作用必要条件：纤维的强度和模量都要高于基体纤维和基体之间要有一定的粘接力纤维和基体的热膨胀系数相差不能过大纤维和基体之间不能发生有害的化学反应纤维所占的体积、纤维的尺寸和分布必须适宜346.2纤维的种类和性能1、玻璃纤维：用量最大、价格

最便宜2、碳纤维：化学性能与碳相似3、硼纤维：耐高温、强度、弹

性模高4、金属纤维：成丝容易、弹性

模量高5、陶瓷纤维：用于高温、高强

复合材料玻璃纤维碳纤维SiC纤维35玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，但缺点是性脆，耐磨性较差。它是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成的，其单丝的直径为几个微米到二十几米个微米，相当于一根头发丝的1/20-1/5，每束纤维原丝都由数百根甚至上千根单丝组成。玻璃纤维通常用作复合材料中的增强材料，电绝缘材料和绝热保温材料，电路基板等国民经济各个领域36玻璃纤维按形态和长度，可分为连续纤维、定长纤维和玻璃棉37我国玻纤著名研究院所：南京玻璃纤维研究院北京玻璃钢研究院我国玻纤工业“三强”：泰山玻璃纤维股份有限公司巨石集团有限公司（亚洲玻纤3强，世界玻纤5强）重庆国际复合材料有限公司6、芳香族聚酰胺纤维:强度、弹性模量高，耐热。7、聚乙烯纤维:韧性极好，密度非常小。8、晶须：是直径小于30

m，长度只有几毫米的针状单晶体，断面呈多角形,是一种高强度材料。分为金属晶须和陶瓷晶须。金属晶须中,Fe晶须已投入生产。工业生产的陶瓷晶须主要是SiC晶须。SiC晶须38一.比强度和比模量二.抗疲劳性能

增强纤维由于缺陷较少，本身的抗疲劳能力就很高，而塑性较好的基体，又能减少或消除应力集中，使疲劳源(纤维和基体的缺陷处、界面上的薄弱点)难以萌生微裂纹396.3纤维增强复合材料的性能特点三.高温性能四.断裂安全性

纤维增强复合材料每平方厘米截面上，有几千甚至几万根纤维，在其受力时将处于力学上的静不定状态。当受力、过载使——部分纤维断裂时，其应力将迅速重新分配在未断纤维上，不致造成构件在瞬间完全丧失承载能力而破坏，所以断裂的安全性高。40【例】聚合物基纤维增强复合材料通常用碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维增强高分子材料这类复合材料的性能较环氧树脂等基体有大幅度的提高，比强度也高得多。材料种类纵向抗拉强度

MPa纵向弹性模量

GPa环氧树脂

696.9环氧树脂/E级玻璃纤维102045环氧树脂/碳纤维（高弹性）1240145环氧树脂/芳纶纤维（49）138076环氧树脂/硼纤维（70%Vf）1400-2100210-28041聚合物基纤维增强复合材料零件芳纶刹车片碳纤维增强聚酰亚胺复合材料制航空发动机高温构件42【例】纤维增强金属基复合材料金属的熔点高，故高强度纤维增强后的金属基复合材料（MMC）可以使用在较高温的工作环境之下。常用的基体金属材料有铝合金、钛合金和镁合金。作为增强体的连续纤维主要有硼纤维、SiC和C纤维；Al2O3纤维通常以短纤维的形式用于MMC中。MMC的SEM照片43MMC强度和弹性模量（刚度）增加，但塑性和韧性因使用陶瓷纤维而有所降低。这在一定程度上限制了MMC的应用范围。航天飞机内MMC(Al/B纤维)桁架44【例】纤维增强陶瓷复合材料陶瓷材料耐热、耐磨、耐蚀、抗氧化，但韧性低、难加工。在陶瓷材料中加入纤维增强，能大幅度提高强度，改善韧性，并提高使用温度。陶瓷中增韧纤维受外力作用，因拔出而消耗能量，耗能越多材料韧性越好。C/C复合材料Si/Si复合材料45用晶须作为增强相可以显著提高复合材料的强度和弹性模量，但因为价格昂贵，目前仅在少数宇航器件上采用。现在发现，晶须(如SiC和Si3N4)能起到陶瓷材料增韧的作用。ZnO晶须自增韧Si3N4陶瓷46(a)数量(b)大小(c)形状(d)分布(e)取向476.4增强纤维的形状、分布及数量等均影响复合材料的性能48取向的影响σ=ασfVf(1-Lc/2L)+σmVm

【例】纤维增强复合材料的强度和刚性与纤维方向密

切相关6.5纤维增强机制1、增强纤维因直径较小，

产生裂纹的几率降低2、纤维的表面受到基体的保护，不易在承载中产

生裂纹，增大承载力3、基体能阻止纤维的裂纹扩展并改变扩展方向4、基体对纤维的粘结作用、基体与纤维之间的摩

擦力，使得材料的强度大大提高。陶瓷基复合材料增强相阻止裂纹的产生，使脆

性降低。高分子基复合材料中纤维增强相有效阻止基体

分子链的运动；金属基复合材料中纤维增强相有效阻止位错运

动而强化基体。5152新型碳纳米管增强复合材料的结构；碳纳米管网络与高分子之间的耦合示意图【例】碳纳米管增强制约碳纳米管增强复合材料力学性质的主要因素包括：碳纳米管在聚合物基体中的团聚、碳纳米管与基体界面强度性能、碳纳米管自身弯曲对增强效果的削弱等因素53纤维增韧机理由于定向、取向或无序排布的纤维加入，使得复合材料的韧性得到显著提高。纤维吸收裂纹尖端能量是靠纤维断裂及纤维从机体中拔出实现的。要求用于补强的纤维具有较高的强度且能与陶瓷有良好的粘结。54纤维吸收裂纹尖端能量纤维从基体中拔出纤维断裂七、颗粒增强复合材料指由高强度、高弹性模量的脆性颗粒作增强体与韧性基体或脆性基体经一定工艺复合而成的多相材料颗粒增强复合材料的种类：纳米硬颗粒弥散增强，微米颗粒增强557.1增强原理：高度弥散分布于基体中的增强颗粒使主要承受载荷的基体的强度得到提高；对于金属基体，增强颗粒阻碍基体中位错的运动；对于高聚物基体，增强颗粒阻碍基体中分子链的运动56纳米粒子增强聚合物材料的作用机理（p141）1)强的界面作用2)纳米粒子诱导聚合物聚集态结构的改变3)纳米粒子表面活性中心较多，与基体相容性好，对基体有增韧和增强的作用。7.2基本原则：颗粒应高度弥散均匀的分散在基体中颗粒直径大小要合适(10~100nm)颗粒数量一般应大于20%颗粒与基体之间有一定的粘接作用5859微裂纹化增强增韧机理由于截面的尺寸、形状突然变化而产生的局部应力显著增大的现象59应力集中的概念6060a)理想状态下，所施加力没有超过颗粒的应变极限，物料作弹性变形，不会被破碎。b)实际上，物料虽未被破碎，没有增加新表面，但产生裂缝和扩展原有的小裂缝。c)粒子形状不规则，使施加力首先作用在粒子的突出点，形成应力集中。(实线为理想状况，虚线为真实状况)常用颗粒增强材料61聚合物基粒子复合材料如酚醛树脂中掺入木粉的电木、碳酸钙粒子改性热塑性塑料的钙塑材料(合成木材)等。陶瓷基粒子复合材料如氧化锆增韧陶瓷等。粒子增强SiC陶瓷基复合材料颗粒增强铝基泡沫复合材料碳黑增强橡胶金属基粒子复合材料又称金属陶瓷，是由钛、镍、钴、铬等金属与碳化物、氮化物、氧化物、硼化物等组成的非均质材料。碳化物金属陶瓷作为工具材料已被广泛应用，称作硬质合金。硬质合金通常以Co、Ni作为粘结剂，WC、TiC等作为强化相。硬质合金组织(Co+WC)硬质合金铣刀63

8.复合材料的界面

界面：复合材料中基体与增强材料之间的结合面。这种结合面是基体和增强材之间发生相互作用和相互扩散而形成的。复合材料性能的主要影响因素包括三个方面：1、基体和增强体或功能体的性能；2、复合材料的结构和成型技术；3、界面结合状态(物理的和化学的)及由此产生的复合效应。64658.1复合材料的界面层，除了在性能和结构上不同于相邻两组分相外，还具有如下特点：(1)具有一定的厚度；(2)性能在厚度方向上有一定的梯度变化；(3)随环境条件变化而改变。（a）含界面物质；（b）不含界面物质8.2复合材料的界面形成过程第一阶段：增强体表面预处理或改性阶段。界面设计与控制的重要手段改性层成为最终界面层的重要组成部分第二阶段：两相的接触与浸润过程基体与增强体在一种组分为液态（或粘流态）时发生接触或润湿的过程，或是两种组分在一定条件下均呈液态（或粘流态）的分散、接触及润湿过程；也可以是两种固态组分在分散情况下以一定的条件发生物理及化学变化形成结合并看作为一种特殊润湿过程。这种润湿过程是增强体与基体形成紧密的接触而导致界面良好结合的必要条件66第三阶段：液态（或粘流态）组分的固化过程，即凝固或化

学反应。

不论是何种材料（金属、非金属、聚合物）均必须通过

物理或化学的固化过程（凝固或化学反应固化）678.3界面结合的类型1、机械结合：借助增强纤维表面凹凸不平的形态而产生的机械铰合和基体与纤维之间的摩擦阻力形成。2、溶解与浸润结合：液态或是粘流态基体对增强纤维的浸润，而产生的作用力，作用范围只有若干原子间距大小。3、反应结合：基体与纤维之间形成界面反应层。4、混合结合：上述三种形式的混合结合方式。68怎样通过控制界面特征对材料性能产生作用？1、改变增强材料表面性质2、向基体内添加特定的元素3、在增强材料的表面施加涂层6970【例】碳纤维-聚合物复合体系以环氧树脂为例来说明它们之间的界面反应。

一般常用极性表面官能团来解释碳纤维的表面特性。氧原子是碳纤维表面结构的主要成分之一，它具有不同的结合形式。碳纤维经氧化处理后，氧含量显著增加，其氧化过程如下：71胺固化的环氧树脂中的胺基可能与纤维表面的羧基形成氢键，环氧树脂的环氧基也能与羟基和羧基形成氢键，在过量单体尤其是在较高温度时，这些氢键就转变成共价键：72【例】纤维增韧陶瓷碳纤维和氮化硅基体之间所形成的界面是硅和碳相互反应生成的。利用无压烧结工艺时，烧结温度为1700℃以上，硅和碳之间的反应更为严重，这种反应可用下列反应式表示：

Si3N4+3C→3SiC+2N2↑SiO2+C→SiO↑+CO↑73基本概念聚合物/无机纳米微粒复合材料是指无机纳米粒子分散于聚合物基体中的复合体系。改善聚合物力学性能和物理性能利用无机纳米粒子的某些功能制备功能材料第三节聚合物—无机纳米复合材料制备路线的核心思想

对复合体系中纳米微粒的自身几何参数、空间分布参数和体积分数等进行有效的控制，保证体系的某一组成相至少一维尺寸在纳米尺度范围内75材料类型以无机物在聚合物中的分散相形态和尺寸为依据：一是分散相尺寸在三维尺度上都是纳米级的纳米粒子二是分散相尺寸在二维尺度上是纳米级三是分散相尺寸在一维尺度上是纳米级，比如几纳米厚、几百到几千纳米长和宽的层状无机盐片层分散于基体中（聚合物/层状无机物纳米复合材料）一、聚合物/层状无机物纳米复合材料是指聚合物以客体的形式插入到层状硅酸盐主体中，使硅酸盐的层间距扩大或促使其厚度小于100nm的硅酸盐片层剥离并均匀地分布在聚合物基体中形成的一类杂化物。77层状无机物的类型和结构特征聚合物/层状无机物纳米复合材料的制备方法和插层反应机理聚合物/层状无机物纳米复合材料的结构特点和主要性能聚合物/层状无机物纳米复合材料的应用7879类型典型层状无机物硅酸盐天然硅酸盐：粘土（蒙脱石、泥灰石、高岭土等）、滑石、云母、纤蛇纹石等合成硅酸盐：沸石、锂蒙脱土、氟锂蒙脱土等过渡金属二硫化物MX2(M=Ti,Zr,V,Nb,Ta,Mo,W,Tb;X=S,Se)或AMS2(M=Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni;A=碱金属)和MPX3(M=Mg,V,Mn,Fe,Co,Ni,Zn,Cd;X=S,Se)金属氧化物MxOy(M=Mo,V,Nb等)双氢氧化物化学式：(II)1-xM(III)x(OH)2x+1Am-m/xx-·nH2O，

M(III)=Al，Cr等,M(II)=Cu,Ca,Mg,Ni,Zn等,A=NO3-,CO32-,PO43-

磷酸盐化学式：

-M(HPO4)2

nH2O,

-MPO4O2P(OH)2·2H2O,M:Zr,Ti,Hf等;M(HPO4)x

nH2O,M:Sn,Pb,VO,UO2,Al等膦酸盐金属(Zn,Co,Cu)膦酸盐,

-型:M(IV)(O3P-R)

nH2O,

-型:

-MPO4O2P(OH)R·nH2O,M:Ti,Zr,Hf,R:-COOH,PO3H,-SO3H,-C6H4-SO3H,-NH3+等其它石墨，λ-ZrPO4Cl(dmso),HFe(SO4)2·4H2O,FeOCl,H2Ti4O9,H4Nb6O17,HTaWO6,Cu2(OH)3(CH3COO),Zr(AsO4)(H2AsO4)·2H2O,Na2Zr5Ge2O15二、MMT（蒙托土）的结构80蒙脱土重要性质膨胀性晶层之间的阳离子是可交换的，可用无机或有机阳离子进行置换。黏土等矿物颗粒可分离成片层，径/厚比可高达1000，具有极高的比表面积，从而赋予复合材料极优异的增强性能。81蒙脱石有机改性离子交换增大层间距使粘土内表面由亲水变为疏水82离子交换法硅烷偶联剂法冠醚改性法单体或活性有机物插层法83图5-1理想化有机粘土的结构图5-2有机粘土的分子动力学模拟插层剂选择的条件：1容易进入，并能显著增加粘土晶片间层间距2插层剂与聚合物或单体有较强的物理或化学作用，利于单体和聚合物的插层，并可增强粘土片层与聚合物间的界面黏结3价廉易得8485改性粘土制备流程图

粘土（MMT）和改性粘土（OMT）的XRD图8687MMT和OMT的红外光谱图MMT,OMT,POP/OMT和

POP/MMT的XRD数据

2

d001(nm)MMT6.71.32OMT4.42.08POP/OMT2.93.15POP/MMT5.051.7588（a）MMT （b）OMTMMT和OMT的HREM照片8990（a）相分离体系，（b）插层复合体系，（c）插层－层离体系，（d）层离复合体系三、聚合物/粘土纳米复合材料的类型

四、高分子/层状硅酸盐纳米复合材料的制备方法插层复合法：单体或聚合物插入层状硅酸盐片层之间，进而破坏硅酸盐的片层结构，使其剥离成层状基本单元，并均匀分散在聚合物基体中，实现高分子与层状硅酸盐在纳米尺度上的复合。层状硅酸盐layeredsilicates分子式Chemicalformula蒙脱土滑石锂蒙脱土沸石蛭石Nax(Al2-xMgx)(Si4O10)(OH)·mH2OCax/2Mg2(AlxSi4-xO10)(OH)2·mH2ONax(Mg3-xLix)(Si4O10)(OH)2·mH2O(Na,Ca)x/2(Mg3-xLix)(Si4O10)(OH,F)·mH2O(Na,Ca)x/2(Mg3)(AlxSi4-x)O10(OH)2·mH2O91

单体插层－原位聚合：先将聚合物单体分散、插层进入层状硅酸盐片层之间，然后原位聚合，使片层剥离；92聚合物熔融插层插层：

聚合物直接嵌入硅酸盐片层中9395乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)CH2=CH-Si(OCH3)3)【例】（反应挤出）VTMS-g-LLDPE/OMT

纳米复合材料FTIRspectraofsamples(a)LLDPE;(b)VTMS-g-LLDPE;(c)VTMS-g-LLDPE/OMT;and(d)OMT.十六或十八烷基质子化铵盐改性的OMT难以在聚乙烯基体中得到较好的分散【文献】面－面相对堆积在一起的MMT片层，以一定的取向均匀地分散在VTMS-g-LLDPE基体中

插层机理SampleT-10%(oC)T-50%(oC)Massloss(250~400oC)(%)LLDPEVTMS-g-LLDPEVTMS-g-LLDPE/OMT358.0373.2381.5434.4440.7450.527.321.019.2热氧化性能TGAcurvesof(A)pureLLDPE;(B)VTMS-g-LLDPEand(C)VTMS-g-LLDPE/OMTnanocomposite.热氧化降解机理反应挤出过程中PE大分子与MMT片层间形成的化学键；热氧化过程中PE大分子与MMT片层间发生的原位接枝反应层离－吸附法（聚合物溶液插层法）原理：选择一种溶剂，使层状硅酸盐片层溶胀、层离，且聚合物或聚合物的预聚体也能溶解在该溶剂中，经搅拌使聚合物链被吸附在层离的无机物片层上，蒸发除去溶剂，片层重组复原形成夹层结构从而得到纳米复合材料。X-射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）小角X-射线散射(SAXS)、固态核磁共振（NMR）、傅立叶红外光谱（FTIR）、2D和3D的SAXS和WAXD五、聚合物/粘土纳米复合材料的结构表征102103六、聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的性能1．电学及光学性能高分子电解质的电导率在熔点温度以下常会由于晶体的形成阻止了离子的运动而下降许多，而插层型PLSN因高分子处在粘土的层间，阻止了晶体的生长，从而提高了电解质的电导率，故这种材料也可用作聚合物电解质。1042．力学性能聚合物/层状无机物纳米复合材料由于高分子受限于无机物的夹层中，高分子链的运动受阻，因此常常表现出提高的物理力学性能，无机物在其中起到增强增韧的作用。1053．热稳定性

在聚合物/层状粘土纳米复合材料中，由于聚合物分子链被限制在粘土夹层中，分子链的转动和平动以及链段的运动受到很多的束缚，聚合物的玻璃化转变温度会大大提高，甚至消失。106PU和PU/OMT纳米复合材料的TG图4．气体阻隔性能由于层状粘土有很大的长径比，增加了小分子的渗透路径，阻碍了气体扩散，使得聚合物/层状粘土纳米复合材料对气体有很好的阻隔作用。107

揭示气体阻隔性质的曲线通道模型示意图

1085．阻燃性能6．生物降解性能7．抗辐射能力109聚合物/层状双氢氧化物纳米复合材料层状金属双氢氧化物[M1-X2+Nx3+(OH)2]x+(Ym-)x/n.mH2OStructureof

LayeredDoubleHydroxides,LDHsBrucite,Mg(OH)2,octahedral-likelayers.SubstitutionofsomeM2+byM3+givespositivechargedlayers.Waterofcrystallizationpresentinthegallery.[M2+1-xM3+x(OH)2]x+intralayer[Am-x/m·nH2O]interlayerChemicalFormulaof

LayeredDoubleHydroxidesM2+=Mg2+,Ca2+,Zn2+,Ni2+,Co2+,Cu2+.M3+=Al3+,Fe3+.Am-ischargebalancinganion=Carboxylate,nitrate,carbonateet-cetera[M2+1-xM3+x(OH)2]x+intralayer[Am-x/m·nH2O]interlayerMg2+,Zn2+andAl3+,carbonate,nitrateandalkylcarboxylateanions112

聚合物/氧化石墨（GO）纳米复合材料113

聚合物/层状金属氧化物纳米复合材料七、聚合物/纳米无机粒子（纤维、管）复合材料聚合物/POSS纳米复合材料聚合物/碳纳米管纳米复合材料聚合物/纳米金属或氧化物复合材料其他类型的聚合物/无机粒子纳米复合材料114固体颗粒表面改性(2)Attapulgite(ATT)(1)

Montmorillonite(MMT)(3)MultiwallCarbonNanotubes(MWCNT)(4)Polyoxometalate(POM)Na+Na+Na+Na+Na+Na+IonExchange-OH-OH-OHActivation,CovalentlyBondingOxidation,FunctionalizationCoordination/AnionExchange115棒状硅酸盐/环氧纳米复合材料116PU/OMT纳米复合材料的制备流程图POP/OMTTDIDMF70-80˚C，反应2h，冷却到50˚C预聚体EG，GY，70˚C，反应1h产物熟化10hPU/OMT117【例】PU/OMT纳米复合材料的制备与性能不同OMT含量的PU/OMT的XRD图118SampleB2SampleB4SampleB1纳米复合材料的力学性能119纳米复合材料的TG图【例】纳米尼龙复合材料120纳米尼龙６相对於传统尼龙６的性能纳米尼龙6相对於传统尼龙6的性能热变型温度：可达150℃刚性上升：50-100%吸湿性降低：40%热膨胀系数降低：50%阻气性提升：４倍耐化性，耐磨，阻燃性提升结晶速率提升比重轻量化：比玻纤（35%）强化塑胶重量减少25%工程的应用耐热零组件较薄／较挺产品高尺寸安定性零组件高尺寸安定性零组件高阻气性包装材料、容器阻燃性电子零组件增加射出成形产品产能轻量化降低成本25%121市场应用－汽车工业对高性能耐热工程塑胶有新的要求。因为汽车中的电子控制设备越来越多，降低CO2排放量、提高燃烧效率等环保措施也成为重要课题，这都使得引擎周边的燃料系统、进气系统、冷却系统等之金属零件塑胶化，使用纳米尼龙可达轻量化且降低成本25%。122市场应用－包装材料工业123如阻气包装薄膜、容器使用，充份运用纳