聚合物基纳米复合材料制备方法的研究进展
聚合物基纳米复合材料的制备及研究进展
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分散相的尺寸至少有一个维度在纳米级范围内的聚合物复合材料。目 ， 前 聚合物基纳米复合 材料制备大致可分为三大类型： １ 有机／ 、 有机型纳米复合材料 这是一种 由聚合物纤维 复合材料衍生和发展起来 的，由两种聚合物形成的纳米复合材 料 。其特点是 ：一种聚合物 以刚性棒状分子形式 （ 直径 １ｎ ０ｍ左右 ）分散在另一种柔性的聚 合物基体中起拉 强作用 。这种纳米聚合物／ 聚合物复合材料也被称为分子复合材料 ，具有纳 米嵌段结构 。这种材料 的突出代表是聚合物／ 晶聚合物纳米复合材料 ，其制备方法通常采 液 用原位共混复合 ，包括熔融共混和溶液共混两种方法 。 ２ 有机／ 、 无机混杂型纳米复合材料
融聚合物 中难 以分散均匀 。一般采用先对纳米粒子进行表面改性并制成母粒的方法解决 。
３ 、纳米粒 子在 聚合物 中的分散途 径
目 ， 前 影响聚合物纳米复合材料研究开发 的最大技术障碍， 在于无机纳米微粒在有机聚
合物中的均匀分散 。 对于无机纳米微粒的生产从品种和数量上说 ， 已经达到了相当的规模 ， 都
３１聚合物纳米 复合体 系一般分散技术 ．
１ 、多相复合体系的混合 与分散过程 制备高性能复合材料的基本前提 ，首先必须使复合体系内各组分相之间能够均匀混合、 充分分散 、 稳定结合 。多相复合体系的组分各相之间的混合与分散过程 ， 根据各相 的形态不
同其分散过程的难易程度各不相 同，其中气／ 、液／ 、固／ 气 液 固、气／ 液、气／ 固各相之间的混
［ ］ ４－５
：
材料 由单一的聚合物组成 ， 且基本尺寸至少有一维在 １０ ｍ 以内。中国纺织科学研究 ０ｎ
院张锡纬［ ６ 】 等采用静电纺丝的方法制得的纳米级聚丙烯睛纤维毡是一种纳米聚合物材料 。 纳 米粒子 由于粒径小 、表面积大 、表面活性高而表现出多种特性 。纳米粒子填充改性塑料 ，
聚合物基复合材料的发展现状和最新进展
聚合物基复合材料的发展现状和最新进展聚合物基复合材料是由聚合物基质中加入颗粒、纤维或薄片状增强材料制成的材料。
它具有良好的力学性能、耐腐蚀性能和热稳定性能，被广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。
下面将介绍聚合物基复合材料的发展现状和最新进展。
1.纳米材料的应用：近年来，纳米材料成为聚合物基复合材料的研究热点。
纳米粒子的添加能够提高复合材料的力学性能、导电性能和热稳定性能。
例如，纳米粒子的添加可以提高聚合物基复合材料的强度和硬度，使其具有更好的抗冲击性能和热阻性能。
2.高性能增强材料的研发：为了提高聚合物基复合材料的力学性能，研究人员不断提出新的增强材料。
例如，石墨烯是一种具有优异力学性能和导电性能的二维纳米材料，已被广泛应用于聚合物基复合材料中。
同时，碳纳米管、纳米纤维和陶瓷纤维等增强材料也在不断研发中，并取得了较好的效果。
3.新型复合材料的研制：除了传统的增强材料外，研究人员还在努力研制新型复合材料。
例如，聚合物基复合材料中加入具有形状记忆功能的材料，可以使复合材料具有形状可逆调变的功能。
此外，聚合物基复合材料中加入具有光敏性能的材料，可以使复合材料具有光刻功能，从而实现微纳米加工和器件制备。
1.可持续性发展：随着环境问题的日益突出，研究人员开始关注聚合物基复合材料的可持续性发展。
他们试图将可持续材料（如生物基材料）应用于聚合物基复合材料中，以减少对环境的影响。
同时，研究人员还探索了聚合物基复合材料的循环利用和回收利用技术，以实现资源的有效利用。
2.多功能复合材料的研究：为了满足不同领域的需求，研究人员开始研究多功能复合材料。
多功能复合材料可以同时具有力学性能、光学性能、导电性能、热学性能等多种功能。
例如，研究人员研制出了具有自修复功能的聚合物基复合材料，可以在受损后自动修复，延长使用寿命。
3.智能复合材料的研制：智能复合材料是指能够根据环境和外界刺激自主调整性能的复合材料。
例如，研究人员设计了具有温度响应性能的聚合物基复合材料，可以根据温度的变化改变其形状和力学性能，实现智能控制。
纳米复合材料制备方法的研究进展
中 图 分 类 号 ： ｏ １ ；Ｍ２ ５ ３ Ｔ ３ ７ Ｔ １．
文献标识 码 ： Ａ
文 章 编 号 ：１０ －９ ９ （０ ８ ５—０４ —０ ０ ３０ ９ ２ ０ ）０ ０１ ６
该 法是 制 备 聚 合 物 纳 米 复 合 材 料 最 直 接 的 方
法 。将无 机 纳米 微粒 或 超微 粉直 接 分散 于 有机 基 体
中制 备 得到 纳米 复合 材 料 。
表 １反 映 了共 混法 的优缺 点 情况 。一 般 认 为粒 子 间相互 作 用 的 总 位 能 为 排 斥 位 能 与 引力 位 能 之 和 。共混 法 的关键 是 采用 物 理或 化学 方 法对 纳 米粒 子表 面进行 改 性 ， 当 降低 纳 米 粒 子 的 引力 位 能或 适 增 大 粒子 的排 斥 位 能 ， 样 有 助 于减 弱 它 的 团 聚能 这 力 ， 利 于它在 聚合 物 中的分 散 。 因此 ， 有 常采 用表 面 活 性剂 、 联 剂 、 面覆 盖 、 械 化 学 处 理 和 接 枝 等 偶 表 机
收 稿 日期 ：２ ０ —２２ ０ ７１ －７
中 ， 化制 备 了 Ｐ 杂 ＭＭＡＦ 杂 化 膜 （ 称 Ｐ ｅ 。 —ｅ０ 简 ＭＦ ）
结 果表 明 ， ＭＭ Ｆ 杂 化 膜 的 附 着 力 、 度 、 Ｐ Ａ—ｅ０ 硬 冲 击 强度 、 稳定 性 明显 优 于纯 Ｐ Ａ， 化膜 具 有 良 热 ＭＭ 杂 好 的柔 韧性 和耐溶 剂 性 能 。 ２ １２ 悬 浮液 或乳 液 共混 ．． 该 法理 论 上 同 溶 液 共 混 相 似 ， 同 的 只是 以悬 不
聚合物／膨胀石墨纳米复合材料制备及其应用研究进展
墨 ）高 温 下 可 膨 胀石 墨 的 层 间 化 合 物 分 解 ． 生 一 种 沿 石 墨 层 ； 产 间Ｃ 轴方 向 的推 力 ， 其 产 生 高倍 膨胀 ， 而 形 成 膨 胀 石 墨 。笔 使 进 者 通过 微 波 膨 化 方 法 制 得 的 Ｅ 的 Ｓ Ｍ 照 片 如 图 １ 示 。 Ｅ Ｇ Ｅ 所 Ｇ 外 观呈 疏 松 多 孑 的 蠕 虫状 ， 观 上 由许 多 纳 米 级 厚 度 的石 墨 薄 Ｌ 微 片 连接 而 成 ， 在 大 小 不 一 的 孑 隙 ， 而 形 成 网络 结 构 。有 研 存 Ｌ 进
聚合 物 膨胀 石墨 纳米复合材 料制备 及其 应用研 究进展 黄
琨 等
聚 合 物 ／ 胀 石 墨 纳 米 复 合 材 料 制 备 及 其 应 用 研 究 进 展 膨
黄 琨 ， 渝 鸿 ，郭 静 ，衣 志 勇 黄
（ 国 工程 物 理 研 究 院 总 体工 程研 究 所 ， 阳 ６ １ ０ ） 中 绵 ２ ９０ 摘 要 总结 了聚 合物 ／ 胀 石 墨 纳 米复 合 材 料 的 制备 方 法 ， 膨 分析 了插 层 复 合 、 力化 学 反 应 复 合 、 散 复 合 、 离 分 层
有 这 种性 磺 ． 故而 其 插 层 剥 离 不尽 人 意 ． 因此 。 合物 ， 墨 纳 米 聚 石
微胞 之 问较 大 的 孔 隙 ， 寸 约 几 十微 米 到几 百 微 米 ； 级 孑 为 片 尺 二 Ｌ 层有 序 区 内部 亚 片 层 之 间 的柳 叶型 孔 ， 向相 互 贯通 ． 寸 约 几 横 尺 微 米到 几 十 微 米 ； 级 孑 结 构 为亚 片层 内部 的 多 边形 孑 ， 向 无 ｊ Ｌ Ｌ取 规 并 呈 互 相 连 通 的 网络 状 ， 寸 在 微 米 、． ｇ 量 级 ； 尺 ０ １ｍ 四级 孔 为 三 级孔 孔 壁 上 纳 米 尺 度 的 微 孔 且 数 量 很 少 。Ｅ 具 有 高 导 电 Ｇ
聚合物-纳米碳酸钙复合材料研究进展
聚合物/纳米碳酸钙复合材料研究进展摘要: 综述了表面处理对聚合物/纳米碳酸钙复合材料力学性能的影响、纳米碳酸钙在聚合物基体中的分散机理和对聚合物结晶行为的影响，并展望了聚合物/纳米碳酸钙复合材料的发展方向和前景。
关键词:聚合物基复合材料纳米碳酸钙表面处理分散机理结晶行为聚合物的填充改性已经有很长的历史了。
其最初的目的只是为了增量，以降低成本；后来发展到增韧增强基体树脂以代替某些工程塑料，从注重力学性能的提高进而开发功能性填充塑料。
大量的研究表明，在相同的填充条件下，超细填充体系的力学性能明显高于普通填料填充体系，即超细填料的填充改性效果更好、效率更高。
近年来，纳米材料的制备技术已经有了很大的突破，特别是纳米材料与常规材料相比具有一些特有的效应，如小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等，因此其宏观理化性能将明显不同于且在许多特性上优于常规粒状或块状材料。
正因为如此，有学者预测以无机纳米粒子填充聚合物对于新型功能复合材料的开发和聚合物的填充改性具有重要意义；同时也是目前乃至今后几十年的研究热点之一[1]。
但是纳米粒子具有粒径小、粒子比表面积大、孔隙率大和表面能很高的特点，因此纳米粒子本身极易团聚，用通常的熔融共混方法想得到真正的纳米复合材料几乎是不可能的。
所以，在聚合物基纳米复合材料的研究中，主要采用插层聚合[2-4]、溶胶-凝胶法[5-6]等方法，将纳米粒子以纳米尺度均匀分散于聚合物基体中。
但是，这些方法都不利于实现工业化生产。
如果在纳米粒子表面覆盖一层单分子的界面活性剂就可以防止它们凝聚，使其在树脂基体中以原生粒子形态均匀分散成为可能，就可以采用常规的熔融共混法来制备聚合物/无机纳米粒子复合材料。
如果填料在聚合物基体中的分散程度达到了纳米尺度（<100nm），聚合物和填料之间的界面积将非常大，会产生很强的界面相互作用；这样，就有可能将无机物的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与聚合物的韧性、可加工性和介电性能等完美的结合起来，获得综合性能优异的纳米复合材料。
聚合物／无机纳米复合材料的制备技术研究进展
Ａｂｓ ｒ ｃ ｔａ ｔ
Ｔｈ ａ ｅ ｔ ａ ｖ ｎ ｅ ｎ ｒ ｓ ａ ｃ ｎ ｐ ｅ ａ ｉ ｇ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｏ ｏ ｙ ｅ ｌ ｔ ｓ ｄ ａ ｃ ｓ ｉ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｒ ｐ ｒｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｆ ｒ ｐ ｌ ｍｅ —ｎ ｒ ａ ｉ ａ ｏ ｏ ｒ ｉ ｏ ｇ ｎ ｃ ｎ ｎ ｃ ｍｐｏ ｉｅ ｓｔｓ
ａｎｄ ｓ ｏｍ ｅ ｔ ｈｎｉ ｅｃ ｑｕｅｓ， ｕｃ ａ ｎｔ ｃ ａｔｏ ｓ ｌ ｇ ，ｎ— ｉｕ ｐｏｌ ｅｒｚ ｉ ， ｄｓ ｐｔｏｎ ｓ ｈ ｓ ｉ ｅｒ ａｌ ｉ ｎ ｏ — ｅｌ ｉ ｓｔ ｙｍ ｉａｔｏｎ ａ ｏｒ ｉ ｏｒ ｇａｎｉｉ ｇｅｃ ａ ｅ ｔ ｄ ， ｅ ｒ ｚｎ ｔ ｎｄ ｍ ｌｅ ａｒ ｅ— ｖｉｗ ｅｄ ｉ ｔ ｓｐａ ｒ ｅ ｎ ｈｉ ｐｅ ．
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・６ ０・ 材 料 导 报 ２０ ０ ２年 ９月 第 １ ６卷 第 ９期
聚 合 物 ／ 机 纳 米 复 合 材 料 的 制 备 技 术 研 究 进 展 无
熊 传 溪 王 雁 冰 王 银 珍 陈 娟
（ 汉 理工 大学 材料 科 学与 工程 学院 ， 汉 ４ ０７ ） 武 武 ３ ０ ０ 摘要 关 键 司 综 述 了 聚 合 物 ／ 机 纳 米 粒 子 复 合 材 料 制 备 技 术 的 最 新 研 究 进 展 ， 绍 了插 层 复 合 技 术 、 胶 一 胶 技 无 介 溶 凝 无机 纳米 粒子 聚 合物 制 备技 术 研 究进 展
特 殊 性 能 ， 高 阻 隔 性 、 导 电 性 、 良 的 光 学 性 能 等 。但 是 ， 如 高 优
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无 机 纳 米 粒 子 由 于 粒 径 小 ， 面 能 大 ， 易 在 聚 合 物 中 分 散 均 表 不 匀 。 合 物 ／ 机 纳 米 粒 子 复 合 材 料 的 制 备 方 法 对 无 机 纳 米 粒 聚 无 子在 聚合 物 中的分 散 起决 定使 用 。 者通 过 查阅 大量 文献 ， 作 对
聚合物基纳米复合材料的制备及应用
聚合物基纳米复合材料的制备及应用聚合物基纳米复合材料是近年来材料科学研究的一个热点领域。
与传统材料相比，聚合物基纳米复合材料具有更出色的性能和更广泛的应用范围。
本文将从制备工艺以及应用方面对聚合物基纳米复合材料进行讨论。
一、制备工艺1.选择合适的纳米材料聚合物基纳米复合材料的制备过程中，选择合适的纳米材料是关键。
目前常用的纳米材料有纳米碳管、纳米粒子、纳米纤维等。
不同类型的纳米材料具有不同的特性，需根据实际需要选用。
2.表面改性与纳米材料的表面性质有关的表面改性是制备聚合物基纳米复合材料的一项重要步骤。
表面改性可以提高纳米材料的亲和性，从而提高材料的机械性能和化学稳定性。
3.聚合物基质合成选择适当的聚合物基质是制备聚合物基纳米复合材料的另一重要步骤。
聚合物基质的选择应该与纳米材料的性质相适应，更好地发挥复合材料的性能。
4.纳米填充物的分散在制备聚合物基纳米复合材料中，纳米填充物的分散是影响复合材料性能的另一重要因素。
良好的分散可以提高复合材料的性能，避免出现质量不均匀的情况。
5.复合材料的制备与性能测试在制备完成后，需要对复合材料进行性能测试。
这些测试可以帮助了解复合材料的结构和力学特性，从而优化制备工艺和材料性能。
二、应用方面1.复合材料在机械领域的应用聚合物基纳米复合材料在机械领域有着广泛的应用。
例如，在飞机制造中，使用聚合物基纳米复合材料可以减轻重量，提高机体强度；在汽车制造中，使用聚合物基纳米复合材料可以提高车身强度和稳定性；在建筑领域中，使用聚合物基纳米复合材料可以提高抗震性能、防火性能等。
2.复合材料在能源领域的应用聚合物基纳米复合材料在能源领域也有着广泛的应用。
例如，在太阳能领域中，使用聚合物基纳米复合材料可以提高光电转换效率；在燃料电池领域，使用聚合物基纳米复合材料可以提高电池效率和稳定性。
3.复合材料在生物领域的应用聚合物基纳米复合材料在生物领域中也有着广泛的应用。
例如，在药物传输方面，可以使用聚合物基纳米复合材料来传递药物、改善药物质量和稳定性；在组织工程方面，可以使用聚合物基纳米复合材料来模拟和重建人体组织；在人工器官方面，可以使用聚合物基纳米复合材料来制造人工关节和人工牙齿等。
制备和表征聚合物纳米复合材料的微结构及性能研究
制备和表征聚合物纳米复合材料的微结构及性能研究聚合物纳米复合材料被广泛应用于许多领域，如生物医学、电子和光学等。
然而，制备和表征这些复材料的微结构以及对其性能的研究仍然是一项具有挑战性的任务。
本文将探讨这方面的最新研究成果。
一、制备方法制备聚合物纳米复合材料的常见方法包括溶液共混、自组装、热成型、浸涂、原位聚合和纳米压延等。
其中最常用的方法是溶液共混和自组装。
溶液共混通过将聚合物和纳米颗粒溶解在同一溶剂中，然后混合均匀，蒸发溶剂后得到复合材料。
自组装法则是通过离子吸附、静电相互作用、范德华力、氢键等相互作用力来组装纳米颗粒和聚合物。
二、表征方法了解聚合物纳米复合材料的微结构以及纳米颗粒和聚合物之间相互作用的特性对于解释其性能是非常重要的。
常用的表征方法包括透射电镜、扫描电子显微镜、X射线衍射、红外光谱、热重分析和动态机械分析。
其中，透射电镜和扫描电子显微镜可以在纳米尺度下观察材料的微观结构和形貌，X射线衍射可以提供晶体结构和晶格参数等信息，红外光谱可以确定材料的化学成分和官能团，热重分析可以分析材料的热稳定性和分解动力学，动态机械分析可以测定材料的力学性能。
三、性能研究聚合物纳米复合材料的性能研究包括力学性能、电学性能、热学性能等方面。
力学性能很大程度上受到纳米颗粒的尺寸、形状和聚合物基体的性质的影响。
近年来，许多研究表明，纳米颗粒的添加可以显著提高复合材料的刚度和强度。
电学性能的研究重点是探索聚合物纳米复合材料作为电极、传感器和储能材料等领域的应用潜力。
同时，热学性能的研究也逐渐受到了越来越多的关注，尤其是在制备高性能导热材料方面。
四、应用前景聚合物纳米复合材料具有广泛的应用前景，在诸如催化、药物传递、水处理、环境保护、能源储存和转化等方面都有潜在的应用。
近年来，许多研究工作已经展示出了这些复合材料在这些领域的应用潜力。
例如，聚合物基复合材料的可持续性和低毒性使其成为有前途的代替传统材料的候选材料。
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Abstract: The p resent status of the research and technological development in the field of polymer nanocom2 posites p reparation are reviewed. The characteristic and lim itations of each p reparation method is analyzed. The dispersion characteristic of nanometer materials phase is emphatically in eroduced. According to the lim i2 tations of p resent nanocomposites p reparation methods, the future development of this filed is given, which u2 ses the general industrial method to p repare nanocomposites w ithout dispersant and other chem ic additives. An impersonality nanocomposites dispersed phase distributing evaluating standard that can p romote nanocomposite p reparation technology is established. Key words: nanocomposites; p reparation; aggregate
(哈尔滨工业大学 机电工程学院 ,黑龙江 哈尔滨 150001, E2mail: niepeng@ hit. edu. cn)
摘 要 : 概述了聚合物基纳米复合材料的制备方法及最新的研究进展 ,分析了各种方法的特点和存在的问
题. 着重介绍了各种制备方法得到的纳米复合材料中纳米分散相的分布表征. 针对现有制备方法的缺憾 ,提
2 聚合物基纳米复合材料的制备
211 插层复合法 插层复合法是目前制备聚合物基纳米复合材
第 5期
聂 鹏 ,等 :聚合物基纳米复合材料制备方法的研究进展
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寸通常远远超出纳米尺度 ,也就失去了纳米材 料的小尺寸效应.
另外由于范德华力 、静电引力和毛细管力等 较弱力的存在 ,也使纳米微粒形成超出纳米尺度 的微粒团 ,一般在几个 μm 到几百 μm 之间. 这种 团聚实际是一种相对松散的软团聚 [ 5 ] ,它在外力 作用下较容易被拆开.
第 37卷 第 5期 2 0 0 5年 5月
哈 尔 滨 No15
JOURNAL OF HARB IN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
May, 2005
聚合物基纳米复合材料制备方法的研究进展
聂 鹏 , 赵学增 , 陈 芳 , 王伟杰 , 吴 羡
纳米复合材料是近年来发展起来的新型材 料 ,被称为“21 世纪最有前途的材料 ”之一. 纳米 复合材料的概念最早是 1984年提出的 [ 1 ] ,它是指 分散相尺寸至少有一相的一维尺寸 < 100 nm 的 复合材料 [ 1 ] . 由于纳米粒子尺寸小 、比表面积大 , 以及所产生的量子效应和表面效应 ,使得纳米复 合材料较常规复合材料具有更优异的物理与力学 性能 ,在电 、磁 、光 、声 、热力学 、催化和生物等方面 呈现出其特有的性能 [ 2 ] . 因此 ,纳米复合材料的 制备已成为获得高性能复合材料的重要方法之 一 ,同时它也是纳米复合材料性能研究的基础.
纳米复合材料可分为非聚合物纳米复合材料 和聚合物纳米复合材料两大类 [ 3 ].
对于聚合物纳米复合材料中的聚合物基无 机纳米粒子复合材料 ,如何将无机材料在纳米 尺度上均 匀 分 散 于 有 机 高 分 子 材 料 基 体 中 形 成新型高性能 、多功能纳米复合材料已成为急 待解决的问题. 这需要同时控制纳米相的形成 以及与聚合物之间的相容性. 当材料处于纳米 尺度时 ,表面效应增强 ,位于表面的原子比例 远 >常规 材 料 . 由 于 极 大 的 比 表 面 积 、大 比 例 的表面 原 子 、原 子 配 位 不 足 以 及 极 高 的 表 面 能 ,使得纳米颗粒的表面原子具有极高的表面 活性 ,很容易与其他原子结合而导致团聚 ,形 成较大的纳米微粒团聚体 [4]. 这些团聚体的尺
Advances on polym er nanocom posites prepara tion
N IE Peng, ZHAO Xue2zeng, CHEN Fang, WANG W ei2jie, WU Xian
(School ofMechanical and Electrical Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China, E2mail: niepeng@hit. edu. cn)
出在不添加其他化学试剂的基础上 ,直接将纳米粉物料添加到聚合物的基体中 ,制备成纳米复合材料 ;同时
制定一个定量分析纳米复合材料的分散标准 ,为聚合物基纳米复合材料的制备提供理论指导.
关键词 : 纳米复合材料 ; 制备 ; 团聚
中图分类号 : TB301
文献标识码 : A
文章编号 : 0367 - 6234 (2005) 05 - 0594 - 05
收稿日期 : 2003 - 06 - 24. 基金项目 : 哈尔滨工业大学跨学科交叉性研究 基金资 助项目
( H ITMD. 2001. 05) . 作者简介 : 聂 鹏 (1972 - ) ,男 ,博士研究生 ;
赵学增 (1961 - ) ,男 ,博士 ,教授 ,博士生导师.
1 纳米复合材料的分类