高分子纳米复合材料介绍PPT(24张)
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高分子纳米复合材料
高分子纳米复合材料
高分子纳米复合材料是一种由纳米材料与高分子材料相结合而成的新型材料，具有许多优异的性能和广泛的应用前景。
纳米材料的引入可以显著改善高分子材料的力学、热学、光学和电学性能，使其在工程领域中具有更广泛的应用价值。
首先，高分子纳米复合材料具有优异的力学性能。
由于纳米材料的加入，可以有效地增强高分子材料的强度、刚度和韧性，使其具有更好的耐磨、耐冲击和耐腐蚀性能。
这使得高分子纳米复合材料在航空航天、汽车制造、建筑材料等领域中得到广泛应用。
其次，高分子纳米复合材料具有优异的热学性能。
纳米材料的加入可以显著提高高分子材料的热稳定性和热导率，使其具有更好的耐高温和隔热性能。
这使得高分子纳米复合材料在电子电器、航空航天、新能源等领域中得到广泛应用。
此外，高分子纳米复合材料还具有优异的光学和电学性能。
纳米材料的加入可以显著改善高分子材料的透明度、抗紫外线性能和导电性能，使其具有更广泛的应用前景。
这使得高分子纳米复合材料在光学膜、光电器件、柔性电子等领域中得到广泛应用。
综上所述，高分子纳米复合材料具有优异的力学、热学、光学和电学性能，具有广泛的应用前景。
随着纳米技术的不断发展和高分子材料的不断创新，相信高分子纳米复合材料将在未来得到更广泛的应用，为人类社会的发展做出更大的贡献。
高分子纳米复合材料详解ppt课件
物理性能方面
热性能：由于纳米粒子尺寸小，表面能高，其熔点、 开始烧结温度和晶化温度比常规粉体低；例如纳米 银的熔点可低于373K；常规氧化铝烧结温度在 1973 ~ 2073K之间，而纳米氧化铝可在1423 ~ 1673K之间烧结，致密度可达99.0％以上。
电性能：粒子尺寸小于某一临界尺寸后，材料的电 阻会发生突变，例如金属会变为非导体。
水热合成法：高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合 成；
化学沉淀法：将沉淀剂加入金属盐溶液中，得到沉淀 后进行热处理，包括直接沉淀，共沉淀、均一沉淀等；
溶胶－凝胶（Sol-Gel）法：将金属有机醇盐或无机盐 溶液经水解，使溶质聚合成溶胶再凝胶固化，再经低 温干燥，磨细后再煅烧得到纳米粒子
微乳液和反相胶束法：微乳液和反相胶束是利用两种 互不相容的溶剂（有机溶剂和水溶液），通过选择表 面活性剂及控制相对含量，可将其水相液滴尺寸限制 在纳米级，不同微乳液滴相互碰撞发生物质交换，在 水核中发生化学反应，得到纳米粒子。
物 理 气 相 沉 积 法
电 子 束 加 热
等
离
子
和
激 蒸发容器的结
光 加
构简单，除金 属外，对SiC 同样有效
热
适合实验室规模 量产
流 动 液 面 真 空 蒸 发 法
通
制备碳化物，
电
Cr、Ti、V、Zr
加
发烟量大，高
热
熔点金属给出 非晶物质，Nb、
蒸
Ta、Mo
发
法
化学方法
化学气相沉积法（CVD）：采用与PVD法相同的加热 源，将原料（金属氧化物、氢氧化物，金属醇盐等） 转化为气相，再通过化学反应，成核生长得到纳米粒 子；
小尺寸效应（材料周期性边界条件的破坏）； 表面或界面效应（表面能和活性的增大）； 量子尺寸效应（电子能级或能带结构的尺寸依
热性能：由于纳米粒子尺寸小，表面能高，其熔点、 开始烧结温度和晶化温度比常规粉体低；例如纳米 银的熔点可低于373K；常规氧化铝烧结温度在 1973 ~ 2073K之间，而纳米氧化铝可在1423 ~ 1673K之间烧结，致密度可达99.0％以上。
电性能：粒子尺寸小于某一临界尺寸后，材料的电 阻会发生突变，例如金属会变为非导体。
水热合成法：高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合 成；
化学沉淀法：将沉淀剂加入金属盐溶液中，得到沉淀 后进行热处理，包括直接沉淀，共沉淀、均一沉淀等；
溶胶－凝胶（Sol-Gel）法：将金属有机醇盐或无机盐 溶液经水解，使溶质聚合成溶胶再凝胶固化，再经低 温干燥，磨细后再煅烧得到纳米粒子
微乳液和反相胶束法：微乳液和反相胶束是利用两种 互不相容的溶剂（有机溶剂和水溶液），通过选择表 面活性剂及控制相对含量，可将其水相液滴尺寸限制 在纳米级，不同微乳液滴相互碰撞发生物质交换，在 水核中发生化学反应，得到纳米粒子。
物 理 气 相 沉 积 法
电 子 束 加 热
等
离
子
和
激 蒸发容器的结
光 加
构简单，除金 属外，对SiC 同样有效
热
适合实验室规模 量产
流 动 液 面 真 空 蒸 发 法
通
制备碳化物，
电
Cr、Ti、V、Zr
加
发烟量大，高
热
熔点金属给出 非晶物质，Nb、
蒸
Ta、Mo
发
法
化学方法
化学气相沉积法（CVD）：采用与PVD法相同的加热 源，将原料（金属氧化物、氢氧化物，金属醇盐等） 转化为气相，再通过化学反应，成核生长得到纳米粒 子；
小尺寸效应（材料周期性边界条件的破坏）； 表面或界面效应（表面能和活性的增大）； 量子尺寸效应（电子能级或能带结构的尺寸依
《纳米复合材料》PPT课件
复合材料的组成
基体
Matrix
增强体
Reinforcement
界面 Interface
复合材料分类
1.复合材料按用途 结构纳米复合材料，功能纳米复合材料，智能纳米复 合材料。
2.按基体类型分为 高分子基复合材料RMC（Ploymer Matrix Composite） 金属基复合材料MMC （Metal Matrix Composite） 陶瓷基复合材料CMC （Ceramic Matrix Composite） 3.按增强体的形态与排布方式 颗粒增强复合材料、连续纤维增强复合材料、短纤维或晶 须增强纤维；晶片增强复合材料
晶须增强铝基纳米复合材料的疲劳性能是与晶须增 强纳米复合材料疲劳裂纹的形成和扩展有关。
在晶须增强纳米复合材料中，疲劳裂纹在晶须的端部或 在与基体的界面处形成，当 SiCw分布不均匀时，在SiCw 密集处或是基体中的一些显能力上有显著的差别，因 而在疲劳过程中其界面将产生较大的内应力，就可能导致 界面开裂。
它们与纳米级第二相的界面粘结形式主要有两种：机械粘 结和化学粘结。
（1）陶瓷基纳米复合材料
强的界面粘结往往导致脆性破坏。在断裂过程中，强的界 面结合不产生额外的能量消耗。 当界面结合较弱时，基体中的裂纹扩展至晶须、纤维等处 时，将导致界面脱粘，其后发生裂纹偏转、裂纹搭桥、晶 须及纤维断裂，以致最后拔出。所有这些过程都要吸收能 量，从而提高陶瓷的断裂韧性。
（1）高强度、高韧性
陶瓷基纳米复合材料，特别是氧化物系陶瓷基纳米复合材料力学 性能的明显改善大致可归结如下： (1)纳米级弥散相抑制了氧化物基体晶粒生长和减轻了晶粒的异常长大， 起到细晶强化作用。 (2)在弥散相内或弥散相周围存在高的局部应力，这种应力是基体和弥 散相之间热膨胀失配而产生的，使冷却期间产生位错。纳米级粒子钉 扎或进入位错区使基体晶粒内形成亚晶界，使基体晶粒再细化而起增 强作用。 (3)纳米级粒子周围的局部拉伸应力引起穿晶断裂，并由于硬粒子对裂 纹尖端的反射作用而产生韧化。破坏模式从穿晶和晶间到单纯晶间断 裂，晶界相(通常约10％体积的无定形相)的改变和对高温力学性能影 响的减小，使高温力学性能获得明显改善。 (4)纳米级粒子在高温牵制位错运动，从而也能使高温力学性能获得明 显改善。
高分子纳米复合材料课件.ppt
最重要的是界面组元。界面组元具有以下两个特点：首先是原
子密度相对较低，其次是邻近原子配位数有变化。因为界面在
纳米结构材料中所占的比例较高，以至于对材料性能产生较大
影响。
高分子纳米复合材料课件
五、纳米复合材料（nanocomposites）
1、纳米复合材料的分类
复合材料的复合方式可以分为四大类：
①、0-0型复合
利用宏观量子隧道效应，可以解释纳米镍粒子在低温下继续 保持超顺磁性的现象。这种纳米颗粒的宏观量子隧道效应和量子 尺寸效应，将会是未来微电子器件发展的基础，它们确定了微电 子器件进一步微型化的极限。
高分子纳米复合材料课件
三、纳米材料的制备方法
可分为物理法和化学法两大类。 1、物理方法 ①、真空冷凝法
例如，纳米颗粒具有高的光学非线性及特异的催化性能均属 此列。
高分子纳米复合材料课件
4、宏观量子隧道效应 微观粒子（电子、原子）具有穿越势垒的能力称之为隧道效
应。一些宏观的物理量，如纳米颗粒的磁化强度、量子相干器件 中的磁通量以及电荷等也具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统 的势垒而产生性能变化，称为宏观量子隧道效应。
第一节 高分子纳米复合材料概述
一、纳米材料与纳米技术
1、纳米材料 是以纳米结构为基础的材料，或者以纳米结构为基本单元构
成的复合材料。 ①、纳米结构
以具有纳米尺度的物质单元为基础，按一定规律构筑或营造 的一种新结构体系，称为纳高分米子纳结米构复合体材料系课件。
②、纳米材料 纳米材料是在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范 围的物质，或者由它们作为基本单元构成的复合材料。 从微观角度分类，纳米材料大致有以下两类：
衡合金固态分解、溶胶-凝胶法、气相沉积法、快速凝固法、晶晶 化法、深度塑性变形法等。
《高分子材料简介》课件
《高分子材料简介》PPT 课件
高分子材料是一种在化学结构中存在重复单元的材料，具有多样化的特点和 广泛的应用。本课件将介绍高分子材料的定义、分类、合成方法、性能及测 试方法、市场前景，以及与环保和可持续发展的关系。
什么是高分子材料？
高分子材料是一类拥有高分子结构的材料，其分子由含有重复单元的链状或网状结构组成。高分子材料具有轻 量化、可塑性、抗腐蚀、绝缘性等特点。
3
表面性能
润湿性、粘附性和耐腐蚀性等特性影响高分子材料在接触和保护方面的性能。
高分子材料的市场前景
市场需求
随着科技和工业的发展，对高分 子材料的需求不断增加，特别是 在轻量化、高强度和可降解材料 方面。
创新发展
高分子材料的研发和创新对于推 动科技进步和满足人们对新材料 的需求至关重要。
可持续发展
开发环保、可降解和可再生的高 分子材料是实现可持续发展的重 要方向。
高分子材料的环保与可持续发 展
高分子材料的环保与可持续发展是当前社会关注的热点问题。通过生物降解、 循环再生等方法，可以减少高分子材料对环境的影响，并促进其可持续利用。
总结和展望
高分子材料作为一个重要的材料科学领域，具有广阔的发展前景。未来，高 分子材料将成为推动技术进步和经济发展的重要支撑。
2 功能化合成
通过在合成过程中引入功能基团，可以赋予高分子材料特定的性能和功能。
3 物理改性
通过改变高分子材料的物理结构，如交联或混合改性，可以改善材料的性能。
Байду номын сангаас
高分子材料的性能与测试方法
1
力学性能
强度、刚度、延展性和耐磨性等是衡量高分子材料力学性能的重要参数。
2
热性能
熔点、热传导和热膨胀等参数对高分子材料在高温和低温环境下的应用起着关键 作用。
高分子材料是一种在化学结构中存在重复单元的材料，具有多样化的特点和 广泛的应用。本课件将介绍高分子材料的定义、分类、合成方法、性能及测 试方法、市场前景，以及与环保和可持续发展的关系。
什么是高分子材料？
高分子材料是一类拥有高分子结构的材料，其分子由含有重复单元的链状或网状结构组成。高分子材料具有轻 量化、可塑性、抗腐蚀、绝缘性等特点。
3
表面性能
润湿性、粘附性和耐腐蚀性等特性影响高分子材料在接触和保护方面的性能。
高分子材料的市场前景
市场需求
随着科技和工业的发展，对高分 子材料的需求不断增加，特别是 在轻量化、高强度和可降解材料 方面。
创新发展
高分子材料的研发和创新对于推 动科技进步和满足人们对新材料 的需求至关重要。
可持续发展
开发环保、可降解和可再生的高 分子材料是实现可持续发展的重 要方向。
高分子材料的环保与可持续发 展
高分子材料的环保与可持续发展是当前社会关注的热点问题。通过生物降解、 循环再生等方法，可以减少高分子材料对环境的影响，并促进其可持续利用。
总结和展望
高分子材料作为一个重要的材料科学领域，具有广阔的发展前景。未来，高 分子材料将成为推动技术进步和经济发展的重要支撑。
2 功能化合成
通过在合成过程中引入功能基团，可以赋予高分子材料特定的性能和功能。
3 物理改性
通过改变高分子材料的物理结构，如交联或混合改性，可以改善材料的性能。
Байду номын сангаас
高分子材料的性能与测试方法
1
力学性能
强度、刚度、延展性和耐磨性等是衡量高分子材料力学性能的重要参数。
2
热性能
熔点、热传导和热膨胀等参数对高分子材料在高温和低温环境下的应用起着关键 作用。
功能高分子材料 第十章高分子纳米复合材料PPT课件
纳米研究的范围是1到100纳米， 0.1纳米是单个氢原子的尺寸，因此所 谓0.1纳米层面的“纳米技术”是不存 在的。
材料
2
2．纳米科技概念的提出与发展
最早提出纳米尺度上科学和技术问题
的是著名物理学家、诺贝尔奖获得者理
查德·费恩曼。纳米科技的迅速发展是
在80年代末、90年代初。80年代初发明
当代最受爱戴的科 了费恩曼所期望的纳米科技研究的重要
纳米材料结构的特殊性[如大的比表面以及一系列新的效 应(小尺寸效应、界面效应、量子效应和量子隧道效应)]决定 了纳米材料出现许多不同于传统材料的独特性能，进一步优 化了材料的电学、热学及光学性能。
研究方面：一是系统地研究纳米材料的性能、微结构和 谱学特征，通过和常规材料对比，找出纳米材料特殊的规律， 建立描述和表征纳米材料的新概念和新理论；二是发展新型 纳米材料。
学家之一。他不但 仪器——扫描隧道显微镜(STM)、原子
以其科学上的巨大 贡献而名留青史，
力显微镜(AFM)等微观表征和操纵技术，
而且因在“挑战者” 它们对纳米科技的发展起到了积极的促
号航天飞机事故调 查中的决定性作用 而名闻遐迩。他还
进作用。与此同时，纳米尺度上的多学 科交叉展现了巨大的生命力，迅速形成
子、构造纳米结构，同时为科学家提供
在纳米尺度下研究新现象、提出新理论
的微小实验室。
同时，与纳米材料和结构制备过程
相结合，以及与纳米器件性能检测相结
合的多种新型纳米检测技术的研究和开
发也受到广泛重视。如激光镊子技术可
用于操纵单个生物大分子。
07.11.2020
材料
9
07.11.2020
10.3 纳米科技前景的展望
是一个撬开原子能 为一个有广泛学科内容和潜在应用前景
材料
2
2．纳米科技概念的提出与发展
最早提出纳米尺度上科学和技术问题
的是著名物理学家、诺贝尔奖获得者理
查德·费恩曼。纳米科技的迅速发展是
在80年代末、90年代初。80年代初发明
当代最受爱戴的科 了费恩曼所期望的纳米科技研究的重要
纳米材料结构的特殊性[如大的比表面以及一系列新的效 应(小尺寸效应、界面效应、量子效应和量子隧道效应)]决定 了纳米材料出现许多不同于传统材料的独特性能，进一步优 化了材料的电学、热学及光学性能。
研究方面：一是系统地研究纳米材料的性能、微结构和 谱学特征，通过和常规材料对比，找出纳米材料特殊的规律， 建立描述和表征纳米材料的新概念和新理论；二是发展新型 纳米材料。
学家之一。他不但 仪器——扫描隧道显微镜(STM)、原子
以其科学上的巨大 贡献而名留青史，
力显微镜(AFM)等微观表征和操纵技术，
而且因在“挑战者” 它们对纳米科技的发展起到了积极的促
号航天飞机事故调 查中的决定性作用 而名闻遐迩。他还
进作用。与此同时，纳米尺度上的多学 科交叉展现了巨大的生命力，迅速形成
子、构造纳米结构，同时为科学家提供
在纳米尺度下研究新现象、提出新理论
的微小实验室。
同时，与纳米材料和结构制备过程
相结合，以及与纳米器件性能检测相结
合的多种新型纳米检测技术的研究和开
发也受到广泛重视。如激光镊子技术可
用于操纵单个生物大分子。
07.11.2020
材料
9
07.11.2020
10.3 纳米科技前景的展望
是一个撬开原子能 为一个有广泛学科内容和潜在应用前景
高分子纳米复合材料
高分子纳米复合材料
高分子纳米复合材料是一种由高分子材料与纳米材料混合而成的新型材料，具有优异的性能和广泛的应用前景。
在高分子基体中加入纳米填料，可以显著改善高分子材料的力学性能、热学性能、电学性能、光学性能等，使其具有更广泛的应用领域。
首先，高分子纳米复合材料在力学性能上表现出色。
由于纳米填料的加入，高分子基体的强度、刚度和韧性得到了显著提高。
例如，碳纳米管、纳米粒子等纳米填料的加入可以大大增强高分子材料的拉伸强度和弯曲强度，提高其耐磨性和耐疲劳性，使其在工程结构材料中得到广泛应用。
其次，高分子纳米复合材料在热学性能上也有显著的改进。
纳米填料的加入可以有效提高高分子材料的热稳定性和热导率，使其在高温环境下仍能保持良好的性能。
例如，氧化铝纳米粒子的加入可以显著提高高分子材料的热导率，使其在电子器件散热材料中得到广泛应用。
此外，高分子纳米复合材料在电学性能和光学性能上也表现出色。
纳米填料的加入可以提高高分子材料的导电性能和光学透明性，使其在电子器件、光学器件等领域有着广泛的应用前景。
例如，碳纳米管的加入可以显著提高高分子材料的导电性能，使其在导电材料中得到广泛应用。
总的来说，高分子纳米复合材料具有优异的性能和广泛的应用前景，其在力学性能、热学性能、电学性能和光学性能等方面都有显著的改进。
随着纳米技术的不断发展，高分子纳米复合材料必将在材料领域中发挥越来越重要的作用，为各个领域的发展提供更加优异的材料支撑。
高分子纳米复合材料介绍
插层复合材料
以粘土矿物为插层主体形成的复合材料 。
• 粘土层状硅酸盐被剥离成二维纳米片层 分散在聚合物中。
•杂化复 合材料合 成示意图
•插层纳米 复合材料 合成示意
图
纳米复合材料的性能特点
•基本性能特点
可综合发挥各组分的协同效能——复合材料 的基本性质。
性能的可设计性——可以针对纳米材料的需 求进行材料的设计和制造。
•纳米粒子对分子链受限松弛行为的影 响
目前, 有关分子链的受限动力学的实验现象矛盾 而对立，相关的理论描述还没有建立。
Lu等对玻璃化转变附近有机层状黏土改性环氧树 脂纳米复合材料受限松弛行为的研究认为锚固于 硅酸盐片层间的聚合物形成界面层, 物理老化过 程中其分子链段松弛运动受限, 造成复合材料中 高分子链段松弛动力学过程减慢、Tg 提高。
等。பைடு நூலகம்
•防老化
强度大、模量高
阻隔性能——对于插层纳米复合材料，聚合 物分子链进入到层状无机纳米材料片层之间 ，分子链运动受到限制，而显著提高了复合 材料的耐热性和材料的尺寸稳定性。层状物 极纳米材料在二维方向阻隔各种气体的渗透 ，从而达到良好的阻燃、气密作用。
纳米复合材料有诸多先进性，但体系一旦发 生相分离，即纳米微粒发生团聚，则有关纳 米复合材料的特殊性能将无法实现。
•Coarse-grained domain relaxation model depicting the restricted relaxation of the intercalated or exfoliated layered silicatepolymer nanocomposites.
高分子纳米复合材料介 绍
2020年4月30日星期四
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可按需求加工成所需形状——避免多次加工 和重复加工。
特殊性质
同步增韧增强效应——纳米材料对有机聚合
物进行复合改性，却是在发挥无机材料增强
效果的同时，又能起到增韧的效果。
新品功能高分子材料——传统功能高分子基
本上都是通过化学反应合成特殊官能团得到
。但是纳米材料可以直接或者间接达到具体
的功能，如光电转换，高校催化，紫外屏蔽
例如，李谷等对PS/纳米CaCO3复合材料玻璃化 转变及物理老化研究发现，少量的纳米CaCO3粒 子对PS基体的分子链锻松弛行动有促进作用，并 且随着纳米CaCO3质量分数的增加而有不同程度 的下降。
卢红斌等对层状硅酸盐-环氧树脂纳米复合材料在 受限环境下松弛行为的研究得出了三种松弛模型 。认为，与硅酸盐片层相连的链段松弛速率最低 ，而在层与层之间的部分松弛速率最快。其他区 域的链段松弛速率则与纯PS时的相同。当聚合物 与硅酸盐片层以弱的作用力（比如物理吸附）结 合时其链段松弛速率最低。当聚合物嫁接到硅酸 盐固体表面时，松弛速率最快。也即是，当聚合 物链与纳米粒子结合时，这部分的链段松弛速率 会大大增加。
纳米复合材料是由两种或两种以上的固相至少在一维 以纳米级大小(1 -100 nm) 复合而成的材料。
非晶体、半晶体、晶体
无论分散相还是 连续相
无机物（陶瓷、金属等）、 有机物（高分子）等
4
聚合物基纳米复合材料
以聚合物（树脂）为连续相，以纳米 粒子为分散相的复合材料。
一般纳米粒子为无机物。但有时候是有机物 ，如刚性棒状高分子，包括溶致性和热致性 液晶高分子。他们以分子水平分散在聚合物 基体中，形成有机物/有机物纳米复合材料 。
纳米CaCO3粒子的加入对PS分子链的影响是两方 面的：一方面，纳米CaCO3的加入，增加了PS链 与链间的自由体积；另一方面，纳米CaCO3粒子 对其之间的PS分子链起到了加速松弛作用。这两 种因素不相互对立，而是各自独立，共同促进了 分子链的松弛，只是方式的不同。
纳米CaCO3粒子对PS分子链松弛的加速效果取决 于纳米粒子在其中的分散程度。当加入纳米碳酸 钙之后，PS分子链的松弛速率加快，但加快的程 度取决于纳米粒子在基体中的分散程度。
纳米粒子对分子链受限松弛行为的影响
目前, 有关分子链的受限动力学的实验现象矛盾 而对立，相关的理论描述还没有建立。
Lu等对玻璃化转变附近有机层状黏土改性环氧树 脂纳米复合材料受限松弛行为的研究认为锚固于 硅酸盐片层间的聚合物形成界面层, 物理老化过 程中其分子链段松弛运动受限, 造成复合材料中 高分子链段松弛动力学过程减慢、Tg 提高。
所以，不论哪种纳米复合材料的制备方法，只有 真正解决了纳米粒子的团聚问题，使得纳米材料 的复合熵变的很大，才能真正称为纳米复合材料。
纳米粒子对分子链受限松弛行为的影响
何为分子链运动的受限环境
广义而言，分子链运动的受限环境就是能够影响 分子链运动的环境，例如介孔材料，有机无机复 合材料等。
对于聚合物基纳米复合材料，由于纳米粒子的加 入，聚合物分子运动受到纳米粒子的干扰限制， 此时分子链的运动环境成为受限环境，分子链的 运动行为称为受限松弛行为。
以粘土矿物为插层主体形成的复合材料。 粘土层状硅酸盐被剥离成二维纳米片层分
散在聚合物中。
杂化复合 材料合成
示意图
插层纳米 复合材料 合成示意
图
纳米复合材料的性能特点
基本性能特点
可综合发挥各组分的协同效能——复合材料 的基本性质。
性能的可设计性——可以针对纳米材料的需 求进行材料的设计和制造。
高分子纳米复合材料
主要内容
什么是聚合物基纳米复合材料 分类 性能特点 纳米粒子对分子链受限松弛行为的影
响
什么是聚合物基纳米复合材料
复合材料，就是由两种或者两种以上的物理 和化学性质不同的物质组合而成的一种多相 固体材料。
连续相（基 体）
复合材料
分散相（增 强材料）
纳米复合材料
光学 材料、 磁性 材料
环氧树 脂、不 饱和树
脂
氧化物、 硫化物、 含氧酸
盐
填充、 插层、 杂化
按制备方法分类
填充复合材料
纳米材料以粉体形式分散在聚合物基体中形 成的复合材料 纳米材料可以与基体共混形成，也可以原位 聚合而成。
杂化复合材料
通过溶胶凝胶技术合成的纳米材料为分散相 的复合材料
插层复合材料
纳米复合材料的构成
非聚合物基 纳米复合材料 纳米复合材料
聚合物基 纳米复合材料
金属∕陶瓷 陶瓷∕金属 陶瓷∕陶瓷 无机物∕聚合物 聚合物∕聚合物
纳米复合材料的分类
纳米复合材料
Байду номын сангаас
用 途
性 能
基体 材料
分散 性组
分
制备 方法
催化 剂、 塑料、 涂料、 纤维
生物 仿生 材料、 粘合 剂与 密封
胶
光电 转换 材料、 增强 剂
Chen等对有机层状黏土改性环氧树脂纳米复合 材料的研究得出了相反结论, 认为硅酸盐片层间 距大于5 nm时, 片层表面的分子链对基体产生增 塑作用, 复合材料基体的Tg下降。
就目前的研究结果而言，纳米粒子的加入对聚合 物分子的松弛行为的影响是显著的，尤其是对于 填充型和插层型纳米复合材料，有关学者进行了 大量的研究报道。
参考文献
Hongbin Lu, Steven Nutt. Restricted relaxation in polymer nano2composites near the glass transition[J].Macromolecules, 2003, 36: 4010 -4016.
等。
防老化
强度大、模量高
阻隔性能——对于插层纳米复合材料，聚合 物分子链进入到层状无机纳米材料片层之间 ，分子链运动受到限制，而显著提高了复合 材料的耐热性和材料的尺寸稳定性。层状物 极纳米材料在二维方向阻隔各种气体的渗透 ，从而达到良好的阻燃、气密作用。
纳米复合材料有诸多先进性，但体系一旦发 生相分离，即纳米微粒发生团聚，则有关纳 米复合材料的特殊性能将无法实现。
Coarse-grained domain relaxation model depicting the restricted relaxation of the intercalated or exfoliated layered silicatepolymer nanocomposites.
个人见解
特殊性质
同步增韧增强效应——纳米材料对有机聚合
物进行复合改性，却是在发挥无机材料增强
效果的同时，又能起到增韧的效果。
新品功能高分子材料——传统功能高分子基
本上都是通过化学反应合成特殊官能团得到
。但是纳米材料可以直接或者间接达到具体
的功能，如光电转换，高校催化，紫外屏蔽
例如，李谷等对PS/纳米CaCO3复合材料玻璃化 转变及物理老化研究发现，少量的纳米CaCO3粒 子对PS基体的分子链锻松弛行动有促进作用，并 且随着纳米CaCO3质量分数的增加而有不同程度 的下降。
卢红斌等对层状硅酸盐-环氧树脂纳米复合材料在 受限环境下松弛行为的研究得出了三种松弛模型 。认为，与硅酸盐片层相连的链段松弛速率最低 ，而在层与层之间的部分松弛速率最快。其他区 域的链段松弛速率则与纯PS时的相同。当聚合物 与硅酸盐片层以弱的作用力（比如物理吸附）结 合时其链段松弛速率最低。当聚合物嫁接到硅酸 盐固体表面时，松弛速率最快。也即是，当聚合 物链与纳米粒子结合时，这部分的链段松弛速率 会大大增加。
纳米复合材料是由两种或两种以上的固相至少在一维 以纳米级大小(1 -100 nm) 复合而成的材料。
非晶体、半晶体、晶体
无论分散相还是 连续相
无机物（陶瓷、金属等）、 有机物（高分子）等
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聚合物基纳米复合材料
以聚合物（树脂）为连续相，以纳米 粒子为分散相的复合材料。
一般纳米粒子为无机物。但有时候是有机物 ，如刚性棒状高分子，包括溶致性和热致性 液晶高分子。他们以分子水平分散在聚合物 基体中，形成有机物/有机物纳米复合材料 。
纳米CaCO3粒子的加入对PS分子链的影响是两方 面的：一方面，纳米CaCO3的加入，增加了PS链 与链间的自由体积；另一方面，纳米CaCO3粒子 对其之间的PS分子链起到了加速松弛作用。这两 种因素不相互对立，而是各自独立，共同促进了 分子链的松弛，只是方式的不同。
纳米CaCO3粒子对PS分子链松弛的加速效果取决 于纳米粒子在其中的分散程度。当加入纳米碳酸 钙之后，PS分子链的松弛速率加快，但加快的程 度取决于纳米粒子在基体中的分散程度。
纳米粒子对分子链受限松弛行为的影响
目前, 有关分子链的受限动力学的实验现象矛盾 而对立，相关的理论描述还没有建立。
Lu等对玻璃化转变附近有机层状黏土改性环氧树 脂纳米复合材料受限松弛行为的研究认为锚固于 硅酸盐片层间的聚合物形成界面层, 物理老化过 程中其分子链段松弛运动受限, 造成复合材料中 高分子链段松弛动力学过程减慢、Tg 提高。
所以，不论哪种纳米复合材料的制备方法，只有 真正解决了纳米粒子的团聚问题，使得纳米材料 的复合熵变的很大，才能真正称为纳米复合材料。
纳米粒子对分子链受限松弛行为的影响
何为分子链运动的受限环境
广义而言，分子链运动的受限环境就是能够影响 分子链运动的环境，例如介孔材料，有机无机复 合材料等。
对于聚合物基纳米复合材料，由于纳米粒子的加 入，聚合物分子运动受到纳米粒子的干扰限制， 此时分子链的运动环境成为受限环境，分子链的 运动行为称为受限松弛行为。
以粘土矿物为插层主体形成的复合材料。 粘土层状硅酸盐被剥离成二维纳米片层分
散在聚合物中。
杂化复合 材料合成
示意图
插层纳米 复合材料 合成示意
图
纳米复合材料的性能特点
基本性能特点
可综合发挥各组分的协同效能——复合材料 的基本性质。
性能的可设计性——可以针对纳米材料的需 求进行材料的设计和制造。
高分子纳米复合材料
主要内容
什么是聚合物基纳米复合材料 分类 性能特点 纳米粒子对分子链受限松弛行为的影
响
什么是聚合物基纳米复合材料
复合材料，就是由两种或者两种以上的物理 和化学性质不同的物质组合而成的一种多相 固体材料。
连续相（基 体）
复合材料
分散相（增 强材料）
纳米复合材料
光学 材料、 磁性 材料
环氧树 脂、不 饱和树
脂
氧化物、 硫化物、 含氧酸
盐
填充、 插层、 杂化
按制备方法分类
填充复合材料
纳米材料以粉体形式分散在聚合物基体中形 成的复合材料 纳米材料可以与基体共混形成，也可以原位 聚合而成。
杂化复合材料
通过溶胶凝胶技术合成的纳米材料为分散相 的复合材料
插层复合材料
纳米复合材料的构成
非聚合物基 纳米复合材料 纳米复合材料
聚合物基 纳米复合材料
金属∕陶瓷 陶瓷∕金属 陶瓷∕陶瓷 无机物∕聚合物 聚合物∕聚合物
纳米复合材料的分类
纳米复合材料
Байду номын сангаас
用 途
性 能
基体 材料
分散 性组
分
制备 方法
催化 剂、 塑料、 涂料、 纤维
生物 仿生 材料、 粘合 剂与 密封
胶
光电 转换 材料、 增强 剂
Chen等对有机层状黏土改性环氧树脂纳米复合 材料的研究得出了相反结论, 认为硅酸盐片层间 距大于5 nm时, 片层表面的分子链对基体产生增 塑作用, 复合材料基体的Tg下降。
就目前的研究结果而言，纳米粒子的加入对聚合 物分子的松弛行为的影响是显著的，尤其是对于 填充型和插层型纳米复合材料，有关学者进行了 大量的研究报道。
参考文献
Hongbin Lu, Steven Nutt. Restricted relaxation in polymer nano2composites near the glass transition[J].Macromolecules, 2003, 36: 4010 -4016.
等。
防老化
强度大、模量高
阻隔性能——对于插层纳米复合材料，聚合 物分子链进入到层状无机纳米材料片层之间 ，分子链运动受到限制，而显著提高了复合 材料的耐热性和材料的尺寸稳定性。层状物 极纳米材料在二维方向阻隔各种气体的渗透 ，从而达到良好的阻燃、气密作用。
纳米复合材料有诸多先进性，但体系一旦发 生相分离，即纳米微粒发生团聚，则有关纳 米复合材料的特殊性能将无法实现。
Coarse-grained domain relaxation model depicting the restricted relaxation of the intercalated or exfoliated layered silicatepolymer nanocomposites.
个人见解