有机高分子／无机物杂化纳米材料.ppt
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有机高分子／无机物杂化纳米材料课件
强化学键（共价键等）相连，会使微区尺寸缩小。 • 通常的三种实现方法： • (1) 使聚合物官能团化，带有硅烷、硅烷醇或其它官能团，它们可
与金属烷氧化物共同水解和缩合；
有机高分子／无机物杂化纳米材料
• (2)利用已存在于聚合物中的官能团； • (3)利用单体R’Si(OR)3,R’是可在光照或加热情况下聚合的基团。例
有机高分子／无机物杂化纳米材料
• 8.2非线性光学材料 • 包括：无机非线性光学晶体，有机非线性光学晶体和聚合物非线
性光学材料． • 特点：无机材料稳定性好，均匀性好；有机和聚合物材料非线性
光学系数高，响应快，光学损伤阀值高；Sol-gel技术可得到有机 －无机杂化的具有非线性光学响应的干凝胶或薄膜材料． • 带有发色基团的硅氧烷的分子，Si(OR)3基团可以水解，缩合杂 化．分子也可与TEOS反应，多官能团单体也可单独聚合或与 TEOS共同反应杂化．
有机高分子／无机物杂化纳米材料
• 8.4生物材料 • 探索既保持生物活性，又具有很好加工特点的杂化体系． • 例如：用Sol-gel技术将酒酵母与SiO2形成生物复合材料．
有机高分子／无机物杂化纳米材料
• 8.5其它材料 • 导电材料．例如：导电聚合物聚苯胺进入无机－有机高分子网络
中仍具有很好的电导率，此杂化材料与无机物（如SiO2玻璃和ITO 玻璃）有很好的粘结性，是优良的电活化涂层． • 磁性材料．例如：γ-Fe2O3与聚合物形成的纳米材料仍具有超顺 磁性．通常采用的聚合物是离子交换树脂和其它交联聚合物． • TiO2或ZrO2与聚合物制成光学波导材料．
有机高分子无机物杂化纳米材料?有机小分子?有机高分子?有机无机互穿网络?无机小分子?无机高分子有机高分子无机物杂化纳米材料52分子内自杂化?由一种反应物含亲水基团水解缩合后生成带可聚合基团的产物
与金属烷氧化物共同水解和缩合；
有机高分子／无机物杂化纳米材料
• (2)利用已存在于聚合物中的官能团； • (3)利用单体R’Si(OR)3,R’是可在光照或加热情况下聚合的基团。例
有机高分子／无机物杂化纳米材料
• 8.2非线性光学材料 • 包括：无机非线性光学晶体，有机非线性光学晶体和聚合物非线
性光学材料． • 特点：无机材料稳定性好，均匀性好；有机和聚合物材料非线性
光学系数高，响应快，光学损伤阀值高；Sol-gel技术可得到有机 －无机杂化的具有非线性光学响应的干凝胶或薄膜材料． • 带有发色基团的硅氧烷的分子，Si(OR)3基团可以水解，缩合杂 化．分子也可与TEOS反应，多官能团单体也可单独聚合或与 TEOS共同反应杂化．
有机高分子／无机物杂化纳米材料
• 8.4生物材料 • 探索既保持生物活性，又具有很好加工特点的杂化体系． • 例如：用Sol-gel技术将酒酵母与SiO2形成生物复合材料．
有机高分子／无机物杂化纳米材料
• 8.5其它材料 • 导电材料．例如：导电聚合物聚苯胺进入无机－有机高分子网络
中仍具有很好的电导率，此杂化材料与无机物（如SiO2玻璃和ITO 玻璃）有很好的粘结性，是优良的电活化涂层． • 磁性材料．例如：γ-Fe2O3与聚合物形成的纳米材料仍具有超顺 磁性．通常采用的聚合物是离子交换树脂和其它交联聚合物． • TiO2或ZrO2与聚合物制成光学波导材料．
有机高分子无机物杂化纳米材料?有机小分子?有机高分子?有机无机互穿网络?无机小分子?无机高分子有机高分子无机物杂化纳米材料52分子内自杂化?由一种反应物含亲水基团水解缩合后生成带可聚合基团的产物
高分子纳米复合材料介绍PPT(24张)
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。
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。
有机高分子／无机物杂化纳米材料
材料。使某些无机化合物处于嵌段共聚物微区 （纳米级）内，成为纳米材料。 (4)利用sol-gel（溶胶－凝胶）法，通过交联网 络中孔的尺寸，生成纳米晶体或纳米微粒。
杂化的条件：必须有共同的合适的环境。
杂化材料制备中较常用的方法是sol-gel方法。它 是元素烷氧化合物经水解和缩合后生成元素氧化 物的方法。例如：SiO2,TiO2,CrO2等，都是无机高 分子络．反应式如下：M(OR)n----M-OXO(无机 聚合物)
6.1跟踪反应过程 红外光谱法(IR)
观察反应过程中特征基团的变化情况．进 而推断可能的反应机理（结合其它手段佐 证）．
荧光光谱(Fluorescence Spectrum)
荧光探针分子在几个A尺寸内对局部粘度和 自由体积非常敏感，可研究几种凝聚体系 的固化行为．
聚合溶液－聚合线型，支化高分子（转 动探针分子的运动受阻，能量以辐射跃迁 形式放出，出现荧光强度最大值）－交联 （交联使网络变密，转动探针逐渐被排 斥到网络外．因此，荧光强度逐渐降低）
5.6嵌段共聚物杂化 两嵌段共聚物组成变化引起的形态变化有：球形、
圆柱形、有序连续双金刚石结构(OBDD)和片层状 结构，微区尺寸可由嵌段的分子量调节在50～ 200A，处于纳米级，使无机化合物处于嵌段共聚 物的微区内，成为很好的纳米杂化材料。
6.杂化材料的表征
跟踪反应过程和结构变化的表征； 最终样品结构性能，功能的表征．
大尺寸杂化材料：如玻璃钢（兼具有机高 分子易加工和无机材料高强度的特点）．
小尺寸杂化材料：即在纳米尺度及分子水 平上的杂化，以期得到多功能，高密度集 成的复合材料，可满足当前信息时代对材 料的高技术要求．
2.无机物纳米微粒的结构特性
杂化的条件：必须有共同的合适的环境。
杂化材料制备中较常用的方法是sol-gel方法。它 是元素烷氧化合物经水解和缩合后生成元素氧化 物的方法。例如：SiO2,TiO2,CrO2等，都是无机高 分子络．反应式如下：M(OR)n----M-OXO(无机 聚合物)
6.1跟踪反应过程 红外光谱法(IR)
观察反应过程中特征基团的变化情况．进 而推断可能的反应机理（结合其它手段佐 证）．
荧光光谱(Fluorescence Spectrum)
荧光探针分子在几个A尺寸内对局部粘度和 自由体积非常敏感，可研究几种凝聚体系 的固化行为．
聚合溶液－聚合线型，支化高分子（转 动探针分子的运动受阻，能量以辐射跃迁 形式放出，出现荧光强度最大值）－交联 （交联使网络变密，转动探针逐渐被排 斥到网络外．因此，荧光强度逐渐降低）
5.6嵌段共聚物杂化 两嵌段共聚物组成变化引起的形态变化有：球形、
圆柱形、有序连续双金刚石结构(OBDD)和片层状 结构，微区尺寸可由嵌段的分子量调节在50～ 200A，处于纳米级，使无机化合物处于嵌段共聚 物的微区内，成为很好的纳米杂化材料。
6.杂化材料的表征
跟踪反应过程和结构变化的表征； 最终样品结构性能，功能的表征．
大尺寸杂化材料：如玻璃钢（兼具有机高 分子易加工和无机材料高强度的特点）．
小尺寸杂化材料：即在纳米尺度及分子水 平上的杂化，以期得到多功能，高密度集 成的复合材料，可满足当前信息时代对材 料的高技术要求．
2.无机物纳米微粒的结构特性
有机高分子材料讲解课件PPT模板
线型
加聚物
合成纤维
胶粘剂
支链型
缩聚物
涂料
体型
第九章 有机高分子材料 第一节 高分子化合物的基本知识 高聚物的命名
单体名称前 冠以“聚”字
聚乙烯 聚丙烯
原料后附以 “树脂”二字
酚醛树脂
从单体各取一 字，后附“橡胶”
丁苯橡胶 三元乙丙橡胶
大多数烯类单体聚 合物都可按此命名
树脂泛指作为 塑料基材的高
聚物
例如，聚乙烯分子结构为： …CH2—CH2…CH2—CH2…—[—CH2—CH2—]n—
第九章 有机高分子材料 第一节 高分子化合物的基本知识
这种结构称为分子链，可简写为—CH2— CH2—。即聚乙烯是由低分子化合物乙烯 （CH2=CH2） 聚合而成的。
可以聚合成高聚物的低分子化合物，称为 “单体”；
第九章 有机高分子材料
第二节 建筑塑料
第二节 建筑塑料
塑料是以天然或合成高分子化合物为基体材料， 加入适量的填料和添加剂，在高温、高压下塑化成型， 且在常温、常压下保持制品形状不变的材料。
常用的合成高分子化合物是各种合成树脂。 塑料作为土木工程材料有着广阔的前途。如建筑 工程常用塑料制品有塑料壁纸、饰面板、塑料地板、 塑料门窗、管线护套等；防水和密封材料有塑料薄膜、 密封膏、管道、卫生设施等。
第九章 有机高分子材料
一、塑料的基本组成
1 合成树脂 2 填充料 3 增塑剂 4 固化剂 5 着色剂 6 稳定剂
第二节 建筑塑料
第九章 有机高分子材料
第二节 建筑塑料
1 合成树脂
定义 作用
含量
习惯或广义地讲，凡作为塑料基材 的高分子化合物（高聚物）都为树脂。
塑料的基本组成材料
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
高分子化合物及材料幻灯片PPT
性越大， Tg越低。
体型高聚物的分子链由于被化学键牢固地交联，很难变形，因 此，当温度改变时不会出现粘流态，交联度大时也不会出现高 弹态，而只呈玻璃态。
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16
2．机械性能
主要指标有机械强度、刚性、冲出强度。主要影响因素有：
(1) 平均相对分子质量（或平均聚合度）的增大，有利于增加 分子链间的作用力，可使拉伸强度与冲击强度等有所提高。
强度：天然橡胶（M r=20万）> 丁苯橡胶（ M r =4~5万）
(2) 极性取代基或链间能形成氢键时，能增加分子链之间的作用 力而提高其强度。
拉伸强度: 聚氯乙烯(含极性基团-Cl) > 聚乙烯
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(3) 适度交联有利于增加分子链之间的作用力。
如聚乙烯交联后，冲击强度可提高3~4倍。
体型结构的高聚物，由于分子链间 有大量的交联，分子链不可能产生 有序排列，因而都是非晶态的。
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3．线型非晶态高聚物的物理形态
玻璃态 分子链节或整个分子链无 法产生运动，高聚物呈现如玻璃体 状的固态。例如常温下的塑料。
高弹态 链节可以较自由地旋转， 但整个分子链不能移动。例如常温 下的橡胶。高弹态是高聚物所独有 的罕见的一种物理形态，能产生很 大形变，除去外力后能可逆恢复原 状。
但体型高聚时，通常只发生溶胀而不能溶解。
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晶态高聚物一般需将其加热至熔点附近，待晶态转变为非晶态 后，溶剂分子才能渗入，使高聚物逐渐溶解。
相对分子质量大的高聚物，链间作用力大，不利于其溶解。
溶剂选择的原则是“相似相溶” ，极性大的高聚物选用极性大 的溶剂；极性小的高聚物先用极性小的溶剂。例如，未硫化的天 然橡胶是弱极性的，可溶于汽油、苯、甲苯等非极性或弱极性溶 剂中。 （2）保水性
体型高聚物的分子链由于被化学键牢固地交联，很难变形，因 此，当温度改变时不会出现粘流态，交联度大时也不会出现高 弹态，而只呈玻璃态。
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2．机械性能
主要指标有机械强度、刚性、冲出强度。主要影响因素有：
(1) 平均相对分子质量（或平均聚合度）的增大，有利于增加 分子链间的作用力，可使拉伸强度与冲击强度等有所提高。
强度：天然橡胶（M r=20万）> 丁苯橡胶（ M r =4~5万）
(2) 极性取代基或链间能形成氢键时，能增加分子链之间的作用 力而提高其强度。
拉伸强度: 聚氯乙烯(含极性基团-Cl) > 聚乙烯
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(3) 适度交联有利于增加分子链之间的作用力。
如聚乙烯交联后，冲击强度可提高3~4倍。
体型结构的高聚物，由于分子链间 有大量的交联，分子链不可能产生 有序排列，因而都是非晶态的。
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3．线型非晶态高聚物的物理形态
玻璃态 分子链节或整个分子链无 法产生运动，高聚物呈现如玻璃体 状的固态。例如常温下的塑料。
高弹态 链节可以较自由地旋转， 但整个分子链不能移动。例如常温 下的橡胶。高弹态是高聚物所独有 的罕见的一种物理形态，能产生很 大形变，除去外力后能可逆恢复原 状。
但体型高聚时，通常只发生溶胀而不能溶解。
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晶态高聚物一般需将其加热至熔点附近，待晶态转变为非晶态 后，溶剂分子才能渗入，使高聚物逐渐溶解。
相对分子质量大的高聚物，链间作用力大，不利于其溶解。
溶剂选择的原则是“相似相溶” ，极性大的高聚物选用极性大 的溶剂；极性小的高聚物先用极性小的溶剂。例如，未硫化的天 然橡胶是弱极性的，可溶于汽油、苯、甲苯等非极性或弱极性溶 剂中。 （2）保水性
高二化学下学期有机高分子材料简介PPT课件
第八章 合成材料
一．合成材料概况 二．有机高分子材料简介
一．合成材料概况
无机 材料
材 料
有机 高分 子材 料
非金属材料 金属材料
淀粉 纤维素
天然高分子
蛋白质
材料
天然橡胶
合成塑料
合成橡胶
合成高
合成纤维
分子材 料
合成粘合剂 合成涂料
功能高分子பைடு நூலகம்材料
新型合成高分子 复合高分子
材料
材料
天然橡胶：
人工合成橡胶
有机玻璃
聚氯乙烯
聚乙烯
玻璃钢
聚
硅
四 氟 乙
橡 胶
烯
酚醛树脂
聚丙烯
二．有机高分子材料简介
1．有机高分子化合物概况
（1）小分子：相对分子质量通常不上千，通 常称为低分子化合物，简称小分子；如：
烃、醇、醛、羧酸、酯、葡萄糖、蔗糖等 （2）高分子：相对分子质量达几万甚至几 千万，通常称为高分子化合物，简称高分子， 有时，又称高聚物；如： 淀粉、纤维素、蛋白质、聚乙烯、聚氯乙烯、 酚醛树脂等
（2）根据结构中链节连接方式分类，可以有 线型结构和体型结构，线性结构又可分为 带支链和不带支链的结构。
A．聚乙烯、聚氯乙烯中以C－C键连接成长链；
B．淀粉、纤维素中以C－C键和C－O键连接成 长链；（这些长链结构相互缠绕使分子间接触的 地方增多，分子间的作用就大大增加）
C．硫化橡胶中，长链与长链之间又形成键，产 生网状结构而交联在一起。
2．高分子化合物的结构特点
（1）高分子化合物通常结构并不复杂，往往由简单 的结构单元重复连接而成；
如聚乙烯 [CH2 CH2]n中：
（A）－CH2－CH2－叫聚乙烯的结构单元（或链 节）；
一．合成材料概况 二．有机高分子材料简介
一．合成材料概况
无机 材料
材 料
有机 高分 子材 料
非金属材料 金属材料
淀粉 纤维素
天然高分子
蛋白质
材料
天然橡胶
合成塑料
合成橡胶
合成高
合成纤维
分子材 料
合成粘合剂 合成涂料
功能高分子பைடு நூலகம்材料
新型合成高分子 复合高分子
材料
材料
天然橡胶：
人工合成橡胶
有机玻璃
聚氯乙烯
聚乙烯
玻璃钢
聚
硅
四 氟 乙
橡 胶
烯
酚醛树脂
聚丙烯
二．有机高分子材料简介
1．有机高分子化合物概况
（1）小分子：相对分子质量通常不上千，通 常称为低分子化合物，简称小分子；如：
烃、醇、醛、羧酸、酯、葡萄糖、蔗糖等 （2）高分子：相对分子质量达几万甚至几 千万，通常称为高分子化合物，简称高分子， 有时，又称高聚物；如： 淀粉、纤维素、蛋白质、聚乙烯、聚氯乙烯、 酚醛树脂等
（2）根据结构中链节连接方式分类，可以有 线型结构和体型结构，线性结构又可分为 带支链和不带支链的结构。
A．聚乙烯、聚氯乙烯中以C－C键连接成长链；
B．淀粉、纤维素中以C－C键和C－O键连接成 长链；（这些长链结构相互缠绕使分子间接触的 地方增多，分子间的作用就大大增加）
C．硫化橡胶中，长链与长链之间又形成键，产 生网状结构而交联在一起。
2．高分子化合物的结构特点
（1）高分子化合物通常结构并不复杂，往往由简单 的结构单元重复连接而成；
如聚乙烯 [CH2 CH2]n中：
（A）－CH2－CH2－叫聚乙烯的结构单元（或链 节）；
有机无机纳米杂化材料
嵌入物质
嵌入物质可以是无机小分子、离子、有机小分子和有机
大分子。当嵌入物质为小分子物质时,该类物质常被称为
夹层化合物、嵌入化合物等。当嵌入物质为小分子时,往 往要利用小分子与夹层的特殊作用,使插主材料附加上一 些诸如导电、导热、催化、发光等功能;而当嵌入物质为 有机大分子时,通常要利用大分子基体与层状插主材料之 间的作用,使插层材料能综合插主与客体两者的功能。近 年来开发出的各种高分子插层材料,多是在嵌成分(高分子)
物链层。目前，利用自组装技术可方便地进行分子设计,可将聚合反应转
移至无机纳米粒子表面进行。
有机/无机纳米杂化材料
有机聚合物/金属杂化材料 有机聚合物/半导体杂化材料 有机聚合物/复合氧化物杂化材料 利用杂化聚合物技术制备中孔材料 纳米插层杂化材料
有机聚合物/金属杂化材料
金属和半导体的纳米微粒由于纳米尺寸对电子学性能的
纳米粒子的制备方法
物理方法
化学方法
真 空 冷 凝 法
物 理 粉 碎 法
机 械 球 磨 法
气 相 沉 积 法
水 热 合 成 法
沉 淀 法
溶 胶 凝 胶 法
微 乳 液 法
纳米科技 （Nano-ST）的研究领域 物理学，化学, 材料学，生物学，电子学, 机械学, 计算机 纳米科技 （Nano-ST）
纳米材料
大的比例，易与其他原子结合。
宏观量子隧道效应：
微观粒子具有贯穿势垒的作用，称为隧道效应பைடு நூலகம்一些宏观量，如 微粒的磁化强度，量子干涉器中的磁通量等也具有隧道效应。它限 定了磁带、磁盘进行信息存储的时间极限。
纳米尺寸
〈 1纳米
1纳米
> 100纳米 血红细胞直径为200 ~ 300nm; 细菌（大肠杆菌）长 度为200 ~ 600nm
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养等加工成型方法）．
有机高分子材料：
易于成型加工；
某些高分子材料可作结构材料（较高的强 度，刚性和硬度）；
大多数高分子材料不适合作光，电，磁等 功能材料（光谱谱线较宽）；
性能，功能的长期稳定性较无机材料差一 些．
生物物质： 生物活性的材料； 对环境有极度敏感性．
杂化材料：两种或两种以上不同类型材料 的复合，兼具两类或两类以上材料的特点 的材料．
有机高分子／无机物杂化纳米 材料
杂化材料是从二十世纪八十年代末开始 迅速发展的多学科交叉的材料．
1.无机材料，有机高分子材料及生物物质的 特点
无机材料： 结构材料（高强度，高刚性，高硬度）； 光，电，磁等功能材料（光谱谱线较窄）； 性能长期稳定，使用寿命长； 加工成型较难（高温烧结，冶炼，晶体培
(3)利用单体R’Si(OR)3,R’是可在光照或加热 情况下聚合的基团。例如：光聚合或热聚 合得到的带三乙氧基硅烷的聚合物与TEOS、 H2O反应，得到有机聚合物在二氧化硅基体 中。
5.5预聚体杂化
预聚体带有较小的无机网络，端基带有可聚合的 基团，聚合得到有机－无机杂化材料。例子。 P288
纳米微粒的特殊性质： 纳米微粒表面原子或分子单元在整个粒子中占有
很大的比重，因粒子外层和内部性质不同，在催 化科学和非线性光学材料中应用前景广泛．
粒子尺寸／n03 2.5x102 30
表面原子百分数 20 40 80 99
纳米材料中晶体内缺陷出现的几率小．小尺寸材 料中，缺陷扩散容易，不易留在晶格中．无缺陷 是衡量光，电，磁等功能材料性能的一个重要因 素．
以上特点决定了纳米组装体具有高密度， 多功能，高集成度，高存储密度，协调和 协同效应，且材料透明，可用于光学通 讯．
3.制备手段
纳米化学：即用化学的方法制备纳米杂化材料。 实现纳米杂化的化学方法主要有： (1)在表面活性剂存在下，利用聚电解质制备。 (2)微乳液方法。 (3)利用两亲性的嵌段和接枝共聚物制备纳米杂化
纳米材料可以兼顾无机物分子的分离能级和半导 体的连续谱的优点，因而可用作光，电等功能材 料．
纳米粒子具有量子尺寸效应，其吸收光谱随粒经 的减小而发生蓝移．量子效应，隧道效应是未来 微电子器件的基础．
同样体积的本体，由纳米微粒组成的方式 要较大尺度粒子的组成方式多得多．这为 制备集成化，高存储密度的材料提供了条 件．
5.4大分子间反应杂化
这是杂化材料研究的主要方向。 相分离是困扰形成纳米级或分子水平杂化
的难题，如果两相间以强化学键（共价键 等）相连，会使微区尺寸缩小。 通常的三种实现方法： (1) 使聚合物官能团化，带有硅烷、硅烷醇 或其它官能团，它们可与金属烷氧化物共 同水解和缩合；
(2)利用已存在于聚合物中的官能团；
按化合物类型分：无机－有机，无机－生 物，有机－生物，金属－聚合物杂化等．
按界面本质分：两相间以弱键（氢键，范 德华力或离子键）联接杂化，两相间以强 键（共价键，离子－共价键）联接杂化．
以起始物分：小分子杂化，大分子杂化， 预聚物杂化，嵌段共聚物杂化．
5.1分子间小分子杂化
有机小分子
＋
有机小分子分
大尺寸杂化材料：如玻璃钢（兼具有机高 分子易加工和无机材料高强度的特点）．
小尺寸杂化材料：即在纳米尺度及分子水 平上的杂化，以期得到多功能，高密度集 成的复合材料，可满足当前信息时代对材 料的高技术要求．
2.无机物纳米微粒的结构特性
小尺度杂化材料和大尺度杂化材料在组成和原子 或分子的排布上是一样的．但小尺度杂化时组成 物质的聚集态微粒为纳米粒子．
5.6嵌段共聚物杂化 两嵌段共聚物组成变化引起的形态变化有：球形、
圆柱形、有序连续双金刚石结构(OBDD)和片层状 结构，微区尺寸可由嵌段的分子量调节在50～ 200A，处于纳米级，使无机化合物处于嵌段共聚 物的微区内，成为很好的纳米杂化材料。
材料。使某些无机化合物处于嵌段共聚物微区 （纳米级）内，成为纳米材料。 (4)利用sol-gel（溶胶－凝胶）法，通过交联网 络中孔的尺寸，生成纳米晶体或纳米微粒。
杂化的条件：必须有共同的合适的环境。
杂化材料制备中较常用的方法是sol-gel方法。它 是元素烷氧化合物经水解和缩合后生成元素氧化 物的方法。例如：SiO2,TiO2,CrO2等，都是无机高 分子络．反应式如下：M(OR)n----M-OXO(无机 聚合物)
小分子与大分子杂化， ΔS杂化的值也较大， ΔG杂化<0也能实现，杂化也能进行．
大分子与大分子的杂化，若是简单混合， ΔS混合≈0，只有当ΔH混合<0，即混合过程放热， ΔG混合<0才能实现，而这样的体系很少． 因此，大分子与大分子的杂化不能依靠简单混合 实现，而要用反应杂化来实现．
5.杂化类型
分散在无机高分子中
无机小分子无机高分子
有机小分子可具有荧光、光致变色或非线 性光学性质；无机高分子是SiO2/TiO2或过 渡金属氧化物凝聚等。
有机高分子＋无机微粒无机微粒分散在 高聚物中
在共聚物加入无机填料可提高高聚物力学 性能，如果无机小分子经表面处理后，与 有机高分子有更好的亲合性，将使高聚物 性能得到更大的改善。
有机小分子有机高分子 ＋ 有机无机互穿网络
无机小分子无机高分子
5.2分子内自杂化
由一种反应物（含亲水基团），水解缩合 后生成带可聚合基团的产物。例子。P287
5.3大分子混合杂化 大分子与大分子的杂化，若是简单混合，
ΔS混合≈0，只有当ΔH混合<0，即混合过程放 热， ΔG混合<0才能实现，而这样的体系很 少．大分子与大分子的杂化不能依靠简单 混合实现，而要用反应杂化来实现．
以正硅酸乙酯为例：
nSi(OC2H5)4+4nH2OnSi(OH)4+4nC2H5OH nSi(OH)4nSiO2+2nH2O nSi(OC2H5)4+2nH2OnSiO2+4nC2H5OH
4.无机，有机物纳米杂化的基本原理
小分子与小分子的杂化，ΔS杂化>>0， 所以ΔG杂化<0比较容易实现，杂化能进行．
有机高分子材料：
易于成型加工；
某些高分子材料可作结构材料（较高的强 度，刚性和硬度）；
大多数高分子材料不适合作光，电，磁等 功能材料（光谱谱线较宽）；
性能，功能的长期稳定性较无机材料差一 些．
生物物质： 生物活性的材料； 对环境有极度敏感性．
杂化材料：两种或两种以上不同类型材料 的复合，兼具两类或两类以上材料的特点 的材料．
有机高分子／无机物杂化纳米 材料
杂化材料是从二十世纪八十年代末开始 迅速发展的多学科交叉的材料．
1.无机材料，有机高分子材料及生物物质的 特点
无机材料： 结构材料（高强度，高刚性，高硬度）； 光，电，磁等功能材料（光谱谱线较窄）； 性能长期稳定，使用寿命长； 加工成型较难（高温烧结，冶炼，晶体培
(3)利用单体R’Si(OR)3,R’是可在光照或加热 情况下聚合的基团。例如：光聚合或热聚 合得到的带三乙氧基硅烷的聚合物与TEOS、 H2O反应，得到有机聚合物在二氧化硅基体 中。
5.5预聚体杂化
预聚体带有较小的无机网络，端基带有可聚合的 基团，聚合得到有机－无机杂化材料。例子。 P288
纳米微粒的特殊性质： 纳米微粒表面原子或分子单元在整个粒子中占有
很大的比重，因粒子外层和内部性质不同，在催 化科学和非线性光学材料中应用前景广泛．
粒子尺寸／n03 2.5x102 30
表面原子百分数 20 40 80 99
纳米材料中晶体内缺陷出现的几率小．小尺寸材 料中，缺陷扩散容易，不易留在晶格中．无缺陷 是衡量光，电，磁等功能材料性能的一个重要因 素．
以上特点决定了纳米组装体具有高密度， 多功能，高集成度，高存储密度，协调和 协同效应，且材料透明，可用于光学通 讯．
3.制备手段
纳米化学：即用化学的方法制备纳米杂化材料。 实现纳米杂化的化学方法主要有： (1)在表面活性剂存在下，利用聚电解质制备。 (2)微乳液方法。 (3)利用两亲性的嵌段和接枝共聚物制备纳米杂化
纳米材料可以兼顾无机物分子的分离能级和半导 体的连续谱的优点，因而可用作光，电等功能材 料．
纳米粒子具有量子尺寸效应，其吸收光谱随粒经 的减小而发生蓝移．量子效应，隧道效应是未来 微电子器件的基础．
同样体积的本体，由纳米微粒组成的方式 要较大尺度粒子的组成方式多得多．这为 制备集成化，高存储密度的材料提供了条 件．
5.4大分子间反应杂化
这是杂化材料研究的主要方向。 相分离是困扰形成纳米级或分子水平杂化
的难题，如果两相间以强化学键（共价键 等）相连，会使微区尺寸缩小。 通常的三种实现方法： (1) 使聚合物官能团化，带有硅烷、硅烷醇 或其它官能团，它们可与金属烷氧化物共 同水解和缩合；
(2)利用已存在于聚合物中的官能团；
按化合物类型分：无机－有机，无机－生 物，有机－生物，金属－聚合物杂化等．
按界面本质分：两相间以弱键（氢键，范 德华力或离子键）联接杂化，两相间以强 键（共价键，离子－共价键）联接杂化．
以起始物分：小分子杂化，大分子杂化， 预聚物杂化，嵌段共聚物杂化．
5.1分子间小分子杂化
有机小分子
＋
有机小分子分
大尺寸杂化材料：如玻璃钢（兼具有机高 分子易加工和无机材料高强度的特点）．
小尺寸杂化材料：即在纳米尺度及分子水 平上的杂化，以期得到多功能，高密度集 成的复合材料，可满足当前信息时代对材 料的高技术要求．
2.无机物纳米微粒的结构特性
小尺度杂化材料和大尺度杂化材料在组成和原子 或分子的排布上是一样的．但小尺度杂化时组成 物质的聚集态微粒为纳米粒子．
5.6嵌段共聚物杂化 两嵌段共聚物组成变化引起的形态变化有：球形、
圆柱形、有序连续双金刚石结构(OBDD)和片层状 结构，微区尺寸可由嵌段的分子量调节在50～ 200A，处于纳米级，使无机化合物处于嵌段共聚 物的微区内，成为很好的纳米杂化材料。
材料。使某些无机化合物处于嵌段共聚物微区 （纳米级）内，成为纳米材料。 (4)利用sol-gel（溶胶－凝胶）法，通过交联网 络中孔的尺寸，生成纳米晶体或纳米微粒。
杂化的条件：必须有共同的合适的环境。
杂化材料制备中较常用的方法是sol-gel方法。它 是元素烷氧化合物经水解和缩合后生成元素氧化 物的方法。例如：SiO2,TiO2,CrO2等，都是无机高 分子络．反应式如下：M(OR)n----M-OXO(无机 聚合物)
小分子与大分子杂化， ΔS杂化的值也较大， ΔG杂化<0也能实现，杂化也能进行．
大分子与大分子的杂化，若是简单混合， ΔS混合≈0，只有当ΔH混合<0，即混合过程放热， ΔG混合<0才能实现，而这样的体系很少． 因此，大分子与大分子的杂化不能依靠简单混合 实现，而要用反应杂化来实现．
5.杂化类型
分散在无机高分子中
无机小分子无机高分子
有机小分子可具有荧光、光致变色或非线 性光学性质；无机高分子是SiO2/TiO2或过 渡金属氧化物凝聚等。
有机高分子＋无机微粒无机微粒分散在 高聚物中
在共聚物加入无机填料可提高高聚物力学 性能，如果无机小分子经表面处理后，与 有机高分子有更好的亲合性，将使高聚物 性能得到更大的改善。
有机小分子有机高分子 ＋ 有机无机互穿网络
无机小分子无机高分子
5.2分子内自杂化
由一种反应物（含亲水基团），水解缩合 后生成带可聚合基团的产物。例子。P287
5.3大分子混合杂化 大分子与大分子的杂化，若是简单混合，
ΔS混合≈0，只有当ΔH混合<0，即混合过程放 热， ΔG混合<0才能实现，而这样的体系很 少．大分子与大分子的杂化不能依靠简单 混合实现，而要用反应杂化来实现．
以正硅酸乙酯为例：
nSi(OC2H5)4+4nH2OnSi(OH)4+4nC2H5OH nSi(OH)4nSiO2+2nH2O nSi(OC2H5)4+2nH2OnSiO2+4nC2H5OH
4.无机，有机物纳米杂化的基本原理
小分子与小分子的杂化，ΔS杂化>>0， 所以ΔG杂化<0比较容易实现，杂化能进行．