纳米复合材料制备方法
纳米复合材料的介绍
纳米复合材料的介绍纳米复合材料是一种由纳米尺度的颗粒或纤维与基体材料相结合而形成的新型材料。
它具有独特的结构和性能，广泛应用于诸多领域，如材料科学、能源、电子、医药等。
本文将从纳米复合材料的定义、制备方法、特点和应用领域等方面进行介绍。
纳米复合材料是由纳米颗粒或纤维与基体材料相结合而形成的材料。
纳米颗粒的尺寸通常在1到100纳米之间，纳米纤维的直径通常在1到100纳米之间。
与传统的材料相比，纳米复合材料具有更大的比表面积和更多的界面，这使得其具有独特的物理、化学和力学性能。
纳米复合材料的制备方法多种多样，常见的包括溶胶-凝胶法、化学气相沉积法、溶液法、电化学沉积法等。
这些方法可以根据不同的需求和材料特性选择合适的制备方法。
例如，溶液法可以用于制备纳米颗粒的复合材料，而化学气相沉积法则适用于制备纳米纤维的复合材料。
纳米复合材料具有许多独特的特点。
首先，由于其纳米尺度的结构，纳米复合材料具有更好的机械强度和硬度。
其次，纳米颗粒或纤维的存在可以增强材料的导电性、导热性和光学性能。
此外，纳米复合材料还具有较好的化学稳定性和抗腐蚀性能。
这些特点使得纳米复合材料在材料科学和工程领域具有广阔的应用前景。
纳米复合材料在诸多领域有着广泛的应用。
在材料科学领域，纳米复合材料可以用于制备高性能的材料，如高强度、高导电性的复合材料。
在能源领域，纳米复合材料可以应用于太阳能电池、锂离子电池等领域，提高能源的转化效率和储存能力。
在电子领域，纳米复合材料可以用于制备高性能的电子器件，如柔性显示屏和传感器等。
在医药领域，纳米复合材料可以用于制备药物载体，实现药物的靶向输送和控释。
此外，纳米复合材料还可以应用于环境保护、食品包装等领域。
纳米复合材料是一种具有独特结构和性能的新型材料。
通过纳米颗粒或纤维与基体材料的结合，纳米复合材料展现出许多优异的特点，应用领域广泛。
随着纳米科技的不断发展，纳米复合材料将在各个领域发挥更加重要的作用，为人类社会的进步和发展做出更大的贡献。
纳米复合材料的应用
率。
提高循环寿命
纳米复合材料可以提高锂离子电 池的循环寿命，使其在多次充放
电过程中保持稳定的性能。
提高安全性
纳米复合材料可以改善锂离子电 池的安全性能，降低其燃烧和爆
炸的风险。
超级电容器
1 2
提高储能密度
纳米复合材料可以作为超级电容器的电极材料， 提高其储能密度，从而增加电容器的储能能力和 输出功率。
纳米复合材料的应用
目录
• 纳米复合材料的简介 • 纳米复合材料在能源领域的应用 • 纳米复合材料在医疗领域的应用 • 纳米复合材料在环保领域的应用 • 纳米复合材料在其他领域的应用
01 纳米复合材料的简介
定义与特性
定义
纳米复合材料是由两种或两种以 上材料组成，其中一种材料为纳 米尺度（1-100纳米）的复合材 料。
提高充放电速度
纳米复合材料可以提高超级电容器的充放电速度， 使其在短时间内完成充电和放电过程。
3
提高稳定性
纳米复合材料可以提高超级电容器的稳定性，使 其在长时间使用过程中保持稳定的性能。
03 纳米复合材料在医疗领域 的应用
药物输送
利用纳米复合材料作为药物载体， 能够实现药物的精准输送和靶向 释放，提高药物的疗效并降低副
04 纳米复合材料在环保领域 的应用
水处理
纳米滤膜
01
利用纳米滤膜技术，可以有效去除水中的细菌、病毒、重金属
离子等有害物质，提高水质。
纳米絮凝剂
02
利用纳米絮凝剂的特性，可以有效吸附水中的悬浮物和有机物，
使水质变得清澈透明。
纳米光催化剂
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。
聚合物基无机纳米复合材料的制备方法──Ⅱ直接分散法和同时形成法
作者简介:生瑜(1966年—),男,江苏泰兴人,福建师范大学高分子研究所副研究员,现在华东理工大学材料工程学院攻读博士学位。
主要研究方向:烷氧金属有机高分子、阻燃高分子材料、纳米复合材料。
聚合物基无机纳米复合材料的制备方法Ⅱ1直接分散法和同时形成法生 瑜1,2,朱德钦2,陈建定1(11华东理工大学材料工程学院,教育部超细材料制备与应用重点实验室,上海 200237 21福建师范大学高分子研究所,福州 350007) 摘要:聚合物基无机纳米复合材料制备的关键问题是无机纳米粒子在聚合物基体中保持其纳米尺度的分散,本文主要讨论直接分散法、同时形成法制备聚合物基无机纳米复合材料的基本原理和技术要点。
关键词:纳米复合材料;有机2无机复合;直接分散法;同时形成法在前文[1]中总结了聚合物基无机纳米复合材料的复合形式和制备方法,并对原位生成法的原理和方法作了详细介绍,在本篇中将对直接分散法和同时形成法制备聚合物基无机纳米复合材料的原理和方法进行讨论。
1 直接分散法所谓直接分散法是指先通过一定的方法制得纳米颗粒,然后将纳米颗粒与聚合物组分(单体或聚合物)通过适当方法制得聚合物基无机纳米复合材料。
这种方法是制备聚合物基无机纳米复合材料的方法中适用面最广的一种,大多数纳米颗粒都可以通过此方法制备成相应的聚合物基纳米复合材料,其基本流程如下。
111 纳米粒子的制备方法简介直接分散法是先制备纳米颗粒,然后再制得其聚合物基纳米复合材料。
因此有必要对纳米颗粒的制备方法作一简单介绍。
纳米粒子的制造是纳米材料学研究中的一项重要内容,它涉及材料、物理、化学、化学工程等多门学科,是一门边缘科学技术。
常用的制备方法[2]有气相法、液相法,亦有直接使用高能机械球磨直接粉碎的固相法。
气相法主要有低压气体中蒸发法(气体冷凝法)、活性氢2熔融金属反应、溅射法、流动液面真空蒸镀法、通电加热蒸发法、混合等离子法、激光诱导化学气相沉积(LIC VD )、化学蒸发冷凝法(C VC )、爆炸丝法。
溶胶_凝胶法制备有机_无机纳米复合材料
1998年6月 C HIN ESE JO U RN AL O F A P PL IED CHEM IST RY Jun.1998溶胶-凝胶法制备有机-无机纳米复合材料曹立新* 袁迅道 万海宝 曾广赋 席时权(中国科学院长春应用化学研究所 长春130022)摘 要 溶胶-凝胶法以其温和的反应条件,尤其是低的反应温度成为有机-无机纳米复合材料制备的最有效的方法.本文根据合成路线的不同,分5个方面对用溶胶-凝胶法制备复合材料进行概要介绍.关键词 有机-无机,纳米复合材料,制备,溶胶-凝胶法复合材料是由两种或多种性质不同的材料组成,具有各向异性和可设计性,高的比强度和比模量,良好的加工成型性和尺寸稳定性.有机-无机复合材料兼具有机材料和无机材料的特点,如能在纳米大小或分子水平进行复合,将会增添一些纳米材料的特性,特别是无机与有机的界面特性将使其具有更广阔的应用前景.但是,无机材料的制备大多要经过1000℃以上的退火处理,而有机聚合物一般在几百摄氏度就开始分解,因此有机-无机复合材料的制备存在着相当大的困难.溶胶-凝胶技术是指金属的有机或无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化,再经热处理而成为氧化物或其他固体化合物的方法[1].该法起源于1846年,但制备有价值的玻璃及陶瓷材料还是近20年来才发展起来的.利用溶胶-凝胶技术制备材料,具有制品的均一性好,化学成分可以有选择的掺杂,制品的纯度高,可以制得纤维、薄膜等不同形态的制品,烧结温度比传统的固相反应法低200～500℃等优点.1 有机聚合物存在下形成无机相有机-无机纳米复合材料最直接的合成路线就是将有机聚合物溶解于合适的共溶剂中,由此制备溶胶,进一步凝胶化形成无机相.如果条件控制得好,在凝胶的形成与干燥过程中,不发生相分离,即制得有机-无机纳米复合材料.在复合材料中,聚合物与无机网络间既可以是简单的包埋与被包埋,也可以有化学键存在.用此法进行材料的合成过程中,关键是选择共溶剂.常用的共溶剂有四氢呋喃,二甲氧基乙烷,甲酸,乙酸,乙酸甲酯,醇类(甲醇,乙醇,异丙醇等),丙酮,N,N-二甲基乙酰胺,N,N-二甲基甲酰胺等.问题的复杂性在于许多开始溶解的聚合物在反应的后一阶段会沉淀出来.尽管有溶解性的限制,对聚乙烯醇[2],聚乙烯乙酸酯[3],聚甲基丙烯酸甲酯[3],聚二甲基丙烯酰胺[3],双酚A碳酸酯[3]等仍进行了详细的研究.Novak等人已经找到一些可溶性聚合物可以在缩合和干燥的过程中,保持均一地包埋于通过溶胶-凝胶过程得到的二氧化硅网络中.带有碱性官能团的聚合物如胺类和吡啶类,在酸的催化下,可以溶于形成凝胶前的溶胶-凝胶溶液中,聚(2-乙烯基吡啶),聚(4-乙烯基吡啶),聚丙烯腈在用有机酸作共溶剂的条件下可以溶解1997-09-17收稿,1998-02-23修回国家自然科学基金资助项目2应用化学 第15卷 于硅酸乙酯或硅酸甲酯和水的溶液中,在合适的条件下,硅酸乙酯水解缩合制得了含有有机聚合物的光学透明的凝胶,并在室温下缓慢干燥,制得了有机聚合物均匀地包埋于三维二氧化硅网络中的透明性很好的复合材料[4].复合材料的性质取决于聚合物分散的均一性、聚合物的质量分数、相对分子质量、溶胶-凝胶溶液的pH值及水的含量.复合材料的模量随着无机组份含量的增加而提高,而增加酸的含量会降低模量,但是会提高断裂伸长率.小角X射线散射研究表明,在较低pH值下合成的样品,低聚物分散的越均一,韧性就越好.为了提高聚合物在无机相中分散的均匀性,采取在无机相与有机相间引入化学键的办法.在无机相和有机相间引入化学键通常是采用在预先形成的含有三烷氧基硅烷基的聚合物存在下,进行溶胶-凝胶反应的方法.由于C—Si键对于水解反应是惰性的,因此实验上不会改变烷氧化物从Si中心水解的速率,悬吊的硅烷基很容易组合到无机结构中.含有端基为三乙氧基硅烷基的聚四氢呋喃低聚物(-75℃)的复合物已有报道[5,6].材料性质受相对分子质量影响(M n=650,1000,2000),相对分子质量低,复合物的模量高.相对分子质量相当时,端基为硅烷基的低聚物同端基不是硅烷基的低聚物比较,当两相交联时,断裂伸长率由77%增加到241%,扬氏模量由15M Pa增加到220M Pa,极限强度由10M Pa增加到45M Pa.增加有机相与无机相间的交联键的数目,对于强度影响不大,但可增大扬氏模量而减小断裂伸长率.无机结构的调整对于有机-无机复合材料的性质具有深远的影响,已经制得无机相中含有混合氧化物TiO2/SiO2[7]和ZrO2/SiO2[8]的复合材料.在无机相中键合进二氧化钛组份,除可以提高材料的抗擦能力及硬度外,还可以提高聚四氢呋喃复合物的机械性能,同纯的二氧化硅复合物相比,加入15%二氧化钛使极限强度由1M Pa增加到11M Pa,扬氏模量由7M Pa增加到22M Pa,断裂伸长率也稍有提高.将二氧化钛含量增加到30%,将使断裂伸长率由136%降到60%,却使扬氏模量增加了3倍,由22M Pa增加到70M Pa.我国在采用此方法合成有机-无机复合材料方面也有报道[9,10].黄智华等在四氢呋喃溶液中制得了甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸(3-三甲氧基硅烷基)丙酯的聚合物,再在此溶液中以正丁醇钛为前体进行溶胶-凝胶反应,得到浅黄色透明的有机-无机复合材料.该复合材料通过甲基丙烯酸(3-三甲氧基硅烷基)丙酯(M SM A)在两相间引入共价键,使得聚合物相与无机网络的相溶性增强.含有M SM A的杂化材料是透明的,而不含M SM A的杂化材料则不透明.复合材料的热分解温度与玻璃化温度均高于纯的PM M A聚合物.漆宗能小组的陈艳等通过硅酸乙酯在聚酰胺酸的N,N’-二甲基乙酰胺溶液中进行溶胶-凝胶反应,制备出不同二氧化硅含量的聚酰亚胺/二氧化硅复合薄膜材料.二氧化硅质量分数低于10%的样品为透明浅黄色薄膜,高于10%的样品为不透明棕黄色薄膜.与纯聚酰亚胺相比,复合材料具有更高的热稳定性和更高的模量,显著降低的线膨胀系数,拉伸强度和断裂伸长率随二氧化硅含量而变化,在10%和30%附近出现最大值.采用上述方式合成有机-无机纳米复合材料,直接、简便.在两相间引入化学键可以提高两相的互溶性,使聚合物在无机相中分散的更均一,因而提高了材料的性能,但是只有很少的聚合物在三组分的溶胶-凝胶溶液中是可溶的,因此限制了这一方法的应用.2 无机溶胶与有机聚合物共混这种方式首先是采用金属醇盐水解、再对水解产物进行胶溶而制成溶胶或者对通过无机盐而得到的溶液进行胶溶而得到溶胶,之后选择好共溶剂,使溶胶与聚合物在共溶剂中共混,最后再凝胶化制得复合物.Suzuki 等[11]用异丙醇铝同水在80～90℃回流,再加入胶溶剂乙酸胶溶得到了澄清的溶胶,将3%的聚乙烯醇(PV A )水溶液同该溶胶以一定比例混合进行凝胶化反应,得到的凝胶在真空下干燥而得到了聚乙烯醇/Al 2O 3复合物.该复合物均匀透明,随着Al 2O 3的含量由0增加到100%,其在490nm 处的平均透过率为85%,证明复合物中Al 2O 3粒子的尺寸至少小于500nm.当PV A 含量在40%～50%时,复合物是弹性的,容易对折,在25℃的饱和水蒸气中可以拉长5倍,而且煅烧后的剩余物保持着原来的形状,随着Al 2O 3含量由0增加到60%,扬氏模量由4312M Pa 上升到12250M Pa.这一方法有聚合物溶解性问题,粒子的尺寸较大,因此采用这一方式的不多.3 无机相存在下单体聚合早在1984年,Schmidt 就用三乙氧基硅烷R ’Si (O R )3作为反应前体(其中R ’是可以聚合的有机官能团,如环氧官能团),通过光化学处理或热处理,使有机网络在已形成的无机网络中形成,从而得到有机-无机复合物[12,13].首先,Schmidt 通过3-缩水甘油丙基醚三甲氧基硅烷与5～20摩尔分数的钛醇盐共缩合合成了TiO 2/SiO 2环氧化物复合材料.该复合材料具有优异的透明性、硬度和可润湿性,但也表现出了相对低的强度(抗拉强度约为2～3M Pa )及脆性(弹性模量约为3000M Pa ).为了提高物质的机械性能,聚甲基丙烯酸甲酯通过甲基丙烯酸酯单体在已形成的无机网络中聚合而被引入到复合物中.有机相与无机相间的交联键通过具有三甲氧基硅烷基的甲基丙烯酸酯单体而引入.该复合物的抗拉强度比不含有PM M A 的TiO 2/SiO 2复合物提高了40%,弹性模量没有什么变化.虽然硬度和折射指数稍有降低,但是增加的弹性却为加工和机械处理提供了方便.在采用此方法合成复合材料方面,漆宗能小组的赵竹第等[14]对苯乙烯-马来酸酐共聚物-聚硅氧烷纳米尺度复合材料进行了研究.他们将含有V -缩水甘油丙基醚三甲氧基硅烷的水解物、苯乙烯、马来酸酐和少量引发剂的混合溶液在适当的条件下制成凝胶,再经热处理,得到浅黄色的有机-无机复合材料.该材料在500～800nm 的可见光范围内具有高达80%的透光度.复合材料的模量比不含无机组份的纯的苯乙烯-马来酸酐共聚物明显增大,玻璃化温度也从130℃上升到168℃.无机相约以2nm 尺寸均匀地分散于有机聚合物基体中,平均两个无机粒子之间的距离为7.7nm.无机相的引入增加了材料的模量和断裂强度,有机聚合物的分解温度由330℃上升到430℃.唐有祺小组的张隽等[15]分别在交联剂丙烯酸和烯丙基乙酰丙酮的存在下,以正丁醇钛为反应前体制成溶胶,再加入甲基丙烯酸甲酯单体,以过氧化苯甲酰为引发剂进行自由基聚合反应而得到了PMM A /TiO 2有机-无机复合材料.该复合材料是有色透明的,根据交联剂和二氧化钛含量的不同,颜色可以由黄色变到深红色,热稳定性与纯的聚甲基丙烯酸甲酯相比有明显提高,分解温度提高了50℃.而以烯丙基乙酰丙酮为交联剂的复合材料具有热致变色效应,在较高温度下是透明的橙红色或深红色,在较低温度下为不透明的黄色.这一方式比较繁琐,工作量较大.4 有机相与无机相同步形成互穿网络为使溶解性不好的聚合物也能形成两相互溶的有机-无机纳米复合物,人们在方法上进行了改进,采用有机相与无机相同步形成互穿网络的方式,制得透明的含有在典型的溶胶-凝胶3第3期曹立新等:溶胶-凝胶法制备有机-无机纳米复合材料 4应用化学 第15卷 溶液中不溶的聚合物的有机-无机复合材料.Nov ak等[16]发展了一种有趣的方法来形成有机-无机互穿网络.除了传统的自由基路线,他以溶液开环复分解聚合作为有机聚合的方法,该反应同溶胶-凝胶反应所限制的反应条件一致(如碱性或酸性的溶液性质).复合物的合成是通过环烯烃单体的开环复分解聚合同金属醇盐的水解缩合同步进行来实现的.通过开环复分解聚合反应可以合成低玻璃化温度(从-100℃到+250℃)的聚合物,该反应是在各种Ru3+或Ru2+盐的催化下进行的. 的聚合物是一种很难加工且不溶的聚合物,利用此方法,可使 的聚合物很均匀地分布于无机网络中,浓度可达到大约60%.并且不发生宏观上的相分离.电子显微镜的研究显示,与预先形成的聚合物组合到无机相中而得到的复合物相比,形成有机-无机互穿网络的复合材料具有更好的均一性.在这一方法中,关键是要控制两个反应的反应速率匹配,否则将得不到均一的聚合物-无机复合网络.这一方式的优点是制成的复合材料具有更好的均一性,且不溶性的有机聚合物也有可能参与到有机-无机复合网络中来;其困难之处在于很难找到反应条件一致的有机聚合和无机水解缩合这两个反应.5 合成不收缩的胶体以上各种方法都存在一个共同的特点,就是在制凝胶的干燥过程中,由于无机溶胶形成中释放出的水和醇类等的蒸发而引起收缩,从而引进了相当大的应力,阻碍材料在某些方面的应用.为了解决收缩的问题,Novak等[16,17]合成了一系列四烷基原硅酸酯的衍生物作为反应前体,这些衍生物中含有可聚合的烷氧基团.在溶胶-凝胶过程中,这些硅氧烷衍生物的水解缩合释放出4当量可聚合的醇,在适当的催化剂存在下(自由基或开环复分解聚合),用理想配比量的水和相应的醇作为共溶剂,使溶液中所有的组份都参加反应,贡献给无机网络或有机聚合物.由于溶剂和释放出的醇都参与了聚合,因此避免了因挥发而造成的大规模的收缩.复合物的机械性能可以通过在两相间引入交联键来得到提高,无机组份的含量由四烷氧基硅烷前体的配比所决定,其含量在10%～15%范围内.采用这一方式的优点是复合物均匀而不收缩,缺点是反应前体必须特殊合成.有机-无机纳米复合材料已在非线性光学材料[18]、可调固态激光器[19]和化学传感器[20]等方面表现出广阔的应用前景,而随着有机-无机纳米复合材料在应用方面的不断开发,其制备方法将不断得到改进和完善.参 考 文 献 1 丁子上,翁文剑.硅酸盐学报,1993,21(5):443 2 M esse rmith P B,Stupp S I.Polym Prepr,1991,32:536 3 La ndry C J T,Co lt rain B K.Polym Prepr,1991,32:514 4 Nov ak B M,Ellsw o rth M,Wa llow T I et al.Polym Prepr,1990,31:698 5 Huang H-H,Wilkes G L.Polym Bull,1987,18:455 6 Huang H-H,Wilkes G L,Ca rlson J G.Polymer,1989,30:2001 7 Gla ser R H,W ikes G L.Poly m Bull,1988,19:51 8 W ang B ,Gung o r A ,Br ennan A B et al .Polym Prepr ,1991,32:521 9 黄智华,丘坤元.高等学校化学学报,1997,18:803 10 陈艳,王新宇,高宗明等.高分子学报,1997,(1):73 11 Suzuki F ,O nozato K .J Appl Polym Sci ,1990,39:371 12 Sch midt H,Philipp G.J N on -Cryst Solids ,1984,63:283 13 Sch midt H .J N on -Cry st Solids ,1989,112:419 14 赵竹第,高宗明,欧玉春等.高分子学报,1996,(2):228 15 张隽,罗胜成,桂琳琳等.物理化学学报,1996,(12):289 16 Ellsw or th M W ,N ov ak B M.J Am Chem Soc ,1991,113:2756 17 N ov ak B M ,Davies C.Macromolecules ,1991,24:5481 18 Pa ng Y ,Samoc M ,Prasad P N .J Chem Phy s ,1991,94:5282 19 Canv a M ,Geo rg es P ,Per elg ritz J -F et al .Appl Opt ,1995,34:428 20 Zusman R,Rot tman C,O ttoleng hi M et al .J N on -Cry st Solids ,1990,122:107Preparation of Inorganic -Organic NanocompositeMaterials by Sol -Gel ProcessCao Lixin *,Yuan Xundao,W an Haibao,Zeng Gua ngfu,Xi Shiquan(Changchun Institute of Applied Chemistry ,Chinese Academy of Sciences ,Changc hun 130022)Abstract The sol-g el process,w ith its associated mild conditio ns,especially the low reac-tion temperature ,becom es the most effectiv e metho d to prepare inorga nic -o rganic nanocom-posite ma terials .In this paper ,acco rding to the ma teria ls ’sy nthetic ro utes ,the sol -g el ap-proach is review ed in fiv e parts.Keywords ino rganic-org anic na nocomposite m aterial,preparatio n,sol-g el process,review 5第3期曹立新等:溶胶-凝胶法制备有机-无机纳米复合材料 。
插层法制备聚合物基纳米复合材料
插层法制备聚合物基纳米复合材料董歌材研1203班 2012200337 纳米材料技术是80年代末刚刚兴起的一种新技术，其基本内涵是在0.1-100nm空间尺度内操纵原子或分子或对材料进行加工，从而制备具有特定功能的产品。
1990年7月第一届国际纳米科学技术(NST，Nano Seience and Teehnology)会议在美国巴尔基摩召开，从而正式把纳米材料科学作为材料科学的一个新的分支公布于世[1]。
1992年1月第一本纳米材料科技期刊Nanostructural Materials出版。
1994年10月第二届国际NST会议在德国召开，从此纳米材料科学成为材料科学、凝聚态物理化学等领域研究的热点。
纳米科学技术所研究的尺寸空间介于宏观和微观之间，它的诞生使人们对材料的认识延伸到过去未被重视的纳米尺度，标志着材料科学进入一个新的层次。
通过在这一尺度上对材料进行操作，可以使材料性能产生质的飞跃，因此纳米材料技术为材料的发展提供了一个崭新的空间，也为新技术革命增加了一项重要内容[2]。
1纳米粒子的特点及其制备1.1纳米材料的特点一般称尺寸在1-100nm范围内的颗粒为纳米粒子，它是一种介于固体和分子之间的亚稳态物质。
当颗粒尺寸进入纳米量级时，其本身及由它所构成的纳米材料由于所谓的纳米效应，表现出许多与常规尺寸的材料完全不同的特殊性质。
纳米效应主要表现在以下几个方面：(1)表面和界面效应：纳米粒子尺寸小，比表面积大，位于表面的原子占相当大的比例，而且随着粒径减小，比表面积急剧增大，位于表面的原子所占的比例也迅速增加，比如，当粒子半径为5nm时，比表面积为180m2/g，表面原子所占比例为50%，当粒径减小到2nm时，比表面积增至225m2/g，表面原子所占比例达到80%。
由于表面原子邻近缺少与之配位的原子，处于不稳定状态，很容易与其它原子结合，因此纳米粒子有很强的表面活性。
表面原子的不稳定性使纳米粒子表现出很多特殊的性质，像纳米陶瓷粉的熔点、烧结温度和晶化温度均比常规粉体低得多，比如常规氧化铝的烧结温度为1700-1800℃，而纳米氧化铝可在1200-1400℃的温度下烧结，致密度高达99%，形成的陶瓷在低温下表现出良好的延展性；大块的纯金熔点为1063℃，当制成2nm的微粒后熔点仅为300℃；催化剂制成纳米微粒会大大提高催化效果，比如有机化学的加氢或脱氢反应，用粒径为30nm的镍作催化剂时反应速度比用常规尺度的镍催化时的速度高15倍。
天然橡胶纳米复合材料的制备方法
1.2插层法
许多无机化合物具有典型的层状结构，可嵌入聚合物形 成层状结构的纳米复合材料。该材料既具有粘土矿物优 良的强度、尺寸稳定性和热稳定性，又具有聚合物的力 学性能、加工性能等。按照复合过程，复合方法主要有 以下几种：单体插层聚合法，这类复合材料的制备，先 将单体嵌入硅酸盐片层中，然后进行复合；聚合物熔体 直接插层法，聚合物熔体插层是聚合物在一定温度时， 在作用下直接插层进入蒙脱土片层间；聚合物直接嵌入 法，聚合物溶液插层是聚合物大分子链在溶液中在溶剂 的作用下插层进入蒙脱土的硅酸盐片层间。然后挥发去 溶剂。其中溶液中聚合物直接嵌入复合法缺点是大量溶 剂不易回收，对环境造成一定的污染。插层法工艺流程 图如图2：
前言2
纳米材料一般是指粒径在 1～100 nm间的 粒子，既非典型的微观系统 ，亦非典型的 宏观系统，是一种典型的介关系统。研究表 明，当材料尺寸小于 100 nm时，由于产生 表面效应、 量子尺寸效应、 体积效应和量 子隧道效应等，使材料表现出传统固体不具 有的化学性能、 机械性能、 电学性能、磁 学性能和光学性能等特异性能，从而引起国 内外的高度重视，纳米技术将在21世纪初引 发一场技术革命。
0.纳米技术对橡胶复合材料改性的理论分 析
1.在橡胶的生产加工过程中，需加入增塑剂、 补强剂等以提高橡胶的韧性和强度。高分子 材料的增强效果主要取决于增强材料的几何 因素、 高聚物本身的性质及增强材料与高 聚物界面的结合力。粒子增强复合材料，主 要是基体承受载荷，粒子相的作用是阻碍分 子链运动。增强效果与粒子相的体积含量、 分布、 直径、 分子间距等有关，其中影响 其增强效果的主要因素有增强剂的粒径、 结构性和表面活性。
பைடு நூலகம்
1.3共混法
共混法也叫直接分散法，该方法首先制备样品(纳米 粒子)再通过有机聚合物混合。通常采用的共混方法 有4种：溶液共混，把一些聚合物溶解在溶剂中，再 加入纳米粒子，在搅拌器的作用下，使纳米粒子在溶 液中分散混合均匀，最后，除去溶剂或使之聚合得到 样品；悬浮液或乳液共混，方法与共混方法类似，把 溶液换成乳液；熔融共混，主要用于加工聚合物，液 晶型聚合物的原位复合，此法的加工条件是临界浓度 和温度的确定和控制；机械共混，通过机械加工方法 使纳米粒子与材料的合成分步进行，能够控制纳米粒 子的物质状态大小。其缺点是纳米粒子容易聚在一团， 在共混时的均匀分散，有一定的困难。共混法工艺流 程如图3：
石墨烯纳米复合材料的制备及应用
石墨烯纳米复合材料的制备及应用随着材料科学技术的不断发展，石墨烯这种特殊材料被越来越多地应用于诸如高强度材料、高导电材料、高热导材料等领域。
但是石墨烯纯粹的形态在某些领域中不一定能够满足要求，因此需要与其他材料结合起来形成复合材料，以期获得更好的性能。
本文将介绍石墨烯纳米复合材料的制备方法及其应用。
一、石墨烯纳米复合材料制备方法1.机械混合法这是一种较为简单的制备方法，将石墨烯和其他纳米材料一起经过机械混合后再进行压制成材料。
但是这种方法难以获得优秀的分散效果和界面相容性，因此在性能方面存在局限。
2.沉积法这是一种常见的制备方法，通过将纳米材料分散在溶液中，然后将石墨烯沉积在纳米材料上面。
这种方法可以获得较好的分散效果和界面相容性，但是需要进行复杂的前处理和后处理过程。
3.化学还原法这种方法通过化学反应来制备石墨烯纳米复合材料。
将还原剂与石墨烯和其他纳米材料混合，利用还原剂产生的化学反应来将石墨烯还原，然后与其他纳米材料结合形成材料。
这种方法具有优秀的分散效果和界面相容性，制备操作简单，成本低廉，因此被广泛应用。
二、石墨烯纳米复合材料的应用及优势1.高强材料石墨烯具有优秀的强度和刚度，而与其他材料结合可以进一步提高强度。
例如，与纳米碳管混合的石墨烯可以形成更加坚韧且抗弯曲的材料，因此可以应用于强度要求较高的结构材料中。
2.高导电和高热导材料石墨烯本身具有优秀的导电和热导性能，当与其他材料结合可以形成具有更高导电和热导性能的材料。
例如，与金属纳米颗粒混合的石墨烯可以形成高效的热界面材料，用于导热和散热。
3.吸附材料石墨烯和其他纳米材料结合可以形成高效的吸附材料，例如，与氧化镁纳米颗粒混合的石墨烯可以应用于吸附有机污染物的处理。
4.传感器石墨烯和其他纳米材料结合可以形成高灵敏、高精度的传感器，例如，与金属纳米颗粒混合的石墨烯可以应用于制备高灵敏的压力传感器。
综上所述，石墨烯纳米复合材料可以应用于很多领域，具有优良的性能和广阔的应用前景。
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纳米复合材料制备方法
引言：
纳米复合材料是由两种或更多种不同材料的纳米粒子组成的材料，具有优异的力学、光学、电学和磁学性能。
制备纳米复合材料的方法多种多样，包括物理法、化学法、生物法等。
本文将介绍几种常见的纳米复合材料制备方法。
一、物理法制备纳米复合材料
物理法制备纳米复合材料主要包括机械合金化、溅射法和蒸发凝聚法等。
机械合金化是通过高能球磨、挤压等机械力使不同材料的粉末在微观尺度上混合，从而得到纳米复合材料。
溅射法是通过将两种或多种材料的靶材置于真空室中，利用高能粒子轰击靶材表面，使其溅射到基底上形成复合薄膜。
蒸发凝聚法则是通过热蒸发或电子束蒸发将不同材料蒸发在基底上，形成纳米复合薄膜。
二、化学法制备纳米复合材料
化学法制备纳米复合材料的方法较多，常见的有溶胶-凝胶法、沉积法和共沉淀法。
溶胶-凝胶法是通过将溶胶中的纳米颗粒进行凝胶化处理，形成纳米复合材料。
沉积法是将溶液中的纳米粒子通过沉积在基底上的方式来制备纳米复合材料。
共沉淀法是将两种或多种溶液混合后进行共沉淀，形成纳米复合材料。
三、生物法制备纳米复合材料
生物法制备纳米复合材料是利用生物体或生物体系合成纳米复合材料，主要包括生物矿化法、生物还原法和生物合成法。
生物矿化法是利用生物体内的有机物质在无机物质的作用下形成纳米复合材料。
生物还原法是利用生物体内的还原酶或还原酶系统来还原金属离子，从而形成纳米复合材料。
生物合成法则是利用生物体内的酶或细胞来合成纳米复合材料。
四、其他方法制备纳米复合材料
除了上述方法外，还有一些其他方法可以制备纳米复合材料，比如电化学法、微流控法和激光法等。
电化学法是利用电化学反应在电极上制备纳米复合材料。
微流控法是通过微流体技术将不同材料的液滴或颗粒进行混合，形成纳米复合材料。
激光法则是利用激光辐照材料溶液或材料表面，使其形成纳米复合材料。
结论：
纳米复合材料制备方法多种多样，根据不同的材料和需求可以选择合适的方法进行制备。
物理法、化学法、生物法以及其他方法都有各自的特点和适用范围。
随着纳米技术的不断发展，纳米复合材料的制备方法也将不断创新和完善，为各个领域的应用提供更多可能性。