高分子纳米复合材料
纳米复合材料的发展现状及展望
纳米复合材料的开展现状及展望纳米材料是物质以纳米构造按一定方式组装成的体系，以下是的一篇探究纳米复合材料开展现状的，供大家阅读参考。
：从纳米技术的角度论述了非金属粘土矿物——蒙脱石制备聚合物基纳米复合材料的开展现状和开展前景，并预测了聚苯乙烯纳米复合材料可能开展的新领域。
纳米是长度单位(Nanometer，nm)，原称“毫微米”，1 nm=10-9 m，即十亿分之一米，一只乒乓球放在地球上就相当于将一纳米直径的小球放在一只乒乓球上。
纳米粒子通常是指尺寸在1 nm～100 nm之间的粒子。
纳米效应为实际应用开拓了广泛的新领域。
利用纳米粒子的熔点低，可采取粉末冶金的新工艺。
调节颗粒的尺寸，可制造具有一定频宽的微波吸收纳米材料，用于电磁波屏蔽、隐形飞机等。
纳米银与普通银的性质完全不同，普通银为导体，而粒径小于20 nm的纳米银却是绝缘体。
金属铂是银白色金属，俗称白金;而纳米级金属铂是黑色的，俗称为铂黑。
纳米粒子具有很高的活性，例如木屑、面粉、纤维等粒子假设小到纳米级的范围时，一遇火种极易引起爆炸。
纳米粒子是热力学不稳定系统，易于自发地凝聚以降低其外表能，因此对已制备好的纳米粒子，如果久置那么需设法保护，例如保存在惰性空气中或其他稳定的介质中以防止凝聚。
纳米材料是物质以纳米构造按一定方式组装成的体系。
它是纳米科技开展的重要根底，也是纳米科技最为重要的研究对象。
纳米技术被公认为21世纪最具有开展前途的科学之一，纳米材料也被人们誉为21世纪最有前途的材料。
由于纳米材料本身所具有的特殊性能，使其能够广泛应用于化工、纺织、军事、医学等各个领域。
本文阐述了蒙脱石/高聚物纳米复合材料的研究进展，并对其开展前景加以展望，期望对其深层次的加工应用有所帮助。
纳米材料有多种分类方式，按其维数可分为：零维的纳米颗粒和原子团簇，一维的纳米线、纳米棒和纳米管，二维的纳米膜、纳米涂层和超晶格等;按化学成分可分为：纳米金属，纳米晶体，纳米陶瓷，纳米玻璃以及纳米高分子等;按材料物性可分为：纳米半导体材料，纳米磁性材料，纳米非线性光学材料，纳米铁磁体材料，纳米超导体材料，以及纳米热电材料等;按应用可分为：纳米电子材料，纳米光电子材料，纳米生物医用材料，纳米敏感材料，以及纳米储能材料等;按照材料的几何形状特征，可以把纳米材料分为：①纳米颗粒与粉体;②碳纳米管与一维纳米线;③纳米带材;④纳米薄膜;⑤中孔材料(如多孔碳、分子筛);⑥纳米构造材料;⑦有机分子材料。
探讨纳米复合材料发展趋势
探讨纳米复合材料发展趋势进入21世纪，各领域对高性能材料的依赖程度越来越高，纳米材料是一种应用性能很高的工程材料，其应用范围非常广泛。
2008年，美国举办了材料科学学会，会议指出：“纳米材料工程将成为21世纪工程材料的重要组成部分。
”纳米复合材料是纳米工程材料的重要分支，目前，很多企业已纷纷将技术研发目标转向纳米复合材料，并逐渐加大研究力度，扩大技术应用范围。
1 纳米复合材料理论概述通过对纳米复合材料进行系统分析可知，可以按照材料性质将其划分为三种类型。
1.1 单体复合材料单体符合材料是不同种类、成分的纳米粒子经过工业处理复合而成的，这种纳米固体的物理结构非常稳定，且化学性质也很可靠。
因为组成成分少，所以单体复合材料纳米粒子的复合最完全，其分子结构之间的基团链不会随温度、压力的变化而变化。
1.2 双体复合材料双体复合材料可以通过工业处理将纳米粒子均匀的分散到二维薄膜材料中，粒子在弥散过程中会产生均匀或不均匀两种分布状态，这两种分布状态的复合结构都具有一定的稳定性。
均匀和非均匀弥散状态的薄膜基体表现出的层状结构具有明显的差异性，纳米粒子分散混乱的材料的构成层级种类很多，分散有序、均匀的材料层级种类较少。
1.3 多体复合材料多体复合材料可以通过工业处理将纳米粒子均匀的分散到三维固体中，纳米粒子会通过外力作用，深入固体组织结构，改变其分子集团的分布情况，进而影响三维固体的物理性能和化学性能。
多体复合材料的应用前景非常好，是当今纳米材料科研工作者研究的重点问题。
2 纳米复合材料发展趋势分析2.1 纳米复合涂层材料纳米复合涂层材料的化学性质稳定，并且柔韧性好、硬度高、耐腐蚀性强，在工程材料表面涂抹这种防护材料不仅可以防止工程材料的破损，还能增加工程材料的防护功能。
随着现代工业技术的发展，复合涂层材料得到了显著发展，单一纳米结构逐渐转变为多层纳米结构。
美国著名纳米工程材料研究专家普修斯于2012年成功研制出了复合涂层纳米材料，这类纳米材料的抗氧化性能非常好，可以在高温条件下保持不褪色、不热化。
纳米材料在高分子材料中的应用
纳米材料在高分子材料中的应用班级:Z090162 学号:Z09016206 姓名:张欢纳米材料及其技术是随着科技发展而形成的新型应用技术。
纳米材料的研究是从金属粉末、陶瓷等领域开始的,现已在微电子、冶金、化工、电子、国防、核技术、航天、医学和生物工程等领域得到广泛的应用。
近年来将纳米材料分散于聚合物中以提高高分子材料性能的研究也日益活跃,并取得了许多可观的成果。
一、纳米粒子的特性及其对纳米复合材料的性能影响1·1纳米粒子的特性纳米粒子按成分分可以是金属,也可以是非金属,包括无机物和有机高分子等;按相结构分可以是单相,也可以是多相;根据原子排列的对称性和有序程度,有晶态、非晶态、准晶态。
由于颗粒尺寸进入纳米量级后,其结构与常规材料相比发生了很大的变化,使其在催化、光电、磁性、热、力学等方面表现出许多奇异的物理和化学性能,具有许多重要的应用价值。
(1)表面与界面效应。
纳米微粒比表面积大,位于表面的原子占相当大的比例,表面能高。
由于表面原子缺少邻近配位的原子和具有高的表面能,使得表面原子具有很大的化学活性,从而使纳米粒子表现出强烈的表面效应。
利用纳米材料的这种特点,能与某些大分子发生键合作用,提高分子间的键合力,从而使添加纳米材料的复合材料的强度、韧性大幅度提高。
(2)小尺寸效应。
当超细微粒的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时,晶体周期性的边界条件将被破坏,导致其磁性、光吸收、热、化学活性、催化性及熔点等发生变化。
如银的熔点为900℃,而纳米银粉的熔点仅为100℃(一般纳米材料的熔点为其原来块体材料的30%~50%)。
应用于高分子材料改性,利用纳米材料的高流动性和小尺寸效应,可使纳米复合材料的延展性提高,摩擦系数减小,材料表面光洁度大大改善。
(3)量子尺寸效应。
即纳米材料颗粒尺寸小到定值时,费米能级附近的电子能级由准连续能级变为离散能级的现象。
其结果使纳米材料具有高度光学非线性、特异性催化和光催化性质等。
《纳米复合材料》PPT课件
（1）热压烧结 热等静压(HIP)也属于热压烧结的一种。它是用金属箔代 替橡胶模具，用气体代替液体，使金属箔内的陶瓷基体 和纳米增强体混合粉末均匀受压。通常所用气体为氦气、 氩气等惰性气体，金属箔为低碳钢、镍、钼等。一热等静压烧结。 与一般热压烧结法相比，HIP法使混合物料受到各向同 性的压力，使显微结构均匀；另外HIP法施加压力高，在 较低温度下即可烧结。
（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。
基体中的显微缺陷及晶须密集处同样存在较大内应力和孔 穴的积累而形成的疲劳裂纹。 疲劳裂纹的扩展是由于裂纹前沿所形成的微孔的连接而引 起的。当裂纹的扩展遇到SiC微粒或晶须时，裂纹扩展会停 止，而等待附近其他微孔的积累、连接，再引发裂纹形成 及扩展。 含有复合基体的SiCw增强纳米复合材料，其裂纹的形成及 扩展受基体韧化的影响，因而提高了其疲劳性能。
3 抗蠕变、抗疲劳性好
颗粒增强的纳米复合材料的最小蠕变速率要比基体合金低 2个数量级；在相同蠕变速率下，颗粒增强时可比未增强 基体的蠕变应力增加1倍左右，即纳米复合材料所承受的 应力提高了1倍。 晶须增强时又要比颗粒增强时抗蠕变性能更好。 一般纳米复合材料的应力指数n明显高于基体。基体的n约 为4—5，而纳米复合材料的n约为9—20。这反映了纳米 复合材料的蠕变速率对应力的敏感性大。 颗粒和晶须增强金属基纳米复合材料的疲劳强度和疲劳寿 命一般比基体金属高。纳米复合材料疲劳性能的提高可能 与其强度和刚度的提高有关。
纳米复合材料
Eg. SiO2纳米微粒
2、0-3复合型：
纳米粒子分散在常规三维固体中，另外通过物理或化学方法 将纳米粒子填充在介孔中，形成介孔复合的纳米复合材料。 Eg. 塑钙材料
3、0-2复合型：
把纳米粒子分散到一维的薄膜材料中，可分为均匀弥散和非 均匀弥散，称为纳米复合薄膜材料。 Eg. 碳纳米薄膜
2、阻隔性能
这是插层型聚合物基纳米复合材料最突出的性能之一，由于聚 合物分子链进入到无机纳米材料片层之间，分子链段的运动受到限 制，提高了复合材料的耐热性及尺寸稳定性。
3、新型功能材料
纳米粒子均匀分散在复合材料之中，可以直接或间接地达到具 体功能的目的。
二、纳米复合材料的示例
（一）、碳纳米管／聚苯胺复合材料 （二）、磷灰石-硅灰石/壳聚糖复合材料
王旭峰、熊峰、韩林奇 夏郑华、邵良志
一、纳米复合材料的简述
（一）、定义
纳米复合材料通常定义为，它是指组成 相中至少有一相在一个维度上为纳米量级， 通常在微米和亚微米的基体中添加纳米第二 相或在纳米基体中添加纳米第二相的复合材 料体系。
（二）、分类
0-3复合型
类别
0-0复合型 0-2复合型
1、0-0复合型：
2、性质研究
磷灰石-硅灰石(AW)生物活性玻璃陶瓷具有良 好的生物活性和生物相容性，壳聚糖(CS)是一种 可以降解的有机高分子天然生物材料，它具有良 好的物理性质、生物相容性并可有效地抑制细菌 的生长。 复合支架材料具有大孔/微孔结构、孔隙分布 均匀和相互贯通的优点，大孔孔径100-500μm， 孔隙率为80%-90%，复合支架材料适宜骨髓基质干 细胞(MSC)黏附、增殖和分化，无细胞毒性。
光固化纳米复合材料
光固化纳米复合材料
在材料领域中属于比较新的材料，但是随着科学技术的不断发展，其应用场景不断拓展。
本文将从定义、制备、特点和应用四
个方面对进行阐述。
一、定义
是一种基于光固化聚合物、高分子材料和纳米材料的三元复合
材料，其特点是在纳米材料中添加了一定量的光聚合剂，然后利
用紫外线、电子束等方法将纳米材料和光聚合剂相互结合，最终
形成具有特殊性能的新型材料。
二、制备
制备需要加入一定比例的纳米材料和光聚合剂，然后利用紫外线、电子束等光源将光聚合剂中的低聚物和单体进行光化学反应，在此反应过程中，纳米材料会扮演着模板的角色，增强光聚合剂
之间的结合力，最终形成一种具有特殊性质的新型材料。
而这种
制备方式所带来的优点也非常明显，既可以保持纳米粒子最初的
物理和化学特性，又可以通过定向排列等方式调控产物的组成和结构。
三、特点
具有很多特点，首先是其极强的机械性能和化学性能，能够承受较高的负载量和大的应变变形率。
其次，还具有良好的热性能和阻燃性能，能够在高温和高压等恶劣环境下保持其性能稳定。
另外，还具有良好的光学和电学性能，并且可以根据不同的需求进行定制化的设计和制备，使得其应用范围不断拓宽。
四、应用
具有物理性能稳定、化学性能高、机械性能强等诸多特点，其应用领域也非常广泛，如在医学领域，可以用于骨组织的修复；在能源领域，可以用于太阳能电池等器件的制造；在环保领域，可以制备高性能的污水膜，并且可以有效地清除废水中的有害物质。
总之，随着科学技术的不断发展，也会不断拓宽其应用范围，
成为材料领域中不可或缺的一部分，相信通过不断的探索和创新，其应用前景一定会越来越广阔。
纳米复合材料简介
纳米复合材料是纳米材料的一种，指分散相尺度至少有一维 小于100nm的复合材料，从基体和分散相的粒径大小关系，可 分为微米-纳米、纳米-纳米的复合 纳米复合材料是纳米科学技术的一个重要的发展方向。纳米 材料被美国材料学会誉为“21世纪最有前途的材料”。
石块撞击引起应力发白
普通高分子材料
纳米复合材料
纳米复合材料
韩国琪
J高分子1001
3101126011
叶的实现自清洁的过程：右图为荷叶表面的电子显微镜照片，其表面由 很多密集排列的直径10～20μm左右“乳突”所组成，它们之间存在纳 米级空隙，而每一个微米级乳突上还存在很多直径200nm左右的小乳突。 形成微纳米双重结构的乳突，使空气填充其间。水在荷叶上，由于表面 张力和乳突间空气的阻力的作用，水的表面总是趋向于尽可能缩小成球 状，接触角可达170度左右，几乎完全不浸润。荷叶使水和尘埃在其表 面的接触面积比一般材料减少了90％多，水滴极易滚动，在水滴滚动 的同时，就带走了叶子上的尘埃和细菌，从而实现自清洁的功能。
纳米复合材料
4、纳米层状复合：即由不同材质交替形成的组分或结构交替变化的多层
膜，各层膜的厚度均为纳米级。 例如：Ni/Cu多层膜，Al/Al2O3纳米多层膜等。 其中第三种和第四种可统称为纳米复合薄膜材料
四、纳米复合材料的应用
纳米复合的发展已经成为纳米材料工程的重要组成部分。 世界发达国家发展新材料的战略，都把纳米复合材料的 发展摆到重要的位置． 美国在1994年11月中旬召开了国际上第一次纳米材料商 业性会议，纳米复合材料的发展和缩短其商业化进程是 这次会议讨论的重点； 德国在制定21世纪新材料发展的战略时，把发展气凝胶 和高效纳米陶瓷作为重要的发展方向； 英国和日本各自也都制定了纳米复合材料的研究计 划．纳米复合材料研究的热潮已经形成．
各种新型材料知识点总结
各种新型材料知识点总结新型材料是指在材料科学领域中，以其新颖的制备方法、优良的性能和广泛的应用范围而被广泛关注和研究的材料。
随着科技的发展，新型材料的研究和应用已经成为材料科学的一个重要领域，其应用范围涵盖了从电子产品到航空航天等各个方面。
本文将就几种常见的新型材料的知识点进行总结。
1. 碳纳米管碳纳米管是由碳原子排列成一个空心圆柱体而成的一种新型材料。
其独特的结构赋予了碳纳米管许多优异的性能，如高强度、高导电性和高导热性等。
由于这些优良的性能，碳纳米管被广泛应用于电子产品、材料强化、医学领域等方面。
在制备方法上，碳纳米管可以通过化学气相沉积、化学气相沉积等方法来制备。
2. 石墨烯石墨烯是由碳原子排列成一个二维的六角形结构而成的一种新型材料。
石墨烯具有优良的电学、热学和力学性能，如高载流子迁移率、高导热性和高强度等。
因此，石墨烯被广泛应用于电子产品、材料强化、催化剂等方面。
石墨烯的制备方法主要有机械剥离法、化学气相沉积法等。
3. 陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料是由陶瓷基体和弥散相组成的一种新型材料。
陶瓷基复合材料具有优异的耐高温、耐磨损和耐腐蚀性能，因此被广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。
主要的制备方法包括粉末冶金法、热等静压法等。
4. 高分子纳米复合材料高分子纳米复合材料是由高分子基体和纳米级填料组成的一种新型材料。
高分子纳米复合材料具有优异的机械性能、热学性能和电学性能，因此被广泛应用于电子产品、材料强化等领域。
其制备方法主要包括溶液共混法、熔融共混法等。
5. 金属基复合材料金属基复合材料是由金属基体和弥散相组成的一种新型材料。
金属基复合材料具有优异的耐磨损、耐腐蚀和高温强度等性能，因此被广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。
其制备方法主要包括粉末冶金法、热等静压法等。
6. 纳米颗粒纳米颗粒是由纳米级的颗粒组成的一种新型材料。
纳米颗粒具有优异的光学、磁学及生物学性能，因此被广泛应用于生物医学、材料强化等领域。
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高分子纳米复合材料 04300022 欧贵平 摘要：从高分子纳米复合材料的概念入手到其性能，制备，表征，应用及前景作了详细的介绍。 关键词： 高分子；纳米材料；复合材料；功能特性；制备；表征；应用
1．引言 高分子纳米复合材料是近年来高分子材料科学的一个发展十分迅速的新领域。一般来说，它是指分散相尺寸至少有一维小于100纳米的复合材料。这种新型复合材料可以将无机材料的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与高分子材料的韧性、可加工性及介电性质完美地结合起来，开辟了复合材料的新时代，制备纳米复合材料。已成为获得高性能复合材料的重要方法之一。 纳米材料科学是涉及到凝聚态物理,配位化学,胶体化学,材料的表面和界面以及化学反应动力学等多门学科的交叉科学。当材料进入纳米量级时,会具有与传统材料截然不同的性质。高分子材料科学的涉及非常广泛,其中一个重要方面就是改变单一聚合物的凝聚态,或添加填料来实现高分子材料使用性能的大幅提升。因此纳米粒子的特异性能使其在这一领域的发展过程中顺应了高分子复合材料对高性能填料的需求,对高分子材料科学突破传统理念发挥重要的作用。纳米材料科学与高分子材料科学的交融互助就产生了高分子纳米复合材料[1]。
2．高分子纳米复合材料的性能[2] [5] [6]复合材料是将两种或两种以上的材料复合在一起,进行优势互补,以谋求最佳的综合性能。而纳米复合材料是指分散相尺度至少有一维小于100nm的复合材料,由于纳米分散相大的比表面和强的界面作用,纳米复合材料表现出不同于一般宏观复合材料的综合性能。 纳米颗粒由于其尺寸小,比表面积非常大而表现出与常规微米级材料截然不同的性质。在与聚合物复合时,纳米颗粒的表面效应,小尺寸效应,量子效应以及协同效应,将使复合材料的综合性能有极大的提高。这种复合材料既有高分子材料本身的优点,又兼备了纳米粒子的特异属性,因而使其具有众多的功能特性,在力学,催化,功能材料(光,电,磁,敏感)等领域内得到应用。例如,插层法制得的聚丙烯/蒙脱土等纳米复合材料,在力学性能上具有了高强度,高模量,韧性和高热变形温度等优点。 2.1 阻隔性能 在尼龙6和还氧树脂中纳米分散少量层状蒙脱土,并暴露在氧等离子体中,可形成均匀钝态和自恢复无机表面。这是由于纳米复合物中表面高分子的氧化使层状硅酸盐的含量相对增多,从而形成一层无机表面层。此无机区域是湍层的,层状硅酸盐之间的平均距离为1nm~4nm。这类陶瓷硅酸盐提供了一种纳米复合物的涂层,可以阻止氧气离子的渗入,从而提高了高分子材料在氧环境中的生存寿命。 2.2 生物功能 RichardM等用四步软印法在高分子正-烷基硫醇表面上获得表面图形凹槽,并成功用于培养细菌细胞。这种位于表面的功能单元属一种三维细菌栏,体积可小至12立方微米。获得的细菌栏是憎水的,甲基封端的正烷基硫醇为底部,可提高细菌的粘附,而栏壁则由聚丙烯/聚己二醇层状纳米复合物构成,可以降低粘附。细菌可在此种表面图形凹槽内成活,大槽可以养18±5个细菌,小槽可养2±1个。 2.3 电学磁学性能[7]
B.Scrosati等人通过将纳米尺寸的陶土粉末分散到聚乙二醇-锂盐中获得一种新型的含锂聚电解质。此复合物在30℃~80℃范围内有很好的机械稳定性能和高的离子导电性,所以此纳米复合聚电解质在可充锂电池的应用上有很好的前景。 G.Hadziioannou等研究了高分子含量与壳形貌对电导性能的影响。他们用导电的聚吡咯涂覆到不导电的胶乳表面,可以获得很低的渝渗域值。发现聚吡咯的含量小于2%时,聚吡咯壳表面是平滑的,且导电性随聚吡咯的浓度的增加而提高,渝渗域值为0.25%,表明此时聚吡咯壳的厚度为0.6nm。在聚吡咯的含量大于2%时,吡咯壳呈现出不同的表面形貌,甚至会形成独立的聚吡咯粒子,而且此时的导电性与聚吡咯的含量无关。 2.4 光学与光电导性能[4]
ParasN.Prasad等人报导了聚N-乙烯基咔唑(PVK)与表面钝态的CdS形成的杂化复合物具有光电导性质。其中PVK作为电荷转移高分子基质,表面钝态的CdS用作电荷产生的光敏剂。JeffreyG实验发现,此纳米复合物的光电导性质好于聚N-乙烯基咔唑(PVK)与C60所形成的
复合物。 R.Premachandran等在反胶束的微结构环境中用酶催化反应合成了含硫羟基的聚苯酚,在反胶束的水相中合成了CdS半导体纳米晶体,通过硫羟基将聚苯酚与CdS半导体纳米晶体连接形成纳米复合物,此纳米复合物在溶液中很稳定,固态时呈微球形状,并且具有量子点粒子的发光性质。控制共聚单体量,改变Zn/Cd比率可以得到不同含量的ZnS或ZnxCd1-xS与聚甲
基丙烯酸甲酯形成的纳米复合物。实验发现, ZnxCd1-xS复合物具有可调的发射波长。通过调
整Zn/Cd的摩尔比,形成的纳米复合物可以产生连续变化的发光波长,复合样品呈现不同的发光颜色。这种纳米复合物可望用于电子发光器件中。 ParasN.Prasad等发现向半导体CdS与聚(N-乙烯咔吧唑)形成的杂化纳米复合物加入一定比例的4-氮苯基-L-脯氨酸和三羟甲苯基磷酸酯后,纳米复合物具有光折射性质。其中CdS与聚(N-乙烯咔吧唑)构成电荷转移复合物,而发色团4-氮苯基-L-脯氨酸加入高分子中构成电子-光子发生器,三羟甲苯基磷酸酯则用于降低复合物的玻璃化转变温度。 2.5 催化活性 Nafion树脂,一种Perfluorinated离子交换高分子,常用作多相强酸催化剂,但由于高分子珠子的表面积太小,通常小于0。02m2/g,催化活性受到很大的限制。MarkA.Harmer等将粒子
直径为20nm~60nm的Nafion树脂加入到多孔硅胶中形成纳米复合材料,由于复合材料的表面积增加到150m2/g~500m2/g,使复合材料的催化活性比原高分子提高了100倍。
3．高分子纳米复合材料的制备[1] [3] [8] [10] 高分子纳米复合材料的涉及面较宽,包括的范围较广,近年来发展建立起来的制备方法也多种多样,可大致归为四大类:纳米单元与高分子直接共混,在高分子基体中原位生成纳米单元;在纳米单元存在下单体分子原位聚合生成高分子及纳米单元和高分子同时生成。各种制备纳米复合材料方法的核心思想都是要对复合体系中纳米单元的自身几何参数、空间分布参数和体积分数等进行有效的控制,尤其是要通过对制备条件(空间限制条件,反应动力学因素、热力学因素等)的控制,来保证体系的某一组成相至少一维尺寸在纳米尺度范围内(即控制纳米单元的初级结构),其次是考虑控制纳米单元聚集体的次级结构。下面以第一种方法为例进行介绍。 (1). 纳米单元的制备 可用于直接共混的纳米单元的制备方法种类繁多,通常有两种形式的制备:从小到大的构筑式,即由原子、分子等前体出发制备;从大到小的粉碎式,即由常规块材前体出发制备(一般为了更好控制所制备的纳米单元的微观结构性能,常采用构筑式制备法)。总体上又可分为物理方法、化学方法和物理化学方法三种。 物理方法有物理粉碎法,采用超细磨制备纳米粒子,利用介质和物料间相互研磨和冲击,并附以助磨剂或大功率超声波粉碎,达到微粒的微细化;物理气相沉积法(PVD):在低压的惰性气体中加热欲蒸发的物质,使之气化,再在惰性气体中冷凝成纳米粒子,加热源可以是电阻加热、高频感应、电子束或激光等,不同的加热方法制备的纳米粒子的量、大小及分布等有差异;还有流动液面真空蒸发法,放电爆炸法,真空溅射法等等。 化学方法有化学气相沉积法(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;水热合成法:高温高压下在水溶液或蒸气等流体中合成;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,再在低温干燥,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,每个水相微区相当于一个“微反应器”限制了产物粒子的大小,得到纳米粒子,而且采用合适的表面活性剂可吸附在纳米粒子的表面,对生成的粒子起稳定和保护作用,防止粒子的进一步生长并能对纳米粒子起到表面化学改性作用,另外通过选择表面活性剂及助剂还可以控制水相微区的形状(水相微区起到一种“模板”作用),从而得到不同形状的纳米粒子包括球形、棒状、碟状,还可以制备纳米级核-壳双金属粒子、合金粒子、核-壳双半导体粒子等;另外还有喷雾法、固液氧化还原法等等。 物理化学法有活性氢-熔融金属反应法:含有氢气的惰性气体等离子体与金属间产生电弧,熔融金属,同时电离的惰性气体和氢气溶入熔融金属,然后使熔融金属强制蒸发-凝聚,得到纳米粒子,此法能制备各种金属的高纯纳米粒子及陶瓷纳米粒子如氮化钛、氮化铝等,生产效率高。总的来说,这类纳米单元与高分子直接共混的方法简单易行,可供选择的纳米单元种类多,其自身几何参数和体积分数等便于控制,但所得复合体系的纳米单元空间分布参数一般难以确定,纳米单元的分布很不均匀,且易于发生团聚,影响材料性能改进方法是对制得的纳米单元做表面改性,改善其分散性、耐久性,提高其表面活性,还能使表面产生新的物理、化学和机械性能等特性。 (2). 纳米单元的表面改性[7]
纳米单元表面改性方法根据表面改性剂和单元间有无化学反应可分为表面物理吸附方法和表面化学改性方法两类,既可以采用低分子化合物主要为各种偶联剂改性,例如让纳米SiO2粒子与C(OR)4、R’C(OR)3、R’R’’C(OR)2在CCl4中反应,接上-OR基团;或者在用微乳液法
制备纳米粒子时,采用聚磷酸盐或硫醇作为捕获剂(CapingReagent),通过终止微晶表面而使晶核停止生长,同时可避免粒子团聚;也可以通过锚固聚合在粒子表面形成聚合物改性,由于纳米粒子最终要分散在聚合物基体中,所以锚固聚合改性法尤其有意义。锚固聚合改性法可分为吸附包裹聚合改性和表面接枝聚合改性两类。 吸附包裹聚合改性一般是指两组份之间除了范德华力、氢键或配位键相互作用外,没有主离子键或共价键的结合,采用的方法主要有两种:在溶液或熔体中聚合物沉积、吸附到粒子表面上包裹改性和单体吸附包裹后聚合,例如二氧化硅或硅酸盐粒子表面的硅醇基能吸附很多中极性(如PS)和高极性的均聚物或共聚物;Hiroshi则把一系列金属微粉浸泡在含有聚电解质的吡咯、呋喃、噻吩、苯胺及其衍生物的溶液中,让单体吸附在粒子表面,再放入氧化剂溶液中聚合,就在金属粒子表面包上一层导电聚合物,既保持了金属的高电导率,又可防止粒子