第五章 插层复合材料
蒙脱石制备插层复合材料及其性能研究
蒙脱石制备插层复合材料及其性能研究蒙脱石制备插层复合材料及其性能研究摘要：蒙脱石作为一种重要的纳米材料，具有很高的比表面积和吸附性能，被广泛应用于多个领域。
本研究以天然蒙脱石为原料，通过化学改性方法制备插层蒙脱石复合材料，并对其结构与性能进行了研究。
结果显示，插层蒙脱石复合材料具有良好的分散性和增强效果，可用于复合材料的制备。
关键词：蒙脱石；插层；复合材料；性能研究第一章引言蒙脱石是一种层状硅酸盐矿物，由硅酸和氢氧化铝层交替排列而成。
它的主要成分是三层硅氧正板的层状结构，层间隔一层氧化的氢氧化铝。
蒙脱石具有很高的比表面积和吸附性能，因此在催化、吸附、阻燃等领域具有广泛应用。
然而，由于单层蒙脱石粘贴在一起，容易形成团聚体，导致其分散性较差。
插层技术是一种改性方法，可以将蒙脱石的层间间隙填充其他物质，改变其原有的层间结构。
插层改性可以显著提高蒙脱石的分散性和增强效果，从而提高复合材料的性能。
因此，对于插层蒙脱石复合材料的制备和性能研究具有重要意义。
本研究选取天然蒙脱石为原料，通过离子交换和溶胀法制备插层蒙脱石复合材料，并研究其结构与性能。
通过改变插入物和插层蒙脱石之间的相互作用，调控复合材料的性能是本次研究的重点。
这些性能包括分散性、增强效果、热稳定性等。
通过对不同制备条件下插层复合材料的性能进行比较，优化制备工艺，最终实现插层蒙脱石复合材料的制备和应用。
第二章实验方法2.1 原料准备选取天然蒙脱石作为原料，经过研磨和筛分后得到粒径为10-20μm的蒙脱石粉末。
2.2 插入物选择选择具有活性官能团的有机化合物作为插入物，如对甲苯磺酰氯、长链季铵盐等。
2.3 插层蒙脱石复合材料制备将蒙脱石与插入物按一定比例混合，加入适量有机溶剂，并充分搅拌后，通过离子交换和溶胀法，将插入物插入蒙脱石的层间间隙。
2.4 结构与性能分析利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和热重分析（TG）对插层蒙脱石复合材料的结构进行表征，并通过拉伸测试和热失重分析研究其力学性能和热稳定性。
有机无机复合材料中的界面第二
(4). 影响纳米微粒前驱体水解、缩聚的因素 （a）催化剂 酸性条件下，亲电取代为主 碱性条件下，亲核取代为主 在不同的 PH条件下生成的无机物网络结构不同 Ti(OC4H9)4 + H2O TiO2 沉淀 Ti(OC4H9)4 + H+ (pH ~ 3-5 ） TiO2 凝胶 Ti(OC4H9)4 + H+ (pH <1) TiO2 溶胶
5.5插层复合材料 南京工业大学 材料学院
5.5 插层复合材料 5.5.1 简介
插层复合材料，纳米级粘土与高分子有机化合物以某种方式形成的复合材料。这类纳米复合材料最早是 由日本学者在1987年开创合成的。现在已商品化的粘土纳米复合材料，作为工程塑料用于制造汽车零 部件等。
对于制备纳米复合材料的粘土，应具有以下特殊性质：
高岭土层间距很小，很难插层高分子聚合物，可以通过先插层极性酰胺类物质，使层间距扩大，再进行 高分子聚合物取代插层，
形成复合材料。
(2) 海泡石 海泡石属斜方晶系，为链层状水镁硅酸盐或镁铝硅酸盐矿物，化学式为Mg3[Si1203](OH)4(H20)4·8H20， 结构单元晶层由2层硅氧四面体之间夹一层金属阳离子八面体组成，为2：1构型。
•层状超晶格结构
缩氨酸
超晶格层状结构 phage 抗菌素
Characterization of the liquid crystalline suspensions of A7 phage–ZnS nanocrystals (A7ZnS) and cast film.
AFM micrograph of a cast film from an A7-ZnS suspension (30 mg/ml) showing close-packed structures of the A7 phage particles.
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。
复合材料-第五章金属基CM
6.1 MMC的种类和基本性能
6.1.1 MMC的种类 1. 按基体分类 （1）铝基复合材料 （2）镍基复合材料 （3）钛基复合材料 （4）镁基复合材料：镁在地壳中储量居金属的第 三位。镁的密度为1.74g/cm3 。镁基复合材料强度 与模量较低，但具有很高的导热/热膨胀比值，在 温度变化环境中，是一种尺寸稳定性极好的宇宙 空间材料。
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概述—MMC的沿革与发展
MMC是20世纪60年代初,航空航天技术的发展， 促进了定向凝固复合材料、难熔金属丝增强高温 合金材料的研究开发，并出现了硼纤维增强铝基 复合材料； 70年代中期，碳纤维增强铝基复合材料的研制 以及应用得到发展； 70年代末期，先后出现了碳化硅和氧化铝增强 铝、钛等多种金属基复合材料，逐渐形成金属基 复合材料体系。
及线弹性材料；
③各组元之间粘结牢靠，无孔隙。
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6.1.3 金属基复合材料的力学性能
混合定律表达了复合材料的性能与基体和增强 材料的性能及分量的关系。但实际上复合材料的 性能除这两个因素外，还受许多其它因素的影响， 如基体的微观结构、增强材料的颗粒大小、纤维 长短、分布情况以及取向、界面的结构性能及粘 结情况等。因此在用混合定律计算复合材料的性 能时，也应考虑这些因素对性能的影响。
若把W=ρV代入式（5-3），则
ρcVc=ρfVf + ρmVm
或ρc=ρf(Vf/Vc)+ρm(Vm/Vc)=ρfνf+ρmνm
（5-5）
由上式可知，复合材料的密度可由构成复合材料的
组元的密度及体积分量求出，式（5-5）还可推广用于复
合材料的其它的一些性能，通用表达式可写为：
高岭土插层复合材料的研究的开题报告
聚合物/高岭土插层复合材料的研究的开题报告
一、选题背景
聚合物/高岭土插层复合材料是目前研究较多的新型复合材料之一。
其基础材料为聚合物，通过高效的加工工艺制作其复合材料，使得其在力学、热学等方面性能有了显著提升，同时具有较优异的综合性能。
二、选题意义
随着科技进步和工业化规模的不断扩大，复合材料已成为各行业的关键材料之一，对于实现国家产业升级以及科技创新起到了重要作用。
聚合物/高岭土插层复合材料在汽车制造、飞机材料制造、电子产品等领域的应用前景十分广阔，其研究对于我国高端制造业的发展具有重要意义。
三、研究内容
本文主要研究聚合物/高岭土插层复合材料的制备工艺、物理性能以及力学性能等方面。
通过对复合材料的材料特性和加工工艺进行深度分析，实现复合材料的高性能化，为其在实际应用中提供更好的适应性和可靠性。
四、研究方法
本文将采用实验室制备，通过制备不同配比、不同成分和不同制备工艺的样品，对其进行物理性能测试和力学性能测试。
同时，通过权威的实验室测试，获取其微观结构和材料特性等信息，为后续工作提供理论支持。
五、预期结果
本文预期得到聚合物/高岭土插层复合材料在物理性能和力学性能的提升，并且通过实验室试验探索出更加有效的制备工艺，为其在实际应用中取得更好的效果提供技术支持。
六、研究意义
本文的研究结果可以为汽车、化工、电子等行业提供更加优良的材料，推动聚合物/高岭土插层复合材料在各个领域得到广泛应用，为我国制造业的发展做出贡献。
蒙脱石制备插层复合材料的研究进展
陶 瓷 Ｃｒ ｉ ｅ ｍｃ ａ ｓ
・４ ５・
蒙 脱 石 制 备 插 彦 钊 王 兰
（ １陕西 科技 大学 材料 科学 与 工程学 院 西安 ７ ０ ２ ）（ １ ０ １ ２陕西 科技 大学 生命 科学 与 工程学 院 西安 ７ ０２ ） １ ０ １
由于层 间化合 物 的 片层 中存 在 着大 量 的 可 交 换离 子 ， 因
ｐ ｓｔ ｓｎ ｔ ｔｕ ｔ ｒｌ ｈ ｒｃｅ ｉｔ ｓｗｈｃ ａ ｅｂ ｔ ｎ ｒ ａ ｉ ｓ ｂｅ ｔ ｎ ｂｅ ｔ ｌｍｅ ｔ ａｕ ｅａ ｄ ｓ ｏ ｔ ｅｐ ｏ ｅ ｔ ｓｏ ｄ ｏ ｉ ｕ ｉｇ ｉ ｓｒ ｃｕ ａ ａａ ｔｒｓｉ ｉｈｈ ｖ ｏ ｈ ｉｏ ｇ ｎｃ ｕ ｊｃ ｄｏ ｊｃ ｅ ｎ ｓｎ ｔｒ ｎ ｈ ｗ ｈ ｒ ｐ ｒｉ ｆ — ｅ ｓ ｃ ｃ ａ ｅ ｅ ａ
的 光 学 、 电 纳 米 器 件 ， 学 或 生 物 传 感 器 ， 子 识 别 以及 催 化 等 领 域 存 在 潜 在 应 用 的 价 值 。 光 化 分 关 键 词 蒙 脱 石 插层复合材料 离子 交换 性
文 章 编 号 ：０ ２ ８ ２ ２ １ ）６ ０ ４ —０ １０ —２ ７ （０ １ ０ — ０ ５ ３
Ａｂ ｔａ ｔ Ｍ ｏ ｔ ｒｌ ｎ ｔ ｓ ａ ｋ ｎ ｆ ａ ｅ ｉ ｃ ｔ ｌｙ ｍ ｉ ｅ ａ ｓｗｉ ｒ ｐ ｒ ｙ ｏ ｎ ｅ ｃ ａ ｇ ，ｉ ｃ ｎ ｂ ｒ ｐ ｒ ｄ ｉｔ ｒ ａａ ｉ ｎ ｃ ｍ— ｓ ｒ ｃ ： ｎ ｍｏ ｉ ｏ ｉ ｉ ｉ ｄ ｏ ｙ ｒ ｓｌ ａ ｅ ｃａ ｎ ｒ ｌ ｔ ｐ ｏ ｅ ｔ ｆ ｏ ｘ ｈ ｎ ｅ ｔ ａ ｅｐ ｅ ａ ｅ ｎ ｅ ｃ ｌｔ ｏ ｌ ｅ ｌ ｉ ｈ ｉ ｏ
第5章聚合物无机纳米复合材料
第5章聚合物无机纳米复合材料聚合物无机纳米复合材料是一种由聚合物基质和无机纳米颗粒组成的新型复合材料。
这种材料具有聚合物的柔韧性和无机纳米颗粒的特殊性能，广泛应用于各个领域。
聚合物无机纳米复合材料的制备方法分为物理法和化学法两种。
物理法主要是通过机械混合的方式将聚合物和无机纳米颗粒混合在一起，然后经过加热或其他处理使它们相互结合成为复合材料。
化学法则是通过化学反应将聚合物和无机纳米颗粒连接在一起，形成固体复合材料。
聚合物无机纳米复合材料具有一系列优异的性能。
首先，由于无机纳米颗粒在复合材料中的分散性和界面相容性良好，使得聚合物基体的强度和刚度得到显著提高。
其次，无机纳米颗粒的独特性能也使复合材料具有特殊的性能，如高导热性、高阻燃性、耐腐蚀性等。
此外，聚合物无机纳米复合材料还具有较好的可加工性，可以通过注塑、挤出、压延等工艺加工成不同形状的制品。
聚合物无机纳米复合材料在各个领域有着广泛的应用。
在电子领域，它可以作为高导热的封装材料，提高电子器件的散热性能；在汽车制造领域，它可以制备耐高温、耐腐蚀的复合材料，用于制造汽车发动机等部件；在医药领域，它可以作为载药材料，提高药物的缓释性能；在建筑领域，它可以作为阻燃材料，提高建筑物的耐火性能。
然而，聚合物无机纳米复合材料在制备过程中仍存在一些问题。
首先，制备过程中的分散性和界面相容性控制是一个关键问题，直接影响着复合材料的性能。
其次，无机纳米颗粒的添加量和分散度对复合材料的性能也有着重要影响，需要进行合理的设计和控制。
此外，复合材料在使用过程中的耐久性和稳定性也需要进行进一步的研究和改进。
总的来说，聚合物无机纳米复合材料是一种具有广泛应用前景的材料，其独特的性能使其在各个领域都有着潜在的应用价值。
随着制备工艺的不断改进和性能的进一步提高，相信聚合物无机纳米复合材料将会在未来发展中得到更加广泛的应用。
复合材料课件第五章 钛基复合材料-镁基复合材料
应用： 超高音速宇航飞行器和先进航空发动机 Ti-47Al-2V-7%TiB2作用导弹翼片 汽车工业
航空发动机叶轮
②连续纤维增强钛基复合材料
增强体： SiC、TiC、 SiC包覆硼纤维、耐高温的金属纤维。 制备方法：
复合难度大，只能采用固相法合成，后用热等静压、真 空热压锻造方法压实成形。 制备方法：交替叠轧法、等离子喷涂、高速物理气相沉积法
Al2O3纤维
涂覆Y2O3 (~1m厚)
涂覆W (~0.5m厚)
电镀镍层 (~0.5m厚)
纤维排布在镍 基合金薄板之间
真空加压 扩散结合法
Al2O3f/Ni3Al复合材料
镍基复合材料的性能
图5-3 Al2O3/Ni3Al，Ni3Al基体（真空热压+热挤压） 以及铸造Ni3Al的比屈服强度和温度的关系
布 应
均 小
匀 ，
， 利
基体组织不均匀， 易损伤纤维，合 金成分不可控
高速物理气相沉 积
单根纤维涂一层 纤维分布均匀，
基体粉，叠起来 无聚集，纤维体
热压成型
积含量高
合金成分不可控
电子束蒸涂
同上
涂层速度高
金属利用率低
三极管溅射 磁控溅射
同上 同上
金属利用率高 金属利用率高
沉积速度低 沉积速度低
性能： 各向异性很强，横向拉伸强度仅为纵向的30~45%， 纵向拉伸强度比基体高得多。 纵向：提高弹性模量、拉伸、蠕变强度
基体： 纯镍、镍铬合金、镍铝合金
Ni3Al合金的屈服强度具有反 常的温度关系，在600℃左 右达到最大。
NiAl合金具有高熔点、低密 度及极佳的抗氧化性能。
增强体： Al2O3、SiC 颗粒、晶须、纤维 TiC和TiB2颗粒 W丝