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2004年2月北京航空航天大学学报February2004

第30卷第2期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsVol.30No12

聚合物基纳米复合材料的理论研究进展
王凯詹茂盛
(北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京100083)

摘要:讨论了国内外关于聚合物基纳米复合材料的理论研究,包括聚合
物P层状结构硅酸盐PLS(Polymer2LayerSilicate)纳米复合材料的热力学、动力学和微观
力学,以及聚合物P颗粒状无机纳米复合材料的纳米微粒分散原理、纳米粒子尺寸与
复合材料性能之间的关系等.
关键词:高聚物;纳米复合材料;层状硅酸盐;纳米颗粒
中图分类号:TB383
文献标识码:A文章编号:100125965(2004)0220177207

Developmentoftheoriesonpolymer2basednanocomposites
WangKaiZhanMaosheng
(SchoolofMaterialsScienceandEngineering,BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Beijing100083,China)
Abstract:Areviewofthedevelopmentoftheoriesonpolymer2basednanocompositeswaspresented.Attention
wasfocusedontheresearchesofthermodynamics,kineticsandmicro2mechanicsofpolymerPlayeredsilicatenano2
composites.ThetheoreticalinvestigationonpolymerPinorganicparticlenanocompositeswerealsoinvolved.Thedis2
persionmechanismofnanoparticlesandtherelationshipbetweenthedimensionsofnanoparticlesandpropertiesof
compositeswerediscussed.Thequantitativecharacterizationoftheinfluenceofnano2sizedfilleronthepolymerma2
trixisthemostneeded.
Keywords:polymer;nanocomposite;layeredsilicate;nano2particle

自二十世纪80年代Roy等人提出纳米复合国外研究文献较多[8～11].实验表明,无论是插层型
材料的概念以来,聚合物基纳米复合材料就以其还是离层型的聚合物基层状硅酸盐(PLS)纳米复
优异的性能和巨大的发展潜力引起了人们的广泛合材料,在熔体插层或溶液(包括高分子、齐聚物
关注.尤其是近几年,人们进行了大量的实验研和单体溶液)插层时,都存在客体(插入硅酸盐层
[1,2][3]
究和工业应用,相继报告了多种聚合物基纳间的物质)进入主体(层状硅酸盐,以下简称粘土)
[4]
米复合材料的制备方法与性能.但在理论研究片层间隙及层间涨大两个过程.
方面,尤其是定量描述纳米尺寸与复合材料性能上述过程能否顺利进行,在热力学上,取决于
间的理论很少,影响了聚合物基纳米复合材料的该过程前后的体系自由能变化(ΔG),即当ΔG<0
开发与应用.本文对近年来国内外有关聚合物基时,该过程可以自发进行.因插层多是在恒温条件
层状结构粘土纳米复合材料和颗粒状纳米复合材下进行的,所以有式(1)成立
料的理论研究成果分别进行了回顾,包括热力学、ΔG=ΔH-TΔS<0(1)
动力学、微观力学、分散原理及作用机理等.其中,ΔH和ΔS分别是体系的焓变和熵变;T是
温度.
纳米复合材料
1PLS对聚合物熔体插层而言,因大分子链被束缚
1.1热力学研究进展在粘土片层间,分子链构象受到限制,故为熵减过
～
在这方面,国内有一些定性的综述分析[57],程,即ΔS<0.这时,满足式(1)的条件为式(2)

收稿日期:2002209228
作者简介:王凯(1979-),男,辽宁沈阳人,博士生,[e-mail].

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178北京航空航天大学学报2004年

ΔH<TΔS<0纳米复合材料存在一个最佳的接枝密度.
即|ΔH|>T|ΔS|(2)对单体插层原位聚合制备纳