高分子基纳米复合材料的制备.ppt

概述10.1概述纳米粒子和纳米材料：粒径在1~100nm的粒子称作纳米粒子，微粒的集合材料称为纳米材料血液中的红血球大小为200~300nm。病毒几十个nm纳米粒子小于红血球，与病毒大小相当。2、纳米粒子的特性表面效应
纳米粒子由于粒径小，比表面积大，表面原子占有率高，表面活性高
一般规律：
10nm，表面原子占有率20%
1nm，表面原子占有率99%宏观量子的隧道效应
微观粒子具有贯穿势垒的能力，称隧道效应
是未来微电子器件的基础，考虑微电子器件进一步微型化的极限，微电子器件进一步细微化，必须要考虑上述量子效应。
3.纳米粒子在化学和物理上的奇异特性
熔点降低
Au 1064℃
2nmAu 327℃
Cu 327℃
20nmCu 39℃
Ag 900℃
纳米Ag 100℃表面积增大，表面能增大
例如Cu
粒径 表面积(m2/g) 表面能(J/mol)
100nm 6.6 590
10nm 66 5900
1nm 660 59000化学活性高
高催化活性的催化剂，与普通催化剂相比，催化活性提高到几十倍到上百倍
经固相反应可得到新的物种。4、纳米复合材料，
将两者性质完全不相同的材料复合在一起，制备一种新物，具备上述两种物质优点，具有较好的稳定性。10.2高分子基纳米复合材料的制备1.共混法
基本原理：方法最简单，将预先生成的纳米微粒，在一定的条件下，通过适当的方法直接与高聚物混合。
缺点：
复合体系的纳米单元的空间分布参数难以控制
纳米微粒表面活性高易于团聚，影响性能2.溶胶-凝胶法
基本原理：易于水解的硅（或金属）烷氧基化合物（如Si(OC2H5)4，Ti(OC4H9)4）溶于溶剂中形成均匀的溶液，然后在催化剂（酸或碱）的作用下和水进行水解和缩聚反应，水解后的羟基化合物继续发生缩聚反应，通过控制水解条件使之逐渐形成无机网络，转变成凝胶；对凝胶进行干燥处理，得到所需材料。基本反应有水解反应和聚合反应。溶胶-凝胶法制备无机/聚合物纳米复合材料的方法：
原位溶胶化法：前驱体+高聚物溶液
溶胶-原位聚合法：无机溶胶网络+单体
有机-无机同步聚合法优点：
反应条件温和
两相分散均匀
可通过控制反应条件调节性能
缺点：
在凝胶干燥过程中，由于小分子、溶剂的挥发可能导致材料的收缩脆裂
不易制备厚的制件3.插层复合法
聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料优点：
工艺简单
原料来源广泛
价格便宜
易于分散，不易团聚
结构性能可调10.4性能及应用◆陶瓷材料的增韧性：陶瓷材料耐高温、耐磨、耐腐蚀、抗氧化高温材料的广泛的应用：例如气缸内衬、汽车点火器等。但也有缺点，可塑性差、韧性差、不易加工。
例如纳米SiC陶瓷断裂韧性比普通SiC提高100倍。
制备出纳米复合陶瓷：德国将20%纳米SiC掺入到粗晶α-SiC粉末中，断裂韧性提高了25%。◆光学上的应用：
●纳米SiO2光导纤维，光传播快，不失真
●红外吸收和紫外吸收材料，隐身材料
在日常生活和国际上都有主要的应用，纳米Al2O3、TiO2、SiO2、Fe2O3及其复合材料对人体红外有强烈吸收，可以起到保暖作用，减轻衣服重量，对登山运动员、军人战士防寒，以及在军事上，防止敌人的红外探测器发现。隐身就是隐蔽，把自己外表伪装起来，红外探测器可以发射红外线，搜索红外发射物体，人身就是红外线的发射体，现代化战争隐身材料占极其重要的地位。1991年海湾战争中，美国战斗机表面包覆了纳米材料（纳米材料，Al2O3、TiO2、SiO2、Fe2O3纳米的硼化物、氮化硼，碳化硼及其复合材料都是隐身材料），吸收宽频带的微波，可以逃避雷达的监视，而伊拉克的军事目标没有这种设施，失效惨重。美国又研制了纳米磁性材料，在一定条件下产生光发散效应，改变光传播方向，达到扰乱敌人探测的目标。紫外光吸收：纳米TiO2、Al2O3、SiO2、ZnO纳米方面对250nm以下的波长有较强的吸收。185nm的短波紫外线对人体健康有损害，而且对日光灯的寿命有影响，若将Al2O3粉末掺入稀土荧光粉中，吸收掉这些有害的紫外光。
同理可作防晒剂和化妆品中。
加入高分子材料可作抗老剂，防止高分子材料老化。◆磁性材料
●磁流体（磁性液体材料）
强磁性纳米微粒外包覆一层长链的表面活性剂，并稳定地分散在基液中形成胶体，具有强磁性，又具有液体的流动性。例如纳米Fe3O4（10nm）分散到含有油酸的水中，再经脱水分散在基液中。磁性流体目前主要应用在旋转轴防尘动态密封，例如计算机硬盘轴处防尘密封。北京钢铁研究院开发的FeN磁流体产品。●磁记录材料
21世纪信息记录材料，1cm2面积需记录1000万条以上的信息
粒子不能小于变超磁性的临界尺寸(约10nm)，而且对形貌有要求，针状磁性粒子，一般选用Fe2O3包Co或Cr