高分子纳米复合材料.pdf

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.Premachan