毕业论文
NiZnFe2O4/BaTiO3复合纳米材料
的制备
1 引言
1.1 纳米材料简介
纳米材料是指三维空间中至少有一维处于1～100nm或由它们作为基体单位构成的材料。纳米材料晶粒极小，表面积特大，在晶粒表面无序排列的原子百分数远远大于晶态材料表面原子所占的百分数，导致了纳米材料具有传统固体所不具备的许多特殊基本性质。目前纳米颗粒主要可分为以下四种最基本的特性[1]。
1、小尺寸效应
纳米颗粒的尺寸相当于或小于光波波长、传导电子的德布罗意波长、超导态的相干长度或透射深度等特征尺寸时，晶体周期性的边界条件将被破坏，非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减小，使得材料的声、光、电、磁、热力学等特性出现变化而导致新的现象出现，叫做纳米材料的小尺寸效应。例如：纳米微粒的熔点远低于块状金属。
2、表面效应
纳米微粒由于尺寸小、表面积大、表面能高、位于表面的原子占相当大的比例，这些表面原子处于严重的缺位状态，因此其活性极高，极不稳定，遇见其他原子时很快结合，使其稳定化。这种活性就是表面效应。利用纳米颗粒的这一性质，人们可以在许多方面使用纳米材料来提高材料的利用率和开发纳米材料的新用途，例如，提高催化剂效率、吸波材料的吸收率、涂料的覆盖率、杀菌剂的效率等。
3、量子尺寸效应
当粒子尺寸下降到最低值时，费米能级附近的原子能级会由准连续态变为分立能级，吸收光谱阈值向短波方向移动。纳米微粒的磁、光、声、热、电、超导电性与宏观特性的显著不同，即称量子尺寸效应。例如导电的金属在纳米颗粒是可以变成绝缘体。
4、宏观量子隧道效应
微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。人们发现微颗粒的磁化强度，量子相干器件的磁通量等也具有隧道效应，称为宏观量子隧道效应。此效应用来解释早期的超细镍微粒在低温保持超顺磁性现象和近期的Fe-Ni薄膜中畴壁运动速度在低于某临界温度时与温度无关等有关现象。
由于纳米微粒的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等使得它们在磁、光、电等方面呈现常规材料不具备的特性[2]。其磁、电、光密度等物理性质发生了质的变化；不但使该材料的介电损耗、磁损耗增大，而且使其兼有吸波、透波、偏振等各种功能。因此纳米微粒在磁性材料、电子材料、光学材料、高致密度材料的烧结、催化、传感、陶瓷增韧等方面有广阔的应用前景[3]。
1.2 纳米复合材料简介
纳米复合材料是20世纪80年代出现的一种新材料。纳米复合材料是指由两种或两种以上的固相至少在一维以纳米级大小复合而成的复合材料。这些相态可以是非晶质，半晶质，晶质或者兼而有之，而且可以是无机物，有机物或二者兼有。纳米复合材料也可以是指分散相尺寸有一维小于100nm的复合材料，分散相组成可以是无机化合物，也可以是有机化合物。许多科学家认为纳米复合材料是“21世纪最有前途的材料”之一。在复合材料中使用纳米粒子可以提高材料强度，降低材料的重量，提高材料耐化学品、耐热和耐磨耗能力，而且还可赋于材料一些新的性能[4]。
(1) 协同效应。纳米复合材料能综合发挥各种组分的协同效应，这是其中任何单独一种材料都不具备的性能，是复合材料的协同效应赋予的。
(2) 性能的可设计性与复合。可针对纳米复合材料的需求进行材料的设计和制造，例如，对强化紫外光进行屏蔽作用时，可选用TiO2纳米材料进行复合；若需强调经济效益，可选用CaCO3纳米材料进行复合。
(3) 可按需要加工性，根据实际设计特征直接加工材料的行状，避免多次加工和重复加工。
纳米复合材料的性能可设计性是纳米复合材料基本性能最大的特点，性能设计要考虑诸多影响因素，如纳米材料的分散粒度与分散均匀度，纳米材料的活性等。因此，通过合理的设计实验条件可以在很大程度上对复合纳米材料的许多性质加以调控。
1.3 核壳型纳米复合粒子
设计和可控构筑具有核壳结构的纳米复合材料是最近几年材料科学前沿的一个日益重要的研究领域[5]。核壳结构是一种以纳米粒子为核，在其表面包覆生长另外一种同类材料的壳层。为了改变某些无机粉末的物理性质，特别是为增强在某些
溶剂中的分散性，在无机粉末外包裹一层有机物或无机物，对其进行表面改性。利用这种在粒子表面包裹一层其它材料的方法，制备成为核壳结构形式的纳米复合粒子，可以显著改善其表面化学性质、热力学性质、光学和电学性能、催化性能以及磁性质等。由于核壳式(又称包覆式)纳米复合材料不但是多功能的，而且相当于对纳米粒子的表面改性，即通过合理的设计实验条件在很大程度上对复合纳米材料的许多性质加以调控，使其具有许多独特的性质[6]，例如：单分散性、核壳的可操作性、稳定性、可调控性、自组装和涉及光、电、磁、催化、化学和生物反应的能力，所以新近纳米复合材料的制备方法多集中于核壳式纳米复合材料。
核壳式纳米复合材料由于其固有的核壳结构而具有许多优良的性质。其性质由核大小、壳厚度、核与壳的分类、核壳致密结构及核壳复合材料的总粒径大小和核壳表面结构所控制。
首先，核壳材料对应于材料核层与壳层性质，可以调节核壳物质种类来控制复合材料总的性质。
其次，由于核壳材料性质与核层、壳层层厚有关，控制制备工艺进而控制核层、壳层厚度可以调节核壳材料的性质。例如，核壳材料由于电子间与电场、磁场的作用受核壳厚度的影响，因此可以控制核层与壳层厚度从而调节材料电学、磁学和光学性质，这一点己经引起了人们的广泛关注，并且很有可能在光子带隙材料、微波吸收材料、电磁流变液材料以及催化聚合生物工程中获得应用。
再次，核壳纳米复合材料由于在结构上对纳米粒子具有更可调性，因此有可能获得更理想的性质。
核壳纳米复合材料的独特结构和性质，使其在不同的领域有着广泛的应用，如荧光[7]、表面功能化[8]、光催化性能[9]等。
1.4 吸波材料
吸波材料主要作用是：使入射波最大限度地进入材料中，通过能量转换将电磁能损耗掉。吸波材料除了在隐身技术中的应用外，红外吸波材料在能源节制、绝热、保暖等方面也具有重要的实用价值。
纳米材料对红外波具有强烈吸收的能力，主要源于以下两个原因[10]：一方面，由于纳米微粒的尺寸小于红外波的波长，因此纳米粒子对红外波的透过率比常规材料要强的多，这就大大减少了波的反射率；另一方面，纳米微粒的比表面积比块状
固体大的多，这一差别超过一定限度时，则呈现特殊的表面效应和体积效应，颗粒电子状态发生变化，使得红外光的反射率显著降低，吸收效应变强。
从损耗机理上分类，吸波材料可分为电阻型、电介质型和磁介质型三大类。钛酸钡之类属于电介质型吸波材料，其机理为介质极化弛豫损耗；碳化硅、石墨等属于电阻型吸波材料，其机理可视为介电损耗；磁介质型吸波材料的损耗机理主要归结为铁磁共振吸收，这类材料有铁氧体、羰基铁等。
1.4.1 铁氧体
铁氧体是20世纪40代迅速发展起来的一种新型的非金属磁性材料。根据目前在实际生产中的应用情况，铁氧体磁性材料可分为软磁铁氧体、永磁铁氧体、旋磁铁氧体、矩磁铁氧体和压磁铁氧体等五种，其中具有良好的磁特性和电特性的Ni-Zn 铁氧体又成为软磁铁氧体中应用最为广泛的铁氧体材料。
Ni-Zn铁氧体属于尖晶石型铁氧体，是一种软磁材料。尖晶石型铁氧体的化学分子式是XFe2O4，其中X代表二价金属离子，常见的有Mn2+、Ca2+、Ni2+、Zn2+、Cu2+、Mg2+、Ba2+、Co2+等。由于这类铁氧体的晶格结构与一种叫做镁铝尖晶石(MgAl2O4)的矿物的晶格结构相同，因此称做尖晶石型铁氧体。它的晶格结构属立方晶系，呈立方对称，如图1.1所示。尖晶石Ni-Zn型铁氧体的可用Zn1-x Ni x Fe2O4表示。
图1.1 尖晶石的晶格结构
Ni-Zn系铁氧体具有低的饱和磁矩、高磁化率、超顺磁性、高矫顽力、低居里温度、多孔性及高电阻率(电阻率ρ可达108Ω·m)，高频损耗小，是高频应用中性能最好的软磁材料，广泛用作磁头材料、巨磁材料、微波磁性材料、高频抗电磁干
扰以及高频功率与抗干扰一体化的表面贴装器件，作为抗电磁干扰( EMI) 和射频干扰(RFI) 磁芯，还可以做成射频宽带器件使电子变压器的体积和重量进一步缩小。作为压磁材料也可用于制造超声及水声器件[11]。
采用新型电磁波吸收材料是降低电磁辐射产生电磁污染的有效途径。由于强烈的铁磁共振吸收和磁导率的频散效应，广泛应用于隐身领域。由于铁氧体吸波材料既是磁介质也是电介质，它具有磁吸收和电吸收两种功能，在高频不易产生趋肤电流，因而在高频具有较高的磁导率；另外，其介电常数较小，可与其它吸波材料混合使用来调节吸波涂层的电磁参数是性能极佳的吸波材料。同其它吸波材料相比，它具有涂层厚度薄、重量轻、体积小、吸波效果好、稳定性好，具有吸收强、频带较宽及成本低的特点，因而，在军用和民用领域内得到广泛的应用。
1.4.2 钛酸钡
钛酸钡是一种典型的具有钙钛矿结构的电子陶瓷材料，是铁电材料、压电材料、介电材料，也是一种吸波材料，属于电损耗型隐身材料。钛酸钡(BaTiO3)，分子量为233.19，白色结晶粉末，溶于浓硫酸、盐酸和氢氟酸，不溶于稀硝酸、水和碱。钛酸钡的晶体属典型的钙钛矿结构(ABO3)，如图1.2所示，具有理想的结构单胞，即立方对称性晶胞。钛酸钡的晶型分为六方相、立方相、四方相、斜方相和菱形相五种。其中三方晶系、斜方晶系、四方晶系称为铁电晶系，具有铁电性。在常温下BaTiO3单晶属于铁电四方相结构，在120℃(居里点)以上属于顺电立方相结构。而BaTiO3纳米粒子在常温下是立方相。这是由于纳米微粒的表面效应所致，纳米晶粒表面原子数增多，与其配位的原子数减少，使得表面原子压迫内部原子而发生晶格畸变，导致BaTiO3晶胞中c轴与a轴的比例减小而呈立方钙钛矿结构。
图1.2 立方钛酸钡结构图
钛酸钡具有高介电常数及优良的铁电、压电、热释电和绝缘性能，是重要的电子陶瓷、PTC陶瓷原料，广泛应用于电子陶瓷工业中，通过掺杂钛酸钡可以制备出多层陶瓷电容器(MLCC)、动态随机存储器(DRAM)、各种陶瓷电容器、压电换能器、温度补偿器、介质放大器、计算机记忆元件和TPC热敏电阻等电子元器件，被称为“电子陶瓷的支柱”[12]。
1.4.3 复合物
目前，国内外在吸波材料的研究上，还存在吸收频带窄、效率低、密度大等缺点，应用范围受到了限制。发展兼容性复合吸波材料，比如兼容毫米波、厘米波、米波以及红外、激光等多波段的吸收材料，拓宽吸波波段，将会成为未来的发展方向[13]。正因为一种类型的材料很难满足日益提高的隐身技术所提出的“薄、轻、宽、强”的综合要求，因此需要将多种吸波材料进行多种形式的复合来获得最佳隐身效果，如铁磁性Mn－Zn、Ni－Zn铁氧体与铁电性BaTiO3复合，能够极大的提高吸波性能，使吸收的波段范围变大从而提高隐身效果。
同时，铁氧体是铁磁材料，钛酸钡是铁电材料，分别具有各自的优点，将两种材料复合使新的复合材料同时具有这两种性能。这种铁电/铁磁复合材料因兼有铁电材料的较大电滞损耗和铁磁材料的较大磁滞损耗的特点，因而可应用于电磁屏蔽领域。另外这种复合材料还可能因电极化和磁化间的耦合作用而出现一些新的性能，如磁电效应、磁光效应等。
1.5 无机纳米材料的制备方法
1.5.1 无机纳米材料的制备
无机纳米材料的制备有多种方法，目前研究的较多也比较成熟的有水热法、溶胶-凝胶法、微乳液法、化学沉淀法等。下面简单介绍这几种常用的方法：水热法是指在密闭的压力容器中，以水为溶剂，高温、高压反应环境中，使通常难溶或不溶的前驱物溶解，从而使其反应和结晶的方法。水热法生产的特点是粒子纯度高、分散性好、晶形好且可控制，生产成本低。用水热法制备的粉体一般无需烧结，这就可以避免在烧结过程中晶粒会长大而且杂质容易混入等缺点。影响水热合成的因素有:温度的高低、升温速度、搅拌速度以及反应时间等。曹慧群[14~15]等用水热法制备出球形、粒径约20nm的纳米镍锌铁氧体粉体。Hong-Wen Wang[16]等人用镍、锌、铁的硝酸盐，氨水做引发剂通过水热合成成功得到镍锌铁氧体
溶胶-凝胶法又叫胶体化学法，基本原理是将金属醇盐或无机盐经水解直接形成溶胶或经解凝形成溶胶，然后使溶质聚合凝胶化，再将凝胶干燥、焙烧去除有机成分，最后得到无机材料。该方法包括以下三步：溶胶的制备，即通过沉淀解凝或控制沉淀过程得到胶体溶液；溶胶-凝胶转化，即用化学法或物理法使胶粒间相互靠近实现胶凝化；凝胶干燥，即一定条件下使溶剂蒸发得到粉料。Souilah Zahi[17]等人用醋酸作溶剂，镍锌铁的醋酸盐通过溶胶-凝胶法制得镍锌铁氧体。溶胶-凝胶法在低温较温和的反应条件下能得到均相多相组分体系而成为研究热点。
化学沉淀法是在溶液状态下将不同化学成分的物质混合，在混合溶液中加入适当的沉淀剂制备纳米粒子的前驱体沉淀物，再将此沉淀物进行干燥或煅烧，从而得到相应的纳米粒子。化学沉淀法主要分为共沉淀法、均相沉淀法、水解沉淀法等。M.Viviani[18]等用氯化钛和氢氧化钡在强碱85℃的水溶液中直接沉淀法得到30nm 的纳米钛酸钡粉末。
1.5.2 无机纳米复合物的制备
无机纳米复合材料的制备方法一般有溶胶-凝胶法、高能球磨法、化学气相沉积法和RF溅射法。制备核壳结构微球的方法有种子聚合法、大分子单体法、自组装法、逐步异相凝聚法等[19]。
核壳结构微球大多采用种子聚合法得到，包括种子乳液聚合法、种子分散聚合法和种子动态溶胀法。在聚合单体中加入少量双官能团单体合成交联型聚合物颗粒作为种子，然后加入另一单体并在种子乳胶粒表面进行分散共聚，形成具有核壳结构的粒子，制得的粒子粒径较小；种子动态溶胀法制得粒子粒径在微米级。
大分子单体法(分散共聚法) 类似于无皂乳液聚合，与无皂乳液聚合不同的是在反应中使用了反应性大分子单体，通过大分子单体参与共聚反应，一方面在反应中为形成的颗粒提供稳定保护作用，另一方面提高颗粒在特定领域中的使用性能。大分子单体共聚法还可制备直径范围更宽的聚合物颗粒。目前，用大分子单体法来制备粒径在纳米级的单分散表面清洁的功能聚合物粒子是一种发展方向。其关键问题是大分子单体的分子设计和共聚反应条件的选择。
种子法易于形成核壳结构，但选用的单体种类往往要受到种子的限制。基于此，有研究者提供了一种新型的制备方法，即自组装法：将双亲共聚物溶于共同溶剂中(疏水、亲水部分均能溶于其中) ，再在搅拌下滴入选择性溶剂或将选择性溶剂滴入
共聚物良溶剂中，诱发胶束形成，最后经透析除去良溶剂，也可直接将聚合物溶于选择性溶剂中透析。这是利用它们的特殊分子结构，在溶剂中通过类似于表面活性剂形成胶束的过程形成具有核壳结构的聚合物微球。微粒的大小和形状可以通过溶剂选择和聚合物浓度加以控制改变。
逐步异相凝聚法是利用静电吸引，将小粒径的阳离子聚合物粒子吸附到较大的阴离子聚合物粒子的表面，形成外表面较为粗糙的微球聚集体，加热至小粒径粒子的玻璃化温度以上，使其凝结成连续层，整个微球体系的表面随着加热时间的延长而变得光滑，最终制得核壳结构微球。通常该法合成的高分子微球大小从亚微米级到微米级不等。
还可以通过包覆的方法制备核壳结构[20~21]。
1）微乳液法
微乳液原理将在实验原理中具体阐述。微乳液特有的微观结构及所呈现出的特性使其在纳米粒子的制备方面表现出无可比拟的优越性。它不仅能够制备粒径分布均匀的纳米粒子，还可以通过改变微乳液的各结构参数调节其微观结构来调控纳米粒子的晶态、形貌、粒径及粒径分布等，从而制备所需性能的材料[22]，但是也存在不足。比较突出的缺点是成本高、后处理困难、难以满足环保要求等问题[23]。这方面也有了一定的研究[24~28]。
2）化学镀法
化学镀法首先是配制含有要包覆的元素的化学镀液，然后向镀液中加入作为包覆核的纳米微粒，通过搅拌及其他手段使核颗粒充分分散并悬浮在镀液中。在将包覆元素还原的同时，在纳米颗粒核的表面形成金属镀层，得到包覆颗粒。
3)热分解一还原法
热分解一还原法主要适用于对金属的硝酸盐、碳酸盐与碱式盐等易分解的化合物的表面处理。还原气体通常为H2、CO及其他一些天然气等。首先需要对核颗粒进行前期处理，去除颗粒表面留有的有机杂质和氧化物膜，然后对核颗粒进行预包覆，在颗粒表面形成一个均匀的硝酸盐、碳酸盐或碱式盐的包覆层，最后用还原气体对包覆层进行加热还原处理。
4）沉淀和表面反应
沉淀和表面反应，即分散在溶液中的壳层微粒可以通过在中心粒子表面的沉淀
反应或利用中心粒子表面的直接反应而获得包覆。用于这种方法的壳层的组分大多是无机物颗粒，如硅球、碱式碳酸钇、硝酸钛等。
无机化合物的包覆及表面改性利用一些化合物不溶解于水的特性，采用均相沉淀、溶胶一凝胶、水热合成等方法，通过沉淀反应在纳米颗粒表面形成表面包覆，再经过其他的处理手段，使包覆物固定在颗粒表面，从而达到改善或改变纳米颗粒表面性质的目的。
在已有的钛酸钡/镍锌铁氧体的制备工艺中，高能球磨法占主要地位[29~32]。高能球磨法是利用球磨机的转动或振动，使硬球对原料进行强烈的撞击、研磨和搅拌，将其粉碎为纳米级微粒的方法。如果将两种或两种以上的金属粉末同时放入球磨机的球磨罐中进行高能球磨，粉末颗粒经压延、压合、碾碎、再压合的反复过程，最后获得组织和成分分布均匀的粉末。利用高能球磨法能制备金属-金属纳米复合材料、陶瓷-陶瓷纳米复合材料、金属-陶瓷纳米复合材料。
1.6 本课题研究意义
本文研究的是钛酸钡/镍锌铁氧体纳米复合粒子的制备。这种复合纳米粒子是一种微波吸收材料，具有雷达吸波性能和红外隐身性能。它集合了电损耗型和磁损耗型吸波材料的优点，拓宽了吸收波的波段范围。作为一种重要的功能材料，微波吸收材料在隐身技术、微波通讯、微波暗室、抗电子辐射和防止电磁污染等方面得到了广泛的应用；特别是在通讯日益发达的今天，手机、电脑等带来的电磁污染已经成为威胁人类身体健康的一大罪魁祸首。电磁场以电磁波的形式传递能量，只有使用电磁波吸收材料，使电磁波能转化为热能或其他形式的能，才能有效清除污染，而将吸波材料涂敷到织物上可以提高织物对微波的吸收能力，从而对人体起到更有效的保护作用。因此，解决电磁污染的吸波材料的研究和应用成为人们研究的热点。由吸波材料制成的太空膜，由于可透过80% 的可见光，吸收80% 的红外线，起到保温作用，也已广泛应用于制作各种车辆的挡风玻璃及大型机场、体育馆等公共场所的门窗玻璃。
随着移动通讯和计算机技术的飞速发展，使得各种电子设备变得更加高度集成化、多功能化、小型化和快速响应化。由于电子设备的高度集成化和小型化，使得电子设备间的电子干扰越来越严重，因此需要更多的抗电磁干扰滤波器分布在日益狭小的印刷电路板上。而电子设备的不断小型化、高度集成化和需要大量的EMI
滤波器(现在的无源滤波器是由分立的电容和电感元件所组成)之间的矛盾，真正的集成迫切需要一种材料同时具有电感和电容两种特性，以减小电路板有限空间的消耗，进一步实现小型化。而在自然界中，一种材料在同一相内同时存在铁电性和铁磁性是很少见的，当把具有铁电性的材料与铁磁性的材料进行复合，形成一种产生新的乘积性能的复合材料，使得复合材料时具有铁电相和铁磁相，对外同时呈现铁电性和铁磁性，并由于电极化和磁化之间的耦合作用，出现许多新的性能如磁电效应。
因而将这两种特殊功能的材料进行复合，在一种元件中实现多种功能已经成为市场的迫切需求，这就使得功能复合材料的研究成为了一个重要方向和热点，具有很高的研究价值和意义。
2 实验
2.1 实验原理
2.1.1 微乳液
本文采用的方法是微乳液法。微乳液是由表面活性剂、助表面活性剂、油相及水相组成的透明的各向同性的热力学稳定体系。微乳液体系限制了纳米粒子成核、生长和聚结等过程，能够精确控制纳米材料的形貌和尺寸，因而产物粒子尺寸均一形貌相似。根据体系中油水比例及其微观结构，可将微乳液分为三种：正相(O/W)微乳液、反相(W/O)微乳液和中间态的双连续相微乳液。如图2.1所示
图2.1 微乳液的三种类型
本文采用反向微乳液，即W/O型微乳液。反向微乳液体系中水或者水溶液形成分散相，即水池或称水核，可以看作是一个“微型反应器”或纳米反应器，它是一个热力学稳定体系，有类似于生物细胞的一些功能：自组装性、自复制性，故又称为智能微反应器；其大小一般在5~100nm之间，为球形，尺度小且彼此分离，在其中可增溶各种不同的化合物，是理想的反应介质。非极性溶剂则形成连续相；表面活性剂和助表面活性剂通过自组装，成为一层膜包裹在水池周围，对于微乳液的稳定起着决定性的作用。微乳液法的关键是使每个含有前躯体的水溶液滴被一连续油相包围，前躯体不溶于该油相中，形成油包水型溶液。
用W/O微乳液法合成纳米粒子一般有两种途径：一是将含有待沉淀离子的微乳液与含有沉淀剂或者还原剂的另一种微乳液进行混合，水核因布朗运动发生相撞，表面活性剂的疏水基相互交叉，反应物便扩散穿过水核膜进行反应生成沉淀；另一途径则是将含有沉淀剂的溶液、固体或者气体加到微乳液中，反应物通过扩散
2.2.2 实验步骤
(1) NiZnFe2O4的水热法制备
称取一定量Ni(NO3)2?6H2O 、Zn(NO3)2?6H2O 、Fe(NO3)3?9H2O，用去离子水溶解转移至容量瓶中，定容至100ml ，得到 1 ：1 ：4 的一定浓度的镍锌铁硝酸盐混合溶液。称取一定量的NaOH粉末，用去离子水配成3mol/L的NaOH溶液。取混合盐溶液10ml，加去离子水稀释加入三口烧瓶中，超声分散几分钟，组装仪器，把NaOH溶液装入恒压滴定管中，控制滴速，溶液变红。反应1小时，溶液中出现沉淀，pH=11，停止滴加NaOH溶液。将烧瓶中溶液转移至高压釜中，150℃反应几小时。反应结束后取出高压釜，自然冷却至室温。将高压釜中溶液转移至离心管中，用乙醇∶水=5∶5的溶液洗涤，弃去上清液，重复洗涤数次至上清液pH 值显中性。再用95%的乙醇溶液转移至表面皿中，烘箱中一定温度下干燥，得到黑红色NiZnFe2O4，碾磨装袋。
(2) NiZnFe2O4的微乳液制备
首先用吐温80、环己烷、正戊醇和去离子水测量吐温80作表面活性剂、正戊醇作助表面活性剂、环己烷作油相的微乳液体系的最大增溶水量。通过改变吐温80、环己烷、正戊醇的比例，将其配成吐温80的一系列混合溶液，把去离子水逐滴加入吐温80的混合溶液中至体系变浑浊，记下去离子水的用量，由此确定拥有最大增溶水量的各部分比例。在这个比例的吐温80溶液中，搅拌条件下，逐滴加入镍锌铁硝酸盐混合溶液，开始体系变浑浊，随着混合溶液的加入，体系变澄清，再加至体系变为半透明的亮黄色粘状微乳液。然后向体系中逐滴加入3mol/L的NaOH溶液，快速搅拌，微乳液开始变红，随着NaOH溶液量的增加，体系先变得更粘，颜色变为黑红色，再变成溶液，最后成为棕红色溶液，pH=11时停止滴加NaOH溶液。静置分层，上层pH=11，无色透明。弃去上清液，用丙酮破乳，搅拌，然后用乙醇∶水=5∶5的溶液洗涤，离心管离心，弃去上清液，重复至上清液呈中性。再转移至表面皿中，干燥箱一定温度下干燥，研磨，转移至坩埚中，高温下煅烧数小时，得到黑红色产物，有磁性。
(3) NiZnFe2O4的微乳液—溶剂热制备
在最大增溶水量的吐温80溶液中，搅拌条件下，逐滴加入镍锌铁硝酸盐混合溶液，至体系为半透明的亮黄色粘状微乳液，再用3mol/L的NaOH溶液沉淀。逐
滴加入NaOH溶液，快速搅拌至回复为溶液，pH=11时停止滴加。将上述溶液转移至高压釜中，高温下反应数小时。取出自然冷却至室温。高压釜中溶液分两层，弃去上清液，用乙醇∶水=5∶5的溶液洗涤，离心管离心，弃去上清液，重复至上清液呈中性。转移至表面皿中，干燥箱一定温度下干燥，研磨得到黑红色产物，有磁性。
(4) NiZnFe2O4/BaTiO3的微乳液—溶剂热制备
量取一定量的钛酸四丁酯(TBOT)加入到装有少量浓盐酸的烧瓶中(以防TBOT 水解)，再向里加入一定量的BaCl2粉末，加去离子水，搅拌，使BaCl2粉末溶解，体系成为无色透明溶液。在最大增溶水量的吐温80的比例溶液中，搅拌条件下，逐滴加入含Ba2+和Ti2+的混合溶液，微乳液从白色到黄色再到橙色半透明状时停止滴加。再把按照NiZnFe2O4的微乳液—溶剂热制备方法制备的铁氧体，从高压釜中转移出来后，洗涤至上清液呈中性后不干燥直接加入到Ba2+、Ti2+的微乳液体系中，快速搅拌。逐滴加入3mol/L的NaOH溶液，快速搅拌，体系变红(pH<7)再变白(pH>7)，pH=10时停止滴加NaOH溶液。用丙酮破乳，静置过夜，溶液分层，上层乳白色溶液，下层白中泛红的悬浮液。弃去上层液，用乙醇水溶液洗涤数次至上清液呈中性，弃去上清液后将其转移至表面皿中，干燥箱中一定温度下干燥，研磨转移至坩埚中，高温下煅烧数小时，得到最终产物，呈土红色，有磁性。
2.3 测试与表征
通过X射线衍射分析(XRD)来鉴定未知样品的物相组成，用透射电子显微镜(TEM)来研究物质的微观形貌及大小，用振动样品磁强计(VSM)来研究BaTiO3对NiZnFe2O4的饱和磁化强度的影响，用网络分析仪(PNA)研究包覆后的吸波性能。
(1) X射线衍射分析(XRD)：当一束单色X射线入射到晶体时，由于晶体是由原子规则排列成的晶胞组成，这些规则排列的原子间距离与入射X射线波长有相同数量级，故由不同原子散射的X射线相互干涉，在某些特殊方向上产生强X射线衍射，衍射线在空间分布的方位和强度，与晶体结构密切相关。XRD的定性分析是利用XRD衍射角位置以及强度来鉴别未知样品的物相组成。各衍射峰的角度及其相应强度是由物质本身的内部结构决定的。每种物质都有其特定的晶体结构和晶胞尺寸，而这些又都和衍射角和衍射强度有着对应关系。因此，可以根据衍射数据来鉴别晶体结构。
3 结果与讨论
3.1 XRD表征
图2.3为水热法制备得到的NiZnFe2O4的XRD图。
图2.3 水热法制备NiZnFe2O4XRD图谱
如图2.3，样品在2θ为35°、57°、63°处有较为明显的吸收峰，对应于尖晶石型NiZnFe2O4 的特征吸收峰；此外，在13°、24°、68°处也有吸收峰，说明产物不纯，含有Fe2O3 杂相。图中峰较多较杂，说明含杂质，结晶化不好，晶型不好。主要原因可能水热反应中铁氧体反应成形，成形的温度低。
图2.4为NiZnFe2O4/BaTiO3的XRD图谱。
如图2.4所示，高温处理后的产物，在32o、39.5o、45o出现了钙钛矿结构的BaTiO3的强吸收峰，峰型尖锐，结晶性好，最高峰的晶面是(110)。同时在35.2o、57o、63.5o处出现了尖晶石结构的NiZnFe2O4的吸收峰，其最高峰的晶面应该为是(311)，而图中显示为(333)，这可能是因为在52°左右处，NiZnFe2O4与BaTiO3的吸收峰重合或温度等其他因素的影响，从而使两者的吸收峰都增强。在图2.4中应用谢乐公式计算，NiZnFe2O4/BaTiO3的粒子直径约为20nm左右，NiZnFe2O4的粒子直径约为14nm左右。
图2.4 NiZnFe2O4/BaTiO3复合纳米材料的XRD衍射图
黑色数据对应BaTiO3的衍射峰晶面，红色数据对应NiZnFe2O4的衍射峰的晶面
由图2.4可以看出，复合材料中仅含有钙钛矿结构的BaTiO3和尖晶石结构的NiZnFe2O4。这说明在NiZnFe2O4和形成BaTiO3以及形成钙钛矿结构的共烧过程中没有发生明显的化学反应，也没有改变彼此的结构，这有利于NiZnFe2O4铁磁性能和BaTiO3铁电性能的很好的保留。图2.3与图2.4对比说明，随着反应温度的升高，铁氧体的结晶性越好，且吸收峰的强度也明显增加。相比而言，微乳液的产物例子的纯度比水热得到的要高。
3.2 TEM表征
图2.5左侧图为放大80000倍后的NiZnFe2O4/BaTiO3复合纳米材料的TEM图。由图可以看出，产物的粒径分布比较宽，约为10nm~50nm之间，但是大多数粒子粒径集中在10~20nm左右，形貌近似球形，这与谢乐公式计算得到的粒径相当。右侧图为左侧图的局部放大，左上角球形可以看出中间较黑，旁边较白，近似可以看出是核壳结构。由图看出产物的分散性较好，但也有部分粒子团聚。分析团聚原因，可能有两点：一是纳米粒子的比表面积很大，表面吉布斯焓很大，而要使整个
系统保持稳定，吉布斯焓向着减小的方向一定，致使纳米粒子团聚从而使得比表面积减小而使体系更加稳定；二是微乳液-溶剂热制备得到的铁氧体纳米粒子有磁性，粒子之间相互吸引而团聚。
图2.5NiZnFe2O4/BaTiO3复合纳米材料的TEM图
3.3 VSM研究
图2.6 微乳液-溶剂热法NiZnFe2O4的磁滞回线
智能复合材料最新研究进展与发展趋势 1.绪论 智能复合材料是一类能感知环境变化，通过自我判断得出结论，并自主执行相应指令的材料，仅能感知和判断但不能自主执行的材料也归入此范畴，通常称为机敏复合材料。智能复合材料由于具备了生命智能的三要素：感知功能(监测应力、应变、压力、温度、损伤) 、判断决策功能(自我处理信息、判别原因、得出结论) 和执行功能(损伤的自愈合和自我改变应力应变分布、结构阻尼、固有频率等结构特性) ，集合了传感、控制和驱动功能，能适时感知和响应外界环境变化，作出判断，发出指令，并执行和完成动作，使材料具有类似生命的自检测、自诊断、自监控、自愈合及自适应能力，是复合材料技术的重要发展。它兼具结构材料和功能材料的双重特性。 在一般工程结构领域，智能复合材料主要通过改变自身的力学特性和形状来实现结构性态的控制。具体说就是通过改变结构的刚度、频率、外形等方面的特性，来抑制振动、避免共振、改善局部性能、提高强度和韧性、优化外形、减少阻力等。在生物医学领域，智能复合材料可以用于制造生物替代材料和生物传感器。在航空航天领域，智能复合材料已实际应用于飞机制造业并取得了很好的效果，航天飞行器上也已经使用了具有自适应性能的智能复合材料。智能复合材料在土木工程领域中发展也十分迅速。如将纤维增强聚合物（FRP）与光纤光栅（OFBG）复合形成的FRP—OFBG 复合筋大大提高了光纤光栅的耐久性。将这种复合筋埋入混凝土中，可以有效地检测混凝土的裂纹和强度，而且它可以根据需要加工成任意尺寸，十分适于工业化生产。本文阐述了近年来发展起来的形状记忆、压电等几种智能复合材料与结构的研究和应用现状，同时展望了其应用前景。 2.形状记忆聚合物（Shape-Memory Polymer）智能复合材料的研究 形状记忆聚合物（SMP）是通过对聚合物进行分子组合和改性，使它们在一定条件下，被赋予一定的形状（起始态），当外部条件发生变化时，它可相应地改变形状并将其固定变形态。如果外部环境以特定的方式和规律再次发生变化，它们能可逆地恢复至起始态。至此，完成“记忆起始态→固定变形态→恢复起始态”的循环，聚合物的这种特性称为材料的记忆效应。形状记忆聚合物的形变量最大可为200％，是可变形飞行器
纳米复合材料的研究及应用 纳米复合材料的定义： 纳米复合材料是以树脂、橡胶、陶瓷和金属等基体为连续相，以纳米尺寸 的金属、半导体、刚性粒子和其他无机粒子、纤维、纳米碳管等改性为分散相，通过适当的制备方法将改性剂均匀性地分散于基体材料中，形成一相含有纳米尺寸材料的复合体系，这一体系材料称之为纳米复合材料。 复合材料由于其优良的综合性能，特别是其性能的可设计性被广泛应用于航空航天、国防、交通、体育等领域，纳米复合材料则是其中最具吸引力的部分，近年来发展很快，世界发达国家新材料发展的战略都把纳米复合材料的发展放到重要的位置。该研究方向主要包括纳米聚合物基复合材料、纳米碳管功能复合材料，纳米钨铜复合材料。 在纳米聚合物基复合材料方面，主要采用同向双螺杆挤出方法分散纳米粉体，分散水平达到纳米级，得到了性能符合设计要求的纳米复合材料。我们制备的纳米蒙脱土/PA6复合材料中，纳米蒙脱土的层间距为 1.96nm ，处于国内同类材料的领先水平（中国科学院为 1.5~1.7nm ），蒙脱土复合到尼龙基体中后完全剥离成为厚度1~1.5nm 的纳米微粒，其复合材料的耐温性能、阻隔性能、抗吸水性能均非常优秀，此材料已经实现了产业化；正在开发的纳米TiO2/聚丙烯复合材料具有优良的抗菌效果，纳米TiO2粉体在聚丙烯中分散达到60nm 以下，此项技术正在申报发明专利。 由于纳米聚合物复合材料的成型工艺不同于普通的聚合物，本方向还积极开展新的成型方法研究，以促进纳米复合材料产业化的进行。 常见的几种纳米复合材料：1，天然硅酸盐蒙脱土 简介： 纳米蒙脱土系蒙皂石粘土（包括钙基、钠基、钠-钙基、镁基蒙粘土）经剥片分散、提纯改型、超细分级、特殊有机复合而成，平均晶片厚度小于25nm ，蒙脱石含量大于95%。具有良好的分散性能，可以广泛应用高分子材料行业作为纳米聚合物高分子材料的添加剂，提高抗冲击、抗疲劳、尺寸稳定性及气体阻隔性能等，从而起到增强聚合物综合物理性能的作用，同时改善物料加工性能。在聚合物中的应用可以在聚合物时添加，也可以在熔融时共混添加（通常采用螺杆共混）。 蒙脱土主要成分蒙脱石，是由两层Si—O 四面体和一层Al-O 八面体，组成的层状硅酸盐晶体，层内含有阳离子主要是钠离子，镁离子，钙离子，其次有钾离子，锂离子等。蒙脱土的纳米有机改性目的是为了：将层内亲水层转变为疏水层，从而使高聚物与蒙脱土有更好的界面相容性。 化学成分： Ex(H2O)4｛(Al2-x,Mgx)2［(Si,Al)4O10］(OH)2｝又称微晶高岭石。上式中E 为层间可交换阳离子，主要为Na+、Ca2+，其次有K+、Li+等。x 为E 作为一价阳离子时 、管路敷设技术通过管线不仅可以解决曲半径标高等，要求技术交底。管线敷设技术包含线槽、管架等多项方式，为解决高中语文电气课件中管壁薄、接口不严等问题，合理利用管线敷设技术。线缆敷设原则：在分线盒处，当不同电压回路交叉时，应采用金属隔板进行隔开处理；同一线槽内，强电回路须同时切断习题电源，线缆敷设完毕，要进行检查和检测处理。、电气课件中调试对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行 高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料试卷相互作用与相互关系，根据生产工艺高中资料资料试卷调试方案，编写重要设备高中资料试卷试验方案以及系统启动方案；对整套启动过程中高中资料试卷电气设备进行调试工作并且进行过关运行高中资料试卷技术指导。对于调试过程中高中资料试卷技术问题，作为调试人员，需要在事前掌握图纸资料、设备制造厂家出具高中资料试卷试验报告与相关技术资料，并且了解现场设备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。 、电气设备调试高中资料试卷技术电力保护装置调试技术，电力保护高中资料试卷配要避免错误高中资料试卷保护装置动作，并且拒绝动作，来避免不必要高中资料试卷突然停机。因此，电力高中资料试卷保护装置调试技术，要求电力保护装置做到准确灵活。对于差动保护装置高中资料试卷调试技术是指发电机一变压器组在发生内部故障时，需要进行外部电源高中资料试卷切除从而采用高中资料试卷主要保护装置。
方法： 1.1溶胶一凝胶法 溶胶一凝胶法是一种制备纳米复合材料的重要方法，它是将无机相的前驱体(例如:正硅酸乙醋)和聚合单体、低聚物或高聚物在液态状态下相互混溶，实现分子级水平的均匀混合后，发生溶胶一凝胶反应，生成的纳米复合材料的各组分之间可以形成相互连接的范德华力、氢键或者是化学键，防止了相分离的发生。 溶胶凝胶法的特点在于，该方法反应条件温和，分散均匀，甚至可以达到“分子复合”的水平。目前溶胶一凝胶法是应用最多、也比较完善的方法之一。但它也有一些缺点，如前驱物大都是正硅酸烷基酷，价格昂贵而且有毒;干燥过程中由于溶剂、小分子的挥发，使材料内部产生收缩应力，致使材料脆裂，很难获得大面积或较厚的纳米复合材料等。 1.2原位聚合法 原位聚合，即在位分散聚合，是制备具有良好分散效果纳米复合材料的重要方法。该方法将纳米粒子在单体中均匀分散，然后在一定条件下就地聚合，形成纳米复合材料。 （由于这些原位生成的第二相与基体间的界面有着理想的原位匹配，能显着改善材料中两相界面的结合状况。而且，原位复合省去了第二相的预合成，简化了工艺。此外，原位复合还能够实现材料的特殊显微结构设计并获得特殊性能，同时避免因传统工艺制备材料时可能遇到的第二相分散不均匀，界面结合不牢固以及物理、化学反应使组成物相丧失某些特性等不足的问题。原位聚合法可在水相，也可在油相中发生，单体可进行自由基聚合，在油相中还可进行缩聚反应，适用于大多数聚合物基有机一无机纳米复合体系的制备。）原位聚合法反应条件温和，制备的复合材料中纳米粒子分散均匀，粒子的纳米特性完好无损。同时在聚合过程中，只经次聚合成型，不需热加工，避免了由此产生的降解，从而保持了基本性能的稳定。但其使用有较大的局限性，因为该方法仅适合于含有金属、硫化物或氢氧化物胶体粒子的溶液中使单体分子进行原位聚合制备纳米复合材料。 1.3插层法 插层复合法是将单体或插层剂插层于具有层状结构的硅酸盐(粘土、云母等)、石墨、金属氧化物等无机物中，然后单体在无机片层之间聚合。在此过程中，单体进入无机片层之间，并因聚合可使片层间距扩大甚至剥离，使层状填料在聚合物基体中达到纳米尺度的分散，从而获得纳米级复合材料。 1.3.1溶剂插层法(大分子或预聚物插层法) 该方法首先将层状硅酸盐在一种溶剂(可以是有机溶剂或水)中剥离成单片层，然后将聚合物(对于不溶解聚合物，可使用预聚物)溶解在该混合物中，由于聚合物与层状硅酸盐片层有一定的吸附作用，当除去溶剂后，层状硅酸盐发生聚集，将聚合物夹在层状硅酸盐之间，得到具有一定规整结构的纳米复合材料。 对于水溶性基体，如氧化聚乙烯PEo[聚乙烯醇PV A[s]都使用该方法得到了插层型纳米复合材料，而聚己酸内醋PCL和聚交酷PLA溶解在氯仿中也使用该方法得到了纳米复合材料件。对于不能溶解的一些聚合物，则将其预聚物溶解在含有剥离层状硅酸盐的溶液中，使预聚物吸附在层状硅酸盐上，然后采用物理或化学方法将预聚物转化为目标聚合物，如聚酞亚胺。 1.3.2原位插层聚合法 将层状硅酸盐在液体单体(或单体溶液)中溶胀，然后单体在层间引发聚合，引发可以采
纳米复合材料的探讨 摘要：综述了纳米复合材料的性能、特点、制备技术以及应用领域的现状,指出了纳米复合材料作为一种新型的纳米材料进行研究和开发的重要意义。 关键词:纳米复合材料；特性；制备技术；应用 1 引言 “纳米复合材料”的提出是在20 世纪80 年代末期,由于纳米复合材料种类繁多以及纳米相复合粒子具有独特的性能,使其一出现即为世界各国科研工作者所关注,并看好它的应用前景。根据国际标准化组织的定义,复合材料就是由2种或2种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固态材料。在复合材料中,通常有一种为连续相的基体和分散相的增强材料。由于纳米复合材料各组分间性能“取长补短”,充分弥补了单一材料的缺点和不足,产生了单一材料所不具备的新性能,开创了材料设计方面的新局面,因此研究纳米复合粒子的制备技术有着重要的意义。 纳米复合材料由2种或2种以上的固相[其中至少有一维为纳米级大小(1 nm～100 nm) ]复合而成。纳米复合材料也可以是指分散相尺寸有一维小于100 nm的复合材料,分散相的组成可以是有机化合物,也可以是无机化合物。本文在文献的基础上,针对纳米复合材料的主要性能与特点、制备技术、主要应用及应用前景等作了比较详细的介绍和展望。 2纳米复合材料的性能与特点 2. 1纳米复合材料的基本性能 纳米复合材料在基本性能上具有普通复合材料所具有的共同特点: 1) 可综合发挥各组分间协同效能。这是其中任何一种材料都不具备的功能,是复合材料的协同效应所赋予的。纳米材料的协同效应更加明显。 2) 性能的可设计性。当强调紫外线光屏蔽时,可选用TiO2 纳米材料进行复合;当强调经济效益时,可选用CaCO3 纳米材料进行复合。 2. 2纳米复合材料的特殊性质 由无机纳米材料与有机聚合物复合而成的纳米复合材料具有独特的性能: 1) 同步增韧、增强效应。纳米材料对有机聚合物的复合改性则可在发挥无机材料增强效果的同时起到增韧的效果,这是纳米材料对有机聚合物复合改性最
纳米复合材料发展与现状 201041505118 李少军10材料一班 1 纳米复合材料 超细粒子（或纳米粒子）是指尺度介于原子、分子、离子与块状材料之间，粒径在1～100nm范围以内的微小固体颗粒。随着物质的超细化，产生了块状材料不具有的表面效应、小尺寸效应、量子效应，从而使超细粒子与常规颗粒材料相比具有一系列优异的物理、化学性质。纳米粒子经压制、烧结或溅射组合而成的具有某些特定功能的结构即纳米材料。它断裂强度高、韧性好、耐高温，纳米复合同时也提高材料的硬度、弹性模量、Weibull模数，并对热膨胀系数、热导率、抗热震性产生影响。[1] 纳米复合主要指在微米级结构的基体中引入纳米级分散相。纳米复合材料（复合超微细颗粒）表现出许多与模板核本质不同的性质，如不同的表面组成、磁性、光学性能、稳定性及表面积等。纳米复合材料涉及的范围广泛，它包括纳米陶瓷材料、纳米金属材料、纳米磁性材料、纳米催化材料、纳米半导体材料、纳米聚合材料等。纳米粒子具有很高的活性，例如木屑、面粉、纤维等粒子若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表面能，因此对已制备好的纳米粒子，如果久置则需设法保护，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结构按一定方式组装成的体系。它是纳米科技发展的重要基础，也是纳米科技最为重要的研究对象。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。作为一种全新性能的先进复合材料，在微电子、信息、汽车、宇航、国防、冶金、机械、生物、医药、光学等诸多领域有极广泛的应用前景。 2 纳米复合材料的分类 研究纳米复合材料的一个重要目的是改进并提高块体材料的性能,或通过结构复合来发现块材料中并不存在的性能或效应。和块体材料相比,纳米复合材料的物理和化学性质将更多地依赖于材料的表面缺陷和量子尺寸效应。目前.纳米复合材料的种类繁多,可分为:固态纳米复合材料和液态纳米复合材料。基质材料对于纳米粒子的结构具有稳定作用;而基质材料的不同,又可将纳米复合材料区分为:无机基纳米复合材料和聚合物基纳米复合材料。聚合物基包括单聚合物、共聚合物和聚合物的混合;无机基则包括玻璃,如多孔玻璃、分子筛、溶胶一凝胶玻璃和陶瓷等。[2]还可根据纳米粒子的物理性质可将纳米复合材料区分为:半导体纳米复合材料、铁电体微晶复合材料、染料分子纳米复合材料、稀土纳米复合材料、金属(合金)纳米复合材料、光学纳米复合材料(非线性、发光、光折变等)、磁性纳米复合材料等。 3 纳米复合材料的制备 3.1 溶胶- 悬浮液混合法
SHANGHAI UNIVERSITY 课程论文 COURSE PAPER 简述纳米复合材料 学院：材料科学与工程学院 专业： 电子科学与技术 学号： 1 2 1 2 1 7 6 5 姓名： 陆 申 阳 课程： 材料科学导论C 日期： 2014年5月10日
简述纳米复合材料 12121765 陆申阳 摘要：纳米复合材料日新月异的发展为我们的生活带来了诸多方法便。本文简要的介绍了纳米复合材料的名称来源、种类、结构组成、功能特点及其在现代生活中的应用情况。纳米复合材料作为新兴材料，在材料中占有较大的比例，在各方面的应用也十分广泛。 1引言 由于复合材料的力学性能比较突出，综合性能优良，使得复合材料广泛应用于航空航天、国防、交通、体育、工业设备等领域。其中纳米复合材料是最具有吸引力的部分，世界发达国家的新材料发展战略都把纳米复合材料放在重要位置。纳米复合材料作为一类新材料，它拥有自己引人注目的一系列特点。而现代生活与纳米复合材料的练习也越来越紧密。 2总论 2.1复合材料 复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。在复合材料中，通常有一相为连续相，称为基体；另一相为分散相，称为增强材料。 复合材料各组分之间“取长补短”、“协同作用”，极大地弥补了单一材料的缺点，产生单一材料不具备的新性能。复合材料具有较强的可设计性。可以根据对产品形状的需求，将复合材料设计成不同的形状，避免多次加工，减少工序；也可以根据需要的产品性能对其性能进行设计，通过改变基体的性能、含量，增强材料的性能、含量、分布情况，以及他们之间的界面结合情况，来实现对复合材料性能的设计。
纳米复合材料的制备及其应用 分析化学饶海英20114209033 摘要：聚合物基复合材料目前已经成为复合材料发展的一个重要方向，它涉及了材料物理、材料化学、有机材料、高分子化学与物理等众多学科的知识。本文主要针对纳米复合材料的制备方法、性能及应用等方面的研究进展情况进行了综述。 复合材料由于其优良的综合性能，特别是其性能的可设计性被广泛应用于航空航天、国航、交通、体育等领域，纳米复合材料则是其中最具吸引力的部分。80年代初Roy等提出的纳米复合材料[1-3]，为复合材料研究应用开辟了崭新的领域。纳米复合材料是以树脂、橡胶、陶瓷和金属等基体为连续相，以纳米尺寸的金属、半导体、刚性粒子和其他无机粒子、纤维、纳米碳管等改性为分散相，通过适当的制备方法将改性剂均匀性地分散于基体材料中，形成一相含有纳米尺寸材料的复合体系，这一体系材料称之为纳米复合材料。由于纳米微粒独特的效应，使其物理和化学性能方面呈现出不同的性能。将纳米材料与复合材料结合起来，所构成的纳米复合材料兼有纳米材料和复合材料的优点，因而引起科学家的广泛关注和深入的研究[4-5,44,45]。纳米复合材料的基体不同，所构成的复合材料类型也不同，如：金属基纳米材料[9-11,43]。陶瓷基纳米材料[12]、聚合物基纳米材料。 近年来发展很快，世界发达国家新材料发展的战略都把纳米复合材料的发展放到重要的位置。该研究方向主要包括纳米聚合物基复合材料、纳米碳管功能复合材料、纳米钨铜复合材料。 1纳米聚合物基复合材料 1.1 纳米聚合物基复合材料的合成进展 在纳米聚合物基复合材料方面，主要采用同向双螺杆挤出方法分散纳米粉体，分散水平达到纳米级，得到了性能符合设计要求的纳米复合材料。较早发展起来的几种聚合物纳米复合材料的制备方法[13-14]有共混法、溶胶-凝胶法(sol-ge1)、插层复合技术(interaction)，可分为插层和剥离(exfoliate)两种技术、原位(in-situ)法、母料法、模定向合成法(template directed)包括化学方法和电化学方法。 声化学合成(sonochemical synthesis)是制备具有独特性能的新材料的有效方法。
第20卷第1期2014年2月 （自然科学版） JOURNAL OF SHANGHAI UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE) Vol.20No.1 Feb.2014 DOI:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.07.054 纳米复合材料研究进展 杜善义 (哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所,哈尔滨150080) 摘要:针对聚合物基纳米复合材料的某些热点和重点问题进行了总结和评述,并讨论了碳纳米管、石墨烯及纳米增强界面等以增强为主的纳米复合材料的研究状况和存在的问题;系统地评述了纳米纸复合材料、光电纳米功能复合材料以及纳米智能复合材料等以改善功能为主的纳米功能复合材料的研究动态. 关键词:复合材料;纳米材料;聚合物;功能材料 中图分类号:N19文献标志码:A文章编号:1007-2861(2014)01-0001-14 Advances and Prospects of Nanocomposites DU Shan-yi (Center for Composite Materials and Structures,Harbin Institute of Technology, Harbin150080,China) Abstract:This work provides an overview of recent advances in the polymer nanocompos-ites research.The key research opportunities and challenges in the development of carbon nanotube graphene,interfacial bonding strength in structural and functional nanocom-posites are addressed in the context of?ber reinforced polymer composites.The state of knowledge in mechanical and physical properties of polymer nanocomposite is presented with a particular emphasis on buckypaper enabled polymer nanocomposites,electrically and optically functional nanocomposites,smart and intelligent nanocomposites,and func-tional and multifunctional nanocomposites.Critical issues in the nanocomposites research and applications are discussed. Key words:composite;nano-material;polymer;functional material 复合材料作为材料大家族中的重要一员,已经深入到人类社会的各个领域,为社会经济与现代科技的发展作出了重要贡献.复合材料科学与技术的发展经历了从天然复合材料到人工复合材料的历程,而人工复合材料的诞生更是材料科学与技术发展中具有里程碑意义的成就. 20世纪50年代以玻璃纤维增强树脂的复合材料(玻璃钢)和20世纪70年代以碳纤维增强树脂的复合材料(先进复合材料)是两代具有代表性的复合材料.这两代材料首先在航空航天和国防领域得到青睐和应用,后来逐渐扩大到体育休闲、土木建筑、基础设施、现代交通、海洋工程和能源等诸多领域,使得复合材料的需求越来越强烈,作用越来越显著,应用领域越来越广泛,用量也越来越多,而相应的复合材料科学与技术也在不断地丰富和发展.随着纳米技术的出现和不断发展,纳米复合材料已经凸显了很多优异的性能,从一定意义上有力地推进了新一 收稿日期:2014-01-01 通信作者:杜善义(1938—),男,教授,博士生导师,中国工程院院士,研究方向为飞行器结构力学和复合材料. E-mail:sydu@https://www.doczj.com/doc/634202889.html,
纳米复合材料的探索及应用 摘要：纳米颗粒在塑料中的应用潜力很大，因为只要添 加很少量纳米填料就可起到添加大量的其它助剂更好的作 用。最近的数百篇有关纳米材料的论文表明，在改善塑料的 机械性能、阻隔性能、阻燃性能和导电性能方面，纳米材料 的研究和应用取得了令人兴奋的进展。 关键词：纳米复合材料；纳米粘土；碳纳米管；纳米石墨片；阻隔性；阻燃性 ［中图分类号］TQ323.6 ［文献识别码］A ［文章编号］ 纳米复合材料的发展还处于成长期，据预测，在未来几十年内，它们将被证明是改变塑料工业面貌的最强有力的事物。只要通过熔融共混或原位聚合在聚合物中添加2%?5%的纳米颗粒，复合材料的热-机械性能、阻隔性能和阻燃性能将会得到戏剧性的提高。在提高耐热性、尺寸稳定性、 导电性方面，它们也能超越普通填料和纤维填料。 纳米尺度的增强塑料在汽车和包装业已经市场化，尽管利润不是太高，发展速度也比预期的慢。但是就像热心的研究人员和商业界人土在最近发表的多篇论文所指出的，纳米复合材料的发展步伐将大大加快［1-3］。 美国商业通讯有限公司的市场调查报告指出，在200 3年，世
界市场上的聚合物纳米复合材料的总产量为二千四 百五十万镑，价值九千余万美元°BCC还指出，纳米复合材料的市场年增长率将会达到18 . 4%,到2 0 0 8年产 值将会达到两亿多美元。 在研究开发和实际应用中处于领先地位的纳米填料是 纳米粘土、纳米滑石、碳纳米管和石墨片。但是其它如合成粘土、多面体低聚硅倍半氧烷(POSS)、以及像亚麻和苎麻之类的天然纤维也在被积极地开发。 1.最常用的纳米填料 目前最受人们关注并率先投入商业应用的两类纳米填 料是纳米粘土和碳纳米管。这两种纳米填料必须进行化学处理来改变其表面性质，以促进填料在树脂中的均匀分散，改善填料和树脂的相容性，这样才有可能达到最佳的改性效果。这两种纳米填料能显著地改善塑料的结构、热性能、阻隔性和阻燃性。碳纳米管还能提高塑料的导电性。 到目前为止，由于价格低，纳米粘土显示出了最强的商 业竞争能力，它的价格为 2.25-3.25 美元/镑，可以被广泛 地用于热塑性聚烯烃、绦纶、聚苯乙烯和尼龙等。 研发和应用最多的是蒙脱土，它的单个片层直径约1微 米，厚度约1纳米。美国国内两家主要的生产商是Nanomer 公司和南方粘土产品公司。这两家公司和树脂与改性剂供应商、复
纳米材料及其应用前景 摘要:21世纪，纳米技术、纳米材料在科技领域将扮演重要角色。纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术之一。本文简要地概述了纳米材料的基本特性以及其在力学、磁学、电学、热学等方面的主要应用，并简单展望了纳米材料的应用前景。 关键词：纳米材料；功能；应用； 一、纳米材料的基本特性 所谓纳米材料是指材料基本构成单元的尺寸在纳米范围即1~100纳米或者由他们形成的材料。由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。科学家们和工程技术人员利用纳米材料的特殊性质解决了很多技术难题，可以说纳米材料特性促进了科技进步和发展。 1、力学性质 高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增 殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳米材料中位错滑移和 增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。金属陶瓷作为刀具材料已有50 多年历史，由于金属陶瓷的混合烧结和晶粒粗大的原因其力学强度一直 难以有大的提高。应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、 强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。 使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油 钻探等恶劣环境下使用。 2、热学性质 纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用 变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面 有其广泛的应用前景。例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作 用，从而有效地将太阳光能转换为热能。 3、电学性质 由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的 隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体 器件。2001年用碳纳米管制成的纳米晶体管，表现出很好的晶体三极管 放大特性。并根据低温下碳纳米管的三极管放大特性，成功研制出了室 温下的单电子晶体管。随着单电子晶体管研究的深入进展，已经成功研 制出由碳纳米管组成的逻辑电路。
石墨烯复合材料的研究及其应用 任成，王小军，李永祥，王建龙，曹端林 摘要：石墨烯因其独特的结构和性能，成为物理化学和材料学界的研究热点。本文综述了石墨烯复合材料的结构和分类，主要包括石墨烯-纳米粒子复合材料、石墨烯-聚合物复合材料和石墨烯-碳基材料复合材料。并简述石墨烯复合材料在催化领域、电化学领域、生物医药领域和含能材料领域的应用。 关键词：石墨烯；复合材料；纳米粒子；含能材料 Research and Application of Graphene composites ABSTRACT: Graphene has recently attracted much interest in physics,chemistry and material field due to its unique structure and properties. This paper reviews the structure and classification of graphene composites, mainly inclouding graphene-nanoparticles composites, graphene-polymer composites and graphene-carbonmaterials composites. And resume the application of graphene composites in the field of catalysis, electrochemistry, biological medicine and energetic materials. Keywords: graphene; composites; nanoparticles; energetic materials 石墨烯自2004年曼彻斯特大学Geim[1-3]等成功制备出以来，因其独特的结构和性能，颇受物理化学和材料学界的重视。石墨烯是一种由碳原子紧密堆积构成的二维晶体，是包括富勒烯、碳纳米管、石墨在内的碳的同素异形体的基本组成单元。石墨烯的制备方法主要有机械剥离法，晶体外延法，化学气相沉积法，插层剥离法以及采用氧化石墨烯的高温脱氧和化学还原法等[4-10]。与碳纳米管类似，石墨烯很难作为单一原料生产某种产品，而主要是利用其突出特性与其它材料体系进行复合．从而获得具有优异性能的新型复合材料。而氧化石墨烯由于其特殊的性质和结构，使其成为制备石墨烯和石墨烯复合材料的理想前驱体。本文综述了石墨烯复合材料的结构、分类及其在催化领域、电化学领域、生物医药领域和含能材料领域的应用。
纳米复合材料 复合材料由于其优良的综合性能，特别是其性能的可设计性被广泛应用于航空航天、国防、交通、体育等领域，纳米复合材料则是其中最具吸引力的部分，近年来发展很快，世界发达国家新材料发展的战略都把纳米复合材料的发展放到重要的位置。该研究方向主要包括纳米聚合物基复合材料、纳米碳管功能复合材料、纳米钨铜复合材料。在纳米聚合物基复合材料方面，主要采用同向双螺杆挤出方法分散纳米粉体，分散水平达到纳米级，得到了性能符合设计要求的纳米复合材料。我们制备的纳米蒙脱土/PA6复合材料中，纳米蒙脱土的层间距为1.96nm，处于国内同类材料的领先水平（中国科学院为1.5~1.7nm），蒙脱土复合到尼龙基体中后完全剥离成为厚度1~1.5nm的纳米微粒，其复合材料的耐温性能、阻隔性能、抗吸水性能均非常优秀，此材料已经实现了产业化；正在开发的纳米TiO2/聚丙烯复合材料具有优良的抗菌效果，纳米TiO2粉体在聚丙烯中分散达到60nm以下，此项技术正在申报发明专利。由于纳米聚合物复合材料的成型工艺不同于普通的聚合物，本方向还积极开展新的成型方法研究，以促进纳米复合材料产业化的进行。碳纳米管是上个世纪九十年代初发现的一种新型的碳团簇类纤维材料，具有许多特别优秀的性能。我们在碳纳米管取得的研究成果主要包括：1）大规模生产多壁碳纳米管的技术，生产出的碳纳米管的质量处于世界先进水平，生产成本也很低，为碳纳米管的工业应用创造了条件。2）开发了制造碳纳米管为电极材料的双电层大容量电容器的技术。3）开发了制造具有软基底定向碳纳米管膜的技术。钨铜复合材料具有良好的导电导热性、低的热膨胀系数而被广泛地用作电接触材料、电子封装和热沉材料。采用纳米粉末制备的纳米钨铜复合材料具有非常优越的物理力学性能，我们采用国际前沿的金属复合盐溶液雾化干燥还原技术成功制备了纳米钨铜复合粉体和纳米氮化钨－铜复合粉体，目前正在加紧其产业化应用研究。 功能复合材料 功能复合材料是指除机械性能以外而提供其他物理性能的复合材料。如:导电、超导、半导、磁性、压电、阻尼、吸波、透波、磨擦、屏蔽、阻燃、防热、吸声、隔热等凸显某一功能。统称为功能复合材料。功能复合材料主要由功能体和增强体及基体组成。功能体可由一种或以上功能材料组成。多元功能体的复合材料可以具有多种功能。同时，还有可能由于复合效应而产生新的功能。多功能复合材料是功能复合材料的发展方向。 塑木复合材料 塑木是以锯末、木屑、竹屑、稻壳、麦秸、大豆皮、花生壳、甘蔗渣、棉秸秆等低值生物质纤维为主原料，与塑料合成的一种复合材料。它
河北工业大学 材料科学与工程学院 石墨烯及其纳米复合材料发展概况 专业金属材料 班级材料116 学号111899 姓名李浩槊 2015年01月05日
摘要 自从2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，石墨烯因其优异的力学、电学和热学性能已经成为备受瞩目的研究热点。 石墨烯的碳原子排列与石墨的单原子层雷同，是碳原子以sp2混成轨域呈蜂巢晶格(honeycomb crystal lattice)排列构成的单层二维晶体。石墨烯可想像为由碳原子和其共价键所形成的原子尺寸网。石墨烯是世上最薄也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；导热系数高达5300 W/（m·K），高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000 cm2 /（V·s），又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-6Ω·cm，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。因为它的电阻率极低，电子跑的速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板，甚至是太阳能电池。 石墨烯的结构非常稳定，石墨烯内部的碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形，使得碳原子不必重新排列来适应外力，从而保持结构稳定。这种稳定的晶格结构使石墨烯具有优秀的导热性。 但是，因为石墨烯片层之间存在很强的范德华力，导致其很容易堆积团聚，在一般溶剂中的分散性很差，所以其应用领域受到了限制。本文通过收集、查阅多篇有关石墨烯研究的论文，分析、整理了石墨烯及其纳米复合材料的制备技术发展及其应用的相关知识、理论。 关键词：石墨烯纳米材料制备复合材料
聚合物纳米复合材料发展现状 一、聚合物纳米复合材料的发展现状 1.1 聚合物纳米复合材料的市场应用状况 聚合物纳米复合材料还处于发展阶段，但根据预测，纳米复合材料将会迅速发展，成为近10年来对塑料工业影响最大的技术。聚合物通过熔融复合或者原位聚合技术利用2%~5%的纳米填料进行增强改性，即可大幅度改善其热学-力学性能、气体阻隔性能和阻燃性能，而且可以获得比常规填料增强的聚合物材料高得多的耐热性能、尺寸稳定性能和导电性能。 聚合物纳米复合材料已经在汽车和包装领域获得应用[1]。通用汽车公司最新推出的“悍马（hummer）12”越野车的车身使用了重达3 kg的纳米复合材料作为饰件、中心桥、嵌板和盒路保护。尽管目前经济效益不佳，发展速度低于预期。但是根据在美国旧金山召开的nanocomposites 2004、在美国芝加哥召开的spe antec 2004和在比利时布鲁塞尔召开的nanocomposites 2004三大纳米复合材料技术会议总结的信息，全球对聚合物纳米复合材料的研究和开拓市场的热情极为高涨，这将推动聚合物纳米复合材料的快速发展。 1.2 聚合物/纳米粘土复合材料 市场预测和研究公司[2] business communications的调查报告统计2003年全球聚合物纳米复合材料市场为2450万磅，价值9080万美元，并且预测到2008年将以年均18%的速度增长，增至21110万美元。即使聚合物纳米复合材料市场发展遇到一些障碍，但business communications预测其部分应用将以20%/年的速度增长。 研究与开发和商业化生产中主要的纳米填料是层状硅酸盐纳米粘土和纳米云母，其次是碳纳米管和片状石墨。其他一些纳米填料也在积极研究之中，例如合成粘土、多面体低聚半氧硅烷（poss）和天然纳米填料（亚麻纤维和大麻纤维）。 研究最广泛的、首先商业化应用的纳米填料是纳米粘土和碳纳米管。为了获得较好的分散状态和最终产品的综合性能，纳米填料都必须经过表面改性剂进行化学改性。纳米粘土和碳纳米管均能改善聚合物材料的结构性能、热学性能、气体阻隔性能和阻燃性能。碳纳米管还能增强导电性能。 迄今为止，纳米粘土由于其价格低廉（2.23~5.25美元/磅）而获得最为广泛的应用，一般用于通用树脂（如聚丙烯、热塑性弹性体、聚酯、聚乙烯、聚苯乙烯和尼龙）改性。目前，纳米粘土主要是纳米蒙脱土。纳米蒙脱土是一种层状硅铝酸盐，单片直径为1微米，比表面积为1000 ：1。生产纳米蒙脱土的两大厂商为：nanocor公司，建有nanomer生产线；southern clay products公司，建有cloisite生产线。这两家公司都与树脂供应商、表面活性剂生产商以及树脂加工商、汽车制造商和包装材料生产商建立了联盟。相关企业进行的研究都申请了专利，并获得了商业成功。 gerneral motors公司已经在应用聚合物纳米复合材料方面领先一步。gerneral motors公司首次采用纳米复合材料是用于生产2002年款的“通用游猎（gmc safari）”和“雪佛兰星旅（chevrolet astro）”的辅助台阶，使用纳米复合材料制备的辅助台阶比目前汽车使用的塑料材料轻20%，而且更耐用，也更有利。2004年1月，该公司推出的“雪佛兰英帕拉（chevrolet impala）”的车身使用纳米复合材料制备，质量减轻了7%。该车型使用的纳米热塑性弹性体材料是由gerneral motors公司与basell north america和southern clay products合作生产的。目前，gerneral motors公司每年使用660 000磅的纳米复合材料，这是世界上使用聚烯烃基纳米复合材料最大的应用。 1.3 聚合物/碳纳米管复合材料 纳米粘土可以增强聚合物，碳纳米管则赋予聚合物以导电和导热性能。碳纳米管的商业
纳米材料研究现状及应用前景 摘要：文章总结了纳米粉体材料、纳米纤维材料、纳米薄膜材料、纳米块体材料、纳米复合材料和纳米结构的制备方法，综述了纳米材料的性能和目前主要应用领域，并简单展望了纳米科技在未来的应用。 关键词：纳米材料；纳米材料制备；纳米材料性能；应用 0 引言 自从1984年德国科学家Gleiter等人首次用惰性气体凝聚法成功地制得铁纳米微粒以来，纳米材料的制备、性能和应用等各方面的研究取得了重大进展。纳米材料的研究已从最初的单相金属发展到了合金、化合物、金属无机载体、金属有机载体和化合物无机载体、化合物有机载体等复合材料以及纳米管、纳米丝等一维材料，制备方法及应用领域日新月异。 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料，包括纳米粉体( 零维纳米材料，又称纳米粉末、纳米微粒、纳米颗粒、纳米粒子等) 、纳米纤维( 一维纳米材料) 、纳米薄膜( 二维纳米材料) 、纳米块体( 三维纳米材料) 、纳米复合材料和纳米结构等。纳米粉体是一种介于原子、分子与宏观物体之间的、处于中间物态的固体颗粒，一般指粒度在100nm以下的粉末材料。纳米粉体研究开发时间最长、技术最成熟，是制备其他纳米材料的基础。纳米粉体可用于：高密度磁记录材料、吸波隐身材料、磁流体材料、防辐射材料、单晶硅和精密光学器件抛光材料、微芯片导热基片与布线材料、微电子封装材料、光电子材料、先进的电池电极材料、太阳能电池材料、高效催化剂、高效助燃剂、敏感元件、高韧性陶瓷材料、人体修复材料、抗癌制剂等。纳米纤维指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料，如纳米碳管，可用于微导线、微光纤( 未来量子计算机与光子计算机的重要元件) 材料、新型激光或发光二极管材料等。纳米薄膜分为颗粒膜与致密膜。颗粒薄膜是纳米颗粒粘在一起，中间有极为细小的间隙的薄膜；致密膜指膜层致密但晶粒尺寸为纳米级的薄膜。可用于气体催化材料、过滤器材料、高密度磁记录材料、光敏材料、平面显示器材料、超导材料等。纳米块体是将纳米粉末高压成型或控制金属液体结晶而得到的纳米晶粒材料，主要用途为超高强度材料、智能金属材料等。纳米复合材料包括纳米微粒与纳米微粒复合( 0- 0 复合) 、纳米微粒与常规块体复合( 0- 3复
纳米复合材料的部分基本概念 摘要：纳米材料被誉为21世纪的新材料，其概念在上世纪中叶被科学界提出后得到广泛重视和深入发展。本论文主要阐述了纳米复合材料概念的各种表达方法，例证了几种纳米复合材料，并对其纳米效应做出了具体说明。 关键词：纳米纳米复合材料纳米效应 一、纳米复合材料的定义及例证 20世纪80年代，Roy和Komarneni提出纳米复合材料(nanoeomposites)的定义，与单一组分的纳米结晶材料和纳米相材料不同，它是指材料两相(或多相)微观结构中至少有一相的一维尺度达到纳米级尺寸(1~100nm)的材料[1]。 也有学者做如下定义，当颗粒或尺寸至少在一维尺寸上小于100nm，且必须具有截然不同于块状材料的电学、光学、热学、化学或力学性能的一类复合材料体系[2-4]。 目前已经成功制备的纳米复合材料已有很多，以下是其中几个例子以及其特备方法和特点。 （1）聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料 聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料是采用溶液插层、原位聚合、熔融插层法进行制备的。 这种材料的由于高分子能进入层状无机纳米材料的片层之间,其分子链段的运动受到了限制而显著提高复合材料的耐热性及材料的尺寸稳定性，而且层状无机纳米材料可以在二维方向得到良好的增强作用。因此聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料相对纯聚丙烯来说其强度和韧性都得到了很大的提高，综合性能优异。 （2）ZnO/Ag纳米复合材料 ZnO/Ag纳米复合材料的制备方法有共沉淀法，溶胶-凝胶法，化学沉积法，均匀沉淀法，喷射热分解法，固相法。 纳米ZnO与普通ZnO微粒相比，具有许多特殊性质：非迁移性、压电性、荧光性、具有光吸收和散射紫外光的能力等。ZnO具有光触媒功能，Ag的加入减少了空穴-电子对的复合，大大提高了其催化性能[5]，无二次污染，而且光降解成本低，反应条件温和。
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