纳米复合材料和分子复合材料

塑料加工２００２年第３７卷第５期　

纳米科学技术与聚合物／无机纳米复合材料。　

李　帅　卢晓生　王锡臣　（北京工商大学高分子材料与工程系）　陈　燕　（中国塑料加工协会）　

摘　要　介绍纳米科学技术与纳米材料的性质、分类，对聚合物／无机纳米复合材料的种类、制备及其研究应用状况进行概述。　关键词　纳米晕÷学技术　聚合物　无机　纳米复合　

１纳米科学技术　纳米科学技术是２０世纪８０年代末期刚风诞生并　正在崛起的新科技。它的基本涵义是在纳米尺度（１一　ｌＯＯｍｍ）范围内，通过对物质反应、传输和转变的控制　来实现创造新的材料器件和充分利用它们的特殊性　能，并且探索在纳米尺度范围内物质运动的新现象和　新规律。　纳米是尺寸的量度，是处于以原子、分子为代表的　微观世界和以人类活动空间为代表的宏观世界的中间　地带，是物理学、化学、材料科学、生命科学以及信息科　学发展的新领地。纳米科学技术的发展使人们可以在　纳米尺度范围内认识世界和改造世界，通过直接操作　和安排原子、分子创造新物质。　１．１　纳米材料　红领巾米材料是指至少有一维尺寸在０．１一　ｌＯＯｍｍ的超细材料，它的尺寸大小处于原子簇和宠以　物体交界的过渡区域。纳米材料由于其纳米相畴所具　有特殊结构而具备了一系列新奇效应，从而产生了许　多优异的特性。将纳米材料以特殊的技术应用于传统　材料时可大幅度地改变原有材料的宏观性能。由于纳　米材料以特殊的技术应用于传统材料时可大幅度地改　变原有材料的宏观性能。由于纳米材料的独特性质及　其广阔的应用前景，使之成为材料科学领域研究的热　点，被科学家们誉为“２１世纪最有前途的材料”－¨。　纳米材料为凝聚态物理提出许多新的课题，由于　纳米材料尺寸小，可与电子的德布洛依波长、超导相干　波长及激子玻尔半径相比似。在纳米材料中，电子被　局限在一个体积十分微小的纳米空间，电子运动受到　限制，电子平均自由程很短，电子的局域性和相干性增　强。尺寸减少使纳米体系包含的原子数大大降低，宠　

据介绍，今成钽铌材料项目，总投资１亿元，主要生产　难溶金属碳化物、稀有金属碳化物、硬质合金等，项目达产　后将形成年回收钽、铌稀有金属１ｏ０吨生产能力，实现税收　５００万元；德成钽铌和硬面材料项目，总投资１亿元，主要　生产钽铌材料、硬面材料，项目达产后将形成５０吨钽铌和　４００吨硬质合金产品生产能力，年产值达２亿元，可实现年　税收８００万元；佳美硬质合金项目，总投资７０００万元，投　产后预计年销售收入８０００万元；德丰粉未冶金项目，总投　资６０００万元，投产后预计年销售收入１亿元；鼎弘合金新　材料，总投资３０００万元，预计销售收入５０００万元。五个签　约项目总投资３．６亿元，全部达产后可实现税收２６５０万元。　龙志华代表炎陵县人民政府与今成钽铌材料、鼎弘合金、德　成有色金属等５家企业签约。　签约仪式上，黄诗燕对五家企业签约落户炎陵表示祝　贺。黄诗燕指出，今天的签约是开园之作，开放之果，开创　之举。中小企业创业园自２００９年底筹建以来，县委、县政　府积极抢抓机遇，举全县之力，加快园区发展建设，以开放　的姿态，优质的服务，吸引了八方客商，引进了一大批大项　目、好项目，这些项目必将带动炎陵县有色材料产业和园区　经济建设的快速发展。他真诚地希望项目开发企业认真履　行投资协议，加快项目建设，争取早日投产，并在炎陵扎根、　开花、结果。并要求全县相关单位、部门要牢固树立“亲商、　安商、富商”理念，一以贯之抓政策落实，一流水平抓协调　服务，一流标准抓基础设施，全力服务项目建设，支持企业　发展，确保项目早开工、早投产、早见效。　炎陵县领导古友发、李秋明、戴诗平、范洪奇、王爱　祖、罗光杰、何美存出席仪式。　幼　固　鄹　上海交大将＝氧化钛纳米管应用拓展到　光子学领域　上海交通大学物理系“先进光子学材料和物理”实验　室陈险峰教授的博士研究生林佳、硕士研究生刘坤同学在　最新一期（２０ｌ１年７月４日）的纳米材料和物理领域顶级期　刊Ｓｍａｌｌ（最新影响因子７．３３３）上发表了题为“Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　Ｏｆ　ＰｅｒｉＯｄｉｃａｌｌｙ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ　Ｔｉｔａｎｉａ　Ｎａｎｏｔｕｂｅ　Ｆｉｌｍｓ　ａｎｄ　Ｔｈｅｉｒ　Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｆｏｒ　Ｐｈｏｔｏｎｉｃ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”的研　究论文（Ｓｍａｌｌ　２０１　ｌ，７，Ｎｏ．１３，１７８４－ｌ７８９），报道了　课题组在把二氧化钛纳米管的应用拓展到先子学领域方面　的最新研究进展。　二氧化钛是一种重要的多功能半导体材料。近年来，二　氧化钛纳米管的研究成为热点，其在光催化、光电池、电致　变色、超疏水＼超亲水、生物适应以及传感等方面的应用　中表现出很好的特性，具有广泛的应用前景。论文采用电化　学阳极氧化的方法制备二氧化钛纳米管结构，具有简单方　便，可精确控制形貌结构及尺寸等优点。在此基础上，该课　题组在论文中提出和设计了一种新型的二氧化钛纳米管结　构，在纳米管纵向引入周期结构，使其具有独特的光学性　能。　目前二氧化钛纳米管在光子学方面的应用研究还很少。　陈险峰教授课题组在近年来对二氧化钛纳米管阵列结构的　制备进行大量研究的基础上，进一步探索了这种材料在光　电子学方面的应用，获得了纵向周期结构二氧化钛纳米管，　首次获得了彩色的二氧化钛纳米管薄膜，这种薄膜显示了　分布于整个可见光波段的光子禁带。在纳米尺度上实现对　光子和光电子的调控对各种功能器件的实现具有重要意义，　研究小组提出的这种新型的纳米结构材料可以和二氧化钛　本身的特性相结合，在光电子学方面具有重要的应用前景。　导电高分子纳米复合材料研究成热点　导电性高分子复合材料一般是在高分子基体中加入导　电性介质而得到的具有一定导电性能的复合材料，具有基　体对象广泛、易于工程化制备、制备工艺相对简单、导电性　能易于调节，且材料力学性能好、加工性好等优点。近年来，　除传统的导电性介质如炭黑、石墨、碳纤维、各种金属粉体　或金属纤维外，碳纳米管、石墨烯等新兴碳素材料作为导电　性介质已经引起了人们越来越多的关注，且随其工业化制　备技术的实现，利用这些新兴碳素系导电介质制备导电性　纳米复合材料的研究逐渐成为该研究领域的热点。　与传统的碳素系导电介质相比，使用碳纳米管或石墨　烯等新兴碳素材料作为导电介质，在理论上可以在极少添　加量下实现更好的导电性能，并可使材料易于实现更广泛　的应用目标设计，为其在填充型导电复合材料领域的应用　提供了非常广阔的前景。但在导电性纳米复合材料中，导电　粒子的种类、粒子形态、分散状态、添加量等因素对其材料　的导电性能具有较大的影响。而且针对不同体系，如何降低　其导电粒子的逾渗值，建立导电模型和定量关系式，在导电　性高分子纳米复合材料的研究和应用中具有重要的意义。　中国粉体工业２０１１　Ｎｏ．４　Ｉ

聚合物/蒙脱土纳米复合材料

蒙脱土纳米复合材料：蒙脱土纳米复合材料是目前研究最多，工业化应用前景好的一种聚合物基纳米复合材料。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25 nm，蒙脱石含量大于 95%。具有层状结构的蒙脱土是制备成纳米复合材料的理想天然矿物。蒙脱土是一种层状硅酸盐，结构片层由硅氧四面体亚层和铝氧八面体构成，厚0.66nm左右，片层之间通过NA+、Ca2+等金属阳离子形成的微弱静电作用结合在一起，一个片层与一个阳离子层构成MMT的结构单元，厚度为1.25纳米（阳离子为钠离子）左右。

结构：蒙脱土的化学式为：Mn+x/n[Al4.0-xMgx](Si8.0)O20(OH)4·yH2O，属于2:1型层状硅酸盐，即每个单位晶胞由2个硅氧四面体晶片间夹带一个铝氧八面体晶片构成三明治状结构[3]，二者之间靠共用氧原子连接，每层厚度约为1 nm。

性能：聚合物/蒙脱土纳米复合材料是目前新兴的一种聚合物基无机纳米复合材料。与常规复合材料相比，具有以下特点：只需很少的填料 April 质量分数)，即可使复合材料具有相当高的强度、弹性模量、韧性及阻隔性能；具有优良的热稳定性及尺寸稳定性；其力学性能有优于纤维增强聚合物系，因为层状硅酸盐可以在二维方向上起增强作用；由于硅酸盐呈片层平面取向，因此膜材有很高的阻隔性；层状硅酸盐蒙脱土天然存在有丰富的资源且价格低廉。故聚合物/蒙脱土纳米复合材料成为近年来新材料和功能材料领域中研究的热点之一。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25 nm，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）。

・综述・

编者按

:纳米材料是当前材料科学研究的热点之一

,涉及多种学科

,具有极大的理论和应用价值

,被誉为“

21

世纪最有前途的材料”

,国内众多科研单位在此领域也作了大量工作

,形成各自特有的研究体系。本文(Ⅰ、

Ⅱ)就其中的高分子纳米复合材料

,提出了作者的一些见解

,供同行们共同探讨

,以促进研究水平的提高

,不断

取得创新的成果。

高分子纳米复合材料研究进展3

(

I)高分子纳米复合材料的制备、表征和应用前景

曾　戎 章明秋

曾汉民

(　中山大学材料科学研究所国家教委聚合物复合材料及功能材料开放研究实验室　广州　

510275　)

文　摘　综述了高分子纳米复合材料的发展研究现状

,将高分子纳米复合材料的制备方法分为四大类

:

纳米单元与高分子直接共混(内含纳米单元的制备及其表面改性方法)

;在高分子基体中原位生成纳米单元

;

在纳米单元存在下单体分子原位聚合生成高分子及纳米单元和高分子同时生成。介绍了高分子纳米复合材

料的表征技术及其应用前景。

关键词　高分子纳米复合材料

,纳米单元

,制备

,表征

,应用

ProgressofPolymer2

Nanocomposites

(

I)

Preparation,CharacterizationandApplicationofPolymer2

Nanocomposites

ZengRong

ZhangMingqiu

ZengHanmin

(　

MaterialsScienceInstituteofZhongshanUniversity,LaboratoryofPolymericComposite&FunctionalMaterials,

TheStateEducationalCommissionofChina　

Guangzhou　

510275　)

Abstract　

Theprogressofpolymer2

nanocompositesisreviewed.Thepreparationmethodsareclassifiedintofourcat2