金属复合材料的制备与应用

现代科学的发展和技术的进步，对材料性能提出了更高的要求，往往希望材料具有某些特殊性能的同时，又具备良好的综合性能。传统的单一材料已经很难满足这种需要。因此，人们将注意力转向复合材料，复合材料是指由两种或两种以上成分不同，性质不同，有时形状也不同的相容性材料以物理方式合理的进行复合而制成的一种材料。其以最大限度的发挥各种材料的特长，并赋予单一材料所不具备的优良性能，复合材料的性能还具有可设计性的重要特征。

作为复合材料重要分支的金属基复合材料（MMCs），发展于20世纪50年代末期或60年代初期。现代材料方面不但要求强度高，还要求其重量要轻，尤其是在航空航天领域。金属基复合材料正是为了满足上述要求而诞生的。

1.金属基复合材料的分类

金属基复合材料（Metal matrix Composite，简称MMCs）是以陶瓷（连续长纤维、短纤维、晶须及颗粒）为增强材料，金属（如铝、镁、钛、镍、铁、桐等）为基体材料而制备的。金属基复合材料分为宏观组合型和微观强化型两大类。前者指其组分能用肉眼识别和具备两组分性能的材料(如双金属、包履板等)；后者需显微观察分辨组分以改善成分来提高强度为主要目标的材料。根据用途分类：（1）结构复合材料：高比强度、高比模量、尺才稳定性、耐热性等是其主要性能特点。用于制造各种航天、航空、汽车、先进武器系统等高性能结构件。（2）功能复合材料：高导热、导电性、低膨胀、高阻尼、高耐磨性等物理性能的优化组合是其主要特性，用于电子、仪器、汽车等工业。强调具有电、热、磁等功能特性。（3）智能复合材料：强调具有感觉、反应、自监测、自修复等特性。根据复合材料基体可划分为铝基、镁基、钢基、钛基、高温合金基、金属间化合物基及耐热金属基复合材料等。按按增强体分类划分为颗粒增强金属基复合材料、层状增强金属基复合材料和纤维增强金属基复合材料。

2.金属基复合材料的性能特点

与传统的金属材料相比，金属基复合材料具有较高的比强度与比刚度，而与高分子基复合材料相比，它又具有优良的导电性而耐热性，与陶瓷材料相比，它又具有较高的韧性和较高的抗冲击性能。金属基复合材料性能特点有:高比强度、高模量、高韧性、高导热导电性、膨胀系数小、耐磨性好、高温强度高、表面稳定性好等。金属基复合材料具有强大的综合性能，在外层空间结构以及一些工业领域中有广泛应用前景，因而继树脂基复合材料之后，掀起了对其研究开发的热潮。目前，金属基复合材料（MMCs）作为材料的一个新兴领域已在航空航天系统，汽车系统及建筑等各个系统中得到广泛应用。

金属基纳米复合材料制备工艺

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金属基纳米复合材料是以金属及合金为基体，以高性能的第二相为增强体，与一种或几种金属或非金属纳米级增强体结合的复合材料，因兼有金属和纳米相而具有独特的结构特征和物理、化学及力学性能，成为一种新兴的纳米复合材料和新型金属功能材料。

1.金属基纳米复合材料的种类和基本性能

（1）相对于传统的金属材料来说，具有较高的比强度与比刚度；

（2）与聚合物基复合材料相比，它又具有优良的导电性与耐热性；

（3）与陶瓷基材料相比，它又具有高韧性和高冲击性能。

2.金属基纳米复合材料的种类

金属基复合材料是以金属为基体，以高强度的第二相为增强体而制得的复合材料。因此，对这种材料的分类既可按基体来进行、也可按增强体来进行。

按增强体类型分为：1.颗粒增强复合材料；2.层状复合材料；3.纤维增强复合材料。

按基体类型分为：1.铝基复合材料；2.镍基复合材料；3.钛基复合材料；4.镁基复合材料。

按用途分为：1.结构复合材料；2.功能复合材料。

3.金属基纳米复合材料性能特征

金属基复合材料的性能取决于所选用金属或合金基体和增强物的特性、含量、分布等。综合归纳金属基复合材料有以下性能特点。

A．高比强度、比模量

B. 良好的导热、导电性能

C．热膨胀系数小、尺寸稳定性好

D．良好的高温性能和耐磨性

E．良好的断裂韧性和抗疲劳性能

F．不吸潮、不老化、气密性好

4.金属基纳米复合材料制备工艺的分类：

（1）固态法：粉末冶金法、真空热压扩散结合、热等静压、超塑性成型 / 扩散结合、模压。

（2）液态法：液态浸渗、真空压铸、反压铸造、半固态铸造。

（3）喷射成型法：等离子喷涂成型、喷射成型。

（4）原位生长法。

制备金属基纳米复合材料的具体方法有机械合金化法、熔融纺丝法、粉末冶金法、机械诱发自蔓延高温合成反应法、真空蒸发惰性气体凝聚及真空原位加压法等。

mofs衍生纳米多孔碳包覆铁氧化物复合材料制备方法及应用

1. 概述

MOFs是指金属有机框架材料，是一种高度结构化的多孔材料，它由金属离子和有机配体通过配位键连接而成。常见的MOFs材料有ZIF-8、MIL-101、UiO-66等。MOFs材料具有高度的表面积和孔径，具有典型的多孔材料特性，可以在分子水平上精确调控孔径大小和表面性质，具有广泛的应用前景。此外，MOFs材料还具有良好的化学稳定性和可控性，为制备多孔材料复合材料提供了很好的基础。

因此，将MOFs作为模板，制备纳米多孔碳被广泛研究，由于其结构精妙，具有多孔、高孔容、高比表面积等良好特性，能够充分发挥纳米材料的特点，因而具有广泛的应用前景。

同时，将Fe3O4与MOFs材料复合制备成纳米多孔碳包覆铁氧化物具有优秀的磁性、光学、催化等性质，在生物医学、催化、能源等领域有重要的物理和化学作用，因此也备受研究者的关注。接下来，本文将简要介绍MOFs衍生纳米多孔碳包覆铁氧化物复合材料制备方法及应用。

2. MOFs衍生纳米多孔碳包覆铁氧化物的制备方法

MOFs衍生纳米多孔碳包覆铁氧化物的制备方法主要包括以下几个步骤： 2.1 MOFs材料的制备

MOFs材料的制备方法主要是通过配位反应在水相或非水相溶液中生成。常见的方法有溶剂热法、常压气相沉积法、水热法、溶剂振荡法等。在MOFs的制备过程中，可根据实际需要进行调节，以得到不同孔径、不同性质的材料。

2.2 MOFs材料的热解

MOFs材料的热解是指将MOFs材料在高温下分解为无机颗粒和有机物的过程。热解温度与时间对复合材料孔径、比表面积和磁性等性质有很大的影响。通常可将MOFs材料在氮气或氢气气氛下热解，使得其无机骨架得到保留，有机物质被完全转化为碳。

2.3 包覆Fe3O4

在MOFs材料热解后形成的纳米多孔碳材料表面较为平整，更容易表面修饰，而铁氧化物的具有催化、磁性等优良特性，可以与纳米多孔碳材料形成复合材料。此时，可通过沉淀法、共沉淀法、浸渍法等方法，将Fe3O4与纳米多孔碳材料进行复合，制备成MOFs衍生纳米多孔碳包覆铁氧化物复合材料。

1〇〇 当代化工研究

丄 〇 〇 Chenmical Intermediate科研开发2018 • 08

MOFs复合材料的制备及其应用研究进展

*童琳莫名月*杜奕霖景婷

(中山大学南方学院医学与健康管理系广州510970)

摘要：金属-有机骨架材料（metal-organic frameworks，MOFs)是一种无机金属离子与有机配体通过自组装形成的多孔材料。通过与独

特性能的功能材料复合，可有效弥补单一MOFs材料的应用缺陷。综述了MOFs复合材料的研究进展^

关鍵词：金属-有机骨架材料；复合材料；应用

中图分类号：T 文献标识码：A

Research Progress on Preparation and Application of MOFs Composites

Tong

Lin，Mo

Mingyue，Du

Yilin，Jing

Ting

(Department

of

Medical

& Health

Management

, Nanfang

College

of

Sun

Yat-Sen

University

, Guangzhou

, 510970)

Abstract'. Metal organic framework material (MOFs) is a kind of porous material formed with inorganic metal ions and organic ligands

through self-assembly. The characteristic of monophase MOFs material can be effectively compensated by the combination of functional materials with

unique properties. Therefore, research progress on MOF composites is reviewed.