高分子纳米复合材料详解

探讨纳米复合材料发展趋势进入21世纪，各领域对高性能材料的依赖程度越来越高，纳米材料是一种应用性能很高的工程材料，其应用范围非常广泛。

2008年，美国举办了材料科学学会，会议指出：“纳米材料工程将成为21世纪工程材料的重要组成部分。

”纳米复合材料是纳米工程材料的重要分支，目前，很多企业已纷纷将技术研发目标转向纳米复合材料，并逐渐加大研究力度，扩大技术应用范围。

1 纳米复合材料理论概述通过对纳米复合材料进行系统分析可知，可以按照材料性质将其划分为三种类型。

1.1 单体复合材料单体符合材料是不同种类、成分的纳米粒子经过工业处理复合而成的，这种纳米固体的物理结构非常稳定，且化学性质也很可靠。

因为组成成分少，所以单体复合材料纳米粒子的复合最完全，其分子结构之间的基团链不会随温度、压力的变化而变化。

1.2 双体复合材料双体复合材料可以通过工业处理将纳米粒子均匀的分散到二维薄膜材料中，粒子在弥散过程中会产生均匀或不均匀两种分布状态，这两种分布状态的复合结构都具有一定的稳定性。

均匀和非均匀弥散状态的薄膜基体表现出的层状结构具有明显的差异性，纳米粒子分散混乱的材料的构成层级种类很多，分散有序、均匀的材料层级种类较少。

1.3 多体复合材料多体复合材料可以通过工业处理将纳米粒子均匀的分散到三维固体中，纳米粒子会通过外力作用，深入固体组织结构，改变其分子集团的分布情况，进而影响三维固体的物理性能和化学性能。

多体复合材料的应用前景非常好，是当今纳米材料科研工作者研究的重点问题。

2 纳米复合材料发展趋势分析2.1 纳米复合涂层材料纳米复合涂层材料的化学性质稳定，并且柔韧性好、硬度高、耐腐蚀性强，在工程材料表面涂抹这种防护材料不仅可以防止工程材料的破损，还能增加工程材料的防护功能。

随着现代工业技术的发展，复合涂层材料得到了显著发展，单一纳米结构逐渐转变为多层纳米结构。

美国著名纳米工程材料研究专家普修斯于2012年成功研制出了复合涂层纳米材料，这类纳米材料的抗氧化性能非常好，可以在高温条件下保持不褪色、不热化。

聚合物纳米复合材料制备及其特性简介：随着科技的不断发展，纳米材料作为一种新型的材料受到了广泛的关注。

聚合物纳米复合材料是由聚合物基体和纳米填料相互作用形成的一种材料。

本文将介绍聚合物纳米复合材料的制备方法以及其特性。

一、制备方法：1. 溶液混合法：溶液混合法是制备聚合物纳米复合材料最常用的方法之一。

通常，将聚合物溶解于溶剂中，然后将纳米填料悬浮于溶液中，通过搅拌、超声波处理等方法使溶液中的纳米填料均匀分散。

最后，将混合溶液通过挥发溶剂或冷却固化等方法使聚合物凝胶化，形成聚合物纳米复合材料。

2. 堆积层析法：堆积层析法是一种将纳米填料层与聚合物基体交替堆积形成的方法。

首先，将纳米填料和聚合物溶液交替涂覆在基体上，然后通过热处理或固化来形成聚合物纳米复合材料的层积结构。

3. 原位聚合法：原位聚合法是在纳米填料表面进行聚合反应，将聚合物直接合成于纳米填料上。

通过原位聚合法可以实现纳米填料与聚合物基体的良好粘接，提高复合材料的结合强度和界面性能。

二、特性：1. 机械性能：聚合物纳米复合材料具有优异的机械性能。

纳米填料的加入可以有效阻止聚合物的微观流动，增加聚合物的刚度和强度。

同时，纳米填料的界面效应还可以增强聚合物与填料之间的相互作用，提高复合材料的界面粘结强度。

2. 热稳定性：聚合物纳米复合材料具有较好的热稳定性。

纳米填料的高比表面积和特殊的晶体结构可以吸附和分散聚合物分子，形成热稳定的屏障，增强材料的耐高温性能。

3. 导电性能：聚合物纳米复合材料还具有良好的导电性能。

添加导电性的纳米填料，如碳纳米管、金属纳米颗粒等，可以使聚合物纳米复合材料具有导电功能。

这种导电性能广泛应用于柔性电子器件、传感器等领域。

4. 光学性能：纳米填料的尺寸效应和光学效应使聚合物纳米复合材料具有特殊的光学性能。

例如，在可见光波长范围内，利用纳米填料的光学散射和吸收特性，可以实现材料的抗紫外光、抗反射和光波长度调制等功能。

5. 阻燃性能：聚合物纳米复合材料还具有较好的阻燃性能。

收稿日期:2002-03-03。

作者简介:严满清,女,25岁,在读研究生,主要从事塑料改性及应用开发方面的研究工作。

高分子/无机纳米复合材料的研究进展严满清　王平华(合肥工业大学化工学院高分子科学与工程系,230009) 摘要:详细概述了采用纳米粒子直接填充分散法制备高分子基无机纳米复合材料,对纳米粒子表面处理方法及纳米复合材料的性能及应用进行了介绍。

关键词:　无机纳米粒子　表面处理　纳米复合材料　纳米粒子直接填充分散法 纳米科学与技术是一个跨学科的研究与开发领域,涉及纳米电子学、纳米材料学、纳米物理学、纳米化学、纳米生物学、纳米机械学、纳米加工及表征等[1]。

由于纳米科学与技术而制得的纳米材料表现出许多与众不同的特殊性质如光吸收性、高混合性、压缩性等,有着广阔的应用前景[2]。

因此,纳米材料被称为最有前途的材料。

1　纳米材料纳米结构为至少一维尺寸在1～100nm 区域的结构,它包括纳米粒子、纳米纤维、纳米薄膜、纳米块状和纳米晶等。

纳米粒子,又称超微粒子(ultrafine powders ,简称U FP ),统指1～100nm 的细微颗粒(结晶的或非结晶的)。

纳米粒子既不同于微观原子、分子团簇,又不同于宏观体相材料,是一种介于宏观固体和分子间的亚稳中间态物质。

当粒子尺寸进入纳米数量级(1～100nm )时,由于纳米粒子的表面原子与体相总原子数之比随粒径尺寸的减少而急剧增大,使其显示出强烈的体积效应、量子效应、表面效应和宏观量子隧道效应。

纳米材料指的是纳米结构按一定方式堆积或一定基体中分散形成的宏观材料,包括纳米块状材料和纳米复合材料。

制备纳米材料的方法有:化学气相沉积法、物理气相沉积法、机械合金法、液相化学合成法、超声波辐射法。

从物质的类别来分,可分为金属纳米材料、无机氧化物纳米材料、无机半导体纳米材料和有机小分子和聚合物纳米材料。

纳米材料是一种具有广泛应用潜力的新型材料,纳米材料能全面改善聚合物的综合性能,而且能赋予其奇特的性能,为聚合物的增韧增强改性提供了新的途径[3]。

纳米材料在高分子材料中的应用班级:Z090162 学号:Z09016206 姓名:张欢纳米材料及其技术是随着科技发展而形成的新型应用技术。

纳米材料的研究是从金属粉末、陶瓷等领域开始的,现已在微电子、冶金、化工、电子、国防、核技术、航天、医学和生物工程等领域得到广泛的应用。

近年来将纳米材料分散于聚合物中以提高高分子材料性能的研究也日益活跃,并取得了许多可观的成果。

一、纳米粒子的特性及其对纳米复合材料的性能影响1·1纳米粒子的特性纳米粒子按成分分可以是金属,也可以是非金属,包括无机物和有机高分子等;按相结构分可以是单相,也可以是多相;根据原子排列的对称性和有序程度,有晶态、非晶态、准晶态。

由于颗粒尺寸进入纳米量级后,其结构与常规材料相比发生了很大的变化,使其在催化、光电、磁性、热、力学等方面表现出许多奇异的物理和化学性能,具有许多重要的应用价值。

(1)表面与界面效应。

纳米微粒比表面积大,位于表面的原子占相当大的比例,表面能高。

由于表面原子缺少邻近配位的原子和具有高的表面能,使得表面原子具有很大的化学活性,从而使纳米粒子表现出强烈的表面效应。

利用纳米材料的这种特点,能与某些大分子发生键合作用,提高分子间的键合力,从而使添加纳米材料的复合材料的强度、韧性大幅度提高。

(2)小尺寸效应。

当超细微粒的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时,晶体周期性的边界条件将被破坏,导致其磁性、光吸收、热、化学活性、催化性及熔点等发生变化。

如银的熔点为900℃,而纳米银粉的熔点仅为100℃(一般纳米材料的熔点为其原来块体材料的30%~50%)。

应用于高分子材料改性,利用纳米材料的高流动性和小尺寸效应,可使纳米复合材料的延展性提高,摩擦系数减小,材料表面光洁度大大改善。

(3)量子尺寸效应。

即纳米材料颗粒尺寸小到定值时,费米能级附近的电子能级由准连续能级变为离散能级的现象。

其结果使纳米材料具有高度光学非线性、特异性催化和光催化性质等。

高分子复合材料的阻尼性能研究阻尼性能是高分子复合材料中一个重要的性能指标，对于材料的应用和性能表现起着至关重要的作用。

阻尼性能指的是材料在受到外力作用后，其对振动或冲击的吸收能力和抑制能力。

通过研究和优化高分子复合材料的阻尼性能，可以为工程领域中的结构设计和材料选择提供重要参考。

阻尼性能的研究需要考虑多个因素，包括材料的结构、基体性能以及添加剂的类型和浓度等。

在高分子复合材料中，一般通过添加填料或改变分子结构来改善阻尼性能。

填料的类型可以是纳米填料、微米填料或纤维填料等。

纳米填料因其具有较大的比表面积和界面效应，对提升材料的力学性能和阻尼性能具有独特的作用。

而微米填料则可以通过填充效应来改善材料的刚度和阻尼性能。

此外，纤维填料还可以通过增加材料的内摩擦和分散冲击能量来提高阻尼性能。

除了填料的选择外，高分子材料的分子结构和基体性能也对阻尼性能起着重要的影响。

高分子材料的分子量和拉链层结构会影响其力学性能和阻尼性能。

较高的分子量一般会使材料具有较好的拉伸性能和耐冲击性能，但是可能会降低材料的阻尼性能。

因此，在设计高分子复合材料时，需要根据具体的应用要求权衡不同因素，以获得较好的阻尼性能。

高分子复合材料的阻尼性能研究包括实验研究和模拟仿真两个方面。

实验研究可以通过制备样品进行拉伸、冲击或振动实验来评估材料的阻尼性能。

实验方法通常包括动态力学分析、冲击实验和模态分析等。

动态力学分析可以通过施加动态载荷并测量材料的应变和应力来评估材料的阻尼性能。

冲击实验可以通过模拟实际工况下的冲击负荷来评价材料的能量吸收能力。

而模态分析则可以利用振动试验来研究材料的阻尼能力以及阻尼效果。

另一方面，模拟仿真方法可以通过数值模拟来预测高分子复合材料的阻尼性能。

数值模拟方法包括有限元方法、计算流体动力学和分子模拟等。

有限元方法可以通过建立材料的数学模型，通过求解得到材料在不同工况下的应变和应力分布，从而预测阻尼性能。

计算流体动力学可以模拟材料在流体中的行为，从而预测振动和冲击时的阻尼效果。

13聚合物纳米复合材料详解13聚合物纳米复合材料是一种由聚合物基体中悬浮着纳米颗粒的复合材料。

聚合物基体可以是聚合物树脂、聚合物薄膜或聚合物纤维等。

纳米颗粒可以是纳米颗粒、纳米管、纳米片等。

聚合物纳米复合材料具有许多独特的物理和化学性质，这使得它们在许多领域中具有广泛的应用前景。

首先，聚合物纳米复合材料具有更高的力学性能。

由于纳米颗粒的骨架结构，复合材料具有更高的硬度、强度和弹性模量。

这些改进的性能使得纳米复合材料在制造领域中可以替代传统材料，例如金属和陶瓷。

其次，聚合物纳米复合材料具有更高的热稳定性和耐磨性。

纳米颗粒的导热性和软化温度高于聚合物基体，可以提高材料的耐热性和耐磨性。

因此，聚合物纳米复合材料可以用于制造耐高温和耐磨损的零件和设备。

第三，聚合物纳米复合材料具有更低的摩擦系数和更好的润滑性能。

纳米颗粒的表面积大，可以吸附润滑剂，从而减少材料之间的摩擦和磨损。

因此，聚合物纳米复合材料可以用于制造润滑剂和润滑材料，例如润滑油和润滑脂。

此外，聚合物纳米复合材料还具有更高的导电性和电磁性能。

纳米颗粒的导电性和磁性使得纳米复合材料具有更好的电导率和磁导率。

这些特性使得纳米复合材料在电子、电信和磁性材料等领域具有广泛的应用。

最后，聚合物纳米复合材料还具有更好的光学性能。

纳米颗粒的光学性能可以调控复合材料的透明度、折射率和色散性。

这使得纳米复合材料在光学和光电子领域具有潜在的应用，例如制造光纤、显示器和激光器等。

总之，聚合物纳米复合材料具有许多独特的物理和化学性质，这使得它们在许多领域中具有广泛的应用前景。

通过进一步的研究和开发，聚合物纳米复合材料有望在未来发展成为一种具有广泛应用的新型材料。

高分子纳米材料（论文）题目：高分子纳米材料及其应用化工学院学院高分子材料与工程专业学号**********学生姓名指导教师二〇〇一四年十一月高分子纳米材料及其应用摘要：高分子纳米材料是一门新兴并且发展迅速的一门科学。

其具有很多独特的性质，应用前景非常广阔。

本文主要介绍了高分子材料的性质，同时介绍了高分子纳米复合材料常见的制备方法及其在各个领域的应用。

关键词：性质；纳米复合材料；制备方法；应用Abstract: Polymer nano-materials is an emerging and rapidly developing research direction. It has many unique properties and broad application. This paper describes the properties of polymer materials, and also introduced preparation method of the polymer nano-composite materials .The paper also introduces its application in various fields.Key words:Properties; Nano-composite materials; Preparation method; Application1 引言纳米材料科学是一门新兴的并正在迅速发展的材料科学。

由于纳米材料体系具有许多独特的性质，应用前景广阔，而且涉及到原子物理、凝聚态物理、胶体化学、配位化学、化学反应动力学和表面、界面科学等多种学科，在实际应用和理论上都具有极大的研究价值，所以成为近些年来材料科学领域研究的热点之一，被誉为“21世纪最有前途的材料”。

[1, 2]纳米作为一个材料的衡量尺度，其大小为1 nm (纳米) =10~9 m (米)，即十亿分之一米，大约是10个原子的尺度。