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纳米复合材料 吕翠霞


纳米复合材料
高材 091 吕翠霞 050916119
摘要: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。 关键词:纳米技术 复合材料 碳纳米管 正文: 纳米这个词在现在的我看来并不陌生,它代表的是 10 的-9 次方,或许有点 片面, 但是这是它给我的第一印象,纳米技术在今天这个时代也是很流行或者说 是很吃香的, 说到纳米技术我并不是很了解,所以我就上网搜了下网上关于它的 介绍, 纳米技术是一门交叉性很强的综合学科,研究的内容涉及现代科技的广阔 领域。1993 年,国际纳米科技指导委员会将纳米技术划分为纳米电子学、纳米 物理学、纳米化学、纳米生物学、纳米加工学和纳米计量学等 6 个分支学科。其 中, 纳米物理学和纳米化学是纳米技术的理论基础,而纳米电子学是纳米技术最 重要的内容。纳米科技是 90 年代初迅速发展起来的新兴科技,其最终目标是人 类按照自己的意识直接操纵单个原子、分子,制造出具有特定功能的产品。纳米 科技以空前的分辨率为我们揭示了一个可见的原子、分子世界。这表明,人类正 越来越向微观世界深入, 人们认识、 改造微观世界的水平提高了前所未有的高度。 有资料显示,2010 年,纳米技术将成为仅次于芯片制造的第二大产业 。 现在切入正题,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。 纳米粘土

根据目前开发水平以及纳米分散相的性质,聚合物纳米复合材料主要包括聚 合物 2 无机纳米复合材料和聚合物 2 聚合物纳米复合材料。其中,聚合物 2 无机 纳米复合材料实现了有机与无机纳米尺寸范围的结合,兼备无机物和有机物的特 性,制备方法相对简单,所以在聚合物纳米复合材料中占主导地位,主要包括聚合 物/ 碳酸盐纳米复合材料、 聚合物/ 层状硅酸盐纳米复合材料、聚合物/ 金属纳 米复合材料和聚合物/ 氧化物纳米复合材料等 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。目前最受人们关注 并率先投人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。其中碳纳米管还能提高塑料的导电 性, 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,目前处于研究状态。 此外还有纳米粘土聚合物阻隔技术也通过纳米粘土得到了很大发展。 三菱气体化 学品公司(~IGC)和 Honeywell 专业聚合物公司正在将 Nanocor 公司的纳米粘土用 于尼龙以作为多层聚酯瓶和食品包装膜中的阻隔层。MGC 的一种叫 Imperm N 的 尼龙纳米复合材料在欧州已用于生产装啤酒和其它酒精类饮料的多层聚酯瓶。 也 正在被考虑用于生产装碳酸类软饮料的瓶子。 接下来将被考虑用于生产多层热成 型的装熟肉制品和干酪的包装容器, 以及用于生产包装土豆片和番茄酱的软质薄 膜。 所以就关于纳米复合材料查阅了一些文献其中就比较感兴趣的进行一些了解 和学习,如纳米复合材料 CdS/TiO2NTs 的制备及光催化产氢活性 通过离子交换

和沉淀反应制备纳米复合材料 CdS/TiO2NTs.采用 X 射线衍射(XRD)、扫描电镜 (SEM)、透射电镜(TEM)、漫反射紫外-可见吸收光谱(DRUVAS)、荧光光谱(FES)、 X 射线荧光分析(XRF)等手段对该复合材料的结构进行表征.SEM 结果表明:钛酸 盐纳米管的形成经由 TiO2 颗粒-片状的钛酸盐-卷曲的钛酸盐纳米管的自组装过 程.XRD、DRUVAS、FES 和 FES 结果表明:平均粒度大约 8 nm 的六方相 CdS 均匀 的负载于锐钛矿型 TiO2 纳米管表面,其吸收边扩展到可见区.与 TiO2 纳米管及 TiO2 粉末相比,CdS/TiO2NTs 纳米复合材料展示了较高的可见光催化分解水产 氢活性. 此外还看了点关于碳纳米管的知识 碳纳米管作为一维纳米材料,重量 轻,六边形结构连接完美,具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着 碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。 碳纳米管 按照石墨烯片的层数分类可分为:单壁碳纳米管(Single-walled nanotubes, SWNTs)和多壁碳纳米管(Multi-walled nanotubes, MWNTs) ,多壁管在开始形 成的时候, 层与层之间很容易成为陷阱中心而捕获各种缺陷,因而多壁管的管壁 上通常布满小洞样的缺陷。与多壁管相比,单壁管是由单层圆柱型石墨层构成, 其直径大小的分布范围小,缺陷少,具有更高的均匀一致性。单壁管典型直径在 0.6-2nm, 多壁管最内层可达 0.4nm, 最粗可达数百纳米, 但典型管径为 2-100nm。 碳纳米管依其结构特征可以分为三种类型:扶手椅式纳米管,锯齿形纳米管和手 型纳米管。 其中比较深入或者详细点的关于碳纳米管的则是下面这个:定向碳纳 米管/炭纳米复合材料形貌和显微结构以 CVD 法定向碳纳米管(ACNTs)阵列为骨 架,利用化学气相渗透(CVI)工艺制备了新型定向碳纳米管/炭(ACNT/C)纳米复合 材料.通过偏光金相显微镜(PLM)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微 镜(HRTEM)、X 射线衍射(XRD)和 Raman 光谱等分析方法对其显微结构和热解炭沉 积机理进行了研究.结果表明: 所制 ACNT/C 纳米复合材料的热解炭结构主要为 类粗糙层结构,围绕碳纳米管生长的热解炭石墨层片结构清晰,并且碳纳米管和 热解炭之间具有良好的界面结合;而在相同工艺条件下围绕炭纤维生长的热解炭 为典型的光滑层结构.这可能是由于在热解炭沉积过程中存在碳纳米管"诱导"沉 积过程,即沿着碳纳米管径向的离域化共轭 π 键和具有类似结构的芳香族大分 子通过 π -π 非共价键作用相结合,并在 CNTs 纳米尺寸的影响下,芳香族大分子 按照"软取向"(Soft epitaxy)围绕碳纳米管生成环形层片状类石墨结构的热解

炭.该研究结果有望为热解炭的可控沉积起到一定的借鉴作用 。 但现在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,复合材料的热一机械性能、阻隔性能和阻 燃性能将会得到很大的提高。在耐热性、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 。 参考文献: 1)纳米复合材料的研究及应用 刘燕 湖南科技职业学院轻化工程学院,湖 南长沙4l 0l 2)聚合物基纳米复合材料的展望 与工程学院,山东青岛266042 3)纳米复合材料 CdS/TiO2NTs 的制备及光催化产氢活性 刘向封 张军 青岛化工学院高分子科学


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