纳米复合材料的研究及应用

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1、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

2、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

3、/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

4、，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)4

5、O10］(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作为一价阳离子时单位化学式的层电荷数，一般在0.2～0.6之间。根据层间主要阳离子的种类，分为钠蒙脱石、钙蒙脱石等成分变种。在晶体化学式中，H2O(结晶水或层间水等)一般都写在式子的最后面，但在蒙脱石中，H2O写在前面，表示H2O与可交换阳离子一起充填在层间域里。E与H2O以微弱的氢键相联形成水化状态，若E为一价离子，离子势小，形成一层连续的水分子层；若E为二价阳离子，形成二层连续水分子。这表明水

6、分子进入层间与层格架(单元层)没有直接关系。水的含量与环境的湿度和温度有关，可多达四层。2，累托石纳米复合材料　累托石是晶体结构特殊的铝硅酸盐矿物，由类云母单元层和类蒙脱石单元层在特殊自然条件下有规则地交替堆积，但又不是二者的简单组合，尤其是其条带状的微观结构颇为罕见.　　累托石矿物具有以下独特的物理特性:　　①高温稳定性:累托石的耐火度高达1650'C，并能在500℃状态下保持结构稳定。　　②高分散性和高塑性:累托石遇水极易分散，成膜平整，加入少量碱处理后，分散效果更佳，并能长期保持悬浮:累托石塑性指数可高达

7、50，易粘结成形，烘干或烧结不产生裂纹。　　③吸附性和阳离子交换性:累托石结构中蒙脱石层间的水化阳离子，可以被大量其它无机、有机阳离子交换，如钠、铝、硅及季胺盐等单一或复合离子，能吸附各种无机离子、有机分子和气体分子，并且这种吸附和交换是可逆的。　　④层间孔径和电荷密度可调控:累托石层间孔径在使用不同处理if!]进行离子交换后，可形成1.5-4n。之间的大孔径层柱状二维通道结构，在大范围的酸碱、水热、温度条件下保持稳定性，其层间电荷密度可根据需要调整，以获得适当的活性。　　⑤阻隔紫外线性:累托石天然具备良好的紫

8、外线阻隔能力，对短波长光线或射线的吸收阻隔效果显著。⑥结构层分离性:累托石是为数不多的易分离成纳米级微片的天然矿物材料之一，经适当处理，累托石间层结构可分离成类云母和类蒙脱石的纳米微粒，产生纳米材料的新特性，有望在纳米材料领域凸现特性。累托石的性质决定了其在纳米复合材料中有着很大的性能优势，作为层层状硅酸盐粘土，累托石和蒙脱土极为相似又具有它独特的结构特点，在结构上它与蒙脱石有相似之处