有机机纳米复合材料的研究进展

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1、有机无机纳米复合材料的研究进展发信站:哈工大紫丁香(2001年04月17日19:51:27星期二),站内信件有机无机纳米复合材料的研究进展杨勇，朱子康(上海交通大学化学化工学院)漆宗能(中国科学院化学研究所)复合材料是指由超过一种以上的材料或材料相复合而成，用于获取具有某种特殊性能或良好综合性能的材料.高聚物基复合材料PMCs最先得到发展，已有半个多世纪的历史，在工业、民用、航天航空、生态、智能等领域取得了广泛的应用［1］.纳米复合材料是一类新型复合材料，它是指一种或多种组分以纳米量级的微粒，即接近分子水平的微

2、粒复合于基质中构成一种复合材料.纳米复合材料因其分散相尺寸介于宏观与微观之间的过渡区域，将给材料的物理和化学性质带来特殊的变化，正日益受到关注.纳米材料被誉为"21世纪最有前途的材料"，该类材料研究的种类已经涉及到无机物、有机物和非晶态材料等.有机无机纳米复合材料因其综合了有机物和无机物各自的优点，并且可以在力学、热学、光学、电磁学和生物学等方面赋予材料许多优异的性能，正在成为材料科学研究的热点之一.目前，国内外这方面的研究成果正不断见诸报道［2，3］.本文拟对这些研究进展作一综述.1有机无机纳米复合技术最先制

3、得的纳米复合材料是无机纳米复合材料，如金属、非金属，陶瓷和石英玻璃等.目前，纳米复合材料研究的种类已涉及到有机物和非晶态材料等.各国首先着重于纳米复合材料制备方法的研究，特别是薄膜制备法的研究.纳米复合方法常用的有三种：溶胶凝胶法、嵌入法和纳米微粒填充法.其中溶胶凝胶法较早用于制备有机无机分子杂化材料或纳米复合材料；嵌入法在分子材料领域表现出很好的前景，特别是将不同的性能综合到单一的材料中去.1.1溶胶凝胶法(SolGelProcess)在18世纪中期，Ebelman和Grahman［4］在对二氧化硅凝胶

4、的研究中，产生了用溶胶凝胶工艺制备无机陶瓷和玻璃的兴趣.溶胶凝胶产品最早出现在50年代，除了粉末材料外，多孔固体、纤维、涂层和薄膜也相继被制备.溶胶凝胶工艺的基本过程是液体金属烷氧化物M(OR)4(M为Si、Ti等元素，R为CH3、C2H5等烷基)与醇和水混合，在催化剂作用下发生如下水解缩合反应：水解反应TEOS+4H2O→Si(OH)4+4EtOH缩合反应Si(OH)4+Si(OH)4→(HO)3Si-O-Si(OH)3+H2O当另外的≡Si-OH四配位体互相链接，则发生如下缩聚反应，并最终形成三维的Si

5、O2凝胶网络.(OH)3Si-O-Si(OH)3+6Si(OH)4→((HO)3Si-O)3Si-O-Si(O-Si(OH)3)3+6H2O凝胶的结构取决于水解反应速率kh和缩合反应速率kc.影响速率的因素包括：温度、溶剂的性质、烷氧化物先驱体的性质、电解质(酸、碱)的性质和浓度、R比值(［H2O］／［TEOS］)和压力等.近年来，利用金属烷氧化物的溶胶凝胶反应与聚合反应巧妙的组合，制备有机无机纳米复合材料已成为材料科学新的热点.通过选择不同的原料和控制合成反应，可以制备出具有不同性能和满足广泛需要的有机无机

6、纳米复合材料［4］.溶胶凝胶法已被越来越广泛地应用到电子陶瓷、光学、热学、化学、生物学以及复合材料等领域.1.2嵌入法(IntercalationProcess)嵌入法是将客体嵌入到层状结构的主体中去的复合方法，它包括：(1)将有机单体分散到无机介质中，然后引发单体进行原位聚合反应，有机高分子嵌入无机片层结构中，如尼龙6/粘土纳米复合材料［5］；(2)将高聚物直接嵌入到片层结构的无机主体中去.如果主体结构可以制备成胶体溶液，如层状主体剥离后产生单片胶体，则剥离/吸收工艺被证明可以在室温下成功地制备含有大量层状固体

7、与可溶性高聚物的纳米复合材料［6］.在制备多性能材料领域，嵌入法提供了一种可替代SolGel的方法，尤其在某些特殊场合可以获得更好的结晶性，在要求协同作用时，这是一个至关重要的因素.1.3纳米微粒填充法(NanoparticleFilling)该方法可分两种：一种是将纳米量级的颗粒如SiO2等制成胶体溶液，然后与高聚物溶液混合均匀，蒸发掉溶剂即成纳米复合材料，如无机颗粒嵌入到高聚物基体中，或有机组分嵌入到无机基体中.另一种是无机小粒子分散到有机单体中，然后引发单体聚合，无机颗粒包裹在有机基体中.2有机无机纳米

8、复合材料的制备2.1高聚物/SiO2纳米复合材料溶胶凝胶工艺是合成高聚物/SiO2纳米复合材料的主要方法.其基本思想是：有机物和金属烷氧化物(如TEOS)先驱体溶解在相同的溶剂里，由于烷氧化物的水解和缩聚反应形成氧化物凝胶网络.而有机物仍然留在网络之中，甚至可以使有机物以化学键形式结合在氧化物网络上，构成有机无机杂化纳米复合材料，即有机、无机相间可以纯粹