《杂化纳米复合材料》PPT课件

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1、杂化纳米复合材料分散体系与溶胶凝胶的结构与性质聚合物溶胶与凝胶杂化复合材料的制备方法杂化复合材料的形成原理SiO2杂化复合材料TiO2杂化复合材料Al2O3杂化复合材料杂化复合材料的基本概念杂化纳米复合材料是通过溶胶-凝胶技术制造的。溶胶-凝胶技术是指有机或无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶固化，再经热处理而得到氧化物或其它化合物的方法。杂化复合材料的基本概念19世纪中叶，正硅酸乙酯水解形成的SiO2呈玻璃态。20世纪30～70年代，化学家、矿物学家、陶瓷学家、玻璃学家等分别通过溶胶-凝胶技术制备出了各自的研究对象，核化学家利用溶胶

2、-凝胶技术制备了核燃料，避免了危险粉尘的产生。杂化复合材料的基本概念20世纪80年代是溶胶-凝胶技术发展的高峰时期，发展了胶体溶胶-凝胶过程、无机聚合物溶胶-凝胶过程、复合溶胶-凝胶过程等3种主要溶胶-凝胶技术，合成了许多可工业化的溶胶-凝胶前驱体，不仅有无机前驱体，也有大量的有机前驱体。主要用于制备粉体材料、薄膜材料、块体材料、纤维材料等。杂化复合材料的基本概念用溶胶-凝胶技术将有机功能分子或聚合物掺入到无机网络中，可克服陶瓷、玻璃的缺陷，有机-无机杂化材料；将无机组分引入到有机聚合物中，制备了无机-有机基杂化材料，可克服聚合

3、物易老化和热稳定性差的缺点。杂化复合材料的基本概念溶胶-凝胶综合了聚合物科学、物理学、物理化学、胶体化学、配位化学、金属有机化学等有关学科的基本知识与基本理论，逐步发展成为一门独立的“溶胶-凝胶”科学与技术。在纳米复合材料的发展中，溶胶-凝胶技术成为有目的、有意识自行设计、制备和剪裁纳米复合材料的主要方法之一。杂化复合材料的基本概念要做到对复合材料超微结构的控制、分子水平设计，使制备的复合材料重复性和可靠性均好，应加强基础理论研究工作，如前驱体化学、溶胶-凝胶分级团簇化、高聚物网络理论与凝胶化等方面的工作。分散体系与溶胶分散体系

4、是指一种或几种物质以一定分散度分散在另一种物质中形成的体系。以颗粒分散状态存在的不连续相称为分散相，这种分散的颗粒称为分散质；分散质在某个方向上的线度介于1～100nm时，这种分散体系，简称胶体。分散体系与溶胶溶胶的三个主要研究领域：1、分子溶胶：又称亲液溶胶，聚合物在溶液中呈分子无规线团状态存在，线团与溶剂之间没有清晰的界面。溶解分散过程是一个自发过程：此时体系中分散介质的混合熵和聚合物分子链的构象熵的增加可使体系总自由能降低，整个体系是热力学稳定体系。分子溶胶在纳米材料和杂化纳米复合材料的制备中应用较广泛。分散体系与溶胶2、

5、缔合溶胶：表面活性剂分子在溶液中形成胶束，进而构成所谓的微乳液或液晶，也是热力学稳定体系。分散体系与溶胶3、憎溶胶：分散质与分散介质之间存在明显界面的体系，是由微小的固体颗粒悬浮分散在液相中构成，分散颗粒不停地进行布郎运动，属于多相热力学不稳定体系。分散体系与溶胶溶胶的制备-一般条件凝聚法：由分子或离子凝聚而成分散法：由粉体物质分散而成分散体系与溶胶溶胶的制备的一般条件亲液溶胶通过加热和搅拌就可以在分散介质中缓慢溶解而形成，如果高分子聚合物在分散介质中仅溶涨而不溶解，则不能形成溶胶，亲液溶胶形成的条件是分散质在分散介质中可溶解，

6、分散质和分散剂没有明显的界面。分散体系与溶胶溶胶的制备的一般条件缔合溶胶的分散质是表面活性剂，受机械搅拌、电分散或者超声作用在分散剂中溶解分散达到一定程度后形成的微乳液或者液晶体系，其形成条件是分散质在分散介质中仅有较小的溶解度。分散体系与溶胶溶胶的制备的一般条件憎液溶胶的分散质必须是小于100nm的质点，与分散介质具有一定的界面，在分散介质中不溶或仅有较低的溶解度。这种分散质可以是分子或离子凝聚而成，也可以是粉体物质受外力作用机械分散而成。分散体系与溶胶溶胶的制备-方法分散法：可以将纳米微粒在强力机械作用下，或在超声波作用下，

7、在有机化合物中可以形成溶胶。这是因这纳米粒子表面具有对有机化合物的亲和性，例如，纳米SiO2，在其表面效应作用下，以其表面的诸多羟基与杂环化合物作用而容易形成溶胶。但这种溶胶很不稳定，会很快转化为凝胶。分散体系与溶胶溶胶的制备-方法凝聚法：通过体系中各组合间的化学变化，形成具有一定粒子大小的分散质的溶胶体系。在制备纳米复合材料时，更多的是通过分子间的化学变化而形成溶胶，例如，将有机硅烷溶解在强极性有机化合物中，可以很快形成稳定的溶液，如果有矿物酸的作用，有机硅烷催化水解形成稳定的有机硅溶胶，目前已知的纳米复合材料前驱溶胶还有有机

8、钛溶胶、有机镉溶胶。分散体系与溶胶溶胶的性质-光学性质为溶胶高度分散性和不均匀性的反映。当光线入射到溶胶体系时，有部分能自由通过，另一部分被吸收、反射或散射。分散体系与溶胶溶胶的性质-光学性质由于溶胶粒子的尺寸小于入射光的波长，就会产生散射，从而出现Tyndal