高分子纳米复合材料1

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1、第十章高分子纳米复合材料2010年11月纳米科学是，20世纪末兴起的最重要的科技研究新领域，当今世界各国都将纳米科学技术列入重点研究开发的课题。人类对物质的认识宏观微观经典力学基础理论量子力学和相对论介观领域纳米科学基础理论基础理论纳米科学：1、纳米及纳米体系①、纳米是一个长度单位，1nm=10-3μm=10-9m。②、通常界定1～100nm的体系为纳米体系。2、纳米科学①纳米体系，略大于分子尺寸的上限，恰好能体现分子间强相互作用。这种分子间强相互作用引起的许多性质，与常规物质相异，正是这种特异性质构成了纳米科学。②

2、、纳米体系尺寸上限以上为宏观领域，尺寸下限以下为微观领域。其中，宏观领域以宏观物体作为研究对象，理论基础是经典力学和电磁学；微观领域则以分子、原子作为研究对象，理论基础是量子力学和相对论。③、显然，纳米体系领域需要用全新的理论为理论基础。即形成纳米科学。纳米晶体材料纳米非晶体材料纳米材料纳米相颗粒材料纳米复合材料纳米科学纳米结构材料（内容上）纳米技术：在纳米尺寸范围内对物质的加工、分析、表征、利用等相关技术。其中，聚合物纳米复合材料及其技术（聚合物纳米科学），是当今发展最为迅速、最为贴近实用化的领域。第一节高分子纳米

3、复合材料概述一、纳米材料与纳米技术1、纳米材料是以纳米结构为基础的材料，或者以纳米结构为基本单元构成的复合材料。①、纳米结构以具有纳米尺度的物质单元为基础，按一定规律构筑或营造的一种新结构体系，称为纳米结构体系。②、纳米材料纳米材料是在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围的物质，或者由它们作为基本单元构成的复合材料。从微观角度分类，纳米材料大致有以下两类：A、纳米尺度范围的物质一维纳米结构的膜型纳米材料，二维纳米结构的丝状纳米材料，三维纳米结构的纳米粉或者纳米颗粒材料。B、纳米复合材料无机-无机复合、无机-有机物复合

4、、金属-陶瓷复合、聚合物-聚合物复合等多种复合形式的纳米复合材料。从宏观角度分类，纳米材料大致有以下四类：A、纳米粉末又称为超微粉或超细粉，是介于原子、分子与宏观物质之间处于中间物态的固体颗粒材料，在块状材料和复合材料制备方面应用较多。B、纳米纤维指填加纳米粉的纤维材料。C、纳米膜分为单层膜和多层膜的纳米膜材料，在光电子学领域和膜分离领域应用广泛。D、纳米块体由纳米粉末通过高压或烧结成型，或者用高分子材料复合构成的块状材料。2、纳米技术纳米技术是借助现代科学技术手段的全新的实用科学，包括纳米加工技术、纳米分析表征技术

5、、纳米操控技术等新型的科技方法和手段。目前在纳米技术领域最显著的现代技术主要有以下几种。①、扫描隧道显微镜技术扫描隧道显微镜（scanningtunnelmicroscopeSTM），是目前为止进行表面分析的最精密仪器之一。直接观察到原子和分子，而且直接操纵和安排原子和分子。②、原子力显微技术原子力显微镜（atomicforcemicroscope，AFM）也是高分辨的显微仪器，具有与STM相近的分辨率。AFM不仅可以观察到非导电样品表面形态，而且还可以对数十个原子、甚至数个分子进行操控，包括化学反应，从而对其表面进

6、行微加工，大大拓展了其应用范围，展示了AFM在未来大规模集成电路纳米级蚀刻技术方面的应用潜力。二、纳米效应纳米尺寸的物质，其电子的波性以及原子间的相互作用将受到尺寸大小的影响。诸如，熔点等热学性能、磁学性能、电学性能、光学性能、力学性能和化学活性会出现与传统材料截然不同的性质。一般认为导致纳米材料独特性能，主要基于以下四种基本纳米效应。1、表面效应表面能随着粒径减小而增加的现象称为表面效应。当颗粒状材料的直径降低到纳米尺度时，比表面积会非常大，这样处在表面的原子或离子所占的百分数将会显著地增加。然而由于缺少相邻的粒子

7、，则出现表面的空位效应，表现出表面粒子配位不足，表面能会大幅度增加。这种在纳米尺度范围内发生的表面效应称为纳米表面效应。2、小尺寸效应当颗粒小至纳米尺寸时，所引起的宏观物理性质的变化称为纳米小尺寸效应。纳米小尺寸效应主要反映在熔点、磁学、电学和光学性能等方面均与大尺寸同类材料明显不同。3、量子尺寸效应当颗粒状材料的尺寸小至纳米尺寸时，其电子能级由连续转变为量子化（最高占据分子轨道和最低空轨道，使能隙变宽，出现能级的量子化）。这时，纳米材料电子能级之间的间距，随着颗粒尺寸的减小而增大。当能级间距大于热能、光子能、静电能

8、以及磁能等的能量时，就会出现一系列与块体材料截然不同的反常特性，这种效应称之为纳米量子尺寸效应。例如，纳米颗粒具有高的光学非线性及特异的催化性能均属此列。4、宏观量子隧道效应微观粒子（电子、原子）具有穿越势垒的能力称之为隧道效应。一些宏观的物理量，如纳米颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量以及电荷等也具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统的势垒而