信息纳米技术及其应用CH4纳米复合材料NANOCOMPOSITES2009课件

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1、CH4纳米复合材料纳米复合材料（NANOCOMPOSITES）：两种或两种以上的吉布斯固相至少在一个方向以纳米级大小复合而成的材料。在复合材料中，一种相为连续相，称基体；另一种相为分散相，分散相以一种独立的相态分布在连续相中，两相间有相界。纳米复合材料的分类纳米复合材料的制备方法几种典型的纳米复合材料：纳米复合涂层，高强度、高延展性合金，增韧纳米复相陶瓷，超塑性陶瓷材料，高分子基复合材料，纳米磁性复合材料，新型发光材料，高ε材料。4.1纳米复合材料的分类纳米颗粒-零维纳米材料纳米纤维-一维纳米材料

2、纳米薄膜-二维纳米材料纳米固体-三维纳米材料0-0复合：不同种类的纳米粒子复合。如：金属-金属复合、金属-陶瓷复合、金属-高分子复合、陶瓷-陶瓷复合、陶瓷-高分子复合。0-2复合，纳米粒子分散在薄膜材料中，形成均匀分散或非均匀分散的颗粒膜。0-3复合，纳米粒子分散在常规三维固体中。如：金属纳米粒子分散到另一种金属或合金中；纳米陶瓷（氧化物）分散到常规金属或高分子中。2-2复合，如：多层膜。按固相成分可分为：无机纳米复合；有机/无机纳米复合；聚合物/聚合物纳米复合。更广义的复合材料：不同物质构成的纳

3、米多层膜以及介孔复合体材料纳米复合材料与普通复合材料的区别有机-无机纳米复合材料区别于通常的聚合物/无机填料体系：无机和有机相在纳米范围结合而成，两相界面存在较强的作用力，得到许多特异性能的新材料。4.2纳米复合材料制备方法Sol-Gel法CVD(ChemicalVaporDeposition)法Sputtering纳米粒子直接分散法插层复合法高能球磨法(1)Sol-Gel法制备纳米复合材料可制备纳米氧化物、纳米半导体材料、无机纳米复合材料，还可制备纳米有机-无机纳米复合材料。优点：均匀性好、纯度

4、高、烧结温度比传统的固相法低。例如：FeCl3•6H2O和Ti(OC3H7)8制α-Fe2O3/TiO2纳米材料。先制得干凝胶，1200℃热处理→Fe2O3/TiO2纳米材料。制备有机-无机纳米复合材料：在有机物存在下形成无机相。选择合适的共溶剂是关键。例如：聚丙烯腈在有机酸作共溶剂条件下可溶于硅酸乙酯的水溶液中，在合适条件下硅酸乙酯水解缩合制得含有机聚合物的凝胶，室温下缓慢干燥，得到了有机聚合物均匀包埋在三维二氧化硅网络中的透明性很好的复合材料。(2)CVD法制备纳米复合材料制备过程：CVD气相

5、反应→沉积→热处理。如：SiCl4-C3H8-H2系统，Si/C比为0-2.8,沉积温度1400-2000K,制得SiC-C纳米复合材料。(3)Sputtering制备纳米复合材料如：RF磁控溅射制备InxGa1-xAs/SiO2纳米材料(3-5nm),（0.2＜x＜0.8)。(4)纳米粒子直接分散法制备纳米复合材料优点：纳米粒子与材料的合成分步进行，可控制纳米粒子的形态、尺寸。在分散前一般对纳米粒子进行表面处理，以保证体系分散均匀。如：无机氧化物-聚吡咯复合材料的制备。将纳米氧化物分散于聚合物中

6、，制成有发光特性的聚合物-半导体材料。氧化物有：SiO2,SnO2等。(4)纳米粒子直接分散法制备纳米复合材料分散方法:溶液共混:基体树脂溶解于溶剂,加入纳米粒子→搅拌均匀→除去溶剂或有机载体聚集制得复合体系。如：将CdS纳米粒子用溶液共混法嵌入聚合物中制成具有发光特性的聚合物-半导体纳米材料。机械共混:树脂+溶剂+纳米粒子→三辊研磨→纳米材料。(5)插层复合法利用层状无机物(硅酸盐粘土)做作为主体，将有机高聚物作为客体插如主体的层间，从而制得有机/无机纳米复合材料。层状无机物结构特点:呈层状，每

7、层结构紧密，但层间有空隙，每层厚度和层间距离都在纳米级。常用的层状无机物如:蒙脱土，属2:1型层状硅酸盐，每层的一个单位晶胞由两个Si-O四面体中间夹带一个Al-O八面体构成，每层厚度约1nm，层间距离为几nm-十几nm。插层复合法按插入的方法，有机/无机插层型纳米复合材料分为：单体插入-原位聚合，有机高聚物溶液直接插入，有机高聚物熔融直接插入。按复合材料的结构，可分为：层间插入型和层状分散型复合材料。(6)高能球磨法制备纳米复合材料制备金属-金属、金属-陶瓷、陶瓷-陶瓷纳米复合材料。原材料：超细

8、粉(0.3umAl2O3,0.1umMgO,0.3umSiC,0.3umSi3N4→混合（乙醇介质中球磨）→烧结(30MPa,N2)→纳米陶瓷复合材料:1800℃,Al2O3/Si3N41600-1800℃,Al2O3/SiC1700-1800℃,MgO/SiC4.3几种典型的纳米复合材料(1)纳米复合涂层如：磁控溅射法在碳钢表面涂上复合涂层MoSi2/SiC，经500℃/1h热处理后，涂层硬度可达到20.8GPa，比碳钢提高几十倍，且有良好的抗氧化和耐高温等性能，克服了单层纳米M