纳米复合材料课件.ppt

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1、纳米改性聚合物基复合材料无机纳米微粒/聚合物复合材料聚合物/无机纳米微粒复合材料是指无机纳米粒子分散于聚合物基体中的复合体系。第一类以改善塑料力学性能和物理性能为主要目的。第二类主要是利用无机纳米粒子的某些功能制备功能材料。1）塑料增强和增韧无机纳米粒子分散相具有较大的比表面积和较高的表面能，并且具有刚性，复合材料力学性能好。聚合物基体中加纳米粉体后，耐冲击强度、拉伸强度、热变形温度都有较大幅度提高。最大优点：可同时提高冲击强度和抗张强度，模量也有提高。1.比强度和比模量高比强度（抗拉强度与密度之

2、比）和比模量(弹性模量与密度之比)高，说明材料轻而且刚性大。弹性模量：应力与应变的比；2.良好的抗疲劳性能疲劳是材料在循环应力作用下的性质。复合材料能有效地阻止疲劳裂纹的扩展。复合材料的性能3.减振性能好在工作过程中振动问题十分突出，复合材料为多相系统，大量的界面对振动有反射吸收作用。自振动频率高，不易产生共振。4.高温性能好复合材料在高温下强度和模量基本不变。最初纳米材料(Nanomaterial)是指粒径为1100nm的超细颗粒和由超细颗粒构成的薄膜和固体。现在，广义地纳米材料是指在三维空间

3、中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。纳米复合材料（nanocomposites）是指分散相尺度至少有一维小于100nm的复合材料。聚合物基纳米复合材料纳米材料简述维数零维：纳米粒子；一维：纳米管、纳米线；二维：薄膜；纳米复合材料0-0复合、0-3复合、1-3复合；0-0复合、0-3复合、0-2复合?0-3复合:纳米二氧化硅分散到环氧树脂的体系中，制备了纳米二氧化硅-环氧树脂；1-3复合：碳纳米线、纳米棒、晶须等线型的分散在基体树脂中；(1)小尺寸效应：当颗粒尺寸减小到纳米量

4、级时，一定条件下导致材料宏观物理、化学性质发生变化。当粒子的粒径小于光的波长，则粒子是透明的，因此，它的光、磁、声、力性能都会发生变化。由于比表面积增加，使纳米材料具有极强的吸附能力。如光吸收显著增强（量子点）；1.纳米材料的性能纳米陶瓷可以被弯曲，其塑性变形可达100%；纳米微粒的熔点低于块状金属，如块状金熔点为1337K，而2nm的金微粒的熔点只有600K。(2)表面效应：指纳米粒子表面原子数与总原子数之比，随粒径的变小而急剧增大后所引起性质上的变化。例如，5nm的粒子表面原子占50%；而2n

5、m的粒子，表面原子占80%。表面原子增加，使表面能增高，大大增强了纳米粒子的化学活性，使其在催化、吸附等方面具有常规材料无法比拟的优越性。(3)量子尺寸效应：随着粒子由宏观尺寸进入纳米范围，准连续能带将分裂为分立的能级，能级间的距离随粒子尺寸减小而增大，这种能级能隙变宽的现象称为量子尺寸效应。这种量子尺寸效应导致纳米粒子具有与宏观物质截然不同的反常特性。例如，粒径为20nm的银微粒在温度为1K时出现由导体变为绝缘体的现象。(4)宏观量子隧道效应：微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。纳米粒子的磁

6、化强度，量子相干器件中的磁通量等也具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统的势垒而产生变化，被称为纳米粒子的宏观量子隧道效应。扫描隧道显微镜的基本原理就是基于量子隧道效应。宏观量子隧道效应限定了磁带、磁盘进行信息存储的时间极限。纳米材料的应用纳米材料的结构和特性，使纳米材料呈现出不同于宏观物体的奇异现象：熔点降低，活性增大，声、光、电、磁、热和力学等物理性能出现异常。纳米材料在化学工业、电子工业、生物医疗、航天等领域具有广阔的应用前景。纳米催化材料：纳米材料比表面积大，表面活性高，可用来作催化剂。例如，

7、粒径为30nm的镍可把有机化学的加氢和脱氢反应速率提高15倍；用纳米铂催化乙烯的氧化反应，可使温度由原来的600℃降到室温。纳米尼龙帘子线纳米金属材料：强度高，熔点低。例如，银熔点为900℃，而纳米银的熔点为100℃；铜的熔点为1083℃，而20nmCuNP的熔点只有39℃。这一特点使低温下将纳米金属烧结成合金产品成为现实，且为不溶解的金属冶炼成合金创造了条件。纳米金属铜的超延展性纳米陶瓷材料。纳米陶瓷的强度，韧性和塑性都大大提高了，并降低了陶瓷的烧结温度。例如，纳米SiC陶瓷的断裂韧性比普通Si

8、C陶瓷提高了100倍；纳米ZrO2的烧结温度比微米级ZrO2的烧结温度降低了400℃；德国萨德兰德大学制成的由纳米TiO2和CaF2组成的纳米陶瓷材料能被弯曲，在80-180℃范围内，其塑性变形可达100%，脆性陶瓷变成了塑性陶瓷。纳米磁性材料具有优秀的磁性质，用它制成的磁记录介质材料，不仅音质、图像和信噪比都好，而且记录密度比现在使用的γ-Fe2O3高10倍。纳米磁性材料纳米材料的制备纳米微粒的制备方法有很多种，按反应性质可分为物理法、化学法；按制备系统和状态又可分为气相法、液相