纳米复合材料的发展现状及展望

时间:2016-12-19 编辑:张莉‍ 手机版

  纳米材料是物质以纳米结构按一定方式组装成的体系,以下是小编搜集整理的一篇探究纳米复合材料发展现状的论文范文,供大家阅读参考。

  摘 要:从纳米技术的角度论述了非金属粘土矿物——蒙脱石制备聚合物基纳米复合材料的发展现状和发展前景,并预测了聚苯乙烯纳米复合材料可能发展的新领域。

  关键词:蒙脱石;纳米复合材料;非金属粘土矿物

  引言

  纳米是长度单位(Nanometer,nm),原称“毫微米”,1 nm=10-9 m,即十亿分之一米,一只乒乓球放在地球上就相当于将一纳米直径的小球放在一只乒乓球上。纳米粒子通常是指尺寸在1 nm~100 nm之间的粒子。纳米效应为实际应用开拓了广泛的新领域。利用纳米粒子的熔点低,可采取粉末冶金的新工艺。调节颗粒的尺寸,可制造具有一定频宽的微波吸收纳米材料,用于电磁波屏蔽、隐形飞机等。纳米银与普通银的性质完全不同,普通银为导体,而粒径小于20 nm的纳米银却是绝缘体。金属铂是银白色金属,俗称白金;而纳米级金属铂是黑色的,俗称为铂黑。纳米粒子具有很高的活性,例如木屑、面粉、纤维等粒子若小到纳米级的范围时,一遇火种极易引起爆炸。纳米粒子是热力学不稳定系统,易于自发地凝聚以降低其表面能,因此对已制备好的纳米粒子,如果久置则需设法保护,例如保存在惰性空气中或其他稳定的介质中以防止凝聚。

  纳米材料是物质以纳米结构按一定方式组装成的体系。它是纳米科技发展的重要基础,也是纳米科技最为重要的研究对象。纳米技术被公认为21世纪最具有发展前途的科学之一,纳米材料也被人们誉为21世纪最有前途的材料。由于纳米材料本身所具有的特殊性能,使其能够广泛应用于化工、纺织、军事、医学等各个领域。本文阐述了蒙脱石/高聚物纳米复合材料的研究进展,并对其发展前景加以展望,期望对其深层次的加工应用有所帮助。

  1 纳米材料的分类

  纳米材料有多种分类方式,按其维数可分为:零维的纳米颗粒和原子团簇,一维的纳米线、纳米棒和纳米管,二维的纳米膜、纳米涂层和超晶格等;按化学成分可分为:纳米金属,纳米晶体,纳米陶瓷,纳米玻璃以及纳米高分子等;按材料物性可分为:纳米半导体材料,纳米磁性材料,纳米非线性光学材料,纳米铁磁体材料,纳米超导体材料,以及纳米热电材料等;按应用可分为:纳米电子材料,纳米光电子材料,纳米生物医用材料,纳米敏感材料,以及纳米储能材料等;按照材料的几何形状特征,可以把纳米材料分为:①纳米颗粒与粉体;②碳纳米管与一维纳米线;③纳米带材;④纳米薄膜;⑤中孔材料(如多孔碳、分子筛);⑥纳米结构材料;⑦有机分子材料。

  2 纳米矿物资源的研究意义

  纳米矿物材料具有优良的物理性能和化学性能,这是一般矿物材料所无法比拟的。如聚合物/粘土矿物纳米复合材料具有独特的分子结构特征和表观协同效应,既表现出粘土矿物优良的力学性能又体现了聚合物优异的阻隔性能。非金属纳米矿物材料的科学研究价值和应用前景主要体现在以下几方面。

  1)非金属纳米矿物是替代人工合成纳米材料的绝佳资源。

  2)非金属纳米矿物成因的研究成果可为人工合成纳米材料提供有益的借鉴。

  3)非金属纳米矿物资源的研究有助于深化人们对纳米材料的认识。

  4)非金属纳米矿物资源的研究具有重要的地质学和经济学意义。

  3 蒙脱石/聚合物纳米复合材料发展现状

  3.1 聚合物基纳米复合材料

  把纳米材料用于添加改性塑料,可以开发出各种新型的功能复合材料。聚合物基纳米复合材料通常可分为3类:有机/有机型纳米复合材料、有机/无机混杂物型纳米复合材料、有机/无机粒子型纳米复合材料。

  3.2 蒙脱石/聚合物纳米复合材料的制备

  能够在纳米复合材料中得到应用的蒙脱石属于层状硅酸盐矿物,它是非金属粘土矿物膨润土的主要成分。用蒙脱石填充高聚物可以制得蒙脱石/聚合物纳米复合材料,其合成方法——插层复合法根据复合方式的不同可以分为插层聚合法和聚合物插层法两大类。按照聚合反应类型的不同,插层聚合又可以分为插层缩聚和插层加聚两种类型;聚合物插层法也可以分为溶液插层和熔融插层两种。

  此外,聚合物基纳米复合材料的其它制备方法还有直接分散法、溶胶-凝胶法、原位生成法等等。这些方法的综合运用为新型纳米复合材料的开发及应用开辟了广阔的前景。

  4 蒙脱石/聚苯乙烯纳米复合材料开发前景

  陈燕丹等用含双键的酰胺-胺化合物作为插层剂制得改性的有机蒙脱石,与苯乙烯具有较好的相容性,使得二者界面相互作用大大提高。在此基础上聚苯乙烯于熔融状态下可以插层进入有机蒙脱石,形成蒙脱石/聚苯乙烯纳米复合材料,其力学性能和热性能与纯聚苯乙烯及常规填充聚苯乙烯相比都有提高。林蔚等以十六烷基三甲基溴化铵改性钠基蒙脱石与聚苯乙烯熔融插层,制备了无机-有机纳米复合材料,通过分析得到其力学性能、耐热性、阻燃性及抗溶性均匀所提高。黎华明等将间规聚苯乙烯和尼龙6/改性蒙脱石纳米复合物共混制得的复合材料经DSC、DMA、WAXD等测试可知蒙脱石对聚合物基体的增强效果明显。

  说明蒙脱石的加入能引入氢键和强极性作用,使分子链的柔性降低,聚合物分子堆砌密度增大,玻璃化转变温度升高,材料断面形貌得到改善,提高了复合材料的综合性能,达到增强增韧的目的,从而显示出对聚合物基粘土纳米复合材料研究的重要科学意义。今后期望能够继续提高复合材料的抗冲击性和耐热性能,制得高性能的蒙脱石/聚苯乙烯纳米复合材料,进一步开拓其应用领域。

  参考文献

  [1]李青山.乙烯基共聚物/蒙脱石纳米复合材料研究[D].东华大学,2004:1-9.

  [2]曹明礼,等.非金属纳米矿物材料[M].北京:化学工业出版社,2006:40-46.

  [3]漆宗能,等.聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料理论与实践[M].北京:化学工业出版社,2002:5-12.

  [4]陈燕丹,等.新型嵌入改性膨润土/聚苯乙烯杂化纳米材料[J].福建师范大学学报,2000,16(3):60-64.

  [5]李同年,等.聚苯乙烯-蒙脱土插层复合材料的制备与性能[J].塑料工业,2000,28(2):33-35.

  [6]林蔚,等.聚苯乙烯-蒙脱石纳米复合材料的研究[J].齐齐哈尔大学学报,2000,16(4):9-12.

  [7]黎华明,等.间规聚苯乙烯/尼龙6/磺化间规聚苯乙烯/蒙脱土纳米复合材料的研究[J].功能高分子学报,2002,15(3):261-265.

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