[工学]纳米复合材料的报告.doc

纳米复合材料的报告 目 录 第1章 纳米复合材料概述 1 1.1 纳米复合材料的定义 1 1.2 纳米复合材料的基本性能 2 1.3 纳米复合材料的分类 3 第2章 纳米粒子 4 2.1 纳米粒子的分类 4 2.2 纳米粒子的特性 6 2.3 纳米粒子的增强增韧的机理 7 第3章 聚合物基纳米复合材料 8 3.1 制备方法 8 3.2聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的研究 11 3.2.1聚酰胺/蒙脱土纳米复合材料 12 3.2.2环氧树脂/蒙脱土纳米复合材料 13 3.2.3其它聚合物/蒙脱土纳米复合材料 15 3.3聚合物/无机纳米粒子复合材料的研究 16 3.3.1聚合物/无机纳米粒子（SiO2、TiO2、Al2O3）复合材料 17 3.3.2 聚合物/碳纳米管复合材料 18 3.4 聚合物基纳米复合材料的应用 20 3.5 聚合物基纳米复合材料的展望 21 第4章 金属基纳米复合材料 22 4.1 制备方法[53] 22 4.2 金属基纳米复合材料的研究 23 4.2.1 金属/沸石纳米复合材料（纳米介孔复合材料） 24 4.2.2 金属/高聚物纳米复合材料 24 4.3 金属基纳米复合材料的展望 25 第5章 陶瓷基纳米复合材料 25 5.1 陶瓷基纳米复合材料的分类 25 5.2 陶瓷基纳米复合材料的制备方法 26 5.3 陶瓷基纳米复合材料力学性能的研究 27 5.4 陶瓷基纳米复合材料的展望 28 参考文献 28 “纳米复合材料”（Nanocomposites）一词是20世纪80年代由Roy和Komarneni等人[1]提出来的。由于纳米复合材料种类繁多以及纳米相复合粒子所具有的独特性能，一出现即引起世界各国科研工作者的关注，并且看好其应用前景。纳米复合材料是由两种或两种以上的固相至少在一维以纳米级大小（1~100nm）复合而成的复合材料[2]。这些固相可以是非晶质、半晶质、晶质或者兼而有之，而且可以是无机物、有机物或二者兼有。纳米复合材料是一类新型复合材料，因其分散相尺寸介于宏观与微观之间的过渡区域，将给材料的物理和化学性质带来特殊的变化。 1.2 纳米复合材料的基本性能 纳米复合材料在基本性能上具有普通复合材料所具有的共同特点，但也有所差异[3]。 （1）可综合发挥各种组分之间的协同效应，这是其中任何一种材料都不具有的多种性能，是复合材料的协同效应赋予的。纳米复合材料的这种协同效应非常显著。 （2）性能的可设计性。可以针对纳米复合材料的性能需求进行材料的设计和制造。例如：当强调经济效益时，可选用纳米材料CaCO3进行复合；当强化紫外光屏蔽作用时，可选用纳米材料TiO2进行复合；当强调耐热性时，可选用聚酰胺基体材料与纳米材料的复合。 （3）可按需要加工材料的形状，避免多次加工和重复加工。例如：利用填充纳米材料的方法，经紫外光辐射可以一次性加工成特定形态的薄膜材料。 纳米复合材料的性能可设计性是纳米复合材料性能的最大特点。性能设计要考虑到很多影响因素，如纳米材料的分散粒度与分散均匀度、纳米材料的活性、纳米材料的含量；纳米材料与有机聚合物的相容性、有机聚合物的可加工性；纳米复合材料的适用对象、适用环境等等。 1.3 纳米复合材料的分类 图1 纳米复合材料的分类 第2章 纳米粒子 2.1 纳米粒子的分类 无机纳米粒子的形状和尺寸是多种多样的，为了讨论纳米复合材料方便起见，本文中把纳米粒子分为三类，如图2所示。 （1）三维等轴无机纳米粒子（Three dimensional nanofiller or equi-axed nanoparticles），具有小于100nm三维尺寸的无机粒子。此类纳米粒子主要为金属粒子（例如，金银铜铁铝等纳米粒子）和氧化物粒子（例如，二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆、三氧化二铝和四氧化三铁等纳米粒子）。在聚合物基纳米复合材料的研究中，大量工作都集中在制备尺寸和团聚程度可控的纳米粒子，主要原因是粒子的尺寸大小对粒子本身的性能有着至关重要的影响。 图2 纳米粒子的分类 （2）片层状无机纳米粒子（Plate-like nanofiller），层状结构粒子，单层厚度在1nm数量级。此类纳米粒子最普通的是二维层状硅酸盐粘土类，常见的为近晶型粘土和扁枝型粘土例如蒙脱土、滑石粉、水辉石等。它们由小薄片组成，层与层之间的相互作用力弱，每一个薄层由上下两层二氧化硅四面体结构和中间一层氧化铝或氧化镁八面体结构以共用一边的几何排列形式组成，如图3所示。片层横向尺寸在20~200nm之间，厚度在几个纳米。此类硅酸盐粘土在自然形成过程中存在同形体置换如Al3+置换Si4+、Mg2+置换Al3+，综合效益下每一个结构单元带0.5~1.3个负电荷，所以为了达到电中性，层与层之间结合在一起的时候层间往往带有Li+、Na+