功能高分子材料 教学课件 ppt 作者 焦剑、姚军燕 主编 第10章 高分子纳米复合材料.pptx
第十章高分子纳米复合材料
●宏观与微观
·宏观：以人的肉眼可见的物体为下限，其理论基础基本上是以经典力学为基础。
●微观：以分子、原子或原子核为研究对象，其理论基础是量子力学和相对论。
·介观：在宏观领域和微观领域间存在着一个不同于上述两个领域的介观领域，从尺度上讲，这个领域包括了从亚微米到纳米尺寸范围，从研究内容上讲，在这个领域中物质的性质既不能用经典力学、电磁学等加以解释，也难以用量子力学等理论进行解释，属于一个全新的领域，即纳米科学。
·纳米尺度空间略大于分子的尺寸上限，恰能体现分子间强相
互作用，因此具有这一尺度物质粒子的许多性质均与常规物质不同。
●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。
●纳米结构体系包括一维纳米层状结构、二维纳米线状结构、三维纳米立体结构。分别指研究对象至少有一维、二维和三
维尺寸处在1---100nm尺度区域内，相应的材料分别被称为纳米膜、纳米线和纳米颗粒，以及由上述结构为基础，构成的更为复杂的微结构形式。
·若以宏观角度对材料划分的原则，上述材料又分别称为二维
材料、一维材料和零维材料。
·纳米技术
·纳米技术的基本涵义是指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。
·在纳米尺度上对物质进行加工处理、分析表征、操纵控制都需要特殊的技术方法，在此基础上发展了纳米加工制备技术、
纳米分析表征技术、纳米操控技术等，如以下几种：
·1、扫描隧道显微镜技术(scanningtunnel
microscope,STM)
·2、原子力显微技术(atomicforcemicroscope,AFM)
·3、其它，如摩擦力显微镜、激光力显微镜、磁力显微镜、静电力显微镜、扫描显微镜、扫描离子电导显微镜和扫描近场光学显微镜等微表征和微加工设备技术。
·纳米材料
·纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围的物质，或由它们作为基本单元构成的复合材料。
·具有一维纳米结构体系的纳米材料是厚度处在纳米范围的膜型纳米材料，具有二维纳米结构的纳米材料是其中两维尺寸处在纳米范围的丝状纳米材料，而三维尺寸均在纳米范围的则称为纳米粉或者纳米颗粒。
·纳米材料根据构成材料物质属性的不同，可以分为金属纳米材料、半导体纳米材料、纳米陶瓷材料、有机纳米材料等，当上述纳米结构单元与其它材料复合时则构成纳米复合材料，如无机-有机纳米复合材料、无机-无机纳米复合材料、金属-陶瓷复合、聚合物-聚合物复合等。
·从宏观角度，纳米材料可以分了纳米粉末、纳米纤维、
纳米膜、纳米块体等。
·纳米粉末又称为超微粉或超细粉，是一种介于原子、分子与宏观物体之间处于中间态的固体颗粒材料，在
块状材料和复合材料的制备方面应用较多。
·纳米纤维是指填加纳米粉的纤维材料。
·纳米膜分为单层膜和多层膜，是一种重要的二维材料，在光电子学领域和膜分离领域应用广泛。
·纳米块体是指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材料。
·一、纳米效应
·处于纳米尺度的物质，其电子的波性及原子间的相互作用将受到
尺度大小的影响，表现出独特的性能，用传统理论无法解释。
·1、小尺寸效应指随着颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化，如纳米微粒在熔点、电磁性能、光学性能等方面均表现出与宏观材料迥然不同的性质。
·光学性质：当材料的尺寸小于可见光波长时，其光的吸收、反射、散射能力会发生较大化，如各种纳米金属粉末均呈现黑色。
·热学性质：当固体颗粒外部尺寸达到纳米尺度时，其熔点将显著
降低，如金的熔点为1064C,而当其颗粒尺寸为2nm时，熔点仅为327C。
·磁学性质：颗粒状磁性材料的矫顽力与颗粒的尺寸有关，如块状铁为80A/m,而当颗粒尺寸减小到10nm时，可增加1000倍，而减小到6nm时，其矫顽力反而降低到零。
·力学性质：纳米材料具有大的界面，界面上的原子排列相当
混乱，原子在外力变形的条件下很容易迁移，因此表现极好的韧性与一定的延展性，如陶瓷材料通常是脆性的，但由纳米颗粒压制成的纳米陶瓷材料具有良好的韧性。呈现纳米晶粒的金属要比传统的粗晶粒金属硬3—5倍。
·此外，纳米颗粒的小尺寸效应还表现在超导电性、介电性能、声学特性以及化学性能等诸方面。
·2、宏观量子隧道效应
·微观粒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产生变化，称为