PDF《纳米复合材料》

纳米复合材料 计剑概述 ? 纳米材料是指尺度为1nm-100nm的超微 粒经压制、烧结或溅射而成的凝聚态固 体.

? 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.从基体与分散相的粒径大小关系, 复合可分为微米-微米、微米-纳米、纳米-纳米的复合. Why nano? Why nanocomposite? 从增强体角度: ? 材料的屈服强度与晶粒尺寸平方根成反比,随 晶粒的细化材料强度将显著增加. Why nano? Why nanocomposite? 从界面角度: ? 纳米复合材料与常规的无机填料/聚合物体系 不同,不是有机相与无机相的简单混合,而是 两相在纳米尺寸范围内复合而成. ? 由于分散相与连续相之间界面面积非常大,界 面间具有很强的相互作用,产生理想的粘接性 能,使界面模糊 ? 大体积的界面区将提供足够的晶界滑移机会, 导致形变增加,在保持材料刚性的同时,大大提 高材料的韧性. Why nano? Why nanocomposite? ? 大体积的界面区将提供足够的晶界滑移机会, 导致形变增加,在保持材料刚性的同时,大大提 高材料的韧性. Stress polymer nanocomposite Traditional Why nano? Why nanocomposite? 从功能体角度: ? 由于纳米分散相有大的表面积和强的界面相互作 用,纳米复合材料表现出不同于一般宏观复合材料 的力学、热学、电学、磁学和光学性能,还可能具 有原组分不具备的特殊性能和功能,为设计制备高 性能、多功能新材料提供了新的机遇. a b c d 36wt% Why nano? Why nanocomposite? 聚合物基无机纳米复合材料不仅具有纳米材料的 表面效应、量子尺寸效应等性质,而且将无机物的 刚性、尺寸稳定性和热稳定性与聚合物的韧性、加 工性及介电性能糅合在一起,从而产生许多特异的 性能 . 纳米粉体的物理制备方法 ? 惰性气体冷凝法制 备纳米粉体 1) 高真空, 2) 惰性气体 3) 冷凝器 4) 较高压力下(1- 5GPa)压实, 5) 如果采用多个蒸 发源,可同时得 到复合粉体或化 合物粉体. 纳米粉体的物理制备方法 ? 高能机械球磨法制造纳米粉体 完全依赖机械能使大晶粒经球磨变成纳米 晶,同时还可以通过颗粒间湿相反应直接 得到合金纳米晶或复合纳米晶,且工艺简 单,制粉效率高. 局限性:容易带进杂质,而且此法只比较 适合于金属材料. 纳米粉体的化学制备方法 ? 湿化学法制备纳米粉体 湿化学法较简单,易于规模生产.主要有 共沉淀法、乳浊液法、水热法等. ? 化学气相法 化学气相法是利用高温裂解原理,采用 直流等离子、微波等离子或激光作热源, 使前驱体发生分解,反应成核并长大成纳 米粉体. 纳米粉体的化学制备方法 ? 微乳液法 微乳液一般是由表面活性剂、助表面活性 剂、油和水组成,其中含有表面活性剂和 助表面活性剂组成的单分子层所包裹而形 成的微乳液滴状物,称之为微反应器.在 此微反应器内的物质可以透过单分子层外 壁进行扩散活动.由于乳液中微液滴的大 小决定钛酸钡的尺寸,同时液滴大小仅受 表面活性剂分子的亲水性部分的尺寸所控 制,因此使纳米晶颗粒粒径分布较窄. 有机-无机纳米复合材料 ? 人们用适当的方法将有机物与无机物复合,得 到了接近分子尺度上复合的有机聚合物-无机 物复合材料.这种材料被称为有机-无机纳米 复合材料或有机-无机杂化材料. ? 常用的制备方法有:溶胶-凝胶(sol-gel)法、 插层复合(intercalation)法和原位复合 (in-situ)法等.溶胶-凝胶法、原位复合法 以其发生的只要反应为标准,插层法特指未发 生化学反应的复合. ? 溶胶-凝胶法的基本原理可以用三个阶段来 表述: ?单体(即先驱体)经水解、缩合生成溶胶 粒子(初生粒子,粒径为2nm左右);