有机-无机杂化材料
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杂化材料 制备进展
杂化材料
*杂化材料二十世纪八十年代开 始兴起的一种新型材料 *该种材料尚没有统一严密的概 念，一般认为它是无机和有机成 分互相结合，特别是在微观尺寸 上结合得到的一类材料。
*对无机和有机材料在宏观尺寸上 进行复合，以期改进单一材料的不 足，已经有相当长的历史。
*土砖即是用泥土掺杂少量的稻草烧 结而成的，稻草属于有机纤维类， 它的加入，可以有效的防止泥土烧 结过程中裂缝的生成。
3. 共混法
共混法类似于聚合物的共混改型，是有 机物（聚合物）与无机纳米粒子的共混， 该方法是制备杂化材料最简单的方法， 适合以各种形态的纳米粒子。为防止无 机纳米粒子的团聚，需对其表面进行改 性处理。
3.1 溶液共混法
制备过程大致为，将基体树脂溶于 溶剂中，加入纳米粒子，充分搅拌 使之均匀分散，最后成膜或浇铸到 模具中，去除溶剂即得制品。
*微观层面上无机和有机组分的有 致复合就需要借助化学手段。
*根据无机有机组分的作用力的类型，杂化 材料可以分为两类；
一类是有机和无机成分通过弱作用力（如 范德华力，氢键）相结合； 另一类则是通过强作用力（如共价键，离 子键和配位键）相结合。
*根据无机和有机相的相对含量，杂化材料 大致分为两类
一类是无机-有机杂化材料（innorganicorganichybrid materials）,其中无机为连续相， 有机相为分散相; 另一类是有机-无机杂化材料（organic-inorganic hybrid materials）,其中有机相为连续相，无机 相为分散相。
3.2 乳液共混法
先制备聚合物乳液，在与无 机纳米粒子均匀混合，最后 除去溶剂（水）而成型。
3.3 溶胶-聚合物共混法
有机盐（如有机醇盐）先水解脱醇、 脱水、缩合成溶胶或无机盐和金属 粉共混制成溶胶等方法再与有机高 分子溶液或乳液共混，发生胶化而 形成杂化材料。
4. 自组装法
自组装法制备有机-无机杂化材料的 基本原理是体系总是会自发地向自 由能减小的方向移动，形成共价键， 离子键或配位键，得到多层交替有 机-无机膜。
特点
无机-有机杂化材料综合了无机、 有机和纳米材料的优良特性，具有 良好的机械、光、电、磁等功能特 性，这种材料的形态和性能可在相 当大的范围内调节。
一. 制备方法
*溶胶-凝胶法 *插层法 *共混法 *自组装法
1. 溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法按照无机-有机组分混合 溶胶、凝胶化顺序等可分为原位溶胶 化、溶胶-原位聚合法、无机-有机同 步聚合法等。
1.3 有机-无机同步聚合法
有机高分子单体与无机溶胶前驱 体均匀混合后，使单体聚合和前 驱体水解缩合同步进行，形成互 穿网络。
2. 插层法
利用层状无机物（如粘土、云母等层 状金属盐类和V2O5，Mn2O3氧化物）作 为无机相，将有机物（高聚物或单体） 作为另一相插入无机相的层间，制得 高聚物-无机物层型杂化材料的方法。
1.1 原位法
原位法是无机物前驱体与有机物在共溶 剂中均匀混合后再进行溶胶、凝胶化而 制得杂化材料的方法。
关键：选择具有良好溶解性能的共溶剂。
1.2 溶胶-原位聚合法
有机高分子单体与无机溶胶均匀混 合后再引发单体聚合形成杂化材料 的方法。该方法也可在单体或无机 溶胶的金属原子（M）上引入交联剂、 螯合剂，增进聚合物-无机材料的相 容性。
二.应用 *光学材料 *陶瓷材料 *凝胶材料 *生物材料
光学材料
SiO2、TiO2、Al2O3、ZrO2等与聚甲基丙烯酸甲 酯、聚丙烯酸酯等光学透明高分子材料进行杂 化所得到的有机无机材料既具有高分子材料透 光性、柔韧性、易加工性等优点,又有无机光 学材料的高硬度、高模量、高耐划痕等机械性 能及优良的耐热、透气及对紫外光的吸收性能, 可用于光学透明材料。
结构材料
由于无机物限制了聚合物链的移动, 使杂化材料的模量增大,耐热性增强, 力学性能大大提高,被广泛地用作结 构材料。
电学材料
在蒙脱土中插入PEO所得的杂化 材料具有较高的导电率、热稳定 性高、使用温度范围宽的优点。
硅胶ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ面牛血清白蛋白分子印迹 聚合物的制备
以氨丙基硅胶为载体,将其表面醛基化后 通过亚胺键共价键合牛血清白蛋白,再用 两种硅烷化试剂氨丙基三乙氧基硅烷和 正辛基三甲氧基硅烷进行聚合,合成表面 印迹牛血清白蛋白分子印迹聚合物。
本方法以共价键印迹蛋白质,用草酸洗脱。 表面印迹有利于大分子蛋白质向印迹位 点的扩散和再结合,合成的印迹聚合物对 牛血清白蛋白的吸附率达44.5%,而其它 蛋白的吸附率小于17%,显示对模板蛋白 具有特异吸附能力。
2.1 嵌入原位聚合法
在合适的溶剂中使有机单体嵌入 无机物夹层之间，再在热、光、 引发剂等作用下使其聚合而得杂 化材料。
2.2 插入同步聚合法 借助层状无机物和聚合物单 体间强有力的相互作用，使 嵌入与聚合不许借助外力而 能同步发生。
2.3 聚合物插入法
它是通过聚合物熔体、溶液 或乳液将高聚物直接嵌入到 无机物片层的方法。
杂化材料
*杂化材料二十世纪八十年代开 始兴起的一种新型材料 *该种材料尚没有统一严密的概 念，一般认为它是无机和有机成 分互相结合，特别是在微观尺寸 上结合得到的一类材料。
*对无机和有机材料在宏观尺寸上 进行复合，以期改进单一材料的不 足，已经有相当长的历史。
*土砖即是用泥土掺杂少量的稻草烧 结而成的，稻草属于有机纤维类， 它的加入，可以有效的防止泥土烧 结过程中裂缝的生成。
3. 共混法
共混法类似于聚合物的共混改型，是有 机物（聚合物）与无机纳米粒子的共混， 该方法是制备杂化材料最简单的方法， 适合以各种形态的纳米粒子。为防止无 机纳米粒子的团聚，需对其表面进行改 性处理。
3.1 溶液共混法
制备过程大致为，将基体树脂溶于 溶剂中，加入纳米粒子，充分搅拌 使之均匀分散，最后成膜或浇铸到 模具中，去除溶剂即得制品。
*微观层面上无机和有机组分的有 致复合就需要借助化学手段。
*根据无机有机组分的作用力的类型，杂化 材料可以分为两类；
一类是有机和无机成分通过弱作用力（如 范德华力，氢键）相结合； 另一类则是通过强作用力（如共价键，离 子键和配位键）相结合。
*根据无机和有机相的相对含量，杂化材料 大致分为两类
一类是无机-有机杂化材料（innorganicorganichybrid materials）,其中无机为连续相， 有机相为分散相; 另一类是有机-无机杂化材料（organic-inorganic hybrid materials）,其中有机相为连续相，无机 相为分散相。
3.2 乳液共混法
先制备聚合物乳液，在与无 机纳米粒子均匀混合，最后 除去溶剂（水）而成型。
3.3 溶胶-聚合物共混法
有机盐（如有机醇盐）先水解脱醇、 脱水、缩合成溶胶或无机盐和金属 粉共混制成溶胶等方法再与有机高 分子溶液或乳液共混，发生胶化而 形成杂化材料。
4. 自组装法
自组装法制备有机-无机杂化材料的 基本原理是体系总是会自发地向自 由能减小的方向移动，形成共价键， 离子键或配位键，得到多层交替有 机-无机膜。
特点
无机-有机杂化材料综合了无机、 有机和纳米材料的优良特性，具有 良好的机械、光、电、磁等功能特 性，这种材料的形态和性能可在相 当大的范围内调节。
一. 制备方法
*溶胶-凝胶法 *插层法 *共混法 *自组装法
1. 溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法按照无机-有机组分混合 溶胶、凝胶化顺序等可分为原位溶胶 化、溶胶-原位聚合法、无机-有机同 步聚合法等。
1.3 有机-无机同步聚合法
有机高分子单体与无机溶胶前驱 体均匀混合后，使单体聚合和前 驱体水解缩合同步进行，形成互 穿网络。
2. 插层法
利用层状无机物（如粘土、云母等层 状金属盐类和V2O5，Mn2O3氧化物）作 为无机相，将有机物（高聚物或单体） 作为另一相插入无机相的层间，制得 高聚物-无机物层型杂化材料的方法。
1.1 原位法
原位法是无机物前驱体与有机物在共溶 剂中均匀混合后再进行溶胶、凝胶化而 制得杂化材料的方法。
关键：选择具有良好溶解性能的共溶剂。
1.2 溶胶-原位聚合法
有机高分子单体与无机溶胶均匀混 合后再引发单体聚合形成杂化材料 的方法。该方法也可在单体或无机 溶胶的金属原子（M）上引入交联剂、 螯合剂，增进聚合物-无机材料的相 容性。
二.应用 *光学材料 *陶瓷材料 *凝胶材料 *生物材料
光学材料
SiO2、TiO2、Al2O3、ZrO2等与聚甲基丙烯酸甲 酯、聚丙烯酸酯等光学透明高分子材料进行杂 化所得到的有机无机材料既具有高分子材料透 光性、柔韧性、易加工性等优点,又有无机光 学材料的高硬度、高模量、高耐划痕等机械性 能及优良的耐热、透气及对紫外光的吸收性能, 可用于光学透明材料。
结构材料
由于无机物限制了聚合物链的移动, 使杂化材料的模量增大,耐热性增强, 力学性能大大提高,被广泛地用作结 构材料。
电学材料
在蒙脱土中插入PEO所得的杂化 材料具有较高的导电率、热稳定 性高、使用温度范围宽的优点。
硅胶ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ面牛血清白蛋白分子印迹 聚合物的制备
以氨丙基硅胶为载体,将其表面醛基化后 通过亚胺键共价键合牛血清白蛋白,再用 两种硅烷化试剂氨丙基三乙氧基硅烷和 正辛基三甲氧基硅烷进行聚合,合成表面 印迹牛血清白蛋白分子印迹聚合物。
本方法以共价键印迹蛋白质,用草酸洗脱。 表面印迹有利于大分子蛋白质向印迹位 点的扩散和再结合,合成的印迹聚合物对 牛血清白蛋白的吸附率达44.5%,而其它 蛋白的吸附率小于17%,显示对模板蛋白 具有特异吸附能力。
2.1 嵌入原位聚合法
在合适的溶剂中使有机单体嵌入 无机物夹层之间，再在热、光、 引发剂等作用下使其聚合而得杂 化材料。
2.2 插入同步聚合法 借助层状无机物和聚合物单 体间强有力的相互作用，使 嵌入与聚合不许借助外力而 能同步发生。
2.3 聚合物插入法
它是通过聚合物熔体、溶液 或乳液将高聚物直接嵌入到 无机物片层的方法。