纳米复合材料
纳米复合材料的介绍
纳米复合材料的介绍纳米复合材料是一种由纳米尺度的颗粒或纤维与基体材料相结合而形成的新型材料。
它具有独特的结构和性能，广泛应用于诸多领域，如材料科学、能源、电子、医药等。
本文将从纳米复合材料的定义、制备方法、特点和应用领域等方面进行介绍。
纳米复合材料是由纳米颗粒或纤维与基体材料相结合而形成的材料。
纳米颗粒的尺寸通常在1到100纳米之间，纳米纤维的直径通常在1到100纳米之间。
与传统的材料相比，纳米复合材料具有更大的比表面积和更多的界面，这使得其具有独特的物理、化学和力学性能。
纳米复合材料的制备方法多种多样，常见的包括溶胶-凝胶法、化学气相沉积法、溶液法、电化学沉积法等。
这些方法可以根据不同的需求和材料特性选择合适的制备方法。
例如，溶液法可以用于制备纳米颗粒的复合材料，而化学气相沉积法则适用于制备纳米纤维的复合材料。
纳米复合材料具有许多独特的特点。
首先，由于其纳米尺度的结构，纳米复合材料具有更好的机械强度和硬度。
其次，纳米颗粒或纤维的存在可以增强材料的导电性、导热性和光学性能。
此外，纳米复合材料还具有较好的化学稳定性和抗腐蚀性能。
这些特点使得纳米复合材料在材料科学和工程领域具有广阔的应用前景。
纳米复合材料在诸多领域有着广泛的应用。
在材料科学领域，纳米复合材料可以用于制备高性能的材料，如高强度、高导电性的复合材料。
在能源领域，纳米复合材料可以应用于太阳能电池、锂离子电池等领域，提高能源的转化效率和储存能力。
在电子领域，纳米复合材料可以用于制备高性能的电子器件，如柔性显示屏和传感器等。
在医药领域，纳米复合材料可以用于制备药物载体，实现药物的靶向输送和控释。
此外，纳米复合材料还可以应用于环境保护、食品包装等领域。
纳米复合材料是一种具有独特结构和性能的新型材料。
通过纳米颗粒或纤维与基体材料的结合，纳米复合材料展现出许多优异的特点，应用领域广泛。
随着纳米科技的不断发展，纳米复合材料将在各个领域发挥更加重要的作用，为人类社会的进步和发展做出更大的贡献。
纳米复合材料的应用
率。
提高循环寿命
纳米复合材料可以提高锂离子电 池的循环寿命，使其在多次充放
电过程中保持稳定的性能。
提高安全性
纳米复合材料可以改善锂离子电 池的安全性能，降低其燃烧和爆
炸的风险。
超级电容器
1 2
提高储能密度
纳米复合材料可以作为超级电容器的电极材料， 提高其储能密度，从而增加电容器的储能能力和 输出功率。
纳米复合材料的应用
目录
• 纳米复合材料的简介 • 纳米复合材料在能源领域的应用 • 纳米复合材料在医疗领域的应用 • 纳米复合材料在环保领域的应用 • 纳米复合材料在其他领域的应用
01 纳米复合材料的简介
定义与特性
定义
纳米复合材料是由两种或两种以 上材料组成，其中一种材料为纳 米尺度（1-100纳米）的复合材 料。
提高充放电速度
纳米复合材料可以提高超级电容器的充放电速度， 使其在短时间内完成充电和放电过程。
3
提高稳定性
纳米复合材料可以提高超级电容器的稳定性，使 其在长时间使用过程中保持稳定的性能。
03 纳米复合材料在医疗领域 的应用
药物输送
利用纳米复合材料作为药物载体， 能够实现药物的精准输送和靶向 释放，提高药物的疗效并降低副
04 纳米复合材料在环保领域 的应用
水处理
纳米滤膜
01
利用纳米滤膜技术，可以有效去除水中的细菌、病毒、重金属
离子等有害物质，提高水质。
纳米絮凝剂
02
利用纳米絮凝剂的特性，可以有效吸附水中的悬浮物和有机物，
使水质变得清澈透明。
纳米光催化剂
13.聚合物纳米复合材料(一)详解
钙土
碳酸钠或氯化钠的饱和溶液
钠土
① 需要水的存在。
此反响 简洁吗？
② 钙土是水不溶性片状晶形，悬浮于水中，钙土与碳酸钠反响，只是在颗粒
的外表进展，假设这一层钠化膜不能准时剥离掉，会影响里层的钠化，导致
夹生现象和大量未反响的游离碳酸钠存在，二者对产品质量和泥浆性能都产
生不利的影响。
构造的另一特点
蒙脱石粉末由九十个根本颗粒聚拢而成，每个颗粒 尺寸为10~50微米。
最早的纳米塑料应用
1991年日本丰田中心争论院和日本宇部兴产公司 〔尼龙树脂厂〕联合开发的纳米尼龙6，作为汽车 定时器罩，从今拉开了纳米塑料快速进展的序幕。
问题 〔1〕这种纳米塑料的填料是什么？ 〔2〕有什么特性？ 〔3〕如何实现聚合物的复合？
13.2 尼龙6/层状硅酸盐纳米复合材料
Polymer/Layered Silicate Nanocomposites
蒙脱石原料药除用于制剂外还用于药物合成以及作为辅 料用于缓释制剂。
聚合物/蒙脱石复合材料
蒙脱土也简称黏土，所以蒙脱石、蒙脱土、黏土都 是指一个意思，都是可剥离的层状硅酸盐。
聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料〔polymer/layered silicate nanocomposites )、聚合物/蒙脱石纳米复合材 料〔polymer/monotmorillonnite nanocomposites)都 是指一个意思，可以计为PLSNs。
(2) 钠化方法
④对辊挤压法
此方法为将碱液直接参与到颗粒小于5 mm枯 燥钙基土中，拌匀后挤压两次，自然枯燥，粉碎。 是生产效率高、节电省力、易于枯燥和投资少的一 种方法。
(3) 蒙脱土的酸化
为啥要酸化处理蒙脱土？？？？ 酸化处理的实质是酸化后的蒙脱石产生很多的小孔。
纳米复合材料
改性沥青其机理有两种，一是改变沥青化学组成，二是使改性剂均匀分布于沥青中形成一定的空间网络结构。
：沥青 英文名称：bitumen;asphalt 定义：由不同分子量的碳氢化合物及其非金属衍生物组成的黑褐色复杂混合物，呈液态、半固态或固态，是一种防水防潮和防腐的有机胶凝材料。
橡胶及热塑性弹性体改性沥青 包括：天然橡胶改性沥青、SBS改性沥青(使用最为广泛)、丁苯橡胶改性沥青、氯丁橡胶改性沥青、顺丁橡胶改性沥青、丁基橡胶改性沥青、废橡胶和再生橡胶改性沥青、其他橡胶类改性沥青(如乙丙橡胶、丁腈橡胶等)。
塑料与合成树脂类改性沥青 包括：聚乙烯改性沥青、乙烯-乙酸乙烯聚合物改性沥青、聚苯乙烯改性沥青、香豆桐树脂改性沥青、环氧树脂改性沥青、α-烯烃类无规聚合物改性沥青。
共混型高分子聚合物改性沥青 用两种或两种以上聚合物同时加入到沥青中对沥青进行改性。这里所说的两种以上的聚合物可以是两种单独的高分子聚合物，也可以是事先经过共混形成高分子互穿网络的所谓高分子合金改性沥青 Modified bitumen(英),Modified asphalt cement(美)是掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等外掺剂(改性剂)，或采取对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青或沥青混合料的性能得以改善制成的沥青结合料。
纳米复合材料的结构和性能
可用于磁热治疗、磁热发电等领域。
04
CATALOGUE
纳米复合材料的应用
电子信息领域
1 2 3
电子封装材料
纳米复合材料具有优异的热导率和绝缘性能，可 用于电子器件的封装，提高产品的可靠性和稳定 性。
电子元件制造
纳米复合材料可应用于电子元件的制造，如电磁 波吸收材料、电磁屏蔽材料等，提高电子产品的 性能。
环境领域
空气净化
纳米复合材料可用于空气净化器的滤芯材料，吸附和分解空气中 的有害物质，提高室内空气质量。
水处理
纳米复合材料可用于水处理中的吸附剂和催化剂，去除水中的有 害物质和重金属离子。
环保材料
纳米复合材料可用于环保材料的制造，如可降解塑料、绿色包装 材料等，降低环境污染。
生物医疗领域
生物成像
高强度和硬度
纳米复合材料由于其纳米尺度的 增强相，具有高强度和硬度的特 性，能够承受更大的压力和抵抗
更高的温度。
良好的韧性
通过优化增强相的尺寸、形状和分 布，纳米复合材料可以在保持高强 度的同时具备良好的韧性，提高材 料的抗冲击性能。
抗疲劳性能
由于增强相的纳米尺度效应，纳米 复合材料的抗疲劳性能得到显著提 高，能够承受更多的循环载荷。
光学性能
良好的光学透性
01
通过选择透明基体和合适的填料，纳米复合材料可以表现出良
好的光学透性，用于制造光学器件、窗口材料等。
特殊的光学性能
02
一些纳米复合材料具有特殊的光学性能，如光致变色、荧光等
，可用于制造显示器、照明器件等。
光热转换性能
03
一些纳米复合材料可以将光能转换为热能，用于光热治疗、光
热发电等领域。
第五章纳米复合材料
29
2、纳米高分子复合材料的优异性能
力学性能 热性能 电性能 阻隔性能 光学性能 流变性能 其他
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力学性能
利用纳米粒子的表面与界面效应特性，可以 同时提高聚合物基有机无机纳米复合材料的 刚性与韧性。
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阻隔性能
聚合物基有机无机纳米复合材料具有很好得 阻隔性能，特别是插层法制备得PCH（聚己 内酯）纳米复合材料表现出了良好的尺寸稳 定性和气体阻隔性。
如：在聚己内酯/蒙脱土体系中，纳米材料的相对透过性和传
统的填充聚合物及未填充聚合物相比，均显著下降，并随蒙脱
12
三、纳米高分子复合材料
1、纳米高分子复合材料的制备方法 2、纳米高分子复合材料的优异性能 3、聚合物基纳米复合材料的应用 4、纳米颗粒/高分子复合材料存在的问题
13
纳米高分子复合材料完是由各种纳米单元与有 机型高 复分合子材刚材料性料。以各种美 结方式复合韧性成型的一种新
无机 材料
尺寸稳定 性
23
微乳液聚合法
Gao等在FeCl3水溶液/甲苯/甲基丙烯酸的 微乳液体系中，搅拌，回流2h，得到包覆有 甲基丙烯酸，粒径在19～27nm的Fe2O3， 然后加入适量交联剂二乙烯基苯和引发剂 AIBN。将微乳液加热到70℃维持7h，然后 用甲醇将聚合物/Fe2O3凝胶沉淀出来，制成 了无机有机复合材料。
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热性能
采用纳米粒子与聚合物复合，所得的纳 米复合材料的热稳定性通常高于聚合物 本体，且在高温时更为明显。
例：Shoichiro6研究了羟基纤维素/二氧化硅复 合材料的热稳定性，发现随二氧化硅含量的增 加，纳米复合材料的热失重温度提高。Biplab 等研究制备的P3HT/蒙脱土纳米复合材料力学 性能和热稳定性提高非常显著，1％的蒙脱土含 量就显示最大的热稳定性。
纳米复合材料
Eg. SiO2纳米微粒
2、0-3复合型：
纳米粒子分散在常规三维固体中，另外通过物理或化学方法 将纳米粒子填充在介孔中，形成介孔复合的纳米复合材料。 Eg. 塑钙材料
3、0-2复合型：
把纳米粒子分散到一维的薄膜材料中，可分为均匀弥散和非 均匀弥散，称为纳米复合薄膜材料。 Eg. 碳纳米薄膜
2、阻隔性能
这是插层型聚合物基纳米复合材料最突出的性能之一，由于聚 合物分子链进入到无机纳米材料片层之间，分子链段的运动受到限 制，提高了复合材料的耐热性及尺寸稳定性。
3、新型功能材料
纳米粒子均匀分散在复合材料之中，可以直接或间接地达到具 体功能的目的。
二、纳米复合材料的示例
（一）、碳纳米管／聚苯胺复合材料 （二）、磷灰石-硅灰石/壳聚糖复合材料
王旭峰、熊峰、韩林奇 夏郑华、邵良志
一、纳米复合材料的简述
（一）、定义
纳米复合材料通常定义为，它是指组成 相中至少有一相在一个维度上为纳米量级， 通常在微米和亚微米的基体中添加纳米第二 相或在纳米基体中添加纳米第二相的复合材 料体系。
（二）、分类
0-3复合型
类别
0-0复合型 0-2复合型
1、0-0复合型：
2、性质研究
磷灰石-硅灰石(AW)生物活性玻璃陶瓷具有良 好的生物活性和生物相容性，壳聚糖(CS)是一种 可以降解的有机高分子天然生物材料，它具有良 好的物理性质、生物相容性并可有效地抑制细菌 的生长。 复合支架材料具有大孔/微孔结构、孔隙分布 均匀和相互贯通的优点，大孔孔径100-500μm， 孔隙率为80%-90%，复合支架材料适宜骨髓基质干 细胞(MSC)黏附、增殖和分化，无细胞毒性。
纳米复合材料的制备与性能分析
纳米复合材料的制备与性能分析哎呀，说起纳米复合材料，这可真是个超级有趣又充满挑战的领域！咱们先聊聊啥是纳米复合材料吧。
简单来说，就是把纳米级的材料和其他材料组合在一起，形成一种新的材料。
就好像把各种不同的积木拼在一起，变成一个全新的、超级厉害的大积木。
比如说，有一种纳米复合材料是把纳米级的金属粒子和高分子材料混合起来。
这就像是在一堆棉花糖里撒上了亮晶晶的小糖果，让整个组合变得特别又强大。
那纳米复合材料是咋制备出来的呢？这可有好多方法。
就像做菜一样，有各种各样的“菜谱”。
有个方法叫溶胶凝胶法。
想象一下，就像是在做果冻，把各种原料混合在一起，然后慢慢地变成一种软软的、半固体的状态。
比如说要制备纳米二氧化硅复合材料，就把硅源、溶剂还有一些添加剂放在一起，搅拌搅拌，控制好温度和反应时间，慢慢就形成了我们想要的东西。
还有一种方法叫原位聚合法。
这就有点像在一个大舞台上，让纳米材料和聚合物直接在上面表演“融合秀”。
比如说要制备纳米碳管增强的聚合物复合材料，就把纳米碳管先分散在单体中，然后引发聚合反应，让它们在反应过程中就紧紧地抱在一起。
我记得有一次在实验室里，我们尝试制备一种纳米银粒子增强的聚合物复合材料。
那过程可真是紧张又刺激！我们小心翼翼地按照步骤操作，眼睛一刻都不敢离开仪器。
当看到最终成功制备出那种亮晶晶、均匀分散的复合材料时，那种成就感简直爆棚！那制备好了纳米复合材料，接下来就得看看它们的性能咋样啦。
这就好比新做出来的玩具，得试试好不好玩、耐不耐用。
比如说，我们得看看它们的力学性能。
是不是够结实，能不能承受得住压力和拉伸。
有些纳米复合材料就像超级大力士，轻轻一拉能拉很长也不断，用力压也压不坏。
还有热性能也很重要。
就像夏天怕热冬天怕冷一样，材料也有自己对温度的敏感度。
有些纳米复合材料在高温下依然稳定，不会轻易变形或者分解。
再说说电性能。
有的纳米复合材料就像电线中的超级导体，电流通过得特别顺畅，电阻小得惊人。
纳米复合材料
聚集体越小越好，增强增韧效果明显；纳米粒子聚集体
大于一定尺寸时会使复合体系失去增强增韧的意义：在 动态温度条件下，纳米粒子的聚集体如果随基体的聚合 物链段运动而有自组织行为，则将赋予复合体系更加优 异的性能，对纳米复合体系的光学、电学等性质的表现 有特殊的贡献。
三、纳米复合材料的发展
在高分子材料中，纳米复合材料是纳米材料发展 应用的一个重要方面，形成的纳米复合材料既具 有高分子材料的韧性和易加工性，又具有纳米材 料的刚性和特别性能。这是有机高分子材料发展 的一个重要方面，也是材料科学发展中一类新兴 的功能材料。它有可能给材料科学带来一场技术 革命，获得丰富的材料品种、奇异的材料性质， 发展材料的应用领域。
PS：相比较而言，插层法研究工作比较成熟，具体方法有插层聚合， 溶液或乳液插层，熔体插层等。
高聚物/刚性纳米粒子复合材料
用刚性纳米粒子对力学性能有一定脆性的聚合物增韧是 改善其力学性能的另一种可行性方法。随着无机粒子微细 化技术和粒子表面处理技术的发展，特别是近年来纳米级 无机粒子的出现，塑料的增韧改性彻底冲破了以往在塑料 中加入橡胶类弹性体的做法，而弹性体韧性往往是以牺牲 材料宝贵的刚性、尺寸稳定性、耐热性为代价的。 从复合材料的观点出发，若粒子刚硬且与基体树脂结 合良好，刚性无机粒子也能承受拉伸应力，起到增韧增强 作用。
一、纳米复合材料的定义
“纳米复合材料”的说法起始于在20世纪80年代 晚期，由于纳米复合材料种类繁多和纳米相复合 粒子所具有的独特性能，一旦出现即为世界各国 科研工作者所关注，并看好它的广泛应用前景。 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。纳米复合材料也可以是指分散相尺寸有 一维小于100nm的复合材料，分散相的组成可以 是无机化合物，也可以是有机化合物，无机化合 物通常是指陶瓷、金属等，有机化合物通常是指 有机高分子材料。
纳米复合材料1
图5-9 SiCw/A12O3纳米复合材料的强度与温度的关系 图5-10 SiCw/A12O3纳米复合材料的KIC与温度的关系
陶瓷基纳米复合材料，特别是氧化物系陶瓷基 纳米复合材料力学性能的明显改善的原因： (1)细晶强化：纳米级弥散相抑制了氧化物基体 晶粒生长和减轻了晶粒的异常长大。 (2)基体晶粒再细化：在弥散相内或弥散相周围 存在高的局部应力，这种应力是基体和弥散相 之间热膨胀失配而产生的，使冷却期间产生位 错，纳米级粒子钉扎或进入位错区使基体晶粒 内形成亚晶界。
(3)颗粒和晶须增强金 属基纳米复合材料的 模量基本符合复合法 则。 由于颗粒与晶须增强 体材料在模量上差别 不大，因而两者对模 量的增强效果是接近 的。见图5-12。
(4) 颗粒对复合材料模量的增强效果十分明显， 但仍然低于晶须。 原因：颗粒形状对模量增强效果有一定的影响。 (5)采用颗粒和晶须增强金属基纳米复合材料时， 在高温下的强度和模量一般要比其基体合金的 高。 与室温时相同，复合材料的高温强度及高温模 量也随颗粒或晶须的体积含量的增加而提高。 见图5-13。
2、 高比强度、高比模量 比强度、比模量：材料的强度或模量与密度之 比。 一般规律：材料的比强度愈高，制作同一零件 则自重愈小；材料的比模量愈高，零件的刚性 愈大。 表5-2列出了几种典型金属基纳米复合材料的比 强度和比模量。
金属基体：大多采用密度较低的铝、镁和铁合金， 以便提高复合材料的比强度和比模量。（颗粒 和晶须增强金属基纳米复合材料） 铝基纳米复合材料：较为成熟、应用较多。 增强体材料：大多为碳化硅、氮化硅、碳化硼、 氧化铝等的纳米颗粒、晶须，其中以SiC为主。 金属基纳米复合材料的力学性能明显改善的原因? (1) 基体和增强体都将承担载荷，但颗粒与晶须 的增强效果不同。
纳米复合材料
纳米复合材料
纳米复合材料是指将纳米级的材料与宏观材料进行组合，形成新型的复合材料。
纳米复合材料具有独特的性能和应用前景，已经成为材料科学领域的研究热点之一。
本文将从纳米复合材料的定义、制备方法、性能特点以及应用领域等方面进行介绍。
首先，纳米复合材料的定义。
纳米复合材料是指在纳米尺度上，将纳米颗粒或
纳米结构的材料与宏观材料进行混合，形成新型的材料体系。
纳米复合材料通常具有高强度、高韧性、高导热性和光学特性等特点，具有广泛的应用前景。
其次，纳米复合材料的制备方法。
目前，制备纳米复合材料的方法主要包括机
械合金法、溶液法、原位合成法和化学气相沉积法等。
这些方法可以有效地将纳米材料与宏观材料进行混合，实现纳米复合材料的制备。
纳米复合材料的性能特点是本文的重点之一。
纳米复合材料通常具有优异的力
学性能，如高强度、高韧性和高硬度。
同时，由于纳米材料的特殊结构，纳米复合材料还具有优良的导热性能和光学特性，可以应用于导热材料和光学材料领域。
最后，纳米复合材料的应用领域。
纳米复合材料在材料科学、化工、电子、医
药和环境等领域具有广泛的应用前景。
例如，在材料科学领域，纳米复合材料可以用于制备高性能的结构材料和功能材料；在医药领域，纳米复合材料可以用于制备药物载体和医用材料；在环境领域，纳米复合材料可以用于污染物的吸附和催化降解等方面。
综上所述，纳米复合材料具有独特的性能和应用前景，是材料科学领域的研究
热点之一。
随着纳米技术的不断发展，纳米复合材料将在更多领域得到广泛的应用，推动材料科学的发展。
纳米复合材料
纳米复合材料纳米复合材料是一种由纳米颗粒与基质相结合形成的新型材料。
纳米颗粒的尺寸通常处于1到100纳米之间，具有与传统材料不同的特性，如高比表面积、尺寸效应和量子尺寸效应等。
而基质则是指纳米颗粒所嵌入的固体、液体或气体。
纳米复合材料拥有许多独特的性质和潜在应用，因此受到了广泛关注和研究。
首先，纳米复合材料具有极高的比表面积，这使得它们拥有更强的化学反应活性和吸附性能。
这使得纳米复合材料在催化、储能、分离等领域具有广泛的应用潜力。
其次，纳米颗粒的尺寸效应和量子尺寸效应使得纳米复合材料表现出特殊的光学、电学、热学和磁学性质。
比如，纳米复合材料可以表现出强吸收和强荧光特性，这使得它们在光电子学和生物医学领域有着广泛的应用。
此外，纳米复合材料还具有许多其他的优点，比如高强度、高刚度、低密度和优异的机械性能。
这些特性使得纳米复合材料在材料工程领域有着广泛的应用，如先进航空航天、汽车制造、船舶建造等。
在实际应用中，纳米复合材料的制备方法多种多样。
常见的制备方法包括溶剂热法、溶胶凝胶法、机械合金法、物理气相沉积法等。
这些方法在纳米颗粒的制备和基质的合成方面都有一定的优缺点。
纳米复合材料的应用领域非常广泛。
在能源领域，纳米复合材料被用于制造更高效的太阳能电池、储能装置和燃料电池。
在环境领域，纳米复合材料可用于制造高效的吸附剂、光催化剂和膜分离材料，以净化水和处理废水。
在电子和光电子领域，纳米复合材料可以用于制造更小、更快、更高效的电子器件和光电子器件。
纳米复合材料的研究发展还面临许多挑战和问题。
首先，纳米复合材料的制备方法需要更加精确和可控，以实现复合材料的一致性和稳定性。
其次，纳米复合材料的安全性和环境影响也需要充分考虑。
最后，纳米复合材料的商业化还需要解决成本和规模化生产等问题。
总的来说，纳米复合材料具有广泛的应用潜力，将在各个领域中发挥重要作用。
随着相关技术的不断发展和突破，纳米复合材料将会在未来实现更多的商业化应用，为社会的进步和发展做出重要贡献。
纳米复合材料
2021/6/16
3
纳米微粒的熔点可远低于块状金属。例如 2nm的金颗粒熔点为600K．随粒径增加，熔 点迅速上升，块状金为1337K；纳米银粉熔 点可降低刮373K。此特性为粉末冶金工业提 供了新—工艺。
2021/6/16
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利用等离了共振频率随颗粒尺寸变化的性 质，可以改变颗粒尺寸，控制吸收边的位移 ，制造具有一定频宽的微波吸收纳米材料， 可用于电磁波屏蔽、隐形飞机等．
2021/6/16
7
3）、量子尺寸效应
当粒子尺寸下降到某一值时，金属费米 能级附近的电子能级由准连续变为离散能级 的现象以及纳米半导体微粒存在不连续的最 高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨 道能级而使能隙变宽现象均称为量子尺寸效 应。
2021/6/16
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4）、宏观量子隧道效应
微观粒子具有的贯穿势垒的能力称为隧道 效应。近年来，人们发现某些宏观量也具有 隧道效应，称为宏观量子隧道效应
材料强度将显著增加。此外，大体积的晶区将 提供足够的晶界滑移机会，导致形变增加， 纳
米晶陶瓷因巨大的表面能，其烧结温度可大幅 下降。如用纳米ZrO2细粉制备陶瓷比用常规的 微米级粉时，烧结温度降低400℃左右， 即从 1600℃下降到1200℃左右即可烧结致密化。
2021/6/16
18
、纳米粉体的合成
增长。
2021/6/16
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5、超塑性
超塑性是指材料在断裂前产生很大的伸 长量，这种现象通常发生在受中温(0.5Tm)、 中等到较低应变速率(10-6~10-2S-1)条件下 的细晶材料中。
一般认为陶瓷具有超塑性应该具备两个 条件：1）较小的粒径，2）快速的扩散途径 （增强的晶格、晶界扩散能力）。
纳米复合材料制备方法
纳米复合材料制备方法引言：纳米复合材料是由两种或更多种不同材料的纳米粒子组成的材料，具有优异的力学、光学、电学和磁学性能。
制备纳米复合材料的方法多种多样，包括物理法、化学法、生物法等。
本文将介绍几种常见的纳米复合材料制备方法。
一、物理法制备纳米复合材料物理法制备纳米复合材料主要包括机械合金化、溅射法和蒸发凝聚法等。
机械合金化是通过高能球磨、挤压等机械力使不同材料的粉末在微观尺度上混合，从而得到纳米复合材料。
溅射法是通过将两种或多种材料的靶材置于真空室中，利用高能粒子轰击靶材表面，使其溅射到基底上形成复合薄膜。
蒸发凝聚法则是通过热蒸发或电子束蒸发将不同材料蒸发在基底上，形成纳米复合薄膜。
二、化学法制备纳米复合材料化学法制备纳米复合材料的方法较多，常见的有溶胶-凝胶法、沉积法和共沉淀法。
溶胶-凝胶法是通过将溶胶中的纳米颗粒进行凝胶化处理，形成纳米复合材料。
沉积法是将溶液中的纳米粒子通过沉积在基底上的方式来制备纳米复合材料。
共沉淀法是将两种或多种溶液混合后进行共沉淀，形成纳米复合材料。
三、生物法制备纳米复合材料生物法制备纳米复合材料是利用生物体或生物体系合成纳米复合材料，主要包括生物矿化法、生物还原法和生物合成法。
生物矿化法是利用生物体内的有机物质在无机物质的作用下形成纳米复合材料。
生物还原法是利用生物体内的还原酶或还原酶系统来还原金属离子，从而形成纳米复合材料。
生物合成法则是利用生物体内的酶或细胞来合成纳米复合材料。
四、其他方法制备纳米复合材料除了上述方法外，还有一些其他方法可以制备纳米复合材料，比如电化学法、微流控法和激光法等。
电化学法是利用电化学反应在电极上制备纳米复合材料。
微流控法是通过微流体技术将不同材料的液滴或颗粒进行混合，形成纳米复合材料。
激光法则是利用激光辐照材料溶液或材料表面，使其形成纳米复合材料。
结论：纳米复合材料制备方法多种多样，根据不同的材料和需求可以选择合适的方法进行制备。
物理法、化学法、生物法以及其他方法都有各自的特点和适用范围。
第六章 纳米复合材料
③聚合物基本原位聚合法。此法主要是在纳米微粒的 有机单体的胶体溶液中，有机单体在一定条件下，原 位聚合生产有机聚合物，形成分散有纳米微粒的复合 材料。这种方法的关键是保持胶体溶液的稳定性，胶 体粒子不发生团聚。利用NaBH4还原 HAuCl4得到纳 米金粒子，再包裹上一层十二烷基硫醇进行表面功能 化，这不仅阻止了Au粒子的团聚，而且其烃基强Au 粒子与许多聚合物的相容性。 ④ 两相同步原位合成法。此法是指纳米材料和高分 子基体同步原位形成纳米复合材料，包括插层原位聚 合法、蒸发-沉积法、辐射法及溶胶-凝胶法等。如水 溶性丙烯酸酯类在SiO2网络中聚合形成和纳米复合材 料。
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纳米复合材料的制备 ①纳米微粒填充法。即直接填充粉体在聚合 物基体中合成纳米复合材料的方法。首先是 纳米微粒与高分子材料的直接混合的方法， 混合的形式可以是溶液、乳液，也可以是熔 融等共混。此法简单易行，适合范围广泛， 无机纳米材料与有机聚合物的几何参数和体 积分数等便于控制。如利用反相胶乳制备纳 米TiO2粒子，在N-甲基吡咯酮（NMP）中与 聚酰亚胺溶液共混，制备出纳米TiO2粒子/PI 纳米复合材料。
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•这些特点受到了材料界及产业界的高度重视。 在有机/无机纳米复合材料中最有发展前景的复 合材料就是聚合物插层复合材料。具有层状结 构的无机化合物主要是硅酸盐矿物, 它包括高岭 土、滑石、膨润土、云母4大类, 其中膨润土的 主要成分为含有蒙脱土的层状硅酸盐、钠蒙脱 土、锂蒙脱土和海泡石等可用于制备聚合物/层 状纳米硅酸盐复合材料(ＰＬＳ)。膨润土是用 插层法制备有机/无机纳米复合材料最重要的一 类无机物。
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5. 3纳米复合材料的性能与特点 5. 3. 1纳米复合材料的基本性能
可综合发挥各种组分的协同效能。这是单一 的任何一种材料都不具备的多种性能，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。 性能可设计性，可针对纳米复合材料的性能 需求进行材料的设计和制造。如：当强化紫 外光屏蔽作用时，可选用TiO2纳米材料进行 复合；当强化耐热性时，可选用聚酰胺基体 材料与纳米材料进行复合。 可按需要加工材料的形状。
纳米复合材料的制备方法
纳米复合材料的制备方法纳米复合材料啊，听起来就像是科幻电影里的高科技道具，其实不然，它是一种在日常生活中应用广泛的材料。
你想想，我们身边的许多东西都可能用到了这种神奇的材料哦！咱们得了解一下这玩意到底是什么。
简单来说，纳米复合材料就是通过把不同的小小的材料混合在一起，比如说纳米颗粒，然后加上主材料，比如塑料或者金属，搞出来一种新的材料。
这种材料呢，有时候比原来的东西更轻更坚固，有时候还能增加一些特殊的功能，比如防水啊、抗菌啊，啥的都有可能。
要造这种材料可不是一件容易的事，得讲究方法。
首先得有个好点子，决定你要加啥纳米颗粒，再看看主材料是啥，然后开始大干一场。
得精确地控制这些纳米颗粒的大小和分布，要不然就像做饭时放料不均匀，吃起来咋也不过瘾对吧？其实这事跟炒菜有点像，火候得掌握好，要不然就全毁了。
科学家们用各种先进的设备和技术，比如高科技显微镜，来帮助他们看清楚这些小家伙，确保它们都混得好好的。
有点像打游戏时候的精准操作，得把握好每一个细节。
再说说加工过程，那也是个技术活。
有些材料得在特定的温度和压力下处理，才能确保最后的材料不变味儿。
就像做面食，揉面得用心，发面得靠谱，才能吃出好味道。
工艺得精益求精，不能马虎，不然做出来的材料可就不靠谱了。
说到用处嘛，这纳米复合材料可真是个多才多艺的家伙。
想象一下，你的手机屏幕为啥那么薄而且又不容易碎？那可多亏了它们的好戏，用了纳米复合材料，轻巧又结实。
汽车的零件也经常用它们来加强，这样一来，咱开车的时候就能更放心，不用老是担心哪里坏了。
别说还有医药领域呢，这些材料也能帮大忙。
有些药物要靠它们的“运输服务”才能准确地送到病人身上，效果才好。
真是万能的小东西啊，啥都能帮忙搞定。
当然了，别忘了环保问题。
现在弄这些材料的时候，科学家们也开始考虑到怎么能减少对环境的影响。
毕竟，地球咱得好好爱护，不能因为弄点新材料就把大家都搞得灰头土脸。
纳米复合材料，就像是科技和传统工艺的结合体，一点儿也不难懂，但要玩好它，得多动动脑筋，多下工夫。
纳米复合材料的制造工艺
纳米复合材料的制造工艺1. 简介纳米复合材料是一种由纳米粒子和基体材料组成的新型复合材料。
纳米粒子的尺寸通常在1-100纳米之间，具有特殊的物理和化学性质，可以赋予基体材料许多优异的性能。
纳米复合材料的制造工艺是为了在材料制备过程中有效地控制纳米粒子的分散、尺寸和分布等参数，从而得到具有理想性能的材料。
2. 纳米复合材料的制备方法纳米复合材料的制备方法多种多样，包括溶胶-凝胶法、机械合金法、气相沉积法、湿法合成法等。
下面将对其中几种常用的制备方法进行详细介绍。
2.1 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种在溶液中通过化学反应控制纳米粒子的生成和组装过程的制备方法。
其主要步骤包括溶胶制备、凝胶形成和热处理等。
1.溶胶制备：选择合适的溶剂和试剂，在适当的条件下进行反应，得到纳米粒子的前体溶胶。
2.凝胶形成：通过水解、缩聚等反应，使得溶胶发生凝胶反应，生成固体凝胶。
3.热处理：通过热处理，去除凝胶中的有机物，使得纳米粒子形成稳定的网络结构。
溶胶-凝胶法制备的纳米复合材料具有较大的比表面积和均匀的分散度，广泛应用于催化剂、传感器等领域。
2.2 机械合金法机械合金法是一种通过机械力的作用，使不相容的物质混合在一起，并形成纳米复合材料的制备方法。
1.球磨：将纳米粉末和基体材料一起放入球磨仪中，通过球磨的过程，使两种材料发生机械合金反应。
2.热处理：经过球磨后，将混合物进行热处理，消除应力和晶界缺陷，并提高纳米粒子的结晶度。
机械合金法制备的纳米复合材料具有高强度、高硬度和良好的耐磨性，广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。
2.3 气相沉积法气相沉积法是一种将气体中的原子或分子沉积到基体材料上，制备纳米复合材料的方法。
1.化学气相沉积：通过化学反应，将气体中的原子或分子沉积到基体材料上。
2.物理气相沉积：通过物理效应（如溅射、蒸发等），将气体中的原子或分子沉积到基体材料上。
气相沉积法制备的纳米复合材料具有良好的均匀性和结晶性，广泛应用于电子器件、光学器件等领域。
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2）纳米粉体的化学制备方
（1）湿化学制备纳米粉体法 湿化学法：简单，易工业化规模生产
共沉淀法； 乳浊液法；
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1）、小尺寸效应
当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗 意波长以及超导态的相干长度或透射深度等 物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的 边界条件将被破坏；非晶态纳米微粒的颗粒 表面层附近原子密度减小．导致声、光、电 磁、热力学等物性呈现新的小尺寸效应。
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纳米尺度的强磁性颗粒(Fe—Co合金，氧 化铁等)，当颗粒尺寸为单磁畴临界尺寸时， 具有甚高的矫顽力，可制成磁性信用卡、磁 性钥匙、磁性车票等，还可以制成磁性液体 ，广泛地用于电声器件、阻尼器件、旋转密 封、润滑、选矿等领域。
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6、光电性能及纳半导体。
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二、纳米复合材料
1、概述
纳米材料是指尺度为1 nm一100 nm的 超微粒经压制，烧结或溅射而成的凝聚态固 体。它具有断裂强度高、韧性好，耐高温等 特性。
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自从德国Gleiter等发展了惰性气体凝聚法，即在高真 空超纯条件下将超微金属粉末的制备和成型结合在一 起原位压制成固体材料，并对其性能和结构进行研究 以来，世界各国先后对这种新型纳米材料给予极大关 注。近年来更是对纳米材料的结构与性能及应用前景 进行了广泛而深入的研究。据美国贤料显示，纳米结 构材料在美国市场将从1996年的4,130万美元增至 2001年的14，860万美元，年增长速率将超过29％。 纳米材料已成为当前材料科学和凝聚态物理领域中的 研究热点，被视为“21世纪最有前途的材料” 其中就 包括纳米复合材料
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2）、表面效应
纳米微粒尺寸小，表面能高，位于表面 的原子占相当大的比例。随着粒径减小，表 面原子数迅速增加．这是由于粒径小，表面 积急 剧变大所致。
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例如，粒径为10nm时，比表面积为90m2／g，粒径 为5nm时，比表面积为180m2／g，粒径下降到2nm ，比表面积猛增到450m2／g。这样高的比表面，使 处于表而的原子数越来越多，同时表面能迅速增加。 由于表面原子数增多，原子配位不足及高的表面能， 使这些表面原子具有高的活性，极不稳定，很容易与 其他原子结合。例如金属的纳米粒子在空气中会燃烧 ，无机的纳米粒子暴露在空气中会吸附气体，并与气 体进行反应。
纳米复合材料
一、纳米材料的性能
1、纳米材料的基本物理效应 当小粒子尺寸进入纳米量级(1—100nm)时，其本身具
有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道 效应，因而展现出许多特有的性质，在催化、滤光、光吸 收、医药、磁介质及新材料等方面有广阔的应用前景，同 时也将推动基础研究的发展。
ppt课件ppt课件9 Nhomakorabea2、奇特的物性
由于纳米微粒具有大的比表面积、表面原 子数、表面能和表面张力随着粒径的下降急 剧增加，表现出小尺寸效应、表面效应、量 子尺寸效应及宏观量子隧道效应等特点，从 而导致纳米微粒的热、磁、光、敏感特性和 表面稳定性等不同于正常粒子。如，纳米金 属在低温下呈现绝缘性
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提供足够的晶界滑移机会，导致形变增加， 纳 米晶陶瓷因巨大的表面能，其烧结温度可大幅
下降。如用纳米ZrO2细粉制备陶瓷比用常规的 微米级粉时，烧结温度降低400℃左右， 即从 1600℃下降到1200℃左右即可烧结致密化。
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2、纳米粉体的合成
1）纳米粉体的物理制备方法。
惰性气体冷凝法制备纳米粉体 高能机械球磨法 其它方法：电子束蒸发不、激光剥离法、 DC或RF溅射法。
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纳米微粒的熔点可远低于块状金属。例如 2nm的金颗粒熔点为600K．随粒径增加，熔 点迅速上升，块状金为1337K；纳米银粉熔 点可降低刮373K。此特性为粉末冶金工业提 供了新—工艺。
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利用等离了共振频率随颗粒尺寸变化的性 质，可以改变颗粒尺寸，控制吸收边的位移 ，制造具有一定频宽的微波吸收纳米材料， 可用于电磁波屏蔽、隐形飞机等．
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4、力学性能
与传统材料相比，纳米材料的力学性能有显著 的变化，一些材料的强度和硬度成倍提高经。 如14nm的Pd试样，其0.2%的屈服强度为 250MPa，而50u的粗晶材料为52MPa，粒径 为6nm的Cu的硬度是粗晶试样的5倍。
总体来说，硬度随着粒径的减小而增长。
当晶粒尺寸很小时，硬度随着粒径的减小而
增长。
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5、超塑性
超塑性是指材料在断裂前产生很大的伸 长量，这种现象通常发生在受中温(0.5Tm)、 中等到较低应变速率(10-6~10-2S-1)条件下的 细晶材料中。
一般认为陶瓷具有超塑性应该具备两个 条件：1）较小的粒径，2）快速的扩散途径 （增强的晶格、晶界扩散能力）。
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3、扩散及烧结性能
由于纳米结构材料中有大量的界面，这 些界面为原子提供了短程扩散途径，因此纳 米材料具有较高的扩散率，这对蠕变、超塑 性等力学性能有显著影响，同时可以在较低 的温度下对材料进行有效掺杂，可在较低温 度使不混溶金属形成新的合金相。
增强扩散力产生的另一个结果是可经以 使纳米结构材料的烧结温度大大降低
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3）、量子尺寸效应
当粒子尺寸下降到某一值时，金属费米 能级附近的电子能级由准连续变为离散能级 的现象以及纳米半导体微粒存在不连续的最 高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨 道能级而使能隙变宽现象均称为量子尺寸效 应。
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4）、宏观量子隧道效应
微观粒子具有的贯穿势垒的能力称为隧道 效应。近年来，人们发现某些宏观量也具有 隧道效应，称为宏观量子隧道效应
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▪纳米复合材料(nanocomposites)是 指分散相尺度至少有一维小于100 nm 的复合材料(含有纳米单元相的复合材 料 )。从基体与分散相的粒径大小关系 ，复合可分为微米一微米、微米一纳 米、纳米一纳米的复合
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▪根据Hall—Perch方程，材料的屈服强度与晶 粒尺寸平方根成反比。这表明，随晶粒的细化 材料强度将显著增加。此外，大体积的晶区将