纳米复合材料

SHANGHAI UNIVERSITY 课程论文

COURSE PAPER

简述纳米复合材料

学院：材料科学与工程学院

专业： 电子科学与技术

学号： 1 2 1 2 1 7 6 5

姓名： 陆 申 阳

课程： 材料科学导论C

日期： 2014年5月10日

简述纳米复合材料

12121765 陆申阳

摘要：纳米复合材料日新月异的发展为我们的生活带来了诸多方法便。本文简要的介绍了纳米复合材料的名称来源、种类、结构组成、功能特点及其在现代生活中的应用情况。纳米复合材料作为新兴材料，在材料中占有较大的比例，在各方面的应用也十分广泛。

1引言

由于复合材料的力学性能比较突出，综合性能优良，使得复合材料广泛应用于航空航天、国防、交通、体育、工业设备等领域。其中纳米复合材料是最具有吸引力的部分，世界发达国家的新材料发展战略都把纳米复合材料放在重要位置。纳米复合材料作为一类新材料，它拥有自己引人注目的一系列特点。而现代生活与纳米复合材料的练习也越来越紧密。

2总论

2.1复合材料

复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。在复合材料中，通常有一相为连续相，称为基体；另一相为分散相，称为增强材料。

复合材料各组分之间“取长补短”、“协同作用”，极大地弥补了单一材料的缺点，产生单一材料不具备的新性能。复合材料具有较强的可设计性。可以根据对产品形状的需求，将复合材料设计成不同的形状，避免多次加工，减少工序；也可以根据需要的产品性能对其性能进行设计，通过改变基体的性能、含量，增强材料的性能、含量、分布情况，以及他们之间的界面结合情况，来实现对复合材料性能的设计。

2.2纳米复合材料

纳米复合材料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。也可以是指分散相尺寸有一维小于100nm 的复合材料，分散相组成并无有机或无机的要求。纳米复合材料的组成示意图如下：

纳米复合材料

非聚合物基纳米复合材料 聚合物基纳米复合材料

上图纳米复合材料表示为：分散相+连续相 3研究历史 纳米技术的最早灵感来源是1959年物理学家理查德在演讲是的预言“当我们对细微尺寸的物体加以控制的话，将极大地扩充我们获得物性的范围。”随后经过多位科学家的不断探索，在1991年，人类发现了碳纳米管，从此纳米复合材料的研究蒸蒸日上。如今我们已经将纳米复合材料应用于我们的生活中。 金

属

+陶

瓷

陶瓷+金属 陶瓷+陶瓷 有机聚合物+陶瓷

无机物+聚合物 聚合物+聚合物

4材料特点

4.1纳米复合材料的基本性能

由于复合材料具有协同效应，纳米复合材料可综合发挥各种组分的协同效能，这是其中任何一种材料都不具备的多种性能。而纳米复合材料的这种协同效非常显著。

那米复合材料具有性能可设计性，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：当使用二氧化钛米材料复合时，可强化紫外光屏蔽作用；当强调经济效益时，可选用碳酸钙纳米材料进行复合；当强调耐热性时，可选用聚酰胺基体材料与纳米材料复合。

可按需要加工材料的形状，避免多次加工和重复加工。纳米复合材料的性能可设计性是其基本性能的最大特点，性能设计要考虑很多的因素，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。

4.2纳米复合材料的特殊性质

同步增韧增强效应。无机材料具有刚性，有机材料具有韧性，无机材料对有机材料的复合改性，会提高有机材料的刚性，但会降低有机材料的韧性。而纳米材料对有机聚合物的复合改性，却是在发挥无机材料的增强效果的同时，又能起到增韧效果，这是纳米材料对有机聚合物复合改性最显著的效果之一。

纳米复合材料通过纳米材料改性有机聚合物而赋予复合材料新的功能，纳米材料以纳米级水平均匀分散在复合材料之中，没有所谓的官能，但可以直接或间接地达到具体功能的目的，如光电转换，高效催化，紫外屏蔽等。

比强度大、比模量高。用于复合的纳米材料的粒径越小，其赋予复合材料的强度、模量就越高。在加入与普通粉体相同体积比的情况下，一般要高出1~2倍，在加入相同质量比的情况下，一般要高出10倍以上。

阻隔性能。对于插层纳米复合材料，聚合物分子链进入到层状无机纳米材料片层之间，分子链段的运动受到限制，显著提高了耐热性、材料的尺寸稳定性以及良好的阻燃、棋迷的作用。

4.3纳米复合材料的热力学稳定性

对纳米微粒复合有机聚合物的混合过程，如果混合的两者具有相容性，不产生两者的相分离，则复合过程一个必要条件是：

ΔG m = ΔH m - TΔS m < 0

ΔS m可以忽略不计，不论哪种纳米复合材料的制备方法，只有纳米材料与有机基体的复合焓变很小时，才能满足这样的条件，才能使纳米复合材料具有上述诸多优异性能。

5纳米复合材料的应用

5.1纳米复合塑料

纳米复合塑料是指无机填充物以纳米尺寸分散在塑料集体中形成的纳米复合材料。可以看做是纳米复合材料在塑料领域的应用。可以增强增韧塑料、改善塑料的抗老化性、并赋予塑料新的功能，如抗菌杀菌纳米复合塑料、抗静电纳米复合塑料、自清洁纳米复合塑料、磁性纳米复合塑料、阻燃纳米复合塑料等。

5.2纳米复合催化剂

纳米微粒尺寸小，表面积占的体积百分比数大，表面原子配位不全等导致表面活性点增加，使它具备了作为催化剂的基本条件。纳米复合材料实施催化时，催化方式主要有悬浮催化体系和固载纳米微粒催化体系两种。

5.3纳米复合橡胶

纳米复合橡胶的强度、耐磨性和抗老化性较好，可用做房屋建材、运动场地，也可用于制作汽车轮胎、高质量的运动鞋底等。

5.4纳米复合涂料

纳米结构涂料是新发展的功能性涂料，主要用于军事隐秘涂料、抗静电涂料、热阻涂料、抗菌涂料、界面涂料、自修复涂料、电磁涂料、红外线吸收涂料、电