纳米复合材料研究进展

化学方法
1.气相沉积法 利用金属化合物蒸气的化学反应合成纳米材料。其 特点产品纯度高，粒度分布窄。 2.沉淀法 把沉淀剂加入到盐溶液中反应后，将沉淀热处理得 到纳米材料。其特点简单易行，但纯度低，颗粒半径 大，适合制备氧化物。
3.水热合成法 高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合成，再经分 离和热处理得纳米粒子。其特点纯度高，分散性好、 粒度易控制。
体积效应
当物质的体积减少时，将会有两种情形：
一种是物质本身的性质不发生变化，而只有那 些与体积密切相关的性质发生变化，如半导体 电子自由程变小，磁体的磁区变小等； 另一种是物质本身的性质也发生了变化，因为 纳米微粒是由有限个原子或分子组成，改变了 原来出无数个原子或分子组成的集体属性，如 金属纳米微粒的电子结构与大块金属迥然不同。 这就是纳米粒子的体积效应。

纳米复合材料


当复合材料中的一相晶粒至少有一维尺寸处于纳米量级 (0-100nm)时,这种材料可称为纳米复合材料。 纳米复合材料在自然界的生物系统中广泛存在，比如骨头。 由于纳米材料的特异性能，再加上复合材料的优异性能, 纳米复合材料已成为复合材料的新生长点之一。 另外由于纳米粉的巨大表面积和相互作用力，极易团聚而 长成粗大颗粒，若将其分散在某一基体中构成复合材料就 能阻止这种团聚倾向，可维持其纳米尺寸状态而充分发挥 纳米效应。
纳米材料
• 纳米材料: 在纳米量级(1－100nm)内调控 物质结构制成的具有特异性能的新材料 • 四大特点: 尺寸小、比表面积大、表面能 高、表面原子比例大 • 四大效应: 小尺寸效应、量子尺寸效应、 宏观量子隧道效应、表面效应 • 纳米材料特性取决于制备方法
几种典型的纳米材料
一、纳米颗粒型材料：应用时直接使用纳米颗粒的
表面效应
• 固体表面原子与内部原子所 处的环境不相同。当粒子直径 比原子直径大时(如大于 0· 1um)，表面原子可以忽略； • 当粒子直径逐渐接近原子直径 时，表面原于的数目及作用就 不能忽略，而且这时粒子的比 表面积、表面能和表面结合能 都发生根大变化。 • 人们把由此引起的种种特殊效 应统称为表面效应。
纳米复合材料的分类
根据分散颗粒的纳米尺寸的维数,可以将纳米复合材料分为 三类: ①等轴纳米复合材料;②纳米管或纳米纤维复合材 料;③片状纳米复合材料。 按照基体的特性和成分, 纳米复合材料可分为四大类: ①高聚合物基纳米复合材料(高聚合物／玻璃、高聚合物／ 陶瓷、高聚合物／非氧化物及高聚合物／金属)； ②半导体基纳米复合材料； ③陶瓷基纳米复合材料(氧化物／氧化物、氧化物／非氧化 物及非氧化物／非氧化物、陶瓷／金属)； ④金属基纳米复合材料(金属／金属、金属／陶瓷、金属／ 金属间化合物及金属／玻璃)。
复合材料


复合材料是由性质不同的材料通过物理或化学的方法， 形成具有两个或两个以上不同相态结构的材料。该类 材料的特点是不但兼有这两种材料的性能，而且还可 以表现出独特的性能。 高强度、高比刚度、轻质－－难于再利用 预制板－－钢筋+混凝土／建筑构件 玻璃钢－－玻璃纤维+树脂／冷却塔 碳纤维 +树脂/金属/陶瓷－火箭,宇航,航空,体育, 医学。
4.溶胶-凝胶法 金属化合物经溶液、溶胶、凝胶而固化，再经低 温热处理而生成纳米粒子。其特点反应物种多，产物 颗粒均一，过程易控制，适于氧化物和Ⅱ～Ⅵ族化合 物的制备。 5.微乳液法 两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成 乳液，在微泡中经成核、聚结、团聚、热处理后得纳 米粒子。其特点粒子的单分散和界面性好，Ⅱ～Ⅵ族 半导体纳米粒子多用此法制备。
形态称为纳米颗粒型材料。 二、纳米固体材料：纳米固体材料通常指由纳米的 超微颗粒在高压力下压制成型，或再经一定热 处理工序后所生成的致密型固体材料。 复合纳米固体材料亦是一个重要的应用领域。 三、颗粒膜材料:将颗粒嵌于薄膜中所生成的复合薄膜 四、纳米磁wk.baidu.com液体材料：磁性液体是由超细微粒包覆一层长 键的有机表面活性剂，高度弥散于一定基液中，而构成 稳定的具有磁性的液体。

自然界中纳米的典型例
氢原子 的直径 0.1nm C60的 尺寸 双螺旋 DNA的 直径 2nm ATP合 成酶的 尺寸 大肠杆 菌的尺 寸 大约 1000nm
流感病 毒的尺 寸
尺寸 0.1nm
1nm
10nm
100nm
1000nm
纳米科学技术 （nanotechnology）



纳米科学技术是用单个原子、分子制造物质的科学 技术。 纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的 科学技术，它是现代科学（混沌物理、量子力学、 介观物理、分子生物学）和现代技术（计算机技术、 微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术）结合 的产物。 纳米科学技术又将引发一系列新的科学技术，例如 纳米电子学、纳米材科学、纳米机械学等。 纳米科学技术被认为是世纪之交出现的一项高科 技。
纳米复合材料研究进展
什么是纳米?

纳米是十亿分之一米的单位长度量词（10-9m） 1纳米相当于4倍原子大小，万分之一头发粗细。 当代科学技术有认识上的盲区或人类知识大厦上 存在着裂缝。裂缝的一边是以原子、分子为主体 的微观世界，另一岸是人类活动的宏观世界。两 个世界之间不是直接而简单的联结，存在一个过 渡区--纳米世界。
量子尺寸效应（小尺寸效应)
• 当粒子尺寸降到某一值时，金属费米能 级附近的电子能级由准连续变为离散能 级的现象和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、能隙变宽现象均称为量子 尺寸效应。
纳米材料的制备方法

物理方法 1.真空冷凝法 用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形 成等粒子体，然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、 粒度可控，但技术设备要求高。 2.物理粉碎法 通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其 特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均 匀。 3.机械球磨法 采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素、合金或 复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产 品纯度低，颗粒分布不均匀。