《纳米复合材料》PPT课件
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插层纳米复合材料ppt课件
③可以进展离子交换
粘土的二维有序的层状构造，层间通常吸附 阳离子来维持电荷平衡。阳离子既可以是无 机金属阳离子，也可以是有机阳离子。
对于钠-蒙脱土而言，有机阳离子经过离子 交换进入蒙脱土的层间，构成有机蒙脱土， 聚合物或有机单体等插层客体因此容易插层 到有机蒙脱土的片层间。粘土与聚合物之间 存在强亲和性，插层客体不易零落。
它最早发现于美国的怀俄明州的古 地层中，为黄绿色的粘土；因加水 后膨胀成糊状，后来人们就把这种 性质的粘土， 统称为膨润土。
膨润土成分：
膨润土的主要成份是蒙脱土，是一种 由纳米级厚度的硅酸盐片层构成的粘土。 由两层硅氧四面体中间夹一层铝氧八面 体组成的层状粘土矿物。
根据蒙脱石所含的可交换阳离子种类、 含量及结晶化学性质的不同，分为钠基、 钙基、镁基、铝〔氢〕基等膨润土。
因此，这种离子置换具有不可逆性。
正是这种不可逆性，有机蒙脱土在比较苛刻 的插层工艺过程中，仍具有很好的稳定性，保 证了蒙脱土构造上的延续性、稳定性。
※ 有机阳离子改性剂作用
①将蒙脱土层间的水合阳离子交换出来 ②扩展蒙脱土层间的间隔
1.49nm
2.21nm
③能与高分子化合物基体有较强的分子 链结合力
※ 有机化改性方法
无水条件 下
干法
湿法
有水条件 下
预凝胶 法
有机溶剂 条件下
①改性方法の干法改性
蒙脱土与季铵盐〔蒙脱土的 15%～55%〕混合
提高温度至季铵盐熔融形状， 进展离子交换反响
研磨、过筛
有机蒙脱土
② 改性方法の湿法改性
滴加过量季
蒙脱土+水->悬浊液
1 2
70-80℃高速搅拌
铵盐溶液
3 恒温搅拌反响数小时，静置过夜
高分子纳米复合材料介绍PPT(24张)
可按需求加工成所需形状——避免多次加工 和重复加工。
特殊性质
同步增韧增强效应——纳米材料对有机聚合
物进行复合改性，却是在发挥无机材料增强
效果的同时，又能起到增韧的效果。
新品功能高分子材料——传统功能高分子基
本上都是通过化学反应合成特殊官能团得到
。但是纳米材料可以直接或者间接达到具体
的功能，如光电转换，高校催化，紫外屏蔽
例如，李谷等对PS/纳米CaCO3复合材料玻璃化 转变及物理老化研究发现，少量的纳米CaCO3粒 子对PS基体的分子链锻松弛行动有促进作用，并 且随着纳米CaCO3质量分数的增加而有不同程度 的下降。
卢红斌等对层状硅酸盐-环氧树脂纳米复合材料在 受限环境下松弛行为的研究得出了三种松弛模型 。认为，与硅酸盐片层相连的链段松弛速率最低 ，而在层与层之间的部分松弛速率最快。其他区 域的链段松弛速率则与纯PS时的相同。当聚合物 与硅酸盐片层以弱的作用力（比如物理吸附）结 合时其链段松弛速率最低。当聚合物嫁接到硅酸 盐固体表面时，松弛速率最快。也即是，当聚合 物链与纳米粒子结合时，这部分的链段松弛速率 会大大增加。
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 -100 nm) 复合而成的材料。
非晶体、半晶体、晶体
无论分散相还是 连续相
无机物（陶瓷、金属等）、 有机物（高分子）等
4
聚合物基纳米复合材料
以聚合物（树脂）为连续相，以纳米 粒子为分散相的复合材料。
一般纳米粒子为无机物。但有时候是有机物 ，如刚性棒状高分子，包括溶致性和热致性 液晶高分子。他们以分子水平分散在聚合物 基体中，形成有机物/有机物纳米复合材料 。
纳米CaCO3粒子的加入对PS分子链的影响是两方 面的：一方面，纳米CaCO3的加入，增加了PS链 与链间的自由体积；另一方面，纳米CaCO3粒子 对其之间的PS分子链起到了加速松弛作用。这两 种因素不相互对立，而是各自独立，共同促进了 分子链的松弛，只是方式的不同。
特殊性质
同步增韧增强效应——纳米材料对有机聚合
物进行复合改性，却是在发挥无机材料增强
效果的同时，又能起到增韧的效果。
新品功能高分子材料——传统功能高分子基
本上都是通过化学反应合成特殊官能团得到
。但是纳米材料可以直接或者间接达到具体
的功能，如光电转换，高校催化，紫外屏蔽
例如，李谷等对PS/纳米CaCO3复合材料玻璃化 转变及物理老化研究发现，少量的纳米CaCO3粒 子对PS基体的分子链锻松弛行动有促进作用，并 且随着纳米CaCO3质量分数的增加而有不同程度 的下降。
卢红斌等对层状硅酸盐-环氧树脂纳米复合材料在 受限环境下松弛行为的研究得出了三种松弛模型 。认为，与硅酸盐片层相连的链段松弛速率最低 ，而在层与层之间的部分松弛速率最快。其他区 域的链段松弛速率则与纯PS时的相同。当聚合物 与硅酸盐片层以弱的作用力（比如物理吸附）结 合时其链段松弛速率最低。当聚合物嫁接到硅酸 盐固体表面时，松弛速率最快。也即是，当聚合 物链与纳米粒子结合时，这部分的链段松弛速率 会大大增加。
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 -100 nm) 复合而成的材料。
非晶体、半晶体、晶体
无论分散相还是 连续相
无机物（陶瓷、金属等）、 有机物（高分子）等
4
聚合物基纳米复合材料
以聚合物（树脂）为连续相，以纳米 粒子为分散相的复合材料。
一般纳米粒子为无机物。但有时候是有机物 ，如刚性棒状高分子，包括溶致性和热致性 液晶高分子。他们以分子水平分散在聚合物 基体中，形成有机物/有机物纳米复合材料 。
纳米CaCO3粒子的加入对PS分子链的影响是两方 面的：一方面，纳米CaCO3的加入，增加了PS链 与链间的自由体积；另一方面，纳米CaCO3粒子 对其之间的PS分子链起到了加速松弛作用。这两 种因素不相互对立，而是各自独立，共同促进了 分子链的松弛，只是方式的不同。
高分子纳米复合材料详解ppt课件
物理性能方面
热性能：由于纳米粒子尺寸小，表面能高，其熔点、 开始烧结温度和晶化温度比常规粉体低；例如纳米 银的熔点可低于373K；常规氧化铝烧结温度在 1973 ~ 2073K之间，而纳米氧化铝可在1423 ~ 1673K之间烧结，致密度可达99.0％以上。
电性能：粒子尺寸小于某一临界尺寸后，材料的电 阻会发生突变，例如金属会变为非导体。
水热合成法：高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合 成；
化学沉淀法：将沉淀剂加入金属盐溶液中，得到沉淀 后进行热处理，包括直接沉淀，共沉淀、均一沉淀等；
溶胶－凝胶（Sol-Gel）法：将金属有机醇盐或无机盐 溶液经水解，使溶质聚合成溶胶再凝胶固化，再经低 温干燥，磨细后再煅烧得到纳米粒子
微乳液和反相胶束法：微乳液和反相胶束是利用两种 互不相容的溶剂（有机溶剂和水溶液），通过选择表 面活性剂及控制相对含量，可将其水相液滴尺寸限制 在纳米级，不同微乳液滴相互碰撞发生物质交换，在 水核中发生化学反应，得到纳米粒子。
物 理 气 相 沉 积 法
电 子 束 加 热
等
离
子
和
激 蒸发容器的结
光 加
构简单，除金 属外，对SiC 同样有效
热
适合实验室规模 量产
流 动 液 面 真 空 蒸 发 法
通
制备碳化物，
电
Cr、Ti、V、Zr
加
发烟量大，高
热
熔点金属给出 非晶物质，Nb、
蒸
Ta、Mo
发
法
化学方法
化学气相沉积法（CVD）：采用与PVD法相同的加热 源，将原料（金属氧化物、氢氧化物，金属醇盐等） 转化为气相，再通过化学反应，成核生长得到纳米粒 子；
小尺寸效应（材料周期性边界条件的破坏）； 表面或界面效应（表面能和活性的增大）； 量子尺寸效应（电子能级或能带结构的尺寸依
热性能：由于纳米粒子尺寸小，表面能高，其熔点、 开始烧结温度和晶化温度比常规粉体低；例如纳米 银的熔点可低于373K；常规氧化铝烧结温度在 1973 ~ 2073K之间，而纳米氧化铝可在1423 ~ 1673K之间烧结，致密度可达99.0％以上。
电性能：粒子尺寸小于某一临界尺寸后，材料的电 阻会发生突变，例如金属会变为非导体。
水热合成法：高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合 成；
化学沉淀法：将沉淀剂加入金属盐溶液中，得到沉淀 后进行热处理，包括直接沉淀，共沉淀、均一沉淀等；
溶胶－凝胶（Sol-Gel）法：将金属有机醇盐或无机盐 溶液经水解，使溶质聚合成溶胶再凝胶固化，再经低 温干燥，磨细后再煅烧得到纳米粒子
微乳液和反相胶束法：微乳液和反相胶束是利用两种 互不相容的溶剂（有机溶剂和水溶液），通过选择表 面活性剂及控制相对含量，可将其水相液滴尺寸限制 在纳米级，不同微乳液滴相互碰撞发生物质交换，在 水核中发生化学反应，得到纳米粒子。
物 理 气 相 沉 积 法
电 子 束 加 热
等
离
子
和
激 蒸发容器的结
光 加
构简单，除金 属外，对SiC 同样有效
热
适合实验室规模 量产
流 动 液 面 真 空 蒸 发 法
通
制备碳化物，
电
Cr、Ti、V、Zr
加
发烟量大，高
热
熔点金属给出 非晶物质，Nb、
蒸
Ta、Mo
发
法
化学方法
化学气相沉积法（CVD）：采用与PVD法相同的加热 源，将原料（金属氧化物、氢氧化物，金属醇盐等） 转化为气相，再通过化学反应，成核生长得到纳米粒 子；
小尺寸效应（材料周期性边界条件的破坏）； 表面或界面效应（表面能和活性的增大）； 量子尺寸效应（电子能级或能带结构的尺寸依
高分子纳米复合材料课件.ppt
最重要的是界面组元。界面组元具有以下两个特点：首先是原
子密度相对较低，其次是邻近原子配位数有变化。因为界面在
纳米结构材料中所占的比例较高，以至于对材料性能产生较大
影响。
高分子纳米复合材料课件
五、纳米复合材料（nanocomposites）
1、纳米复合材料的分类
复合材料的复合方式可以分为四大类：
①、0-0型复合
利用宏观量子隧道效应，可以解释纳米镍粒子在低温下继续 保持超顺磁性的现象。这种纳米颗粒的宏观量子隧道效应和量子 尺寸效应，将会是未来微电子器件发展的基础，它们确定了微电 子器件进一步微型化的极限。
高分子纳米复合材料课件
三、纳米材料的制备方法
可分为物理法和化学法两大类。 1、物理方法 ①、真空冷凝法
例如，纳米颗粒具有高的光学非线性及特异的催化性能均属 此列。
高分子纳米复合材料课件
4、宏观量子隧道效应 微观粒子（电子、原子）具有穿越势垒的能力称之为隧道效
应。一些宏观的物理量，如纳米颗粒的磁化强度、量子相干器件 中的磁通量以及电荷等也具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统 的势垒而产生性能变化，称为宏观量子隧道效应。
第一节 高分子纳米复合材料概述
一、纳米材料与纳米技术
1、纳米材料 是以纳米结构为基础的材料，或者以纳米结构为基本单元构
成的复合材料。 ①、纳米结构
以具有纳米尺度的物质单元为基础，按一定规律构筑或营造 的一种新结构体系，称为纳高分米子纳结米构复合体材料系课件。
②、纳米材料 纳米材料是在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范 围的物质，或者由它们作为基本单元构成的复合材料。 从微观角度分类，纳米材料大致有以下两类：
衡合金固态分解、溶胶-凝胶法、气相沉积法、快速凝固法、晶晶 化法、深度塑性变形法等。
聚合物纳米复合材料-课件1
进化的复合材料-贝壳
17
复合材料的基本结构模式
复合材料由基体和增强剂两个组分构成： 基体：构成复合材料的连续相； 增强剂（增强相、增强体）：复合材料中独立的形态分 布在整个基体中的分散相，这种分散相的性能优越，会使 材料的性能显著改善和增强。 增强剂（相）一般较基体硬，强度、模量较基体大， 或具有其它特性。可以是纤维状、颗粒状或弥散状。
- Melt Processing –(常规做法)
hp
New method(加入层状无机材料的悬浮液)
a novel compounding process using Na–montmorillonite water slurry for preparing novel nylon 6/Na–montmorillonite nanocomposites
用此技术已制备了丁苯橡胶/ 粘土、丁腈橡 胶/ 粘土、氯丁橡胶/ 粘土等纳米复合材料。
③聚合物插层法的有机溶液插层法
该法可分两步骤： 溶剂分子插层
通过有机溶剂降低蒙脱土片层间的表面极性，从而 增加与聚合物的相容性。 聚合物对插层溶剂分子的置换
有机改性的蒙脱土与聚合物溶液共混，聚合物大分 子在溶液中借助于溶剂而插层进入蒙脱土的片层间， 然后再挥发掉溶剂。
R（脂肪烃基）：
粘土改性剂
①C12H25 →十二烷基三甲基氯化铵 ②C16H33 →十六烷基三甲基氯化铵 ③C18H37 →十八烷基三甲基氯化铵 此外，十二烷基二甲基苄基氯化铵、
十八烷基二甲基苄基氯化铵等。
其它的阳离子 还能与该离子 进行交换吗？
有机铵盐改性后的粘土在酸性介质中水解， 水中的质子很难将铵盐基团置换下来，这说明 由离子键所形成的复合物是比较稳定的。
《纳米复合材料》PPT课件
（1）热压烧结 热等静压(HIP)也属于热压烧结的一种。它是用金属箔代 替橡胶模具，用气体代替液体，使金属箔内的陶瓷基体 和纳米增强体混合粉末均匀受压。通常所用气体为氦气、 氩气等惰性气体，金属箔为低碳钢、镍、钼等。一热等静压烧结。 与一般热压烧结法相比，HIP法使混合物料受到各向同 性的压力，使显微结构均匀；另外HIP法施加压力高，在 较低温度下即可烧结。
（1）高强度、高韧性
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 性能的明显改善大致可归结如下： (1)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， 起到细晶强化作用。 (2)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，使基体晶粒再细化而起增 强作用。 (3)纳米级粒子周围的局部拉伸应力引起穿晶断裂，并由于硬粒子对裂 纹尖端的反射作用而产生韧化。破坏模式从穿晶和晶间到单纯晶间断 裂，晶界相(通常约10％体积的无定形相)的改变和对高温力学性能影 响的减小，使高温力学性能获得明显改善。 (4)纳米级粒子在高温牵制位错运动，从而也能使高温力学性能获得明 显改善。
基体中的显微缺陷及晶须密集处同样存在较大内应力和孔 穴的积累而形成的疲劳裂纹。 疲劳裂纹的扩展是由于裂纹前沿所形成的微孔的连接而引 起的。当裂纹的扩展遇到SiC微粒或晶须时，裂纹扩展会停 止，而等待附近其他微孔的积累、连接，再引发裂纹形成 及扩展。 含有复合基体的SiCw增强纳米复合材料，其裂纹的形成及 扩展受基体韧化的影响，因而提高了其疲劳性能。
3 抗蠕变、抗疲劳性好
颗粒增强的纳米复合材料的最小蠕变速率要比基体合金低 2个数量级；在相同蠕变速率下，颗粒增强时可比未增强 基体的蠕变应力增加1倍左右，即纳米复合材料所承受的 应力提高了1倍。 晶须增强时又要比颗粒增强时抗蠕变性能更好。 一般纳米复合材料的应力指数n明显高于基体。基体的n约 为4—5，而纳米复合材料的n约为9—20。这反映了纳米 复合材料的蠕变速率对应力的敏感性大。 颗粒和晶须增强金属基纳米复合材料的疲劳强度和疲劳寿 命一般比基体金属高。纳米复合材料疲劳性能的提高可能 与其强度和刚度的提高有关。
功能高分子材料 第十章高分子纳米复合材料PPT课件
纳米研究的范围是1到100纳米， 0.1纳米是单个氢原子的尺寸，因此所 谓0.1纳米层面的“纳米技术”是不存 在的。
材料
2
2．纳米科技概念的提出与发展
最早提出纳米尺度上科学和技术问题
的是著名物理学家、诺贝尔奖获得者理
查德·费恩曼。纳米科技的迅速发展是
在80年代末、90年代初。80年代初发明
当代最受爱戴的科 了费恩曼所期望的纳米科技研究的重要
纳米材料结构的特殊性[如大的比表面以及一系列新的效 应(小尺寸效应、界面效应、量子效应和量子隧道效应)]决定 了纳米材料出现许多不同于传统材料的独特性能，进一步优 化了材料的电学、热学及光学性能。
研究方面：一是系统地研究纳米材料的性能、微结构和 谱学特征，通过和常规材料对比，找出纳米材料特殊的规律， 建立描述和表征纳米材料的新概念和新理论；二是发展新型 纳米材料。
学家之一。他不但 仪器——扫描隧道显微镜(STM)、原子
以其科学上的巨大 贡献而名留青史，
力显微镜(AFM)等微观表征和操纵技术，
而且因在“挑战者” 它们对纳米科技的发展起到了积极的促
号航天飞机事故调 查中的决定性作用 而名闻遐迩。他还
进作用。与此同时，纳米尺度上的多学 科交叉展现了巨大的生命力，迅速形成
子、构造纳米结构，同时为科学家提供
在纳米尺度下研究新现象、提出新理论
的微小实验室。
同时，与纳米材料和结构制备过程
相结合，以及与纳米器件性能检测相结
合的多种新型纳米检测技术的研究和开
发也受到广泛重视。如激光镊子技术可
用于操纵单个生物大分子。
07.11.2020
材料
9
07.11.2020
10.3 纳米科技前景的展望
是一个撬开原子能 为一个有广泛学科内容和潜在应用前景
材料
2
2．纳米科技概念的提出与发展
最早提出纳米尺度上科学和技术问题
的是著名物理学家、诺贝尔奖获得者理
查德·费恩曼。纳米科技的迅速发展是
在80年代末、90年代初。80年代初发明
当代最受爱戴的科 了费恩曼所期望的纳米科技研究的重要
纳米材料结构的特殊性[如大的比表面以及一系列新的效 应(小尺寸效应、界面效应、量子效应和量子隧道效应)]决定 了纳米材料出现许多不同于传统材料的独特性能，进一步优 化了材料的电学、热学及光学性能。
研究方面：一是系统地研究纳米材料的性能、微结构和 谱学特征，通过和常规材料对比，找出纳米材料特殊的规律， 建立描述和表征纳米材料的新概念和新理论；二是发展新型 纳米材料。
学家之一。他不但 仪器——扫描隧道显微镜(STM)、原子
以其科学上的巨大 贡献而名留青史，
力显微镜(AFM)等微观表征和操纵技术，
而且因在“挑战者” 它们对纳米科技的发展起到了积极的促
号航天飞机事故调 查中的决定性作用 而名闻遐迩。他还
进作用。与此同时，纳米尺度上的多学 科交叉展现了巨大的生命力，迅速形成
子、构造纳米结构，同时为科学家提供
在纳米尺度下研究新现象、提出新理论
的微小实验室。
同时，与纳米材料和结构制备过程
相结合，以及与纳米器件性能检测相结
合的多种新型纳米检测技术的研究和开
发也受到广泛重视。如激光镊子技术可
用于操纵单个生物大分子。
07.11.2020
材料
9
07.11.2020
10.3 纳米科技前景的展望
是一个撬开原子能 为一个有广泛学科内容和潜在应用前景
纳米复合材料 ppt课件
• 0-0复合：不同成分的不同相或不同种类的纳米粒子 复合而成的纳米复合材料。纳米粒子可以是金属与 金属、陶瓷与高分子、金属与高分子、陶瓷与陶瓷 、陶瓷与高分子等构成。
纳米TiN和纳米AlN复合制备的超硬材料，HRA达到91
2020/11/29
9
• 0-2复合：把纳米粒子分散到二维的薄膜材料中得到 的纳米复合薄膜材料。
• 零维在空间三继尺度均在纳米尺 度，如纳米颗粒、原子团簇等；
• 一维在三继空间有两维处于纳米 尺度，如纳米丝、纳米棒、纳米 管等；
• 二维在三维空间中有一维在纳米 尺度，如超薄膜、多层膜、超晶 格等。
2020/11/29
0维纳米Au颗粒
1维纳米Au线
6
• 纳米复合材料(Nano-composites)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。
15
无机纳米复合材料制备 高能球磨法
• 将两种或两种以上无机粉末放入球磨机中，利用球 磨机的转动或振动，使硬球对原料进行强烈的撞击 、研磨和搅拌，粉末颗粒经压延，压合，碾碎，再 压合的反复过程，获得纳米复合粉末，烧结后得到 纳米复合材料。
2020/11/29 行星式高能球磨机
不锈钢磨球
16
• 高能球磨能合成两相或多相不相溶的均匀混合合金， 如 Cu-Fe、Cu-Cr、Cu-W等材料，还可用于制备 TiAl、NiAl等金属间化合物和超硬合金等。
复合材料
Composite Materials
纳米复合材料
Nano-Composite Materials
2020/11/29
2
主要内容
➢纳米复合材料的定义 ➢纳米复合材料的分类 ➢纳米复合材料的制备 ➢纳米复合材料的应用
纳米TiN和纳米AlN复合制备的超硬材料，HRA达到91
2020/11/29
9
• 0-2复合：把纳米粒子分散到二维的薄膜材料中得到 的纳米复合薄膜材料。
• 零维在空间三继尺度均在纳米尺 度，如纳米颗粒、原子团簇等；
• 一维在三继空间有两维处于纳米 尺度，如纳米丝、纳米棒、纳米 管等；
• 二维在三维空间中有一维在纳米 尺度，如超薄膜、多层膜、超晶 格等。
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0维纳米Au颗粒
1维纳米Au线
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• 纳米复合材料(Nano-composites)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。
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无机纳米复合材料制备 高能球磨法
• 将两种或两种以上无机粉末放入球磨机中，利用球 磨机的转动或振动，使硬球对原料进行强烈的撞击 、研磨和搅拌，粉末颗粒经压延，压合，碾碎，再 压合的反复过程，获得纳米复合粉末，烧结后得到 纳米复合材料。
2020/11/29 行星式高能球磨机
不锈钢磨球
16
• 高能球磨能合成两相或多相不相溶的均匀混合合金， 如 Cu-Fe、Cu-Cr、Cu-W等材料，还可用于制备 TiAl、NiAl等金属间化合物和超硬合金等。
复合材料
Composite Materials
纳米复合材料
Nano-Composite Materials
2020/11/29
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主要内容
➢纳米复合材料的定义 ➢纳米复合材料的分类 ➢纳米复合材料的制备 ➢纳米复合材料的应用
尼龙6纳米复合材料PPT课件
14
贮存模量
损失模量
力学损耗（内 耗）tanδ
尼龙纳米复合材料及尼龙的贮存G’ 、损失模 量G”、 tan δ和温度关系
15
展望
(1)由于粘土在聚台物中完全扩散时是在二维而 不是在一维方向上改善材料的性能，所以纳米 复合材料与纯物质相比在力学性能上有极大的 改善。 (2)改善了材料的热稳定性，如阻燃性（片层理 论） (3)提高阻隔性等，与普通填料相比，粘土在极 低的含量就能改善材料的性能，而且相对密度 较低，能够有效地降低制品的质量，方便运输， 同时纳米复合材料的高性能和低价格
Please Criticize And Guide The Shortcomings
讲师：XXXXXX
XX年XX月XX日
20
4. 周宛棣,于德梅等. 尼龙6/粘土聚合物纳米复合材料的性能表征(I)结晶 行为研究[J].高分子材料科学与工程,2004,20(30):133-143
5. Yoshihiro Katoh,Masami Okamoto.Crystallization controlled by layered silicates in nylon 6–clay nano-composite[J]. Polymer,2009,50（2009）:4718-4726
16
谢谢！
17
参考文献：
1. 王玉花,程超.尼龙6/粘土纳米复合材料的性能研究进展[J].广东化 工,2007,34（173）:36-38
2. 刘文霞,张宝述等.熔融插层法制备聚合物/粘土纳米复合材料的研究进 展[J].化工新型材料,2008,36(9):6-15
3. 周宛棣,于德梅等. 尼龙6/粘土聚合物纳米复合材料的性能表征(Ⅱ)结 晶行为研究[J].高分子材料科学与工程，2004，20(3):36-39
贮存模量
损失模量
力学损耗（内 耗）tanδ
尼龙纳米复合材料及尼龙的贮存G’ 、损失模 量G”、 tan δ和温度关系
15
展望
(1)由于粘土在聚台物中完全扩散时是在二维而 不是在一维方向上改善材料的性能，所以纳米 复合材料与纯物质相比在力学性能上有极大的 改善。 (2)改善了材料的热稳定性，如阻燃性（片层理 论） (3)提高阻隔性等，与普通填料相比，粘土在极 低的含量就能改善材料的性能，而且相对密度 较低，能够有效地降低制品的质量，方便运输， 同时纳米复合材料的高性能和低价格
Please Criticize And Guide The Shortcomings
讲师：XXXXXX
XX年XX月XX日
20
4. 周宛棣,于德梅等. 尼龙6/粘土聚合物纳米复合材料的性能表征(I)结晶 行为研究[J].高分子材料科学与工程,2004,20(30):133-143
5. Yoshihiro Katoh,Masami Okamoto.Crystallization controlled by layered silicates in nylon 6–clay nano-composite[J]. Polymer,2009,50（2009）:4718-4726
16
谢谢！
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参考文献：
1. 王玉花,程超.尼龙6/粘土纳米复合材料的性能研究进展[J].广东化 工,2007,34（173）:36-38
2. 刘文霞,张宝述等.熔融插层法制备聚合物/粘土纳米复合材料的研究进 展[J].化工新型材料,2008,36(9):6-15
3. 周宛棣,于德梅等. 尼龙6/粘土聚合物纳米复合材料的性能表征(Ⅱ)结 晶行为研究[J].高分子材料科学与工程，2004，20(3):36-39
纳米复合材料. 共48页
碳纳米管在基体中的分散，最常用的方法是物理机械方法， 如超声分散法和高速剪切法。
碳纳米管复合材料的界面。碳纳米管几乎是由排列成正六 边形的 SP2杂化的碳原子组成，因此它对绝大多数有机物 来说是惰性的。
界面粘结很差，影响复合材料性能提高。对CNT进行官能 化改性是改善复合材料界面的重要方法。
11
纳米SiO2增强聚合物基复合材料
纳米SiO2 是无定型白色粉末( 指团聚状态)，是一种无毒、 无污染的无机非金属材料。
因粒径小、比表面积大以及表面羟基的存在而具有反应活 性，从而以优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性在橡 胶、塑料、黏合剂、涂料等领域得到广泛应用。
由于纳米 SiO2表面能大、易于团聚，通常以二次聚集体的 形式存在，限制了其超细效应的充分发挥，在有机相中难 以浸润和分散。
插层法是将聚合物或单体插层于层状结构的无机物填料中， 使片层间距扩大，在随后的聚合加工过程中被剥离成纳米片 层，均匀分散于聚合物基体中而得到纳米复合材料。
9
原位分散聚合法，又称在位分散聚合法，是一类最简单、 最具有代表性的复合材料制备法，一般是将无机分子前驱 体和有机分子制成混合溶液，接着加入水和催化剂使无机 前驱体发生缩聚，随后加入氧化剂引发原位聚合，所得原 料经后续干燥处理 ，即得有机-无机纳米复合材料。
先进材料的制备及加工技术
江苏大学材料科学与工程学院
1
第四讲 二维纳米材料制备
纳米薄膜简介 纳米薄膜制备技术 石墨烯及其制备
2
第五讲 纳米复合材料
5.1 概述 5.2 聚合物基纳米复合材料 5.3 陶瓷基纳米复合材料 5.4 金属基纳米复合材料 5.5 纳米复合材料的应用
纤维增强聚合物基纳米复合材料中，以碳纳米管增强聚合 物基复合材料研究得比较广泛。
碳纳米管复合材料的界面。碳纳米管几乎是由排列成正六 边形的 SP2杂化的碳原子组成，因此它对绝大多数有机物 来说是惰性的。
界面粘结很差，影响复合材料性能提高。对CNT进行官能 化改性是改善复合材料界面的重要方法。
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纳米SiO2增强聚合物基复合材料
纳米SiO2 是无定型白色粉末( 指团聚状态)，是一种无毒、 无污染的无机非金属材料。
因粒径小、比表面积大以及表面羟基的存在而具有反应活 性，从而以优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性在橡 胶、塑料、黏合剂、涂料等领域得到广泛应用。
由于纳米 SiO2表面能大、易于团聚，通常以二次聚集体的 形式存在，限制了其超细效应的充分发挥，在有机相中难 以浸润和分散。
插层法是将聚合物或单体插层于层状结构的无机物填料中， 使片层间距扩大，在随后的聚合加工过程中被剥离成纳米片 层，均匀分散于聚合物基体中而得到纳米复合材料。
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原位分散聚合法，又称在位分散聚合法，是一类最简单、 最具有代表性的复合材料制备法，一般是将无机分子前驱 体和有机分子制成混合溶液，接着加入水和催化剂使无机 前驱体发生缩聚，随后加入氧化剂引发原位聚合，所得原 料经后续干燥处理 ，即得有机-无机纳米复合材料。
先进材料的制备及加工技术
江苏大学材料科学与工程学院
1
第四讲 二维纳米材料制备
纳米薄膜简介 纳米薄膜制备技术 石墨烯及其制备
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第五讲 纳米复合材料
5.1 概述 5.2 聚合物基纳米复合材料 5.3 陶瓷基纳米复合材料 5.4 金属基纳米复合材料 5.5 纳米复合材料的应用
纤维增强聚合物基纳米复合材料中，以碳纳米管增强聚合 物基复合材料研究得比较广泛。
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蒙脱土的化学通式： Nax(H2O)4{(AL2~xMgx)[Si4O10](OH)2}
分类： 钠基蒙脱土（碱性土） 钙基蒙脱土（碱土性土） 天然漂白土（酸性土）
蒙脱土的改性方法
• 人工钠化改型（悬浮液法、堆场钠化法、挤压法） • 酸活化方法（干法活化工艺、湿法活化工艺）
湿法生产工艺：
原土 包装
➢ Polymer intercalation from solution ➢ Polymer melt intercalation
to mix the polymer and layered silicate together and then heat the mixture above the glass transition temperature (softening point) of the polymer
制备聚合物纳米复合材料的无机物的种类
• 纳米粒子(CaCO3 、SiO2 、 TiO2、ZnO、Al2O3、Cr2O3 )
• 纳米纤维 (碳纳米管、纤维素晶须、凹凸棒土 ) • 层状无机物
Layered host crystals susceptible to intercalation by a polymer
✓ Nanocomposites show properties not found in bulk materials, differentiating them from typical composites or filled-polymer systems.
纳米复合材料
非聚合物 纳米复合材料
蒙脱土族矿物具有离子交换性、吸水性、 膨胀性、触变性、黏结性、吸附性等特性
插层剂的作用
• 利用离子交换的原理进入蒙脱土片层之间； • 扩张片层间距； • 改善层间的微环境； • 使蒙脱土的内外表面由亲水性转化为疏水性； • 增强蒙脱土片层与聚合物分子链之间的亲和性； • 降低硅酸盐材料的表面能。
常用的插层剂有烷基铵盐、季铵盐、吡啶类衍生物和其他阳离子型表面活性剂
What nanocomposites are
✓ Nanocomposites are made by mixing two or more phase, such as particles, layers or fibres, where at least one of the phases is in the nanometre size range.
金属/金属 金属/陶瓷 陶瓷/陶瓷
聚合物 纳米复合材料
有机/无机 纳米复合材料
聚合物/聚合物 纳米复合材料
聚合物基
无机物基
分子复合 原位复合 微纤/基体
Classification of nanocomposite
Polymer/inorganic nanocomposites
Polymer nanocomposites are generally defined as the combination of a polymer matrix resin and inorganic particles (particles, layers or fibres) which have at least one dimension (i.e. length, width, or thickness) in the nanometer size range
聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料特点
• 需要填料体积分数少； • 具有优良的热稳定性及尺寸稳定性； • 性价比高。
Polymer layered Nanocomposites preparation
➢In-situ intercalation polymerization
to intercalate the monomer and then take advantage of the host’s oxidising properties to induce polymerization
happen if we could arrange the atoms one by one the way we want them?” • 20世纪70年代康乃尔大学C.G.Granqvist & R.A.Buhrman 小组 气相沉积制备纳米 • 20世纪80年代，原西德Gleiter首次制备金属纳米，提出纳 米材料及其应用 • 1981年，IBM发明AFM和STM，推动纳米技术发展 • 20世纪80年代末期，日本丰田研究中心制得PA6/粘土纳米 复合材料
剂
性剂
聚合物
（2）聚合物 /聚合物
宏观相分离 型聚合物掺
混物
微观相分离型 （1）分子复合物；
聚合物合金
（2）完全相容型 聚合物合金
（3）聚合物 聚合物/填充 聚合物/填充 聚合物/超细粒 聚合物纳米
/填充物
物复合体系 物复合体系 子填充复合体系 复合体系
纳米概念的形成
• 早期，石墨、炭黑中的颗粒 • 1959年，美国物理学家Richard Feynman提出“what would
聚合物共混改性原理
———— 聚合物纳米复合材料
张琴
聚合物复合体系的分类
复合体系 组合
>1000nm (>1μm)
分散相的尺度大小
100~1000nm 1~100nm(0.0 0.5~10nm
(0.1~1 μm)
01~0.1 μm, 10~1000Å)
(5~100 Å)
（1）聚合物 /低分子物
低分子作增容 低分子流变改 外部热塑性
破碎 粉碎
干法生产工艺：
制浆 干燥
提纯 过滤
改型活化 有机覆盖 覆盖剂
原土 包装
制浆 粉碎
提纯剂
Structure of 2:1 layered silicates 蒙脱土的结构特征---天然的纳米结构
Cation-exchange reaction between the silicate and the alkylammonium salt
✓ Because the building blocks making up the nanocomposites are therefore so close to the molecular scale, confinement and quantum effects result from the way that the blocks interact.