我国纳米材料发展现状

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我国纳米材料发展现状

管理学院林怡3213004780

摘要：近年来，随着先进科学技术的不断发展,纳米复合材料的种类也变得多种多样。纳米复合材料的综合应用性能很好,在我国各工业产业领域的应用范围非常广泛，如涂料、工程材料、光学材料、磁性材料等。本文主要介绍三种纳米复合材料的应用以及我国纳米复合材料的发展现状。

关键词：纳米复合材料纳米科技应用发展现状

0引言

纳米材料是指材料显微结构中至少有一相的一维尺度在100nm以内的材料。纳米材料由于平均粒径微小、表面原子多、比表面积大、表面能高，因而其性质显示出独特的小尺寸效应、表面效应等特性，具有许多常规材料不可能具有的性能。纳米材料由于其超凡的特性，引起了人们越来越广泛的关注,不少学者认为纳米材料将是21世纪最有前途的材料之一，纳米技术将成为21世纪的主导技术。

1纳米材料概述

1.1纳米材料的定义

纳米材料是物质以纳米结构按一定方式组装成的体系。它是纳米科技发展的重要基础，也是纳米科技最为重要的研究对象。纳米技术被公认为21世纪最具有发展前途的科学之一，纳米材料也被人们誉为21世纪最有前途的材料。由于纳米材料本身所具有的特殊性能，使其能够广泛应用于化工、纺织、军事、医学等各个领域。

1.2纳米复合材料的定义及分类

纳米复合材料是以树脂、橡胶、陶瓷和金属等基体为连续相，以纳米尺寸的金属、半导体、刚性粒子和其他无机粒子、纤维、纳米碳管等改性剂为分散相，通过适当的制备方法将改性剂均匀性地分散于基体材料中，形成一相含有纳米尺寸材料的复合体系，这一体系材料称之为纳米复合材料。

根据材料中是否含有聚合物及聚合物的种类将纳米复合材料进行简单的分类，主要分为非聚合物纳米复合材料与聚合物纳米复合材料。其中非聚合物纳米复合材料又分为金属一金属纳米复合材料、氧化物一氧化物纳米复合材料以及

金属一氧化物纳米复合材料。而聚合物纳米复合材料又分为聚合物一聚合物纳米复合材料和聚合物一无机纳米复合材料。

纳米复合材料由于其优良的综合性能，特别是其性能的可设计性被广泛应用于航空航天、国防、交通、体育等领域，纳米复合材料则是其中最具吸引力的部分，近年来发展很快，世界发达国家新材料发展的战略都把纳米复合材料的发展放到重要的位置。该研究方向主要包括聚合物基纳米复合材料、纳米碳管功能复合材料、纳米钨铜复合材料。

2聚合物基纳米复合材料

2.1聚合物基纳米复合材料的定义与分类

聚合物纳米复合材料是由各种纳米单元与有机高分子材料以各种方式复合成型的一种新型复合材料，纳米单元可以是金属、无机物和高分子等。聚合物材料如塑料、纤维、橡胶、树脂等本身由于强度较弱或功能单一限制了它的应用范围，但是经与纳米材料复合后，不但可以增强而且具有许多功能性特征，如光、电磁等。

聚合物基纳米复合材料通常可分为3类：有机/有机型纳米复合材料、有机/无机混杂物型纳米复合材料、有机/无机粒子型纳米复合材料。

2.2聚合物基纳米复合材料应用——聚乳酸／碳纳米管复合材料

碳纳米管是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体。石墨烯的片层一般可以从一层到上百层，含有一层石墨烯片层的称为单壁碳纳米管，多于一层的则称为多壁碳纳米管。单壁碳纳米管的直径一般在几到几十纳米之间，长约数微米至数毫米，是一种一维纳米材料。

聚乳酸/碳纳米管复合材料可用熔融或溶液共混法制备，原位聚合法尚未见报道。Moon直接用这两种方法制得了聚乳酸／多壁碳纳米管复合材料，但是仅能实现微米级均匀分散。为改善碳纳米管在聚乳酸基体中的分散性，Chen等将MWCNT表面的碳原子用王水氧化再经SOCl2酰化变为MWCNT—COCI，将其与聚乳酸进行溶液共混，得到聚乳酸接枝的碳纳米管(MWCNT-g-PLA)，接枝率达53.1％(wt)，接枝后碳管直径由30nm增长到80nm；且MWCNT-g-PLA在聚乳酸基体以及氯仿、DMF等溶剂中均分散良好。

聚乳酸与MWCNT复合后，MWCNT可起到晶核的作用，促进聚乳酸结晶，当MWCNT

的加入量为5％时，聚乳酸的杨氏模量达到最大值2.5GPa，比纯聚乳酸提高1.5倍，但断裂伸长率降低。MWCNT的加入还能提高聚乳酸对电磁波的屏蔽作用、提高电导率。但对其生物相容性看来有不利影响，细胞培养实验表明，MWCNT的存在使成纤细胞的生长速率降低。

3纳米碳管功能复合材料

3.1纳米碳管功能复合材料的定义

碳纳米管(CNTs)是在一定条件下由大量碳原子聚集在一起形成的同轴空心管状的纳米级材料，它的径向尺寸为纳米数量级，轴向尺寸为微米数量级，属于碳同位素异构体家族中的一个新成员，是理想的一维量子材料。

3.2纳米碳管功能复合材料应用

3.2.1导电复合材料

聚合物/碳纳米管导电复合材料是静电喷涂、静电消除、磁盘制造及洁净空间等领域的理想材料[1]。GE 公司用碳纳米管制备导电复合材料，碳纳米管质量分数为 10 %的各种工程塑料如聚碳酸酯、聚酰胺和聚苯醚等的导电率均比用炭黑和金属纤维作填料时高，这种导电复合材料既有抗冲击的韧性，又方便操作，在汽车车体上得到广泛应用。LNP公司成功制备了静电消散材料，即在 PEEK 和PEI中添加碳纳米管，用以生产晶片盒和磁盘驱动元件。它的离子污染比碳纤维材料要低65 %～90 %。日本三菱化学公司也成功地用直接分散法生产出了含少量碳纳米管的 PC 复合材料，其表面极光洁，物理性能优异，是理想的抗静电材料。另外，聚合物/碳纳米管导电复合材料的电阻可以随外力的变化而实现通-断动作，可用于压力传感器以及触摸控制开关;利用该材料的电阻对各种化学气体的性质和浓度的敏感性，可制成各种气敏探测器，对各种气体及其混合物进行分类，或定量化检测和监控;利用该材料的正温度效应，即当温度升至结晶聚合物熔点附近时，电阻迅速增大几个数量级，而当温度降回室温后，电阻值又回复至初始值，可应用于电路中自动调节输出功率，实现温度自控开关。

3.2.2导热复合材料

许多研究工作证明，碳纳米管是迄今为止人们所知的最好的导热材料。科学工作者预测，单壁碳纳米管在室温下的导热系数可高达 6600 W/mK，而经分离后的多壁碳纳米管在室温下的导热系数是 3000～6600 W/mK。由此可以想象，碳纳