试论高分子纳米复合材料
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18
国家安全
通过先进的纳米电子器件在信息控制方面 的应用，将使军队在预警、导弹拦截等领域 快速反应；通过纳米机械学，微小机器人的 应用，将提高部队的灵活性和增加战斗的有 效性；用纳米和微米机械设备控制，国家核 防卫系统的性能将大幅度提高；通过纳米材 料技术的应用，可使武器装备的耐腐蚀、吸 波性和隐蔽性大大提高，可用于舰船、潜艇 和战斗机等。
22
纳米颗粒由于其尺寸小,比表面积非常大 而表现出与常规微米级材料截然不同的性 质。在与聚合物复合时,纳米颗粒的表面效 应,小尺寸效应,量子效应以及协同效应,将 使复合材料的综合性能有极大的提高。这 种复合材料既有高分子材料本身的优点,又 兼备了纳米粒子的特异属性,因而使其具有 众多的功能特性,在力学,催化,功能材料(光, 电,磁,敏感)等领域内得到应用。例如,插层 法制得的聚丙烯/蒙脱土等纳米复合材料,在 力学性能上具有了高强度,高模量,韧性和高 热变形温度等优点。
20
纳米材料科学是涉及到凝聚态物理,配位化学,
胶体化学,材料的表面和界面以及化学反应动力学
等多门学科的交叉科学。当材料进入纳米量级时,
会具有与传统材料截然不同的性质。高分子材料
科学的涉及非常广泛,其中一个重要方面就是改变
单一聚合物的凝聚态,或添加填料来实现高分子材
料使用性能的大幅提升。因此纳米粒子的特异性
5
纳米电子学的目标是将集成电路的几何结构 进一步减小，超越目前发展中遇到的极限，因而 使得功能密度和数据通过量达到新的水平。
在纳米尺度下，现有的电子器件把电子视为 粒子的前提不复存在，因而会出现种种新的现象 ，产生新的效应，如量子效应。利用量子效应而 工作的电子器件称为量子器件，像共振隧道二级 管、量子阱激光器和量子干涉部件等。与电子器 件相比，量子器件具有高速(速度可提高1000倍) 、低耗(能耗降低1000倍)、高效、高集成度、经 济可靠等优点。为制造具有特定功能的纳米产品 ，其技术路线可分为“自上而下”(top down)和 “自下而上”(bottom up)两种方式。
2
2．纳米科技概念的提出与发展
当代最受爱戴的科 学家之一。他不但 以其科学上的巨大 贡献而名留青史， 而且因在“挑战者” 号航天飞机事故调 查中的决定性作用 而名闻遐迩。他还 是一个撬开原子能 工程保险柜的人， 一个会敲巴西邦戈 鼓的“科学顽童”。
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 了费恩曼所期望的纳米科技研究的重要 仪器——扫描隧道显微镜(STM)、原子 力显微镜(AFM)等微观表征和操纵技术 ，它们对纳米科技的发展起到了积极的 促进作用。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 成为一个有广泛学科内容和潜在应用前 景的研究领域。
7
3．纳米结构的检测与表征
为在纳米尺度上研究材料和器件的结构及性 能，发现新现象，发展新方法，创造新技术，必 须建立纳米尺度的检测与表征手段。这包括在纳 米尺度上原位研究各种纳米结构的电、力、磁、 光学特性，纳米空间的化学反应过程，物理传输 过程，以及研究原子、分子的排列、组装与奇异 物性的关系。
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。
目前纳米材料应用的关键技术问题是在大规模制备的质 量控制中，如何做到均匀化、分散化、稳定化 。
4
2 .纳米器件
纳米科技的最终目的是以 原子、分子为起点，去制造具 有特殊功能的产品。因此，纳 米器件的研制和应用水平是进 入纳米时代的重要标志。如前 所述，纳米技术发展的一个主 要推动力来自于信息产业。
扫描探针显微镜(SPM)的出现，标志着人类 在对微观尺度的探索方面进入到一个全新的领域 。作为纳米科技重要研究手段的SPM也被形象地 称为纳米科技的“眼”和“手”。
8
所谓“眼睛”，即可利用SPM直接观 察原子、分子以及纳米粒子的相互作用 与特性。
所谓“手”，是指SPM可用于移动原 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。
12
光电信息
纳米技术的发展，使微电子和
光电子的结合更加紧密，在光电信息
传输、存贮、处理、运算和显示等方
面，使光电器件的性能大大提高，将
纳米技术用于现有雷达信息处理上，
可使其能力提高10倍至几百倍，甚至
可以将超高分辨率纳米孔径雷达放到
卫星上进行高精度的对地侦察。
最近，麻省理工学院的研究人员 把被激发的钡原子一个一个地送入激 光器中，每个原子发射一个有用的光 子，其效率之高，令人惊讶。
17
航天和航空
纳米器件在航空航天领域的应用， 不仅是增加有效载荷，更重要的是使耗 能指标成指数倍的降低。这方面的研究 内容还包括：研制低能耗、抗辐照、高 性能计算机；微型航天器用纳米集成的 测试、控制电子设备；抗热障、耐磨损 的纳米结构涂层材料。
采用纳米材料技术对机械关键零部 件进行金属表面纳米粉涂层处理，可以 提高机械设备的耐磨性、硬度和使用寿 命。
19
10.4 高分子纳米复合材料
高分子纳米复合材料是近年来高分子材料科学的 一个发展十分迅速的新领域。一般来说，它是指分散 相尺寸至少有一维小于100纳米的复合材料。这种新型 复合材料可以将无机材料的刚性、尺寸稳定性和热稳 定性与高分子材料的韧性、可加工性及介电性质完美 地结合起来，开辟了复合材料的新时代，制备纳米复 合材料。已成为获得高性能复合材料的重要方法之一 。
3
10.2纳米科技的研究领域
1．纳米材料
纳米材料是指材料的几何尺寸达到纳米级尺度，并且具 有特殊性能的材料。其主要类型为：纳米颗粒与粉体、纳米 碳管和一维纳米材料、纳米薄膜、纳米块材。
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。
15
研究纳米技术在生命医 学上的应用，可以在纳米尺 度上了解生物大分子的精细 结构及其与功能的关系，获 取生命信息。科学家们设想 利用纳米技术制造出分子机 器人，在血液中循环，对身 体各部位进行检测。诊断， 并实施特殊治疗。
16
生物技 术
虽然分子计算机目前只是处于理想 阶段，但科学家已经考虑应用几种生 物分子制造计算机的组件，其中细菌 视紫红质最具前景。该生物材料具有 特异的热、光、化学物理特性和很好 的稳定性，并且，其奇特的光学循环 特性可用于储存信息，从而起到代替 当今计算机信息处理和信息存储的作 用，它将使单位物质的储存和信息处 理能力提高上百万倍。
6
“自上而下”是指通过微加工或固态技 术，不断在尺寸上将人类创造的功能产品 微型化；而“自下而上，是指以原子、分 子为基本单元，根据人们的意愿进行设计 和组装，从而构筑成具有特定功能的产品 。这种技术路线将减少对原材料的需求， 降低环境污染。
科学家希望通过纳米生物学的研究， 进一步掌握在纳米尺度上应用生物学原理 制造生物分子器件，目前，在纳米化工、 生物传感器、生物分子计算机、纳米分子 马达等方面，科学家都做了重要的尝试。
10
传感器
传感器是纳米技术应用的一个重要领 域。随着纳米技术的进步，造价更低、功 能更强的微型传感器将广泛应用在社会生 活的各个方面。比如，包装箱内跟踪监督 ；智能轮胎；发动机汽缸内监视；酒瓶盖 判断酒的状况等。
11
用纳米材料制成的 纳米材料多功能塑料， 具有抗菌、除味、防腐 、抗老化、抗紫外线等 作用，可用作电冰箱、 空调外壳里的抗菌除味 塑料。
23
(1) 阻隔性能 在尼龙6和还氧树脂中纳米分散少量
层状蒙脱土,并暴露在氧等离子体中,可形 成均匀钝态和自恢复无机表面。这是由 于纳米复合物中表面高分子的氧化使层 状硅酸盐的含量相对增多,从而形成一层 无机表面层。此无机区域是湍层的,层状 硅酸盐之间的平均距离为1nm~4nm。这 类陶瓷硅酸盐提供了一种纳米复合物的 涂层,可以阻止氧气离子的渗入,从而提高 了高分子材பைடு நூலகம்在氧环境中的生存寿命。
14
医学与健康
纳米技术将给医学带来变革：纳米级粒 子将使药物在人体内的传输更为方便，用数 层纳米粒子包裹的智能药物进入人体后，可 主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织，科 研人员已经成功利用纳米微粒进行了细胞分 离，用金的纳米粒子进行定位病变治疗，以 减少副作用等。；在人工器官外面涂上纳米 粒子可预防移植后的排斥反应；研究耐用的 与人体友好的人工组织、器官复明和复聪器 件；疾病早期诊断的纳米传感器系统。
13
环境和能源
环境科学领域将出现功能独特 的纳米膜。这种膜能够探测到由化 学和生物制剂造成的污染，并能够 对这些制剂进行过滤，从而消除污 染。 制备孔径lnm的纳孔材料作 为催化剂的载体，纳米孔材料和纳 米膜材料(孔径l0~l00nm)用来消除 水和空气中的污染；成倍的提高太 阳能电池的能量转换效率。
27
(4)光学与光电导性能
ParasN.Prasad等人报导了聚N乙烯基咔唑(PVK)与表面钝态的CdS 形成的杂化复合物具有光电导性质 。其中PVK作为电荷转移高分子基 质,表面钝态的CdS用作电荷产生的 光敏剂。JeffreyG实验发现,此纳米 复合物的光电导性质好于聚N-乙烯 基咔唑(PVK)与C60所形成的复合物 。
25
(3)电学磁学性能 B.Scrosati等人通过将纳米尺寸
的陶土粉末分散到聚乙二醇-锂盐中 获得一种新型的含锂聚电解质。此 复合物在30℃~80℃范围内有很好 的机械稳定性能和高的离子导电性, 所以此纳米复合聚电解质在可充锂 电池的应用上有很好的前景。
26
G.Hadziioannou等研究了高分子含量 与壳形貌对电导性能的影响。他们用导电 的聚吡咯涂覆到不导电的胶乳表面,可以获 得很低的渝渗域值。发现聚吡咯的含量小 于2%时,聚吡咯壳表面是平滑的,且导电性 随聚吡咯的浓度的增加而提高,渝渗域值为 0.25%,表明此时聚吡咯壳的厚度为0.6nm 。在聚吡咯的含量大于2%时,吡咯壳呈现 出不同的表面形貌,甚至会形成独立的聚吡 咯粒子,而且此时的导电性与聚吡咯的含量 无关。
能使其在这一领域的发展过程中顺应了高分子复
合材料对高性能填料的需求,对高分子材料科学突
破传统理念发挥重要的作用。纳米材料科学与高
分子材料科学的交融互助就产生了高分子纳米复
合材料。
21
10.4.1 高分子纳米复合材料的性能
复合材料是将两种或两种以上的 材料复合在一起,进行优势互补,以谋求 最佳的综合性能。而纳米复合材料是 指分散相尺度至少有一维小于100nm 的复合材料,由于纳米分散相大的比表 面和强的界面作用,纳米复合材料表现 出不同于一般宏观复合材料的综合性 能。
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。
9
10.3 纳米科技前景的展望
纳米技术在现代科技和工业领 域有着广泛的应用前景。比如，在 信息技术领域，据估计，再有10年 左右的时间，现在普遍使用的数据 处理和存储技术将达到最终极限。 为获得更强大的信息处理能力，人 们正在开发DNA计算机和量子计算 机，而制造这两种计算机都需要有 控制单个分子和原子的技术能力。
第十章 高分子纳米 复合材料
21世纪的科技新星
1
10.1纳米的基本知识
1 .纳米的概念
“纳米”是英文nanometer的译名 ，是一种度量单位，1纳米为百万分之 一毫米，即1毫微米，也就是十亿分之 一米，约相当于45个原子串起来那么 长。纳米结构通常是指尺寸在100纳米 以下的微小结构。
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。
24
(2)生物功能 RichardM等用四步软印法在高分子正-烷基硫醇
表面上获得表面图形凹槽,并成功用于培养细菌细 胞。这种位于表面的功能单元属一种三维细菌栏, 体积可小至12立方微米。获得的细菌栏是憎水的, 甲基封端的正烷基硫醇为底部,可提高细菌的粘附, 而栏壁则由聚丙烯/聚己二醇层状纳米复合物构成, 可以降低粘附。细菌可在此种表面图形凹槽内成 活,大槽可以养18±5个细菌,小槽可养2±1个。
国家安全
通过先进的纳米电子器件在信息控制方面 的应用，将使军队在预警、导弹拦截等领域 快速反应；通过纳米机械学，微小机器人的 应用，将提高部队的灵活性和增加战斗的有 效性；用纳米和微米机械设备控制，国家核 防卫系统的性能将大幅度提高；通过纳米材 料技术的应用，可使武器装备的耐腐蚀、吸 波性和隐蔽性大大提高，可用于舰船、潜艇 和战斗机等。
22
纳米颗粒由于其尺寸小,比表面积非常大 而表现出与常规微米级材料截然不同的性 质。在与聚合物复合时,纳米颗粒的表面效 应,小尺寸效应,量子效应以及协同效应,将 使复合材料的综合性能有极大的提高。这 种复合材料既有高分子材料本身的优点,又 兼备了纳米粒子的特异属性,因而使其具有 众多的功能特性,在力学,催化,功能材料(光, 电,磁,敏感)等领域内得到应用。例如,插层 法制得的聚丙烯/蒙脱土等纳米复合材料,在 力学性能上具有了高强度,高模量,韧性和高 热变形温度等优点。
20
纳米材料科学是涉及到凝聚态物理,配位化学,
胶体化学,材料的表面和界面以及化学反应动力学
等多门学科的交叉科学。当材料进入纳米量级时,
会具有与传统材料截然不同的性质。高分子材料
科学的涉及非常广泛,其中一个重要方面就是改变
单一聚合物的凝聚态,或添加填料来实现高分子材
料使用性能的大幅提升。因此纳米粒子的特异性
5
纳米电子学的目标是将集成电路的几何结构 进一步减小，超越目前发展中遇到的极限，因而 使得功能密度和数据通过量达到新的水平。
在纳米尺度下，现有的电子器件把电子视为 粒子的前提不复存在，因而会出现种种新的现象 ，产生新的效应，如量子效应。利用量子效应而 工作的电子器件称为量子器件，像共振隧道二级 管、量子阱激光器和量子干涉部件等。与电子器 件相比，量子器件具有高速(速度可提高1000倍) 、低耗(能耗降低1000倍)、高效、高集成度、经 济可靠等优点。为制造具有特定功能的纳米产品 ，其技术路线可分为“自上而下”(top down)和 “自下而上”(bottom up)两种方式。
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2．纳米科技概念的提出与发展
当代最受爱戴的科 学家之一。他不但 以其科学上的巨大 贡献而名留青史， 而且因在“挑战者” 号航天飞机事故调 查中的决定性作用 而名闻遐迩。他还 是一个撬开原子能 工程保险柜的人， 一个会敲巴西邦戈 鼓的“科学顽童”。
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 了费恩曼所期望的纳米科技研究的重要 仪器——扫描隧道显微镜(STM)、原子 力显微镜(AFM)等微观表征和操纵技术 ，它们对纳米科技的发展起到了积极的 促进作用。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 成为一个有广泛学科内容和潜在应用前 景的研究领域。
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3．纳米结构的检测与表征
为在纳米尺度上研究材料和器件的结构及性 能，发现新现象，发展新方法，创造新技术，必 须建立纳米尺度的检测与表征手段。这包括在纳 米尺度上原位研究各种纳米结构的电、力、磁、 光学特性，纳米空间的化学反应过程，物理传输 过程，以及研究原子、分子的排列、组装与奇异 物性的关系。
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。
目前纳米材料应用的关键技术问题是在大规模制备的质 量控制中，如何做到均匀化、分散化、稳定化 。
4
2 .纳米器件
纳米科技的最终目的是以 原子、分子为起点，去制造具 有特殊功能的产品。因此，纳 米器件的研制和应用水平是进 入纳米时代的重要标志。如前 所述，纳米技术发展的一个主 要推动力来自于信息产业。
扫描探针显微镜(SPM)的出现，标志着人类 在对微观尺度的探索方面进入到一个全新的领域 。作为纳米科技重要研究手段的SPM也被形象地 称为纳米科技的“眼”和“手”。
8
所谓“眼睛”，即可利用SPM直接观 察原子、分子以及纳米粒子的相互作用 与特性。
所谓“手”，是指SPM可用于移动原 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。
12
光电信息
纳米技术的发展，使微电子和
光电子的结合更加紧密，在光电信息
传输、存贮、处理、运算和显示等方
面，使光电器件的性能大大提高，将
纳米技术用于现有雷达信息处理上，
可使其能力提高10倍至几百倍，甚至
可以将超高分辨率纳米孔径雷达放到
卫星上进行高精度的对地侦察。
最近，麻省理工学院的研究人员 把被激发的钡原子一个一个地送入激 光器中，每个原子发射一个有用的光 子，其效率之高，令人惊讶。
17
航天和航空
纳米器件在航空航天领域的应用， 不仅是增加有效载荷，更重要的是使耗 能指标成指数倍的降低。这方面的研究 内容还包括：研制低能耗、抗辐照、高 性能计算机；微型航天器用纳米集成的 测试、控制电子设备；抗热障、耐磨损 的纳米结构涂层材料。
采用纳米材料技术对机械关键零部 件进行金属表面纳米粉涂层处理，可以 提高机械设备的耐磨性、硬度和使用寿 命。
19
10.4 高分子纳米复合材料
高分子纳米复合材料是近年来高分子材料科学的 一个发展十分迅速的新领域。一般来说，它是指分散 相尺寸至少有一维小于100纳米的复合材料。这种新型 复合材料可以将无机材料的刚性、尺寸稳定性和热稳 定性与高分子材料的韧性、可加工性及介电性质完美 地结合起来，开辟了复合材料的新时代，制备纳米复 合材料。已成为获得高性能复合材料的重要方法之一 。
3
10.2纳米科技的研究领域
1．纳米材料
纳米材料是指材料的几何尺寸达到纳米级尺度，并且具 有特殊性能的材料。其主要类型为：纳米颗粒与粉体、纳米 碳管和一维纳米材料、纳米薄膜、纳米块材。
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。
15
研究纳米技术在生命医 学上的应用，可以在纳米尺 度上了解生物大分子的精细 结构及其与功能的关系，获 取生命信息。科学家们设想 利用纳米技术制造出分子机 器人，在血液中循环，对身 体各部位进行检测。诊断， 并实施特殊治疗。
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生物技 术
虽然分子计算机目前只是处于理想 阶段，但科学家已经考虑应用几种生 物分子制造计算机的组件，其中细菌 视紫红质最具前景。该生物材料具有 特异的热、光、化学物理特性和很好 的稳定性，并且，其奇特的光学循环 特性可用于储存信息，从而起到代替 当今计算机信息处理和信息存储的作 用，它将使单位物质的储存和信息处 理能力提高上百万倍。
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“自上而下”是指通过微加工或固态技 术，不断在尺寸上将人类创造的功能产品 微型化；而“自下而上，是指以原子、分 子为基本单元，根据人们的意愿进行设计 和组装，从而构筑成具有特定功能的产品 。这种技术路线将减少对原材料的需求， 降低环境污染。
科学家希望通过纳米生物学的研究， 进一步掌握在纳米尺度上应用生物学原理 制造生物分子器件，目前，在纳米化工、 生物传感器、生物分子计算机、纳米分子 马达等方面，科学家都做了重要的尝试。
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传感器
传感器是纳米技术应用的一个重要领 域。随着纳米技术的进步，造价更低、功 能更强的微型传感器将广泛应用在社会生 活的各个方面。比如，包装箱内跟踪监督 ；智能轮胎；发动机汽缸内监视；酒瓶盖 判断酒的状况等。
11
用纳米材料制成的 纳米材料多功能塑料， 具有抗菌、除味、防腐 、抗老化、抗紫外线等 作用，可用作电冰箱、 空调外壳里的抗菌除味 塑料。
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(1) 阻隔性能 在尼龙6和还氧树脂中纳米分散少量
层状蒙脱土,并暴露在氧等离子体中,可形 成均匀钝态和自恢复无机表面。这是由 于纳米复合物中表面高分子的氧化使层 状硅酸盐的含量相对增多,从而形成一层 无机表面层。此无机区域是湍层的,层状 硅酸盐之间的平均距离为1nm~4nm。这 类陶瓷硅酸盐提供了一种纳米复合物的 涂层,可以阻止氧气离子的渗入,从而提高 了高分子材பைடு நூலகம்在氧环境中的生存寿命。
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医学与健康
纳米技术将给医学带来变革：纳米级粒 子将使药物在人体内的传输更为方便，用数 层纳米粒子包裹的智能药物进入人体后，可 主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织，科 研人员已经成功利用纳米微粒进行了细胞分 离，用金的纳米粒子进行定位病变治疗，以 减少副作用等。；在人工器官外面涂上纳米 粒子可预防移植后的排斥反应；研究耐用的 与人体友好的人工组织、器官复明和复聪器 件；疾病早期诊断的纳米传感器系统。
13
环境和能源
环境科学领域将出现功能独特 的纳米膜。这种膜能够探测到由化 学和生物制剂造成的污染，并能够 对这些制剂进行过滤，从而消除污 染。 制备孔径lnm的纳孔材料作 为催化剂的载体，纳米孔材料和纳 米膜材料(孔径l0~l00nm)用来消除 水和空气中的污染；成倍的提高太 阳能电池的能量转换效率。
27
(4)光学与光电导性能
ParasN.Prasad等人报导了聚N乙烯基咔唑(PVK)与表面钝态的CdS 形成的杂化复合物具有光电导性质 。其中PVK作为电荷转移高分子基 质,表面钝态的CdS用作电荷产生的 光敏剂。JeffreyG实验发现,此纳米 复合物的光电导性质好于聚N-乙烯 基咔唑(PVK)与C60所形成的复合物 。
25
(3)电学磁学性能 B.Scrosati等人通过将纳米尺寸
的陶土粉末分散到聚乙二醇-锂盐中 获得一种新型的含锂聚电解质。此 复合物在30℃~80℃范围内有很好 的机械稳定性能和高的离子导电性, 所以此纳米复合聚电解质在可充锂 电池的应用上有很好的前景。
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G.Hadziioannou等研究了高分子含量 与壳形貌对电导性能的影响。他们用导电 的聚吡咯涂覆到不导电的胶乳表面,可以获 得很低的渝渗域值。发现聚吡咯的含量小 于2%时,聚吡咯壳表面是平滑的,且导电性 随聚吡咯的浓度的增加而提高,渝渗域值为 0.25%,表明此时聚吡咯壳的厚度为0.6nm 。在聚吡咯的含量大于2%时,吡咯壳呈现 出不同的表面形貌,甚至会形成独立的聚吡 咯粒子,而且此时的导电性与聚吡咯的含量 无关。
能使其在这一领域的发展过程中顺应了高分子复
合材料对高性能填料的需求,对高分子材料科学突
破传统理念发挥重要的作用。纳米材料科学与高
分子材料科学的交融互助就产生了高分子纳米复
合材料。
21
10.4.1 高分子纳米复合材料的性能
复合材料是将两种或两种以上的 材料复合在一起,进行优势互补,以谋求 最佳的综合性能。而纳米复合材料是 指分散相尺度至少有一维小于100nm 的复合材料,由于纳米分散相大的比表 面和强的界面作用,纳米复合材料表现 出不同于一般宏观复合材料的综合性 能。
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。
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10.3 纳米科技前景的展望
纳米技术在现代科技和工业领 域有着广泛的应用前景。比如，在 信息技术领域，据估计，再有10年 左右的时间，现在普遍使用的数据 处理和存储技术将达到最终极限。 为获得更强大的信息处理能力，人 们正在开发DNA计算机和量子计算 机，而制造这两种计算机都需要有 控制单个分子和原子的技术能力。
第十章 高分子纳米 复合材料
21世纪的科技新星
1
10.1纳米的基本知识
1 .纳米的概念
“纳米”是英文nanometer的译名 ，是一种度量单位，1纳米为百万分之 一毫米，即1毫微米，也就是十亿分之 一米，约相当于45个原子串起来那么 长。纳米结构通常是指尺寸在100纳米 以下的微小结构。
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。
24
(2)生物功能 RichardM等用四步软印法在高分子正-烷基硫醇
表面上获得表面图形凹槽,并成功用于培养细菌细 胞。这种位于表面的功能单元属一种三维细菌栏, 体积可小至12立方微米。获得的细菌栏是憎水的, 甲基封端的正烷基硫醇为底部,可提高细菌的粘附, 而栏壁则由聚丙烯/聚己二醇层状纳米复合物构成, 可以降低粘附。细菌可在此种表面图形凹槽内成 活,大槽可以养18±5个细菌,小槽可养2±1个。