高分子纳米复合材料介绍
高分子纳米复合材料
高分子纳米复合材料
高分子纳米复合材料是一种由纳米材料与高分子材料相结合而成的新型材料，具有许多优异的性能和广泛的应用前景。
纳米材料的引入可以显著改善高分子材料的力学、热学、光学和电学性能，使其在工程领域中具有更广泛的应用价值。
首先，高分子纳米复合材料具有优异的力学性能。
由于纳米材料的加入，可以有效地增强高分子材料的强度、刚度和韧性，使其具有更好的耐磨、耐冲击和耐腐蚀性能。
这使得高分子纳米复合材料在航空航天、汽车制造、建筑材料等领域中得到广泛应用。
其次，高分子纳米复合材料具有优异的热学性能。
纳米材料的加入可以显著提高高分子材料的热稳定性和热导率，使其具有更好的耐高温和隔热性能。
这使得高分子纳米复合材料在电子电器、航空航天、新能源等领域中得到广泛应用。
此外，高分子纳米复合材料还具有优异的光学和电学性能。
纳米材料的加入可以显著改善高分子材料的透明度、抗紫外线性能和导电性能，使其具有更广泛的应用前景。
这使得高分子纳米复合材料在光学膜、光电器件、柔性电子等领域中得到广泛应用。
综上所述，高分子纳米复合材料具有优异的力学、热学、光学和电学性能，具有广泛的应用前景。
随着纳米技术的不断发展和高分子材料的不断创新，相信高分子纳米复合材料将在未来得到更广泛的应用，为人类社会的发展做出更大的贡献。
高分子纳米复合材料的制备及应用研究
高分子纳米复合材料的制备及应用研究高分子纳米复合材料是一种新型的材料，主要由高分子基质和纳米填充剂组成。
这种材料具有许多良好的性能，如优异的力学性能、热稳定性、电学性能和气体阻止性能等。
因此，在化学、电子、医学、航空航天等领域都有广泛的应用。
一、高分子纳米复合材料的制备方法高分子纳米复合材料的制备方法包括机械法、化学法和物理法等多种方法。
机械法主要是通过研磨来实现纳米颗粒的加入，但这种方法会破坏高分子的结构，从而影响材料的性能；化学法主要是通过控制反应条件来实现纳米颗粒的加入，但这种方法需要对材料的纯度、反应速率等有很高的要求；物理法主要是通过各种物理手段来实现纳米颗粒的加入，如超声波、等离子体等。
其中，超声波辅助制备是目前应用最为广泛的一种方法。
该方法可以通过控制超声波的频率、功率和处理时间等参数来实现纳米颗粒的均匀分散在高分子基质中，从而得到具有优良性能的高分子纳米复合材料。
二、高分子纳米复合材料的应用研究高分子纳米复合材料的应用研究主要包括以下几个方面：1. 电子领域：高分子纳米复合材料可以制备高性能的电子器件，如场效应晶体管、有机发光二极管、薄膜晶体管等。
其中，场效应晶体管是高分子纳米复合材料在电子领域中最成功的应用。
该器件不仅具有高迁移率、高电流驱动能力和良好的稳定性等优点，还可以通过控制纳米填充剂的种类和含量来实现器件性能的调控。
2. 医学领域：高分子纳米复合材料可以制备一些用于医学诊断和治疗的纳米药物载体，如聚乳酸纳米粒子、碳纳米管纳米复合材料等。
这些材料不仅具有较小的粒径和较大的比表面积，具有良好的药物负载能力和靶向性，还可以通过控制组成和结构来调控药物的释放行为，从而提高治疗效果。
3. 航空航天领域：高分子纳米复合材料可以制备高性能的航空航天部件，如复合材料和超高温材料等。
其中，碳纤维增强高分子基质复合材料是一种重要的结构材料，具有优异的力学性能和热稳定性，已经广泛应用于航空航天领域中。
高分子纳米复合材料综述
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 。
材料
2020/1/17
5
2 .纳米器件
材料
2020/1/17
8
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。
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。
材料
2020/1/17
24
(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料在氧环 境中的生存寿命。
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。材料
高分子纳米复合材料介绍PPT(24张)
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
具有闭壳层电子结构的金属，如II主族的Ca、Mg等，其纳米 粒子内部的原子间距比常规块材的要大，相应地结合力性质 从金属键向范德华力转变； 常规的Si、Ge等材料是典型的共价键型材料，而其纳米粒子 表现出金属键的性质； 常规的离子键材料，如金属卤化物等，其纳米粒子带有共价 键的性质，且主要是由于表面原子的贡献。
1atm的H2S, 2h
在纳米单元存在下单体分子原位聚合生成聚 合物
在含有金属、硫化物或氢氧化物胶体粒子溶液中，单 体分子原位聚合生成高分子，其关键是保持胶体粒子 的稳定性，使之不发生团聚。
在Au/Pt双金属胶体粒子溶液中原位聚合生成聚乙烯醇及聚（N-乙烯 基-2-吡咯烷酮）制备纳米复合材料。 把一系列金属微粉浸泡在含有聚电解质的吡咯、呋喃、噻吩、苯胺 及其衍生物的溶液中，单体吸附在粒子表面，再放入氧化剂溶液中 聚合，就在金属粒子表面包上一层导电聚合物，既保持了金属的高 电导率，又可防止粒子被空气氧化。 对热固性高聚物，如环氧树脂，可以先将纳米单元与环氧低聚物混 合，然后再固化成型，形成纳米复合材料。
2.0
( Em )
1.5
1.0
0.5
4 3.5
Clay E = 178 GPa = 2.83 L/t = 50
0.0
Talc E = 41 GPa = 2.75 L/t = 7
Modulus Ratio (E||/E0)
0
100
200
300
400
500
3 2.5 2 1.5 1 0 10 20 30
表面活性剂可吸附在纳米粒子的表面，对生成的粒子 起稳定和保护作用，防止粒子的进一步生长。 另外通过选择表面活性剂及助剂还可以控制水相微区 的形状，从而得到不同形状的纳米粒子包括球形、棒 状、碟状，还可以制备纳米级核－壳双金属粒子、合 金粒子、核－壳双半导体粒子等。
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。
高分子纳米复合材料的研究与应用
高分子纳米复合材料的研究与应用随着科技的不断进步和社会的发展，高分子纳米复合材料已经成为了一个备受关注的研究领域。
这种材料由高分子和纳米颗粒组成，具有很高的性能和多种应用。
本文将探讨高分子纳米复合材料的研究与应用，着重讨论其优点、合成方法、应用领域和未来发展趋势。
1. 优点高分子纳米复合材料与传统复合材料相比有着很多优点。
首先，在物理性能方面，它具有很高的强度、硬度、韧性和耐磨损性，同时也具有较高的导电性、导热性和光学性能。
其次，在化学性能方面，它具有很好的耐化学腐蚀性和耐温性，适用于各种不同的环境。
最后，在经济性方面，它的生产成本相对较低，可大批量生产，适合于工业化生产。
2. 合成方法高分子纳米复合材料的合成方法有很多种，主要包括物理混合法、化学交联法和高温合成法等。
物理混合法是将纳米颗粒和高分子物理混合，通常需要添加一定的表面修饰剂，以促进二者之间的相容性。
化学交联法主要是通过交联剂将纳米颗粒固定在高分子链上，得到具有共价键的复合材料。
高温合成法是在高温条件下进行聚合反应，并可与具有活性基的纳米颗粒反应，形成高分子纳米复合材料。
3. 应用领域高分子纳米复合材料的应用领域非常广泛，其中最常见的应用为电子、光电、磁电和生物医学领域。
在电子领域，高分子纳米复合材料可制备出具有良好导电性能和热稳定性的薄膜材料，适用于半导体和电子器件的制备。
在光电领域，可制备具有优良光学性能的薄膜材料，适用于太阳能电池、显示器等领域。
在磁电领域，可制备出具有良好磁性和介电性能的纳米复合材料，适用于磁性存储设备等领域。
在生物医学领域，高分子纳米复合材料应用于生物分子检测、荧光显微镜成像等领域，具有良好的生物相容性和生物稳定性，广泛应用于药物传递、组织工程等领域。
4. 未来发展趋势高分子纳米复合材料是一个研究热点和前沿领域，未来的发展趋势有很多。
一方面，随着科技的不断发展和工业的不断进步，高分子纳米复合材料在各个领域的应用将会越来越广泛。
高分子纳米复合材料
高分子纳米复合材料
高分子纳米复合材料是一种由高分子材料与纳米材料混合而成的新型材料，具有优异的性能和广泛的应用前景。
在高分子基体中加入纳米填料，可以显著改善高分子材料的力学性能、热学性能、电学性能、光学性能等，使其具有更广泛的应用领域。
首先，高分子纳米复合材料在力学性能上表现出色。
由于纳米填料的加入，高分子基体的强度、刚度和韧性得到了显著提高。
例如，碳纳米管、纳米粒子等纳米填料的加入可以大大增强高分子材料的拉伸强度和弯曲强度，提高其耐磨性和耐疲劳性，使其在工程结构材料中得到广泛应用。
其次，高分子纳米复合材料在热学性能上也有显著的改进。
纳米填料的加入可以有效提高高分子材料的热稳定性和热导率，使其在高温环境下仍能保持良好的性能。
例如，氧化铝纳米粒子的加入可以显著提高高分子材料的热导率，使其在电子器件散热材料中得到广泛应用。
此外，高分子纳米复合材料在电学性能和光学性能上也表现出色。
纳米填料的加入可以提高高分子材料的导电性能和光学透明性，使其在电子器件、光学器件等领域有着广泛的应用前景。
例如，碳纳米管的加入可以显著提高高分子材料的导电性能，使其在导电材料中得到广泛应用。
总的来说，高分子纳米复合材料具有优异的性能和广泛的应用前景，其在力学性能、热学性能、电学性能和光学性能等方面都有显著的改进。
随着纳米技术的不断发展，高分子纳米复合材料必将在材料领域中发挥越来越重要的作用，为各个领域的发展提供更加优异的材料支撑。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
插层复合材料
以粘土矿物为插层主体形成的复合材料 。
• 粘土层状硅酸盐被剥离成二维纳米片层 分散在聚合物中。
•杂化复 合材料合 成示意图
•插层纳米 复合材料 合成示意
图
纳米复合材料的性能特点
•基本性能特点
可综合发挥各组分的协同效能——复合材料 的基本性质。
性能的可设计性——可以针对纳米材料的需 求进行材料的设计和制造。
•纳米粒子对分子链受限松弛行为的影 响
目前, 有关分子链的受限动力学的实验现象矛盾 而对立，相关的理论描述还没有建立。
Lu等对玻璃化转变附近有机层状黏土改性环氧树 脂纳米复合材料受限松弛行为的研究认为锚固于 硅酸盐片层间的聚合物形成界面层, 物理老化过 程中其分子链段松弛运动受限, 造成复合材料中 高分子链段松弛动力学过程减慢、Tg 提高。
等。பைடு நூலகம்
•防老化
强度大、模量高
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 ，分子链运动受到限制，而显著提高了复合 材料的耐热性和材料的尺寸稳定性。层状物 极纳米材料在二维方向阻隔各种气体的渗透 ，从而达到良好的阻燃、气密作用。
纳米复合材料有诸多先进性，但体系一旦发 生相分离，即纳米微粒发生团聚，则有关纳 米复合材料的特殊性能将无法实现。
•Coarse-grained domain relaxation model depicting the restricted relaxation of the intercalated or exfoliated layered silicatepolymer nanocomposites.
高分子纳米复合材料介 绍
2020年4月30日星期四
主要内容
什么是聚合物基纳米复合材料 分类 性能特点 纳米粒子对分子链受限松弛行为的影
响
什么是聚合物基纳米复合材料
复合材料，就是由两种或者两种以上的物理 和化学性质不同的物质组合而成的一种多相 固体材料。
•连续相（ 基体）
•复合材料
•分散相（ 增强材料）
•个人见解
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。
纳米CaCO3粒子对PS分子链松弛的加速效果取决 于纳米粒子在其中的分散程度。当加入纳米碳酸 钙之后，PS分子链的松弛速率加快，但加快的程 度取决于纳米粒子在基体中的分散程度。
Chen等对有机层状黏土改性环氧树脂纳米复合 材料的研究得出了相反结论, 认为硅酸盐片层间 距大于5 nm时, 片层表面的分子链对基体产生增 塑作用, 复合材料基体的Tg下降。
就目前的研究结果而言，纳米粒子的加入对聚合 物分子的松弛行为的影响是显著的，尤其是对于 填充型和插层型纳米复合材料，有关学者进行了 大量的研究报道。
•光电 转换 材料 、增 强剂
•光学 材料 、磁 性材 料
•环氧 树脂、 不饱和 树脂
•氧化 物、硫 化物、 含氧酸
盐
•填充 、插 层、 杂化
按制备方法分类
填充复合材料
•纳米材料以粉体形式分散在聚合物基体中形 成的复合材料 •纳米材料可以与基体共混形成，也可以原位 聚合而成。
•杂化复合材料
•通过溶胶凝胶技术合成的纳米材料为分散相 的复合材料
•纳米复合材料的构成
•非聚合物基 •纳米复合材料 •纳米复合材料
•聚合物基 •纳米复合材料
•金属∕陶瓷 •陶瓷∕金属 •陶瓷∕陶瓷 •无机物∕聚合物 •聚合物∕聚合物
纳米复合材料的分类
•纳米复合材料
•用 途
•性 能
•基体 材料
•分散 性组
分
•制备 方法
•催化 剂、 塑料 、涂 料、 纤维
•生 物仿 生材 料、 粘合 剂与 密封 胶
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
纳米复合材料
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
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 。
所以，不论哪种纳米复合材料的制备方法，只有 真正解决了纳米粒子的团聚问题，使得纳米材料 的复合熵变的很大，才能真正称为纳米复合材料 。
纳米粒子对分子链受限松弛行为的影响
•何为分子链运动的受限环境
广义而言，分子链运动的受限环境就是能够影响 分子链运动的环境，例如介孔材料，有机无机复 合材料等。
对于聚合物基纳米复合材料，由于纳米粒子的加 入，聚合物分子运动受到纳米粒子的干扰限制， 此时分子链的运动环境成为受限环境，分子链的 运动行为称为受限松弛行为。
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。