【大学课件】聚合物基复合材料PPT

.
9
1. 纳米材料的性能
(1) 小尺寸效应：当颗粒尺寸减小到纳米量 级时，一定条件下导致材料宏观物理、化学性 质发生变化。
由于比表面积大大增加，使纳米材料具有 极强的吸附能力。如光吸收显著增强；纳米陶 瓷可以被弯曲，其塑性变形可达100%；纳米微 粒的熔点低于块状金属，如块状金熔点为1337K， 而2nm的金微粒的熔点只有600K。
溶液中使其发生化学反应，形成不溶性氢氧化物、
水合氧化物或者盐类，而从溶液析出，然后经过
过滤、清洗并经过其他后处理步骤可以得到纳米
颗粒材料。
.
17
c、水热合成法
是在高温、高压反应环境中，采用水作为 反应介质，使得通常难溶或不溶的物质 溶解、反应，还可进行结晶操作。
.
18
d 、 溶胶-凝胶(Sol-Gel)法的基本过程是: 一些易水解的金属化合物(无机盐或金属醇盐)在 某些溶剂中与水发生反应,经过水解与缩聚过程, 首先生成溶胶，再生成具有网状结构的凝胶，然 后经过干燥、烧结等后处理工序，制成所需材料。 例如，
.
20
纳米微粒的表面修饰
由于纳米材料粒径小，大部分原子暴露在微粒表 面，因此表面能极大，非常容易团聚在一起，这 就为制造纳米微粒材料带来很大困难。
在制备纳米高分子复合材料时，需对纳米材料的 表面进行改性，目的是降低粒子的表面能态，消 除粒子的表面电荷，提高纳米粒子与有机相的亲 合力，减弱纳米粒子的表面特性。
聚
金
陶
碳
水
合
属
瓷
基
泥Fra Baidu bibliotek
物
基
基
复
基
基
复
复
合
复
复
合
合
材
合
合
材
材
料
材
材
料
料
料
料
.
3
高分子复合材料
➢ 复合材料的四要素 基体材料：聚合物 填料：活性（增强、功能化）或非活性填料 复合技术：制备方法（原位复合、模板复合等）、
成型加工方法（注射、模压等） 界面设计：两相界面的控制与设计
.
4
填料
通用填料 ➢非活性填料：碳酸盐（碳酸钙、碳酸镁）、硅酸盐等。
.
13
纳米材料的制备
纳米微粒的制备方法有很多种，按反 应性质可分为物理法、化学法；
按制备系统和 状态又可分为气相 法、液相法和固相 法三大类。
.
14
1）物理方法
a、真空冷凝法 块体材料在高真空条件下挥发，然后冷凝
成纳米颗粒。 b、机械球磨法 以粉碎和研磨相组合，适合制备脆性材料
的纳米粉
.
15
c、喷雾法
第七章 聚合物基复合材料
.
1
概述
复合材料：由两种或两种以上化学性质或组织结构不 同的材料组合而成的多相固体材料。
一般由基体组元与增强体或功能组元所组成。
复合材料特点：可设计性 即通过对原材料的选择、各组分分布设计和工艺
条件的保证等，使原组分材料优点互补，因而呈现出 出色的综合性能。
.
2
概述
复合材料
.
10
(2)表面效应：指纳米粒子表面原子数 与总原子数之比，随粒径的变小而急剧增 大后所引起性质上的变化。
例如，5nm的粒子，表面原子占50%； 而2nm的粒子，表面原子占80%。
表面原子增加，使表面能增高，大大 增强了纳米粒子的化学活性，使其在催化、 吸附等方面具有常规材料无法比拟的优越 性。
.
11
(3)量子尺寸效应：随着粒子由宏观尺寸 进入纳米范围，准连续能带将分裂为分立的 能级，能级间的距离随粒子尺寸减小而增大， 这种能级能隙变宽的现象称为量子尺寸效应。
这种量子尺寸效应导致纳米粒子具有与 宏观物质截然不同的反常特性。
例如，粒径为20nm的银微粒在温度为1K 时出现由导体变为绝缘体的现象。
TiCl4 + 4NH3. H2O →Ti(OH)4 + 4NH4Cl Ti(iso-OC3H7)4+4H2O →Ti(OH)4
+ 4(CH3)2CHOH Ti(OC4H9)4 + 4H2O →Ti(OH)4 + 4C4H9OH
.
19
e、原位生成法
也称模版合成法，是指采用具有纳米孔道 的基质材料为模版，在模版空隙中原位 合成特定形状和尺寸的纳米微粒。
通过将含有制备材料的溶液雾化以制备 微粒的方法。
d 、冷冻干燥法
首先制备金属盐的水溶液，然后将溶液 冻结，在高真空下使水分升华，原来溶 解的溶质来不及凝聚，则可以得到干燥 的纳米粉体。
.
16
2）化学法
a 、气相沉积法
利用金属化合物蒸气的化学反应来合成纳米微粒
的一种方法。
b 、化学沉积法
将沉淀剂加入到包含一种或多种粒子的可溶性盐
.
21
1）表面物理修饰法
一种利用表面活性剂覆盖于纳米粒子表面，赋于 粒子表面新的性质，常用的表面改性剂有硅烷 偶联剂，钛酸酯、硬脂酸、有机硅等。
另一种在纳米粒子表面沉淀一层有机或无机包覆 物以改变其性质。
在工作过程中振动问题十分突出，复合材 料为多相系统，大量的界面对振动有反射吸收 作用。且自振动频率高，不易产生共振。
4. 高温性能好
复合材料在高温下强度和模量基本不变。
.
7
聚合物基纳米复合材料
最初纳米材料(Nano material)是指粒径为 1100nm的超细颗粒和由超细颗粒构成的薄膜和固 体。现在，广义地纳米材料是指在三维空间中至少有 一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的 材料。
➢活性填料：玻璃纤维、硅质（SiO2、硅酸盐）、碳质 （石墨）等。
.
5
复合材料的性能
1. 比强度和比模量高
比强度（抗拉强度与密度之比）和比模量 (弹性模量与密度之比)高，说明材料轻而且刚 性大。
2. 良好的抗疲劳性能
疲劳是材料在循环应力作用下的性质。复 合材料能有效地阻止疲劳裂纹的扩展。
.
6
3. 减振性能好
纳米复合材料（nanocomposites）是指分散相尺
度至少有一维小于100nm的复合材料。
.
8
纳米材料简述
❖ 尺度：0.1~100 nm ❖ 维数 ➢ 零维：纳米粒子； ➢ 一维：纳米管、纳米线； ➢ 二维：薄膜； ➢ 三维： ❖ 纳米材料 ✓ 单一或单相材料：纳米粒子、纳米管、纳米线 ✓ 纳米复合材料 0-0复合、0-3复合、0-2复合； 纳米组装体系、纳米尺度图案材料
.
12
(4)宏观量子隧道效应：微观粒子具有 贯穿势垒的能力称为隧道效应。纳米粒子 的磁化强度，量子相干器件中的磁通量等 也具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统 的势垒而产生变化，被称为纳米粒子的宏 观量子隧道效应。扫描隧道显微镜的基本 原理就是基于量子隧道效应.
宏观量子隧道效应限定了磁带、磁盘 进行信息存储的时间极限。