有机无机杂化材料

材料化学专业

杂化材料结课论文题目:有机/无机纳米杂化材料

杂化材料结课论文

摘要

随着现代科技的发展，单一性能的材料已不能满足人们的需要。目前通过两种或多种材料的功能复合，性能互补和优化，可以制备出性能优异的复合材料。无机有机杂化材料是无机材料和有机材料在纳米尺度结合的复合材料，两相间存在强的作用力或形成互穿网络结构。环氧树脂有诸多方面的优点，然而，由于环氧树脂是交联度很高的热固性材料，它的裂纹扩展属于典型的脆性扩展，其固化物脆性大、耐热性差、抗冲击强度低、易开裂，难以满足日益发展的工程技术的要求，从而限制了环氧树脂的进一步应用。

目录

摘要...................................................................................................................... I 第1章绪论. (1)

1.1有机/无机纳米杂化材料 (1)

1.2 纳米材料的特点 (2)

1.3 有机/无机纳米杂化材料的研究现状及应用 (3)

第2章有机无机纳米杂化材料的制备方法 (5)

2.1 溶胶--凝胶法 (5)

2.2 有机与无机两相间以共价键结合 (6)

2.3 插层复合法 (6)

2.4 前驱体法 (8)

2.5 LB膜技术 (8)

第3章环氧树脂/SiO2-TiO2纳米杂化材料 (9)

3.1环氧树脂/SiO2-TiO2纳米杂化材料 (9)

总结 (11)

参考文献 (12)

第1章绪论

1.1有机/无机纳米杂化材料

有机无机纳米杂化材料是有机和无机成分相互结合，特别是在微观尺寸上结合得到的一种材料。制备纳米材料的方法主要有物理方法和化学方法，物理方法有：真空冷凝法、物理粉碎法、机械球磨法；化学方法有：气相沉积法、水热合成法、沉淀法、溶胶凝胶法、微孔乳液法。

无机组分和有机组分的复合,可以形成光学材料、耐高温材料、力学材料等多种功能材料[1]。尽管种类千变万化但根据其两相间的结合方式和组成材料的组分，可将无机有机杂化材料大致分为以下两种类型。

(1)有机分子或聚合物简单包埋于无机基质中，制备此类杂化材料可以采用预先掺杂法，也可以采用凝胶浸渍法，此时无机组分与有机组分之间通过弱键如范德华力、氢键或子间作力而相互连接。

(2)有机组分通过化学键嫁接于无机网络中，而不是简单的包裹于无机基质中，在此类杂化材料中两相间仍存在弱键。

无机材料、有机高分子材料在材料科学中占有非常重要的地位,它们各有特点。无机材料由于其具有高强度、高刚性、高硬度而作为结构材料受到人们的青睐同时由于其光谱谱线较窄，又成为应用广泛的光、电、磁等功能材料。此外,无机材料还具有性能长期稳定、使用寿命长等优点。但是,无机材料也存在韧性差、加工成型较难的问题。材料中有机相与无机相间的相容性直接影响材料的性能,如果在两相间引入共价键,则可在很大程度上避免发生宏观相分离,所得材料在性能上也会有很大的提高。

有机无机材料自20世纪20年代以来得到了迅猛的发展,广泛地应用在众多领域中。它与无机材料相比的一个主要优点就是有较好的韧性、易

成型加工。大多数有机高分子的电子光谱谱线宽,仅有较少的品种可以作为光、电、磁等功能材料,无法满足当前的要求[2]。而有机/无机杂化材料则实现了有机高分子材料和无机材料的分子级复合,兼具两类材料的特点,取长补短,从而获得优异的性能或功能。目前,杂化聚合物材料作为一个交叉研究领域已成为科学工作者们的研究热点之一。

1.2 纳米材料的特点

通常粒径在1~100nm 范围内的粒子称为纳米粒子，它是一种介于固体和分子之间的亚稳态物质。当颗粒尺寸进入纳米量级时，其本身及由它所构成的纳米材料由于所谓的纳米效应，纳米材料表现出许多与常规尺寸的材料完全不同的特殊性质。纳米效应主要表现在以下几个方面：

(1) 表面和界面效应：纳米粒子尺寸小，比表面积大，位于表面的原子占相当大的比例，而且随着粒径减小，比表面积急剧增大，位于表面的原子所占的比例也迅速增加，由于表面原子邻近缺少与之配位的原子，处于不稳定状态，很容易与其它原子结合，因此纳米粒子有很强的表面活性。表面原子的不稳定性使纳米粒子表现出很多特殊的性质，如纳米陶瓷粉的熔点、烧结温度和晶化温度均比常规粉体低得多，如常规氧化铝的烧结温度为1700-1800℃，而纳米氧化铝可在1200-1400℃的温度下烧结，致密度高达99%，形成的陶瓷在低温下表现出良好的延展性。

(2) 量子尺寸效应：纳米粒子的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干波长或透射深度等物理特征尺寸相当，周期性的边界条件被破坏，因此电导性、磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性等性质较常规尺寸的粒子发生了很大的变化。比如，原来是良导体的金属，当尺寸减小到纳米级时可能会失去导电能力，变成非金属型；原来是典型的共价键无极性的绝缘体，当尺寸减小到纳米级时电阻可能大大下降，失去绝缘体的

特性；原是铁磁性的物体可能变成超顺磁性。随着颗粒尺寸的减小，纳米微粒的吸收普遍存在“蓝移”现象，即吸收带向短波方向移动。各种金属粒子在尺寸小到纳米级时，均由于对光的宽带强吸收而失去金属固有的光泽，变成黑色。

另外，纳米粒子因具有极高的表面能和扩散率，粒子间能充分接近，从而范德华力得以充分发挥，使得纳米粒子间、纳米粒子与其它粒子间的相互作用异常强烈。正是这些特殊的性能为纳米材料开辟了非常广阔的应用前景。

1.3有机/无机纳米杂化材料的研究现状及应用

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一一扫描隧道显微(STM)、原子力显微镜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域。

1990年7月,第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩与第五届国际扫描隧道显微学会议同时举办,《纳米技术》与《纳米生物学》这两种国际性专业期刊也相继问世，一门崭新的科学技一一纳米科技从此得到科技界的广泛关注。

纳米微粒具有一些特殊的性质，因而材料表现出许多人们所需求的优良的性能。具有高密度、多功能、高集成度、高密存储能力、协调和协同效应，且材料透明，可用于光学通讯，满足了信息时代人们对材料的要求，吸引着众多科研工作者们去开发研制新型纳米组装体，以期得到优良性能的材料[3]。在21世纪纳米杂化材料将会得到迅速的发展。这方面的基础研究具有重大科学意义和很好的应用前景。本工作首先在具有我国资源