纳米复合材料的发展.docx

纳米复合材料的研究进展廖遗志（3系09机电二班 学号09320209）摘要： 复合材料在智能材料、 导电材料、光学材料、生物医学材料等领域应用研究的进展，并对聚氨酯无机纳米复合材料存在的问题和研究方向进行了展望。述纳米复合材料的性能、特点、制备技术以及应用领域的现状,指出了纳米复合材料作为新型的纳米材料进行研究和开发的重要意义。 关键词： 聚氨酯;无机纳米粒子;复合材料;应用。复合材料技术是从分子水平上将两种或两种以上材料复合化，从而综合几种材料的优点以获得新型材料。“纳米复合材料”与单一相纳米材料不同，它是由两种或两种以上的吉布斯固相至少在一个方向以纳米级大小(1100nm)复合而成的复合材料。这些固相可以是非晶质、半晶质、晶质或者兼而有之，而且可以是无机、有机或二者都有。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包括：(1)金属一金属纳米复合材料；(2) 氧化物一氧化物纳米复合材料；(3)金属一氧化物纳米复合材料。而聚合物纳米复合材料包括聚合物一聚合物纳米复合材料与聚合物一无机纳米复合材料。其中聚合物一聚合物纳米复合材料又分为分子复合与聚合物原位复合，而聚合物一无机纳米复合材料又分为无机材料基和聚合物基聚合物蒙脱土纳米复合材料在近二十年来发展相 当迅速， 由于其在耐热、 机械 、 阻隔性能等及应用方面优于一般 的聚合物材料 ， 已成为 当今聚合物材料基础研究 和应 用开发 的研究 热点，聚丙烯 ( P P ) 蒙脱土( MMT ) 纳米复合材料是聚丙烯分子嵌入到蒙脱土的片层间而制得的嵌入纳米复合材料称为插层纳米复合材料，研究内容多集中在 MMT的有机化 、 纳米复合材料及阻燃材料的制法、 微观结构表征和性能测试等方面， 而对其纳米复合材料及阻燃材料在实际燃烧时的阻燃和热降解行为， 特别是对热释放、 烟释放的研究未见报道。锥形量热器是 目前用于研究材料动态燃烧性能的一种重要仪器,其实验结果与实际燃烧结果非常吻合， 常用于表征材料在真实火灾 中的燃烧特性 3 。其原理是以耗氧为基础 4 3 ， 通过有效地测量聚合物燃烧时反应所释放的热量,可获得热释放速率、 烟释放及材料在燃烧时的 质量损失行为， 大大促进了火灾实验方法的性能化发展和火灾科学研究.聚氨酯( P U) 以其原料品种多、性能变化可设计性强等优点，在涂料胶粘剂、橡胶、塑料等领域获得了广泛应用。聚氨酯性能设计主要是根据应用条件的需要,从原材料、合成方法、合成工艺、原料配比等方面进行。近年来随着有机一 无 机纳米杂化材料研究的开展，利用无机纳米粉体与P U复合,以提高其综合性能的研究途径受到广泛关注。 S i O2 兼具众多优点,如粒径小、比表面积大、 表面有羟基等， 在P U中引入S i O2 ， 可有效地提高P U的耐热性、耐水性、力学性能等 。研究表明：纳米S i O 的品种、来源、尺度、形态、制备工艺、表面活I生官能团的数目等因素直接影响P u复合材料的机械能、耐热性和尺寸稳定性等. 聚氨酯( P U) 材料性能优异， 发展非常迅速， 应用领域广泛。由于无机纳米粒子具有小尺寸效应、 表面与界面效应、 量子尺寸效应及宏观量子隧道效应， 在热、 声、 磁、 光、 催化等方面远优于普通材料 。纳米改性聚氨酯复合材料宏观表现出优良的力学特性、 热学特l 生、 光学特性、 电学特性、 磁学特性、 催化特性、 敏感特性。聚氨酯与纳米材料的协同效应， 赋予了聚氨酯纳米复合材料良好的导电、 吸波、 抗静电、 阻燃、 抗紫外、 生物相容、 杀菌等诸多性能。 复合材料技术是从分子水平上将两种或两种以上材料复合化， 从而综合几种材料的优点以获得新型材料。“ 纳米复合材料” 与单一相纳米材料不同， 它是由两种或两种以上的吉布斯固相至少在一个方向以纳米级大小 ( 1 1 0 0 n m) 复合而成的复合材料。这些固相可以是非晶质、 半晶质、 晶质或者兼而有之， 而且可以是无机、 有机或二者都有。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包括： ( 1 ) 金属一金属纳米复合材料； ( 2 ) 氧化物一氧化物纳米复合材料； ( 3 ) 金属一氧化物纳米复合材料。而聚合物纳米复合材料包括聚合物一聚合物纳米复合材料与聚合物一无机纳米复合材料。其中聚合物一聚合物纳米复合材料又分为分子复合与聚合物原位复合 ， 而聚合物一无机纳米复合材料又分为无机材料基和聚合物基。聚合物一无机纳米复合材料采用高分子的复合作用使无机纳米组分复合于聚合物中， 利用纳米材料与机体的相作用产生新的效应， 可以实现两者的优势互补 ， 开发性能优异的新功能材料。 纳米复合材料的应用纳米复合材料是随着纳米技术的发展而产生的一种新型材料， 由于纳米复合材料特殊的性能， 所以它一经产生便引起 了人们的极大关注， 并被广泛地应用于国民经济各领域和军事领域。在功能材料中， 主要包括可用作纳米复合功能陶瓷的纳米复合材料， 金属基纳米复合功能材料、 高分子纳米复合功能材料 孓 、 超导复合材料和纳米复合隐身材料。在医用器件中，主要用作纳米生物医用信息理系统、 医用纳米机器人； 纳米医用药物中的药物性纳米粒子和纳米医用载体。在化妆品中， 可用作活性物微孔截留复合系统的纳米T i O ： 防晒复合粒子。在保健品和食品中的应用主要有 2个方面： 1 )利用超细粉体技术将食品粉碎或对保健品原料进行超细化， 使人体更容易吸收或吸收更完全； 2 )利用纳米粒子的特殊功能来提高和改善食品和保健品的功能， 如利用纳米粒子对食品或保健品进行着色、保鲜、 抗菌等。在塑料应用方面， 出现了纳米caco3改性复合塑料、 聚合物 蒙脱土纳米复合材料。科学家近 H研究一种生产玻璃纳米纤维的新方法，该方法依赖于众所周知的“ 激光纺纱”技术。该研究小组研究人员来自美国的维戈人学和罗格斯大学 ，英国的伦敦帝国理工学院。该小组成功地从生物活性玻璃提取 出纳米纤维。这种材料于用于医药的材料相同，能够促进骨骼再生。“ 激光纺纱技术能够从组成物中提取出玻璃纳米纤维，而其他方法是不能达到这个 目的的。 ”紫外线研究员费特罗解释 ，他同时也是这项新研究的研究人员。该新技术的一个亮点是使用高能量激光 ，用于前置物质，然后再加热。然后一个强大的气体电流用来延长和冷却产生的超精细纤维材料 。 另一重要突破是，新技术已经能够在相对共同的环境条件下使用，甚至该技术每项过程都能在该条件下轻松进行。这意味着在产品生产出来的期间，科学家将更容易地控制生产环境，这在纳米技术生产领域是很难看到的。研究人员说 ，在不久的将来，小组的这项新成就可用于医院。 由于其纳米结构，玻璃纳米纤维的多种生物活性将更富弹性 ，更耐用 ，这纳米复合材料的应用黏土是自然界中产量最富饶的矿产之一，价格便宜，且具有相当好的机械强度与耐化学，抗溶剂阻隔性质，常常作为高分子的补强或填充料。大部份的黏土为层状结构， 每一层的厚度为 l 纳米左右。黏土矿物有许多种类 ，如蒙脱土 、高岭土、滑石等以及各种人工合成的黏土矿物。曾有研究指出添加纳米黏土后塑料其阻气效果基本上与蒙脱土的a s p e c t r a t i o数值高低有关。近年来 P o l y me r MM T C l a y 纳米复合材料H 】 的研究已快速兴起，驱使我们在研究不同种类的高分子之特殊性质外，并藉由纳米分散的技术添加少量的无机纳米级层材，制成纳米级有机 无机复合材料， 来研究材料在物性及化性的变化，使其各成分的性能得以截长补短，而达到单一材料所无法达到的优越性能。 纳米复合材料作为一种新型的纳米材料，以其优良的性能和特点以及众多潜在的应用领域正日益成为研究和开发的重点。世界发达国家正在部署的计划” 、 欧盟的“ 尤里卡计划” ， 还是日本的“ 高技术探索计划” ， 都已把纳米材料列为重点发展项目 引。我国在2 0世纪 8 O年代末的“ 八五” 期间， 就将“ 纳米材料科学” 列人了“ 国家攀登计划” ， 国家“ 8 6 3 ” 计划新材料主题也对纳米材料有关科技创新的课题进行了立项研究。2 0多年来， 虽然我国在纳米材料基础研究方面取得了一些令人瞩目的研究成果， 但就国家总体重视程度、 投资力度、 信息和成果的共享以及产业化的程度方面来看， 仍与发达国家存在着较大差距。因此， 我们应尽快制定纳米技术发展计划， 加快纳米复合材料研究和开发的进程。 前景随着纳米技术的日渐成熟，纳米材料也渐渐被引入制鞋过程和应用到鞋产品中。将这种纳米抗菌技术应用到运动鞋上，可以有效地减少微生物繁殖引起的恶臭，主动抗菌，持续抑菌。纳米银抗菌溶液具有很高的抗菌性能，抗菌率达9 9 ，公司今年来开发生产了纳米复合材料，尽管现在还没有大批量的生产，销售量也不是很大，主要是特步、匹克这样的运动品牌企业开始使用纳米材料。 目前对纳米材料需求最大的是童鞋生产企业，但是也没有开始大规模使用。尽管目前市场不是很广阔，但是该负责人称，纳米技术在未来不久一定会被大规模的利用的，纳米鞋材也会成为未来制鞋行业的主流在今年制鞋行业面临着成本上升、人民币升值、贸易壁垒等众多困难开发新产品，突破产品同质化成为众多制鞋企业的追求。当纳米技术融合进制鞋生产环节后，将增加产品附加值 ， 提高市场竞争力和拓宽销路。 据 了解 ，目前奥康 、特步 、匹克 、 卡丁等 品牌鞋 企 已经开始 使用 纳米抗 菌材料， 并取得了良好的市场反应。现代生活中，随着生活水平的提高，人们对生活质量和健康意识逐渐增强，人们对生活卫生的要求越来越高，人们对鞋子的质量要求也随之提高。这只是一个方总之，纳米复合材料在应用将成为主流。聚氨酯纳米复合材料在智能材料、导电材料，光学材料、生物医学材料等方面具有广阔的应用前景，但工业化的项目不多，有许多问题需要进一步研究和解决。如无机纳米粒子团聚及在聚氨酯基体中的分散等问题，聚氨酯无机纳米粒子复合材料的结构号I 生能关系以及如何产业化、 规模化等问题。随着相关研究深入， 特别是随着廉价纳米材料的开发应用以及粒子表面处理技术的不断进步 ， 纳米粒子与聚氨酯相互作用机理研究也不断完善， 将会有更多的聚氨酯纳米复