第一章纳米材料概论

,碳纳米管光伏电池,69um,2009年出版，86元,2010年4月出版，99元,2002年出版，29元,SiO2Nanowire,本课程教学目的,1,2,3,1纳米与纳米技术,具有一定形态，1100nm尺寸的物质。,纳米物质,大约相当于10-100个原子紧密排列在一起的尺度。,纳米技术的历史,纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。,纳米科学与技术,纳米科学与技术,纳米物理学,纳米化学,纳米材料学,纳米电子学,纳米生物学,纳米加工学,纳米力学,纳米技术的概念,1989年IBM院士DonEigler成为第一个能够对单个原子表面进行操作的人，通过用一台“扫描隧道显微镜”操控35个氙原子的位置，拼写出了“I-B-M”3个字母。,ironatomoncopper,纳米级的加工技术将使半导体微型化达到极限，因为电路的线幅变小，构成电路的绝缘膜变得极薄，这样将破坏绝缘效果。,走线密密麻麻，可以做到多细呢,2纳米复合材料的定义,复合材料的定义,碳纤维增强高压电缆复合材料介绍,由两种或两种以上的固相至少在一维以纳米级大小（1100nm）复合而成的复合材料,纳米复合材料的定义,聚合物基纳米复合材料的定义,纳米复合材料构成,3纳米复合材料的命名,例：纳米氧化锌环氧树脂复合材料,根据复合材料的命名原则,例：氧化锌环氧树脂纳米复合材料,无机纳米材料名称+“”+聚合物名称+“纳米复合材料”,为了强调纳米复合材料的类型或其中某种组分的重要性，可单独指明具体的纳米复合材料。,强调性命名,4纳米复合材料的分类,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。,填充复合材料,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,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二维纳米片层分散在聚合物中。,5纳米复合材料的特殊性能,无机材料改性有机材料、塑料改性橡胶都会提高刚性，但会降低韧性，纳米材料对聚合物的改性，能同步提高前两者。,同步增韧增强效应,没有对应功能的官能团，纳米复合材料也能表现出对应的功能。例：光电转换,新品功能高分子材料,比普通的无机材料改性后可以得到更高的强度和模量。,强度大、模量高,插层纳米复合材料的分子链段运动受限制，提高耐热性、尺寸稳定性。层状无机纳米材料可以达到良好的阻燃性、气密性。,阻隔性能,利用纳米材料中的纳米无机粒子(如纳米累托土、纳米蒙脱土)对PET进行改性，可提高PET的“双阻”性能。在美国、日本、欧洲已开始使用，如近年来美国伊士曼化学公司和Nanocor纳米公司联合开发了以PET为基材的纳米复合包装材料，大大改进了阻隔性和耐热性等性能，主要用于饮料包装。,高阻隔纳米PET啤酒瓶,河南张弓集团有限公司正式投入生产高阻隔纳米PET啤酒瓶经检验表明，高阻隔纳米PET啤酒瓶的透气性是玻璃瓶的1.5%、普通PET的2.3%。这说明高阻隔纳米PET啤酒瓶比玻璃瓶、普通PET瓶阻隔空气中的氧气和啤酒中的二氧化碳气体的性能要高。检验结果还表明，高阻隔纳米PET啤酒瓶的紫外线透过率比玻璃瓶明显要低。,6纳米复合材料设计原理,纳米复合材料因集中纳米材料和聚合物材料两者的优势，成为未来新材料设计的首选对象。,功能设计,合成设计,目的：为了得到纳米级均匀分散的复合材料主要关注纳米材料的粒度与分散程度,纳米材料和基体聚合物材料的选择空间大，纳米材料可以任意组合，可任意分散聚合物的粉体、液态、熔融态，或是聚合物的前驱体小分子溶液成型的方法也比较多，也能够达到纳米材料纳米级分散的效果。,合成设计填充法,优点,缺点,具有纳米微粒较小的粒度和较均匀的分散程度,合成步骤复杂,纳米材料与聚合物材料的选择空间不大,合成设计溶胶凝胶法,优点,缺点,可供选择的纳米材料不多，主要限于蒙脱土,能够获得单一分散的纳米片层的复合材料,容易工业化生产,合成设计插层法,7纳米复合材料中纳米微粒的聚集态结构,初级结构（出厂时参数）,粒径尺寸粒径分布粒径形状,次级结构(基体中参数),分散状态分散程度,在高分子基体中，纳米微粒可以是有序分布，通常指位置分布具有长程周期性（一维或多维有序），但在通常状况下，纳米微粒在聚合物基体中的分布是无序的。纳米微粒的初级结构已经由其制备工艺决定，研究的主要对象是基体中纳米微粒的次级结构形态。,对成型后的复合体系还可以进行后处理，如加热使粒子迁移、聚集和生长，从而调整粒子的剧集结构。纳米微粒