纳米复合材料1

纳米复合材料,纳米复合材料,纳米复合材料（nanocomposites）：由两种或两种以上的固相至少一维以纳米级大小（1100nm）复合而成的复合材料。从基体与分散相的粒径大小关系，复合可分为微米微米、微米纳米、纳米纳米的复合。,纳米复合材料,纳米复合材料涉及的范围广泛，它包括纳米陶瓷复合材料、纳米金属复合材料、纳米磁性复合材料、纳米催化复合材料、纳米半导体复合材料等。纳米复合材料制备科学在当前纳米材料科学研究中占有极重要的地位，新的制备技术研究与纳米材料的结构和性能之间存在着密切关系，纳米复合材料的合成与制备技术包括作为原材料的粉体及纳米薄膜材料的制备，以及纳米复合材料的成型方法。,纳米复合材料是一个交叉学科的产物,纳米科技,纳米物理学,纳米化学与工程,纳米材料学,纳米加工学,纳米生物与医学,纳米电子学,纳米信息技术,纳米环保技术,其中纳米材料技术是基础,纳米材料的性质,(1)小尺寸效应当固体颗粒的尺寸与德布罗意波长相当或更小时，这种颗粒的周期性边界条件消失，在声、光、电磁、热力学等待征方面出现一些新的变化。纳米微粒的小尺寸效应使其具有独特的物理化学性能，从而拓宽了材料的应用范围。当颗粒的粒径降到纳米级时，材料的磁性就会发生很大变化，如一般铁的矫顽力约为80A/m，而直径小于20nm的铁，其矫顽力却增加了1000倍，可用于制造磁卡；利用等离子共振频率随颗粒尺寸变化的性质，可以改变颗粒尺寸，控制吸收边的位移，制造具有一定频宽的微波吸收纳米材料，可用于电磁波屏蔽、隐形飞机等。固体铜是电的良导体，而纳米铜却是电的绝缘体,纳米材料的性质,(2)表面效应表面效应是指纳米微粒的表面原子与总原子之比随着纳米微粒尺寸的减小面大幅度增加，粒子表面结合能随之增加，从而引起纳米微粒性质变化的现象。由于表面原子数增多，原子配位不足及高的表面能，使这些表面原子具有高的活性，极不稳定，很容易与其它原子结合。若将纳米粒子添加到高聚物中，这些具有不饱和性质的表面原子就很容易同高聚物分子链段发生物理化学作用。这样两者之间不但可以通过范德华作用力结合在一起，而且那些具有较高化学反应活性的纳米粒子还可以同聚合物分子链段上的活性点发生化学反应而结合在一起。在催化方面应用较广。,纳米材料的性质,(3)量子效应所谓量子尺寸效应是指当粒子尺寸下降到接近或小于某一值(激子玻尔半径)，费米能级附近的电子能级由准连续变为分文能级的现象。纳米微粒存在不连续的被占据的高能级分子轨道，同时也存在未被占据的最低的分子轨道，并且高低轨道能级间的间距随纳米微粒的粒径变小而增大。,纳米材料的性质,(4)宏观量子隧道效应电子具有粒子性又具有波动性，具有贯穿势垒的能力，称之为隧道效应。近年来，人们发现一些宏观物理量，如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦显示出隧道效应，称之为宏观的量子隧道效应。量子尺寸效应、宏观量子隧道效应将会是未来微电子、光电子器件的基础，或者它确立了现存微电子器件进一步微型化的极限，当微电子器件进一步微型化时必须要考虑上述的量子效应。例如，在制造半导体集成电路时，当电路的尺寸接近电子波长时，电子就通过隧道效应而溢出器件，使器件无法正常工作，经典电路的极限尺寸大约在0.25um。,纳米材料的制备,维的纳米材料的制备：纳米微末，颗粒等。一维的纳米材料的制备：纳米线，纳米碳管二维的纳米材料的制备：纳米管，薄膜三维的纳米材料的制备：块体材料等以零维纳米材料的制备为例,纳米粉体的合成,纳米粉体的制备方法大致分为物理和化学两大类。,纳米粉体的物理制备方法,1.惰性气体冷凝法制备纳米粉体情性气体冷凝法是制备清洁界面纳米粉的主要方法之，是由德国Gleiter和美国Siegel等人发展起来的。该方法主要是将装有待蒸发物质的容器抽至106Pa高真空后、充填入惰性气体，然后加热蒸发源，使物质蒸发成雾状原子，随惰性气体流冷凝到冷凝器上，将聚集的纳米尺度粒子刮下、收集，即得到纳米粉体。用此粉体最后在较高压力下(1GPa5GPa)压实，即得到固体纳米材料。一般可获得大于7090理论密度的团体材料。如果采用多个蒸发源，可同时得到复合粉体或化合物粉体。颗粒尺寸可以通过蒸发速率和凝聚气的压力来进行调控。,惰性气体冷凝法制备纳米粉体,纳米粉体的物理制备方法,2.高能机械球磨法制造纳米粉体这是一种完全依赖机械能使大晶粒经球磨变成纳米晶来制备单质纳米粉的方法。同时还可以通过颗粒间湿相反应直接合成金属间化合物、金属碳化物和金属硫化物、金属碳化物的复合纳米晶及族半导体和金属氧化物复合纳米晶。目前已成功制备出Ni基、Fe基合金纳米晶。整个工艺还可通入气氛和引入外部磁场来调控，因而这一技术得到极快的发展。纳米晶形成机理研究认为，高能球磨是一个颗粒循环剪切变形的过程。在球磨过程中，大晶粒内部不断产生晶格缺陷，致使颗粒中大角度晶界重新组合，颗粒尺寸下降数量级为103105，进入纳米晶范围。尽管机械合金化可以到合金纳米晶或复合纳米晶，且工艺简单，制粉效率高，但有局限性。例如，容易带进杂质，而且此法只比较适合金属材料。,纳米粉体的物理制备方法,3.其它制备方法其它方法如电子束蒸发法、激光剥离法、DC或RF溅射法等，这些方法主要用来制备纳米薄膜，也被用来生产纳米金属和陶瓷。,纳米粉体的化学制备方法,1.湿化学法制备纳米粉体湿化学较简单，易于规模生产，特别适合于制备纳米氧化物粉体。主要有沉淀法、乳浊液法、水热法等。以氧化锆为例，在含有可溶性阴离子的盐溶液中，通过加入适当的沉淀剂（OH、CO3、C2O4、SO4）使之形成不溶性的沉淀，经过多次洗涤，再将沉淀物进行热分解，即可获得氧化物纳米粉体。但此法往往易得到硬团聚体，会对以后的制备工艺特别是致密烧结带来困难，研究表明，可通过控制沉淀中反应物的浓度、PH值以及冷冻干燥技术来避免形成硬团聚，以获得颗粒分布范围窄、大小为15nm25nm的超细纳米粉。,纳米粉体的化学制备方法,2、水热法主要利用水热沉淀和水热氧化反应合成纳米粉。通过这两种反应可得到金属氧化物或复合氧化物（ZrO2、Al2O3、ZrO2Y2O3、BaTiO3）在水中的悬浮液，得到纳米晶尺寸一般为10nm100nm范围内。此外还用高压水热处理使氢氧化物进行相变，通过控制高压釜中的压力和温度，以获得形状规则的超细纳米粉，颗粒尺寸为10nm15nm。,纳米粉体的化学制备方法,3.冰冻干燥法曾用冰冻干燥硝酸盐溶液制备纳米晶BaTiO3。首先快速冰冻钡和铁的硝酸盐溶液，随后在低温下挥发容积，得到冰冻干燥的硝酸盐前驱体，然后热处理得到BaTiO3。经X射线放射测定发现，温度在600以上，经10min热处理，得到纯BaTiO3。用TEM可观察到均匀、粒度为10nm15nm的稳定立方相纳米晶体。,纳米粉体的化学制备方法,4微乳液法微乳液一般是由表面活性剂、助表面活性剂、油和水组成的透明、热力学稳定的各向同性体系。其中含有表面活性剂和助表面活性剂组成的单分子层所包裹而形成的微乳液滴状物，称之为微反应器。在此微反应器内的物质可以透过单分子层外壁进行扩散活动。因此，如果将两种需要进行反应的组分分别溶于两种组成完全相同的微乳液中，并在适当的条件进行混合，则这两个组分可分别透过外壁相互进入另一个微反应器发生反应。由于它受到外壁的限制，因此生成纳米级微乳液滴尺寸的纳米颗粒。通常所用的表面活性剂为非离子型的烷基苯酚聚氧乙烯醚等或离子型的碱金属皂活性剂。据报道，用醇盐化合物、油和水形成微乳液制备出无团聚的钛酸钡立方形纳米晶，用X射线法测定的线宽来计算其尺寸为6nm17nm、由于乳液中微液滴的大小决定铁酸钡的尺寸，同时液滴大小仅受表面活性剂分子的亲水性部分的尺寸所控制，因此使纳米晶颗粒粒径分布较窄。这正是此方法的特点。,对于非晶态纳米粉，还可通过晶化处理来获得纳米晶。据另据报道，国外发展了微波等离子法来合成纳米晶陶瓷粉末。用该法在70Pa压力下合成了少量TiN和TiO2纳米晶，以及采用915MHz微波等离子放电连续合成氧化物和氮化物粉末，当压力为5KPa10KPa和频率较低时有较高的生产率。微波等离子法还适用于制备多相复合纳米粉末和涂层纳米材料，另一优点是般不形成硬团聚，而且制得的粒径在10nm以下。,纳米粉体的测试技术,纳米粉体的化学组成通常采用X射线荧光光谱法(XRFS)和耦合等离子体原了吸收光谱(ICPAES)法来进行主、次成分的分析。采用原子激发光谱(AES)或原子吸收光谱来分析原料和制备过程中引入的杂质含量。用透射电子显微镜和激光离心沉降法来测定粉体的形貌大小和分布范围。还可用X射线小角散射法来测定粉料(2nm200nm)的颗粒度及分布范围。用化学碘吸附法、BET法来测定粉体的比表面积(比表面大小也是衡量粉末活性的重要指标)。用高分辨电镜进行结构测定和表征其形貌尺度以及团聚情况。纳米晶材料的结构可以用X射线衍射、穆斯堡尔谱(Mossbauer谱)、EXAFS(扩展X射线吸收精细结构)、正电子淹没等手段进行研究。研究表明，纳米晶材料的界面部分既非远程有序的晶态结构又非近程无序的非晶态结构，而是种类似气体的结构。这结论分别用正电子淹没、穆斯堡尔谱等的研究结果得到支持。,图3-3-724m/s速度快淬薄带的晶化态自由面AFM照片,图3-46Nd10.5Fe76.4Co5Zr2B6.1合金晶化薄带自由面AFM照片(a)传统热处理；（b）磁场热处理,（a）,（b）,AFM,低钕纳米晶NdFeB永磁合金粉的TEM图,纳米固体材料和纳米纳米复合材料,用纳米粉末制备纳米固体材料或纳米复合材料，最终显微结构晶粒仍要保持在纳米尺度是十分因难。由于纳米粉末的巨大活性，在烧结过程中晶界扩散非常快，既有利于达到高致密又极易发生晶粒快速生长，所以将微结构控制在纳米量级，始终是材料科学研究的主要内容之一。通过添加剂或第二相来抑止晶粒生长和采用快速烧结工艺是目前研究的两大主要途径，前者的典型例子是，在Si3N4/SiC纳米复合材料系统中，当SiC加入量达到一定体积分数时，可阻止Si3N4成核、生长而形成纳米纳米复合材料。后者的作用中，设法在烧结过程中尽量降低烧结温度，缩短烧结时间，加快冷却速度等。其中比较有效的是采用微波烧结、放电等离子烧结(SPS)、燃烧合成等技术。这些方法的共同特点是可瞬时加热到所需高温。SPS还可借助压力驱动，使致密化加速而不使晶粒迅速长大。而燃烧合成则借助反应放热，在瞬间完成致密比。例如用微波烧结技术对ZrO2纳米粉体进行烧结，最终可达98以上理论密度，晶粒尺度在100nm200nm。缺点是较难获得大而均匀的样品。,纳米固体材料的制备,1直接高压合成A12O3和SiO2纳米材料为了避免烧结过程中晶粒生长，最近Gallas等采用超高压技术将纳米陶瓷粉直接压成高密度陶瓷材料，获得坚硬、无裂纹的透明SiO2凝胶型纳米材料和半透明A12O3纳米材料。A12O3纳米材料的相对密度大于90%，而SiO2纳米材料相对密度大于80%。用溶胶凝胶法生产的SiO2粉含有较高气孔，经高压压制，其块材体积明显下降，当用4.5GPa压力时，体积下降达64，其块体材料的平均维氏硬度为(420.2)GPa。,纳米固体材料的制备,2.制备纳米SiC陶瓷Mitomo等用平均粒径为90nm的SiC粉为起始原料，加适当的添加剂A12O3、Y2O3和CaO，在1750热压可获得致密纳米SiC陶瓷。这种液相低温烧结的纳米陶瓷的平均晶粒尺寸为110nm，几乎没有明显的晶粒生长。该材料在1700时出现超塑队变形，这一温度是文献中发表的最低温度。,纳米复合材料的制备,1.Si3N4/TiN纳米复合材料该体系可用高能球磨法制备复合纳米粉体。原料粉末为高纯Si3N4粉、Y2O3粉、Al2O3粉和Ti粉，按所希望的组成进行配比，然后用高能行星式球磨机在球磨比为20：17并在室温下球磨，得到复合粉体(在石墨模中用SPS系统进行烧结)。分别用SEM、XRD和TEM对粉体和烧结体进行表征。烧结条件是13001600N2气氛下30MPa压力保持1min5min。研究表明，球磨后粉末的XRD随着钛含量以及球磨时间增加，Ti峰逐步消失而TiN峰出现，Si的晶粒尺寸也相应下降。为了在1450以下得到完全致密的烧结体，用含33(质量)的Ti粉在1400下进行烧结，Si3N4的晶粒尺寸是20nm30nm，而弥散粒子TiN为50nm100nm，得到纳米复合材料。TiN作用机制还不十分清楚，可能是起钉扎作用，阻止了Si3N4晶粒的生长。采用压缩负荷方法来观察其超塑性变形，并用晶粒尺寸为lm的常规Si3N4材料作比较(实验是在1300、1.01kPa、N2气氛下进行)。纳米晶复合材料塑性变形达到0.4，而常规方法得到的Si3N4几乎未发现任何塑性变形现象。,纳米复合材料的制备,2.A12O3/ZrO2纳米复合材料Bhaduri等采用自动引燃(autoignition)技术来合成Al2O3/ZrO2纳米复合材料。此法又称为燃烧合成。由于氧化剂和燃料分解产物之间发生反应放热而产生高温，特别适合于氧化物生产。此外，该法的特点是在反应过程中产生大量气体，体系快速冷却导致晶体成核但无晶粒生长，得到的产物是非常细的粒子及易粉碎的团聚体。该法不仅可生产单相固溶体复合材料还可制备均匀复杂的复合氧化物复合材料，特别是能制备纳米-纳米复合材料。具体过程：采用硝酸铝和硝酸锆作为氧化剂，尿素作为燃料，按A12O310(体积)ZrO2的组成来合成。用水将它们混合成浆料置于450600炉子中，浆料熔化后点燃。整个燃烧过程可在数分钟内完成。得到的泡沫状物质经粉碎获得粉末，再在1200、1300、1500下保温2h热处理得到粉体。此过程中要经常观察晶粒生长的情况并加以控制。复合材料成型操作中，可将粉体用200MPa干压，再在495MPa下冷等静压成素坯，预烧结是在1200，保温2h，然后喷涂BN再用Pyrex玻璃包封后进行热等静压，烧结温度为l200，保温lh，压力为247MPa的Ar气压。材料经XRD分析证实，主要是Al2O3和tZrO2二相共存；TEM观察到ZrO2粒子均匀分布于A12O3基体中，A12O3的晶粒尺寸平均为35nm，而ZrO2是30nm。力学性能测定表明，纳米-纳米复合材料的平均硬度为4.45GPa，约为普通工艺得到的微米材料的l4。,纳米-微米复合材料,70年代能源危机以来，各国致力于开发适用于高效率热机的耐高温结构新材料。目前大量研究集中在以氧化物和非氧化物陶瓷为代表的高性能陶瓷上。经过二十多年的努力，由于工艺改进和控制显微结构使均匀性提高，因而材料的力学性能才获得相当大的提高。但是仍存在着不少致命弱点：例如由于慢裂纹扩展造成高温力学性能退化；又如氧化物材料的韧性和强度、抗高温蠕变和疲劳等性能较差，使其应用受到相当大的限制。为了解这类问题，试图通过引入第相(粒子、板晶、晶须和纤维)来增强基体。例如通过SiC粒子或晶须来补强Si3N4，使其高温断裂行为和韧性均有显著提高，但其强度则有所下降。对氧化物的研究表明，将ZrO2弥散于Al2O3基体中(ZTA)，由于应力诱导相变而使断裂韧性和强度明显改善。但是这种复合材料在较低的温度下，性能随温度增加而迅速退化。随着纳米粉体在80午代中期快速崛起，使这类纳米复合材料进一步发展具有可能性。,纳米-微米复合材料,这种相对低的硬度表明，在压痕测试负荷下细晶粒可能发生晶界滑移。这种低硬度可以使材料的韧性增加，其平均断裂韧性为838MPam1/2(压痕法测定的负荷为20kg)，也表明了该材料抵抗断裂的能力。用常规工艺制备同样组分的材料，韧性值为6.73MPam1/2。,纳米-微米复合材料的制备,纳米-微米复合材料可细分为晶内型纳米复合材料和晶界型纳米复合材料两大类，但是实际制备中往往二者兼而有之，很难获得单纯一种纳米粒子相处于晶内的纳米-微米复合材料，或者纳米粒子相处于晶界上的纳米-微米复合材料。纳米-微米陶瓷复合材料研究主要从改善力学性能角度出发，通过纳米粒子加入和均匀分散在微米粒子基体中，阻止基体粒子在烧结过程中晶粒生长，以获得具有微晶结构的致密材料，使强度、硬度、韧性等力学性能得到显著提高。此类研究的代表是日本的Niihara，他通过改进工艺得到相应的微结构，从而使力学性能大幅度改善。,纳米-微米复合材料的制备,陶瓷纳米-微米复合材料首次试制成功是用化学气相沉积(CVD)法，获得了Si3N4/TiN系统的复合材料，即接近5nmTiN粒子或须晶状的弥散相分布于Si3N4作为基体的微米晶粒中或处于晶界上。此法缺点是很难制备大的和复杂形状的部件，且价格贵。Niihara等成功研究了Al2O3、MgO和三种基体的莫来石纳米-微米复合陶瓷材料。所选择的起始粉料应能在纳米量级内相互之间均匀分散，弥散相与基体间无反应发生，且在烧结过程中能抑止基体晶粒生长等。这些均是制备纳米-微米复合材料的基本条件。制备的工艺条件和控制大都保密。,纳米-微米复合材料的性能,纳米-微米复合材料在韧性和强度上比原基体单相材料均有较大幅度改善。对Al2O3/SiC系统来说，纳米复合材料的强度比单相氧化铝的强度提高了34倍。SiC粒子添加量一般在5(体积)。关于增强机理有各种解释，Niihara等认为基体晶粒细化而使临界裂纹尺寸大幅度下降，首先临界裂纹尺寸从纯A12O3的23m降到纳米复合材料的6m，再通过细化可进一步下降到3m；另一原因是环绕着SiC粒子形成压缩应力，造成微裂纹增韧。另外由于晶粒内存在硬SiC粒子，造成位错钉扎和塞积，形成亚晶界。这种A12O3基体内的亚晶界退火后，由于A12O3与SiC热失配而进一步扩展，使抗断裂强度再次提高。近期提出，粒子存在使裂纹尖端桥联是纳米陶瓷复合材料的主要增强机理。,MgO/SiC纳米复合材料的高温强度可保持到1400。对于非氧化物如Si3N4/SiC纳米复合材料，发现Si3N4晶粒形貌强烈受到SiC粒子弥散的影响，并取决于SiC纳米含量(体积分数)，与单质Si3N4相比，在同样条件下，纳米复合材料分布更均匀并由均质长柱状晶体构成。此外当SiC含量超过25(体积)时，随SiC含量增加，Si3N4柱状晶减少，而等轴、细化Si3N4晶粒得到发展。这种晶粒形貌变化将直接影响材料的力学性能。断裂韧性随SiC含量增加而改善，当SiC含量在25(体积)时，强度和韧性达到最大值。由于SiC与Si3N4间是由强键结合，慢裂纹Si3N4晶界相软化造成慢裂纹)生长速度减慢，从而使该纳米-微米复合材料的强度在1500时仍达到900MPa，这是十分诱人的结果。,溶胶-凝胶法制备有机-无机纳米复合材料,最先制得的纳米复合材料是上述无机纳米复合材料。近年来，人们用适当的方法将有机物与无机物复合，得到了接近分子尺度上复合的有机聚合物-无机物复合材料。在复合层次上，它与传统的有机聚合物基复合材料不同，并由此带来一些独特的性能，目前，这种材料被称为有机-无机纳米复合材料或称为有机-无机杂化材料。显然后者只强调了材料的化学成分。有机-无机纳米复合材料的制备方法常用的有：溶胶-凝胶(sol-gel)法、插层复合(intercalation)法和原位复合(in-situ)法等。这些方法的划分并不具有严格的意义，因为许多复合反应首先是客体先嵌入列主体中去，然后再发生sol-gel反应或in-situ反应。溶胶-凝胶法、原位复合法以其发生的主要反应为标准，插层法特指未发生化学反应的复合。有机-无机纳米复合材料因其兼具有机物和无机物的优点，并且在力学、光学、电学、磁学和生物学等方面赋予材料许多优异的性能，所以正在成为材料科学研究的热点之一。,溶胶-凝胶法的基本原理,溶胶-凝胶法是一种新兴起的制备陶瓷、玻璃等无机材料的湿化学方法。此方法的出现最早可追溯到上世纪中叶，可是直到20世纪70年代，Levene与Disljch分别独立地使用溶胶-凝胶法制备出了用传统方法无法得到的多组分玻璃陶瓷之后，此法才引起了人们的重视。随后又利用溶胶-凝胶法成功制备出纳米超细粉、多孔固体、纤维、涂层和功能薄膜等新材料。溶胶-凝胶法以金属有机化合物(主要是金属醇盐)和部分无机盐为先驱体，首先将先驱体溶于溶剂(水或有机溶剂)形成均匀的溶液，接着溶质在溶液中发生水解（或醇解），水解产物缩合聚集成粒径为1nm左右的溶胶粒子(sol)，溶胶粒子进一步聚集生长形成凝胶(geI)。因此也有文献称溶胶-凝胶法为SSG法，即溶液-溶胶-凝胶法。,溶胶-凝胶法优点,溶胶-凝胶法有许多突出的优点，如较高的纯度和均匀度，较低的反应温度，可以控制材料的超微结构。溶胶-凝胶工艺从溶液反应开始，易于加工成型，可以制备出各种形状的材料，包括块状、圆棒状、空心管状、纤维、薄膜和涂层等。尤其在薄膜和涂层制备方面显示出独特的优越性，与其他制备工艺(如蒸发、溅射等)相比，溶胶-凝胶工艺不需任何真空条件和过高的温度，而且可以在大面积或任意形状的基体上制得薄膜或涂层。溶胶-凝胶法制备的各种材料可以广泛用于光学电子、机械、热学、敏感器、催化剂，以及生物医学等许多领域。,制备有机-无机纳米复合材料,溶胶-凝胶法不仅可以在较低的温度下制备均匀透明的无机氧化物薄膜，而且可以制备没有相分离的杂化玻璃-有机无机纳米复合材料。通过改变配方和工艺过程，可按预先设计的折射率、孔径等参数制备多种功能的无机纳米复合材料。出于溶胶-凝胶法的起始物质与有机聚合物具有较好的相溶性，因此可用溶胶-凝胶法制备有机-无机纳米复合材料(OINC)。尽管使用溶胶-凝胶法制备OINC只有十多年的历史，由于此法在制备上的优越性，目前已成为国内外研究的热门课题。,有机改性硅酸盐,有机改性硅酸盐(ormosils)在80年代中期制成。它们是由有机-无机单体经过溶胶-凝胶过程聚合形成的一类有机-无机纳米复合材料，也称有机-无机硅氧烷材料。这些单体的结构式及官能度如图711所示。图中，f代表烷氧基的数日（即官能度），n代表取代基的数目。对于单官能度硅醇盐单体(f=1，n3)，由于分子中只有一个反应点，因此不能形成聚合链；二官能度单体表现出“桥键”作用，可聚合成线形分子；三官能度单体具有交联作用。在聚合网络中可以形成分支；至于四官能度单体，则可形成完全的网络结构,缔合型OINC,使用溶胶-凝胶法制备缔合型OINC最为简便。在这类OINC材料中，有机聚合物与无机网络之间虽然不存在直接共价键的作用，但两相之间通过氢键和缔合偶合平衡相互作用，使两相体系表现出与存在共价鍵时相似的特性。如聚烷基哑唑啉与二氧化硅无机网络能够形成很强的氢键作用，使两相达到“分子水平”的复合。在凝胶体系中，两相之间在形成氢键后，会产生缔合偶合平衡。这种氢键基团与无机共价网络之间发生的动态平衡，能够产生一C一OSi键。有许多高分子化合物都含有能够形成氢键的有机基团，如各种聚酯、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚胺酯等都可用来制备该类OINC。已见报道的有聚烷基哑唑、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯、聚甲基丙烯甲酯、聚乙烯吡啶烷酮、聚二甲基丙烯酰胺、聚碳酸酯、聚脲、聚乙烯基吡啶、聚丙烯睛、纤维素衍生物、聚膦睛、聚丙烯酰胺，甚至还有蛋白质和酶等生物大分子等。,共价型OINC,制备过程中，如果在所用聚合物的侧基或主链末端引入像三甲氧基硅基等能与无机组分形成共价键的基团，就能赋予OINC具有两相共价交联的优点，明显增强OINC的弹性模量和拉伸强度。引入(RO)3Si基团的方法有：用甲基丙烯酸3-（三甲氧基硅基）丙酯与乙烯基单体共聚；用三乙氧基氢硅烷与端烯基和侧链烯基聚合物进行氢硅化加成；用(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷终止某些单体的阳离子聚合物；用(3-异氰酸酯基)丙基三甲氧基硅烷与侧基或末端含氨基或羟基的聚合物进行反应等。例如，用上述方法制备的-缩水甘油丙基醚三甲氧基硅烷作为溶胶一凝胶过程的先驱体与双酚A共聚合，可以制备出光滑、柔韧和耐磨、耐腐蚀的共价型OINC。,互穿型有机-无机网络(IPOIN),由于上述两类OINC的制备受到预形成聚合物溶解性的限制，同时溶胶干燥过程中有收缩，所以近来发展了加入交联单体使交联聚合物和金属醇盐的水解同步进行，以形成有机一无机同步互穿网络的方法。这种材料具有如下优点：聚合物具有交联结构，减少了凝胶的收缩；对一些完全不溶的聚合物可以原位生成而均匀地嵌入无机网络之中；具有较大的均匀性和较小的微区尺寸Novak报道了5，6-二羟甲基7-氧降冰片-2-烯的水相互环原位聚合与Si(OR)4的水解-缩合同时进行，制得了性能优异的IPOIN。,两相间具有共价键的IPOIN,通过在两相间引入共价键，即可将上述IPOIN转化为具有共价键的IPOIN材料。Novak报道了使用5-(三甲氧基硅基)双环2，2，1庚烯-2作为相的交联剂，制得了两相间具有共价键的IPOIN材料。lkuko等人以TEOS为先驱体，通过溶胶-凝胶法将其贯穿到乙基,OINC的应用及展望,使用溶胶-凝胶法制备OINC至今已有十余年历史，人们用此法制成了各种杂化材料。这些材料潜在的应用主要表现在以下两方面。(1)改性无机玻璃、陶瓷或其他氧化物材料。当聚合物量少时，可以改善无机玻璃的性能，在光纤、波导材料、非线性光学材料、抗冲击安全玻璃、低密高强材料、无机粘合剂等方面有潜在的应用前景。如果无机组分是-FeO3、SnO2、V2O5，La2O3、WO3、MoO3等或其他功能陶瓷时，形成的OINC对制备高透明性的易加工成型的磁性、导电、超导和光致变色材料极具重要意义。(2)改性有机高聚物。当无机组分量少时，可以改善有机聚合物的韧性、强度、模量，提高粘合性能等，这为聚合物材料的高性能化提供了一条崭新的途径。目前用它制备的耐刮涂层已实用化。,纳米复合材料的应用,1.纳米复合材料的催化性能纳米复合材料催化剂是以聚合物为载体，以纳米粒子为催化活性中心的高效催化复合体系，既能发挥纳米粒子催化的高效性和高选择性，又能通过高聚物的稳定作用使之具有长效稳定性。常用的作为催化活性中心的纳米粒子主要有金属粒子(如Pt、Rh、Ag、Pd、Ni、Fe、Co等)以及一些金属氧化物(如TiO2等)，纳米TiO2是典型的具有光催化性能的纳米粒子。纳米粒子可以通过填充、吸附、沉积而负载在多孔树脂上或聚合物膜上或包裹在聚合物基体中从而得到聚合物墓纳米复合材料催化剂用于烯类单体的聚合，有机废物的降解，处理废气、废水，净化环境等。,加TiO2的自清洁餐具,加TiO2的自清洁餐具,加TiO2的自清玻璃,纳米骨架镍,纳米Ni粉,纳米复合材料的应用,2.纳米复合材料的高强废、高韧性纳米材料增强的有机聚合物复合材料有更高的强度、模量，同时还具有高韧性，不论是拉伸强度还是冲击强度均具有一致的变化幸。在加入与普通扮体相同