纳米材料玻璃及高分子

1、纳米材料 小组成员：小组成员： 三维纳米结构（3D nanostructure）是指由零维、一维、二维中的一种或多种基本结构单元组成的复合材料，其中包括：横向结构尺寸小于100 nm的物体；纳米微粒与常规材料的复合体；粗糙度小于100 nm的表面；纳米微粒与多孔介质的组装体系等。它包括： (1) 纳米玻璃纳米玻璃 (2) 纳米陶瓷 (3) 纳米介孔材料 (4) 纳米金属 (5) 纳米高分子纳米高分子三维纳米材料纳米玻璃一一.定义：定义： 纳米玻璃属于无机非晶质材料，它是指在透纳米玻璃属于无机非晶质材料，它是指在透明玻璃连续相中周期排列着纳米尺寸的第二相明玻璃连续相中周期排列着纳米尺寸的第二相(

2、 (微粒子、微粒子、分相、结晶或气孔分相、结晶或气孔) )的玻璃材料。的玻璃材料。 玻璃的特点是透明、热或光化学稳定性好，并具有玻璃的特点是透明、热或光化学稳定性好，并具有无定形结构能容纳不同晶格常数的纳米尺度量子点而产无定形结构能容纳不同晶格常数的纳米尺度量子点而产生较少界面缺陷，是比较理想的基体材料。纳米功能颗生较少界面缺陷，是比较理想的基体材料。纳米功能颗粒与玻璃相之间通过相的复合，可以获得具有一系列特粒与玻璃相之间通过相的复合，可以获得具有一系列特殊性能的功能材料，根据玻璃中纳米粒子的粒度大小，殊性能的功能材料，根据玻璃中纳米粒子的粒度大小，纳米玻璃的研究内容分为纳米玻璃的研究内容分为

3、3 3个研究层次。个研究层次。纳米玻璃 研究层次研究层次(1) 原子、分子级控制技术(1nm左右)：通过组成控制和引入结构缺陷等，控制局部配位场，发现新的光、电能。(2) 超微粒子结构控制技术(1数10nm)：利用气相法、溶液法等加工技术和超短脉冲激光、超高压、附加高电压等外来能源，对微粒子、分相和结晶、气孔的周期排列进行控制，创造超高亮度发光体、环境激素分离元件、光集成元件等基础材料。 纳米玻璃研究层次研究层次(3) 高次结构控制技术(数10nm以上)：利用无机-有机复合析出各向异性的晶体和控制其界面状态等，进行高次异型结构、周期规则结构形成技术的研究，进一步研究可能用于太阳电池、运输机械、

4、等的超轻质、高强度玻璃基板材料。 纳米玻璃的制备方法纳米玻璃的制备方法1. 熔融热处理法熔融热处理法2. 溶胶溶胶-凝胶法凝胶法3. 离子注入法4. 离子交换法离子交换法5. 气相沉积法6. 辅助电场法7. 光诱导热处理晶化法 纳米玻璃的制备方法纳米玻璃的制备方法 熔融热处理法熔融热处理法 熔融热处理法，也称共熔法，是将基础玻璃料与掺杂物混合（一般同时）引入还原剂，如Sb2O3、SnO2等，干燥后高温熔融，再冷却成型。 利用熔融热处理工艺可制备在硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐玻璃系统中掺杂纳米金属Au、Ag、Cu 或部分半导体材料的复合玻璃。 此法工艺简单，成本低廉，可制备大尺寸和各种形状的玻璃材料，

5、但需要高温熔制，一般为1200-1500。熔融法制备时还必须注意热处理气氛。掺杂物的低溶解度和易挥发或氧化使得掺入质量分数（10-110-4）少，且不易控制，易出现杂相。 溶胶溶胶-凝胶法凝胶法 溶胶-凝胶法（sol-gel）通常将半导体颗粒原料或金属盐直接引入溶胶制成干胶后进行热处理析出纳米颗粒。该工艺合成温度低，并能用气氛保护，能制备具有特殊组成的玻璃，适用于制备薄膜材料的样品。样品成分完全可以按照其原始配方和化学计量比较准确获得，并且具有高的纯度和良好的均匀型。优点：具有掺杂浓度高、粒径分布窄等优点缺点: 不易形成多组分玻璃，有时还会产生其他产物。 纳米玻璃的制备方法纳米玻璃的制备方法离

6、子交换法离子交换法 离子交换法（Ion Exchange Law）主要是通过低共熔盐的不同离子如Ag+ Cu+ 等替换玻璃基质表面层的一价碱金属离子（Li+ K+ Cs+ Na+等），再在还原气氛下退火使金属离子还原，通过热处理使金属原子聚集长大，纳米金属颗粒在玻璃与低共熔盐的界面及近表面层析出。 此法成本低，可大规模生产，能使颗粒分布均匀，并可提高掺入量，达几个百分比，被广泛用于硅酸盐玻璃掺杂Ag和Cu。 纳米玻璃的制备方法纳米玻璃的制备方法 纳米玻璃的应用纳米玻璃的应用 纳米微粒具有独特的小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应、介电限域效应等,使纳米玻璃具有独特的性能，从而为其带来广泛的应用。

7、1. 光学功能材料 近年来理论和实验的研究发现，纳米功能颗粒(金属和半导体)掺杂玻璃在吸收限附近的强光作用下有很大的光学非线性，且具有快的光响应速度等特性，在光计算、光通讯、光信息处理和电光效应的器件方面具有很重要的应用前景，是当前国际光学功能材料研究的热点之一。2. 超高亮度发光玻璃 把发光超微粒子发光超微粒子以高浓度稳定地保持在玻璃中，就能得到用于显示装置和夜间照明的发光玻璃。如用反微胶囊法制备的直径为几十纳米的玻璃微粒中平均添加1 个半导体超微粒子，然后使该微微粒(微胶囊) 均匀地分散在玻璃连续相中并规则排列，可大幅度提高其发光效率。 纳米玻璃的应用纳米玻璃的应用3. 高性能过滤器用玻璃

8、 在通过激发而分相、晶化的玻璃中，如能形成周期性的、控制在几纳米以下的气孔，就能高效地除去环境激素等有害物质，制成纳米过滤器元件。. 纳米玻璃的应用纳米玻璃的应用 此外，纳米玻璃已广泛应用于MP3 作镜面、高楼大厦的装饰玻璃、汽车的挡风镜等等。利用纳米玻璃的自洁和杀菌作用，还可开辟玻璃在医疗卫生、餐饮等领域的新用途。由于纳米玻璃具有高的非线性系数和超快非线性响应等特点，在全光调制的光波导、光开关、光存储、光双稳、平面微透镜、光限幅器和激光微腔等许多新型器件方面也将具有诱人的应用前景。 纳米玻璃的应用纳米玻璃的应用纳米高分子 纳米高分子（纳米高分子（Nano-polymer），全称纳米结构的自）

9、，全称纳米结构的自组装高分子，包括小分子间通过非共价键形成的高分子组装高分子，包括小分子间通过非共价键形成的高分子以及高分子间通过非共价键形成的高分子聚集体。以及高分子间通过非共价键形成的高分子聚集体。 纳米高分子不仅有链状聚合物，还有梳状聚合物，纳米高分子不仅有链状聚合物，还有梳状聚合物，星状聚合物，树枝状聚合物。星状聚合物，树枝状聚合物。1.螺旋结构高分子 在主链没有不对称碳的聚合物中引入有光学活性侧链的聚异氰酸盐或者聚异氰化物等手征型高分子，它们虽然没有氢键那样的支持键，却能够在溶液中保持稳定的螺旋结构。不仅如此，还可以把这种螺旋结构进一步凝聚，构建出超螺旋的或者棒状的纳米结构。纳米高分

10、子2. 嵌段共聚物 在嵌段共聚物中，大部分自组装利用的是不同嵌段的亲疏水效应，将两条不相容的分子链通过共价键连接起来，这样既阻止了链段完全分离，同时又实现了相分离，可以获得分子链段周期性有序的片状、圆柱状和球状等相。纳米高分子3. 树枝状高分子树枝状高分子是单分散性的大分子，这种分子有规则地高度支化成三维分子构架，是从一点出发伸展开的结构。纳米高分子 纳米高分子的应用纳米高分子的应用 将高分散性纳米粉体或者纳米纤维与有机物充分分散、混合，就能够达到纳米分体对有机物的改性作用。常用的纳米粉体材料有：氧化硅、氧化锌、碳酸钙、氧化钛等可被填充的材料有：橡胶、纤维、塑料1. 纳米橡胶 纳米颗粒与橡胶的

11、复合能增强橡胶的力学性能，提高橡胶的拉伸强度，加强橡胶的硬度。微观上，纳米微粒在橡胶基体中起着交联点的作用，增强橡胶链段的拉伸性，及时将外界应力传递到整个交联网络，削弱甚至消除外界应力。 选用纳米级SiOx基功能粉末代替炭黑作为橡胶的补强剂和抗老化剂，制成纳米材料，虽然价格低廉但在使用性能上优于高档的三元乙丙橡胶。 纳米高分子的应用纳米高分子的应用2. 纳米塑料 大部分的纳米塑料是在塑料中加入无机纳米粒子形成复合材料。常用的纳米无机填料主要有纳米SiO2和纳米CaCO3，其硬度分别为7和9. 纳米SiO2对塑料不仅能起补强作用，而且还有一些新的特性。利用它粒度小的特性，可使塑料变得更加致密，是塑料薄膜的透明度、强度和韧性等大大提高。 聚氯乙烯塑料中添加少量纳米SiO2，生产出来的塑钢门窗其硬度，抗老化性能均大幅度提高，表面粗糙度下降。 纳米高分子的应用纳米高分子的应用 纳米抗菌塑料是近年来应用最多的纳米塑料，特别是家电产品上。纳米抗菌塑料主要是在塑料中或表面加入纳米抗菌剂，例如，二氧化钛、氧化锌和沸石等制得纳米抗菌塑料。例如，用于冰箱，洗衣机，卫生洁具等。 纳米高分子的应用纳米高分子的应用3.纳米涂料 将纳米粉体用于涂料中得到一类具有抗辐射、耐老化或具有某些特殊功能的涂料。 纳米高分子的