中南大学纳米复合材料论文

1、2013级学术活动报告纳米复合材料研究报告姓名：任鹏禾班级：材料1206学号：0607120615指导老师：（三个人）：魏秋平、刘会群、柏振海 中南大学材料科学与工程学院 2013.6 目 录前 言1第1章 纳米复合材料概述21.1纳米复合材的定义及例证31.2纳米复合材料的结构及分类31.2.1纳米材料的结构41.2.2纳米材料的分类51.3纳米复合材料的应用6第2章纳米复合材料的生产工艺及性能72.1纳米复合材料的生产工艺82.1纳米复合材料的性能9第3章纳米复合材料制品发展现状及其市场103.1纳米复合材料的发展趋势与未来展望 123.2纳米复合材料的市场前景13第4章 结 论15第5章

2、 结束语17参考文献19附 录20前 言纳米复合材料是以树脂、橡胶、陶瓷和金属等基体为连续相，以纳米尺寸的金属、半导体、刚性粒子和其他无机粒子、纤维、纳米碳管等改性为分散相，通过适当的制备方法将改性剂均匀性地分散于基体材料中，形成一相含有纳米尺寸材料的复合体系，这一体系材料称之为纳米复合材料。复合材料由于其优良的综合性能，特别是其性能的可设计性被广泛应用于航空航天、国防、交通、体育等领域，纳米复合材料则是其中最具吸引力的部分，近年来发展很快，世界发达国家新材料发展的战略都把纳米复合材料的发展放到重要的位置。该研究方向主要包括纳米聚合物基复合材料、纳米碳管功能复合材料、纳米钨铜复合材料。在纳米聚

3、合物基复合材料方面，主要采用同向双螺杆挤出方法分散纳米粉体，分散水平达到纳米级，得到了性能符合设计要求的纳米复合材料。我们制备的纳米蒙脱土/PA6复合材料中，纳米蒙脱土的层间距为1.96nm，处于国内同类材料的领先水平（中国科学院为1.51.7nm），蒙脱土复合到尼龙基体中后完全剥离成为厚度11.5nm的纳米微粒，其复合材料的耐温性能、阻隔性能、抗吸水性能均非常优秀，此材料已经实现了产业化；正在开发的纳米TiO2/聚丙烯复合材料具有优良的抗菌效果，纳米TiO2粉体在聚丙烯中分散达到60nm以下，此项技术正在申报发明专利。由于纳米聚合物复合材料的成型工艺不同于普通的聚合物，本方向还积极开展新的成

4、型方法研究，以促进纳米复合材料产业化的进行。碳纳米管是上个世纪九十年代初发现的一种新型的碳团簇类纤维材料，具有许多特别优秀的性能。我们在碳纳米管取得的研究成果主要包括：1）大规模生产多壁碳纳米管的技术，生产出的碳纳米管的质量处于世界先进水平，生产成本也很低，为碳纳米管的工业应用创造了条件。2）开发了制造碳纳米管为电极材料的双电层大容量电容器的技术。3）开发了制造具有软基底定向碳纳米管膜的技术。钨铜复合材料具有良好的导电导热性、低的热膨胀系数而被广泛地用作电接触材料、电子封装和热沉材料第1章 纳米复合材料概述1.1纳米复合材料的定义及例证20世纪80年代，Roy和Komarneni提出纳米复合材

5、料(nanoeomposites)的定义，与单一组分的纳米结晶材料和纳米相材料不同，它是指材料两相(或多相)微观结构中至少有一相的一维尺度达到纳米级尺寸(1100nm)的材料1。也有学者做如下定义，当颗粒或尺寸至少在一维尺寸上小于100nm，且必须具有截然不同于块状材料的电学、光学、热学、化学或力学性能的一类复合材料体系2-4。目前已经成功制备的纳米复合材料已有很多，以下是其中几个例子以及其特备方法和特点。1.1.1聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料是采用溶液插层、原位聚合、熔融插层法进行制备的。这种材料的由于高分子能进入层状无机纳米材料的片层之间,其分子链段的运动受到了限制

6、而显著提高复合材料的耐热性及材料的尺寸稳定性，而且层状无机纳米材料可以在二维方向得到良好的增强作用。因此聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料相对纯聚丙烯来说其强度和韧性都得到了很大的提高，综合性能优异。1.1.2 ZnO/Ag纳米复合材料ZnO/Ag纳米复合材料的制备方法有共沉淀法，溶胶-凝胶法，化学沉积法，均匀沉淀法，喷射热分解法，固相法。纳米ZnO与普通ZnO微粒相比，具有许多特殊性质：非迁移性、压电性、荧光性、具有光吸收和散射紫外光的能力等。ZnO具有光触媒功能，Ag的加入减少了空穴-电子对的复合，大大提高了其催化性能5，无二次污染，而且光降解成本低，反应条件温和。1.1.3 聚吡咯/氧化石墨纳米

7、复合材料聚吡咯/氧化石墨纳米复合材料是采用插层复合法制备的，这种材料具有优异的力学、热学、电学和电化学性能。1.2纳米复合材料的结构及分类1.2.1纳米材料的结构1、纳米材料： 纳米材料是指三维空间尺度上至少有一维处于纳米量级或由它们作为基本单元构成的材料。 2、纳米科技：纳米科技(纳米科学技术)是指在纳米尺度上研究物质的特性和相互作用以及利用这种特性开发新产品的一门科学技术。 3、纳米结构单元：构成纳米材料的结构单元包括限定的团簇或人造原子团簇、纳米微粒、纳米管、纳米棒、纳米丝、同轴纳米电缆、纳米单层膜及多层膜等 。 （1）原子团簇指几个至几百个原子的聚集体，如Fen，CunSm，CnHm（

8、n和m都是整数）和碳簇（C60，C70和富勒烯等）等。一元原子团簇：包括金属团簇(如Nan,Nin等)和非金属团簇(如C60,C70团簇)；二元原子团簇：包括InnPm, AgnSm；多元原子团簇：Vn(C6H6)m，原子簇化合物：原子团簇与其他分子以配位化学键结合形成的化合物。 （2）纳米微粒是指纳米微粒(nanoparticles)是指颗粒尺寸为纳米量级的超细微粒，它的尺度大于原子团簇(cluster)，小于通常的微粉，通常把仅包含几个到数百个原子或尺寸小于1nm 的粒子称为簇，它是介于单个原子与固态之间的原子集合体。 （3）人造原子是指由一定数量的实际原子组成的聚集体，它们的尺寸小于10

9、0nm。研究人造原子特有的量子效应将为设计和制造纳米结构器件奠定理论基础。1.2.2纳米材料的分类纳米材料的分类方式有很多种，例如，按空间维度可分为零维材料量子点、一维材料量子线、二维材料量子阱、三位材料纳米块体，按材料的物理性质来分的话有纳米半导体、纳米磁性材料、纳米铁电体、纳米超导材料和纳米热电材料等，但若按照应用来分的话则有纳米电子材料、纳米光电子材料、纳米生物医用材料、纳米敏感材料和纳米储能材料等，按照结构来分的话有纳米颗粒、纳米固体、纳米纤维和纳米薄膜。本问主要介绍按照结构来分的纳米材料。1、纳米颗粒（1）尺度：指在一定尺寸范围内具有特定形状的几何体。这里所说的一定尺寸一般在毫米到纳

10、米之间，颗粒不仅指固体颗粒，还有雾滴、油珠等液体颗粒。一般而言，在室温下，物理化学性质发生显著变化的颗粒尺寸，多数处于0.1微米以下，因而从功能材料角度出发，可以将超细微颗粒尺寸的上限定位0.1微米，即100纳米。 目前机械法粉碎获得颗粒的尺寸一般只能到1微米。超微颗粒是指超越常规制粉手段所获得的微粒。因此1微米可作为超微颗粒的上限，所以笼统的说超微颗粒尺寸在1到1000纳米之间（小于1微米）。大 于1微米就是通常的微粉，小于1纳米的粒子称为原子簇。（2）纳米颗粒的形貌：纳米微粒的结晶形态多为球形或类球形，有分散的，也有链条的。纳米微粒的形貌与制备工艺密切相关。由于制备方法不同，纳米微粒不仅粒

11、径不同，而且形状也不同。例如，对于纳米Cr微粒，当直径小于20纳米时，微粒基本是球形，并且成链条形状，如图（a）所示。对于大于20纳米的 微粒，他的二维形态是正方形或矩形，如图（b）所示。而对于粒子大于20纳米的 微粒，他的截面呈六边形，如图（c）所示。2、纳米固体 纳米固体材料是一类有广阔应用前景的新型材料,它是由纳米量级的超细微粒压制烧结而成的人工凝聚态固体。这种材料具有新型的固态结构,其性质与处于晶态或非晶态的同种材料大不一样,因此将它称为纳米固体材料。1963年，日本名古屋大学教授田良二首先用蒸发冷凝法获得了表面清洁的纳米粒子。1984年由德国H.格莱特教授领导的小组首先研制成第一批人

12、工金属固体(Cu、Pa、Ag和Fe)。同年美国阿贡实验室研制成TiO2纳米固体。纳米固体材料的主要特征是具有巨大的颗粒间界面，如5纳米颗粒所构成的固体每立方厘米将含10的九次方个晶界，原子的扩散系数要比大块材料高10的14次方到10的16次方倍，从而使得纳米材料具有高韧性。 纳米固体材料：一般称为纳米结构材料，简称为纳米材料，是由颗粒或晶粒尺寸为1100nm的粒子凝聚而成的三维块体，其结构可以是晶体、非晶或准晶。 结构特点：小晶粒大界面界面特点：量大（对于510nm的固体结构，组成晶界的原子高达1550 ）；原子排列具有变化性、多样性；低能组态：晶界原子在压制时具有足够的移动性调整自己处于低能

13、状态。 晶界组元：纳米材料中晶界占有很大的体积分数，因而，对纳米材料来说，晶界不仅仅是一种缺陷，更重要的是构成纳米材料的一个组元，即晶界组元，是评定纳米材料的一个重要参数。1.3纳米复合材料的应用 借助于纳米材料的各种特殊性质，科学家们在各个研究领域都取得了性的突破，这同时也促进了纳米材料应用的越来越广泛化。1.3.1在催化方面的应用催化剂在许多化学化工领域中起着举足轻重的作用，它可以控制反应时间、提高反应效率和反应速度。大多数传统的催化剂不仅催化效率低，而且其制备是凭经验进行，不仅造成生产原料的巨大浪费，使经济效益难以提高，而且对环境也造成污染。纳米粒子表面活性中心多，为它作催化剂提供了必要

14、条件。纳米粒于作催化剂，可大大提高反应效率，控制反应速度，甚至使原来不能进行的反应也能进行。纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高1015倍。纳米微粒作为催化剂应用较多的是半导体光催化剂，非凡是在有机物制备方面。分散在溶液中的每一个半导体颗粒，可近似地看成是一个短路的微型电池，用能量大于半导体能隙的光照射半导体分散系时，半导体纳米粒子吸收光产生电子空穴对。在电场作用下，电子与空穴分离，分别迁移到粒子表面的不同位置，与溶液中相似的组分进行氧化和还原反应。光催化反应涉及到许多反应类型，如醇与烃的氧化，无机离子氧化还原，有机物催化脱氢和加氢、氨基酸合成，固氮反应，水净化处理，水煤气变换等，其中有

15、些是多相催化难以实现的。半导体多相光催化剂能有效地降解水中的有机污染物。例如纳米TiO2，既有较高的光催化活性，又能耐酸碱，对光稳定，无毒，便宜易得，是制备负载型光催化剂的最佳选择。已有文章报道，选用硅胶为基质，制得了催化活性较高的TiOSiO2负载型光催化剂。Ni或Cu一Zn化合物的纳米颗粒，对某些有机化合物的氢化反应是极好的催化剂，可代替昂贵的铂或钮催化剂。纳米铂黑催化剂可使乙烯的氧化反应温度从600降至室温。用纳米微粒作催化剂提高反应效率、优化反应路径、提高反应速度方面的研究，是未来催化科学不可忽视的重要研究课题，很可能给催化在工业上的应用带来革命性的变革。1.3.2在生物医学中应用 从

16、蛋白质、DNA、RNA到病毒，都在1-100nm的尺度范围，从而纳米结构也是生命现象中基本的东西。细胞中的细胞器和其它的结构单元都是执行某种功能的“纳米机械”，细胞就象一个个“纳米车间”，植物中的光合作用等都是“纳米工厂”的典型例子。遗传基因序列的自组装排列做到了原子级的结构精确，神经系统的信息传递和反馈等都是纳米科技的完美典范。生物合成和生物过程已成为启发和制造新的纳米结构的源泉，研究人员正效法生物特性来实现技术上的纳米级控制和操纵。纳米微粒的尺寸常常比生物体内的细胞、红血球还要小，这就为医学研究提供了新的契机。目前已得到较好应用的实例有：利用纳米SiO2微粒实现细胞分离的技术，纳米微粒，特

17、别是纳米金(Au)粒子的细胞内部染色，表面包覆磁性纳米微粒的新型药物或抗体进行局部定向治疗等。 正在研制的生物芯片包括细胞芯片、蛋白质芯片(生物分子芯片)和基因芯片(即DNA芯片)等，都具有集成、并行和快速检测的优点，已成为纳米生物工程的前沿科技。将直接应用于临床诊断，药物开发和人类遗传诊断。植入人体后可使人们随时随地都可享受医疗，而且可在动态检测中发现疾病的先兆信息，使早期诊断和预防成为可能。纳米生物材料也可以分为两类，一类是适合于生物体内的纳米材料，如各式纳米传感器，用于疾病的早期诊断、监测和治疗。各式纳米机械系统可以快速地辨别病区所在，并定向地将药物注入病区而不伤害正常的组织或清除心脑血

18、管中的血栓、脂肪沉积物，甚至可以用其吞噬病毒，杀死癌细胞。另一类是利用生物分子的活性而研制的纳米材料，它们可以不被用于生物体，而被用于其它纳米技术或微制造。1.3.3在其它精细化工方面的应用 精细化工是一个巨大的工业领域，产品数量繁多，用途广泛，并且影响到人类生活的方方面面。纳米材料的优越性无疑也会给精细化工带来福音，并显示它的独特畦力。在橡胶、塑料、涂料等精细化工领域，纳米材料都能发挥重要作用。如在橡胶中加入纳米SiO2，可以提高橡胶的抗紫外辐射和红外反射能力。纳米Al2O3，和SiO2，加入到普通橡胶中，可以提高橡胶的耐磨性和介电特性，而且弹性也明显优于用白炭黑作填料的橡胶。塑料中添加一定

19、的纳米材料，可以提高塑料的强度和韧性，而且致密性和防水性也相应提高。国外已将纳米SiO2，作为添加剂加入到密封胶和粘合剂中，使其密封性和粘合性都大为提高。此外，纳米材料在纤维改性、有机玻璃制造方面也都有很好的应用。在有机玻璃中加入经过表面修饰处理的SiO2，可使有机玻璃抗紫外线辐射而达到抗老化的目的；而加入A12O3，不仅不影响玻璃的透明度，而且还会提高玻璃的高温冲击韧性。一定粒度的锐钛矿型TiO2具有优良的紫外线屏蔽性能，而且质地细腻，无毒无臭，添加在化妆品中，可使化妆品的性能得到提高。超细TiO2的应用还可扩展到涂料、塑料、人造纤维等行业。最近又开发了用于食品包装的TiO2及高档汽车面漆用

20、的珠光钛白。纳米TiO2，能够强烈吸收太阳光中的紫外线，产生很强的光化学活性，可以用光催化降解工业废水中的有机污染物，具有除净度高，无二次污染，适用性广泛等优点，在环保水处理中有着很好的应用前景。在环境科学领域，除了利用纳米材料作为催化剂来处理工业生产过程中排放的废料外，还将出现功能独特的纳米膜。这种膜能探测到由化学和生物制剂造成的污染，并能对这些制剂进行过滤，从而消除污染。1.3.4在国防科技的应用 纳米技术将对国防军事领域带来革命性的影响。例如：纳米电子器件将用于虚拟训练系统和战场上的实时联系；对化学、生物、核武器的纳米探测系统；新型纳米材料可以提高常规武器的打击与防护能力；由纳米微机械系

21、统制造的小型机器人可以完成特殊的侦察和打击任务；纳米卫星可用一枚小型运载火箭发射千百颗，按不同轨道组成卫星网，监视地球上的每一个角落，使战场更加透明。而纳米材料在隐身技术上的应用尤其引人注目。 在雷达隐身技术中，超高频(SHF，GHz)段电磁波吸波材料的制备是关键。纳米材料正被作为新一代隐身材料加以研制。由于纳米材料的界面组元所占比例大，纳米颗粒表面原子比例高，不饱和键和悬挂键增多。大量悬挂键的存在使界面极化，吸收频带展宽。高的比表面积造成多重散射。纳米材料的量子尺寸效应使得电子的能级分裂，分裂的能级间距正处于微波的能量范围，为纳米材料创造了新的吸波通道。纳米材料中的原子、电子在微波场的辐照下

22、，运动加剧，增加电磁能转化为热能的效率，从而提高对电磁波的吸收性能。美国研制的“超黑粉”纳米吸波材料对雷达波的吸收率达99，法国最近研制的CoNi纳米颗粒被覆绝缘层的纳米复合材料，在2-7GHz范围内，其m和m几乎均大于6。最近国外正致力于研究可覆盖厘米波、毫米波、红外、可见光等波段的纳米复合材料，并提出了单个吸收粒子匹配设计机理，这样可以充分发挥单位质量损耗层的作用。纳米材料在具备良好的吸波功能的同时，普遍兼备了薄、轻、宽、强等特点。纳米材料中的硼化物、碳化物，铁氧体，包括纳米纤维及纳米碳管在隐身材料方面的应用都将大有作为 第2章纳米复合材料的生产工艺及性能2.1纳米复合材料的生产工艺纳米材

23、料的制备技术有多种，主要分为物理法和化学法。物理法工艺条件较为苛刻，粒径控制困难。化学法是在液相或气相条件下，首先形成离子或原子，再逐步长大形成纳米粒子。该法易得到粒径小，纯度高的超细粉体。1.物理法 主要是蒸发冷凝法，其它还有高能机械球磨法、机械粉碎法、火花爆炸法等。蒸发冷凝法是通过加热金属或化合物产生的原子雾与惰性气体原子碰撞而失去能量，凝集成纳米尺寸团簇，在冷却棒上聚集而成。2.化学法 气相法是目前制备纳米材料最有效的方法之一。它以气体为原料，通过反应成为物质的基本离子，再使其凝集成晶核，在加热区内长大成颗粒，在低温区停止生长而成。根据加热方式不同可分为热化学气相沉积(CVD) ，激光诱

24、导CVD 法，等离子体CVD 法和紫外光CVD 法。湿化学法通过液相合成粒子，它包括溶胶凝胶法、喷雾热解法、沉淀法和水热法3。2.2纳米复合材料的性能由无机纳米材料与有机聚合物复合而成的纳米复合材料具有无机材料无机纳米材料、有机聚合物材料、无机填料增强聚合物复合材料、碳纤维增强聚合物复合材料等所不具备的一些性能，主要表现如下:1.同步增韧增强效应 无机材料具有刚性，有机材料具有韧性，无机材料对有机材料的复合改性，会提高有机材料的刚性，但会降低有机材料的韧性。塑料与橡胶比较而言，塑料具有刚性，橡胶具有韧性，塑料对橡胶复合改性，会提高橡胶的刚性，但会降低橡胶的韧性；橡胶对塑料的复合改性，在保持橡胶

25、韧性的情况下，难以提高塑料的刚性。这些复合改性，效果往往是单一的，甚至是矛盾的。而纳米材料对有机聚合物的复合改性，却是在发挥无机材料的增强效果的同时，又能起到增韧的效果，这是纳米材料对有机聚合物复合改性最显著的效果之一。2.新品高分子材料 传统功能高分子材料一般包括化学功能高分子材料、光功能高分子材料、电功能高分子材料、声功能高分子材料和生物医用高分子材料等，基本上都是通过化学反应合成得到的，它们都具有一定的官能团，或者要赋予一定的官能团，才能表现出它的功能性来。而纳米复合材料是通过纳米材料改性有机聚合物而赋予复合材料新的功能，纳米材料以纳米级水平均匀分散在复合材料之中，没有所谓的官能团，但可

26、以直接或间接地达到具有官能团地目的。3.强度大、模量高 普通无机粉体材料对有机聚合物基复合材料有较高地强度、模量，而纳米材料增强地有机聚合物复合材料却有更高地强度、模量，加入很少(3%5%质量分数)即可使聚合物的强度、刚度、韧性及阻隔性能获得明显提高。不论是拉伸强度还是弯曲强度，还是拉伸模量或者弯曲模量均具有一致的变化率。在加入相同质量比的情况下，一般要高出10倍以上。与玻璃纤维增强复合材料的强度、模量相当，但材料的密度小、质量轻。同时纳米材料的粒径越小，其赋予复合材料的强度、模量就越高。4.阻隔性能 对于插层纳米复合材料，由于聚合物分子链进入到层状无机纳米材料片层之间，分子连段的运动受到限制

27、，而显著提高了复合材料的耐热性及材料的尺寸稳定性；层状无机纳米材料在二维方向阻碍各种气体的渗透，从而达到良好的阻燃、气密的作用。5.电阻、介电常数和击穿强度 纳米无机粒子对于材料的电学性能的影响与其他填料有所不同。第一，与高分子本体相比，无机纳米粒子的电学性能会更容易产生变化，所以量子效应在高分子纳米复合材料中变得重要。第二，当无机粒子体积含量一定时，粒子尺寸越小，粒子间的距离也越小，所以逾渗结构在无机粒子低含量时就能实现。另外，随着导电无机粒子的加入，高分子纳米复合材料电阻降低的速率与传统微米复合材料相比也较低，这可能与纳米复合材料具有很大的界面区域和较高的界面阻抗有关。 高分子材料的介电常

28、数可以通过加入一些微米或者纳米尺寸的金属氧化物填料来得到提高，但是微米尺寸的填料在实际应用时会导致材料电击穿强度的明显降低，相比而言，无机纳米粒子的使用的一个优势就是不会带来电击穿强度的明显下降。氧化锌填充的低密度聚乙烯体系，同样氧化锌质量含量50%的时候，纳米尺寸氧化锌填充的材料的电击穿强度比亚微米尺寸氧化锌填充的高10%。6.光学透明性 由于高分子复合材料中无机粒子的存在，对可见光具有很强的散射作用，所以在提高高分子其他方面性能的同时，光学透明性有所降低。第3章纳米复合材料制品发展现状及其市场3.1纳米复合材料的发展趋势与未来展望3.1.1 纳米复合材料的概念及发展纳米材料是指晶粒尺寸在1

29、lOOnm间的单晶体或多晶体，纳米复合材料一般是指在陶瓷或金属基体中含有纳米粒子第二相的复合材料。近年来，人们对纳米材料许多不同寻常的特性有了进一步研究与了解，逐渐认识到其优异的物理和化学性质及广阔的应用前景，及对科技进步和社会发展的突出作用，不断投入人力物力进行纳米材料的开发研究，许多实验方法和工艺被成功地用于纳米晶体材料的合成及性能研究中。复合材料由于其优良的综合性能，特别是其性能的可设计性被广泛应用于航空航天、国防、交通、体育等领域，纳米复合材料则是其中最具吸引力的部分，近年来发展很快，世界发达国家新材料发展的战略都把纳米复合材料的发展放到重要的位置。该研究方向主要包括纳米聚合物基复合材

30、料、纳米碳管功能复合材料、纳米钨铜复合材料。由于纳米材料的晶粒细小，使其晶界上的原子数的比例增大，即产生高浓度晶界，因而使纳米材具有许多不同于粗晶材料的特异的性质，如体积效应、表面与界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应、特殊的光吸收特性、电化学性质等 。从而使纳米材料在光、电、热力学和化学反应等许多方面表现出一系列优异性能，令目前科技手段无法解决的许多问题迎刃而解。因而在陶瓷、电子信息、生物工程、化学工业、金属加工和环境保护等行业具有非常广阔的应用前景。1.2纳米复合材料的发展在纳米聚合物基复合材料方面，主要采用同向双螺杆挤出方法分散纳米粉体，分散水平达到纳米级，得到了性能符合设计要求的纳

31、米复合材料。我们制备的纳米蒙脱土/PA6复合材料中，纳米蒙脱土的层间距为1.96nm，处于国内同类材料的领先水平（中国科学院为1.51.7nm），蒙脱土复合到尼龙基体中后完全剥离成为厚度11.5nm的纳米微粒，其复合材料的耐温性能、阻隔性能、抗吸水性能均非常优秀，此材料已经实现了产业化；正在开发的纳米TiO2/聚丙烯复合材料具有优良的抗菌效果，纳米TiO2粉体在聚丙烯中分散达到60nm以下，此项技术正在申报发明专利。由于纳米聚合物复合材料的成型工艺不同于普通的聚合物，本方向还积极开展新的成型方法研究，以促进纳米复合材料产业化的进行。 碳纳米管是上个世纪九十年代初发现的一种新型的碳团簇类纤维材料

32、，具有许多特别优秀的性能。我们在碳纳米管取得的研究成果主要包括： 1）大规模生产多壁碳纳米管的技术，生产出的碳纳米管的质量处于世界先进水平，生产成本也很低，为碳纳米管的工业应用创造了条件。 2）开发了制造碳纳米管为电极材料的双电层大容量电容器的技术。 3）开发了制造具有软基底定向碳纳米管膜的技术。钨铜复合材料具有良好的导电导热性、低的热膨胀系数而被广泛地用作电接触材料、电子封装和热沉材料。采用纳米粉末制备的纳米钨铜复合材料具有非常优越的物理力学性能，我们采用国际前沿的金属复合盐溶液雾化干燥还原技术成功制备了纳米钨铜复合粉体和纳米氮化钨铜复合粉体，目前正在加紧其产业化应用研究。3.1.2有机无机

33、纳米复合材料的研究进展有机无机纳米复合材料的发展历程早在1959年，著名的物理学家Richard Feynaman E 在美国物理学年会中的讲演中首次提出了“What WOU1d happen if we could arrange theatoms one by one the way we want them?”的思想，日本科学家Kubo在1962年就对纳米离子的量子尺寸效应进行了理论研究，而后日本名古屋大学上田良二教授则定义纳米离子是用透射电镜TEM能看到的微粒。但寓至80年代初由Roy和Komarnanil】 提出“纳米复合材料”的概念以来，纳米复合材料的研究才得到迅速发展。近年来，制

34、备有机无机纳米复合材料是材料科学领域研究的一个热点，已引起人们的广 泛关注。如日本已将这种新材料应用于汽车工业食品包装业等，其它潜在的应用还包括飞机内部材料、电工和电子元件、防护罩结构部件、制动器和轮胎等有机无机纳米复合材料已经成为日本、美国、法国等发达国家近年来在新材料和功能材料领域中研究的热点之一。材料的制备是性能研究的基础，因此，纳米复合材料的制备方法一直是该研究领域的一个重要课题。有机无机纳米复合材料的应用与传统的有机无机复合材料相比，有机无机纳米复合材料兼具无机物与有机聚合物的优点El4。无机纳米粒子与聚合物间界面是微观的，而不是宏观的，甚至是分子级水平的，由于无机纳米粒子与聚合物的

35、界面面积很大，这就大大降1氐了界面应力集中，消除无机物与有机物基体之间热膨胀系数不匹配问题，充分发挥无机物分子的优异力学性能，高耐热性，聚合物的可加热性，电学性能，光学性能等。有机无机米复合材料物理性能明显优于相同组分的常规复合材料_I 。高性能增强高聚物复合材料16纳米复合使材料比普通复合具有更优越的力学性能，它可作为聚合物一无机超韧高强结构材料，高温粘结剂和耐刮涂料等，如尼龙一6蒙脱石已实现工业化，1990年日本丰田研究所已将此材料应用于汽车零部件，包装材料，1995年尤尼卡公司则将该材料应用于汽车引擎盖。半导电和导电材料导电聚合物嵌入无机层状物的有机无机纳米复合材料可成为电子导电或粒子导

36、电材料，这类材料有明显的各向异性。环氧乙烷聚合物硅酸盐系有机无机纳米复合材料可用作固体电池的电解质。V205和Sn02的有机无机纳米复合材料是优良的半导体，己加工成型为透明电极。电致发光或变色材料V205，Mo03，W03等无机层状物和PPy(聚吡咯)形成的嵌入型有机无机纳米复合材料可制得电致发光材料和电致变色材料。仿生材料仿生材料是当前材料科学中的前沿领域 。自纳米材料问世以来，仿生材料研究的热点已经开始向纳米复合材料转移。目前已有少量仿生材料应用于医疗领域，如A1 203于生物相容性好、耐磨损、强度高，韧性比常规材料高等特性，而用来制作人工关节、人工骨、人工齿根等，纳米Zr02也可以制作人

37、工关节、人工齿根等。3.2纳米复合材料的市场前景 自80年代中期以来，纳米材料所表现出的特异化学、机械、电子、磁学及光学性能引起众多学科领域的专家和学者的重视。超细颗粒与纳米材料逐渐成为世界材料研究的热点。德国科学技术部对纳米材料和技术未来的潜力分析和预测说，到2000年，纳米材料结构器件市场容量约为6375亿美元，纳米材料薄膜器件市场为340亿美元，纳米粉体、纳米复合陶瓷及其它复合材料市场容量为5457亿美元，纳米材料超精度加工技术市场容量442亿美元，纳米晶体材料及其生长技术市场容量238亿美元，纳米材料的评价技术测量手段市场容量为272亿美元。市场的突破口很可能在信息、通讯、微电子、环境

38、、医药等领域。 纳米材料的应用可以具有多种形态，目前常见的有纳米颗粒型、纳米固体等。应用时直接使用纳米颗粒的形态称为纳米颗粒型材料。主要应用的是纳米颗粒特别高的比表面积与活性可以显著地提高材料的性能。 例如，以粒径小于100纳米的镍，和铜一锌合金的纳米颗粒为主要成分制成的催化剂可使有机物氢化的效率达到传统镍催化剂的10倍，纳米的铁、镍与YFe202混合轻烧结体可以代替贵金属而成为汽车尾气净化的催化剂；纳米银粉、镍粉轻烧结体作为化学电池、燃料电池和光化学电池的电极，可以增大与液体或气体之间的接触面积，增加电池效率，有利于电池的小型化；纳米颗粒的轻烧结体可以生成微孔过滤器；磁性纳米颗粒作为药剂的载

39、体，在外磁场的引导下集中于病患部位，利于提高药效；采用纳米金属颗粒制成金属溶胶，接上抗原或抗体就能进行免疫学的间接凝集试验，用于快速诊断；在化学纤维制造工序中掺入铜、镍等金属纳米颗粒，可以合成导电性的纤维，从而制成防电磁辐射的纤维制品或电热纤维，亦可以与橡胶、塑料合成导电复合体。纳米固体材料通常指由尺寸小于15纳米的颗粒在高压下压制成型，或再经一定热处理工序后所生成的致密型固体材料。主要应用的是纳米固体具有巨大的颗粒间界面，从而使纳米材料具有高韧性。这方面的应用主要是纳米陶瓷以及纳米复合陶瓷材料，含有20%纳米钴颗粒的金属陶瓷是火箭喷气口的耐高温材料；在医学生物领域可制活性的人造牙齿、人造骨、

40、人造器官等。 鉴于纳米材料广阔的应用前景，世界各国都不惜巨资大力开展纳米材料的研究。1997年美国、日本及西欧政府投入纳米技术的开发经费约36亿美元，日本通产省每年投入约删0万美元，德国政府投入约5000万美元，用于基础及应用开发。 为了加快纳米材料的应用，我国最大的纳米材料生产线，前不久在浙江省舟山明日纳米材料有限公司建成投产，该生产线可年产纳米二氧化硅100吨以上，粒度只有20纳米且质量优良。这标志着我国开发跨世纪高科技纳米材料已步入生产化阶段，成为继美、德、英、日之后第五个能批量生产纳米材料的国家。该公司研制出五种规格表面特性不同的纳米粉体材料，并相继开发出纳米添加橡胶改性和树脂改性的场地材料、纳米复合