《纳米复合材料》第2章 纳米复合材料概论

1、内 容 1.纳米材料与复合材料 3.填充纳米复合材料 4.杂化纳米复合材料 2.纳米复合材料概论 5.插层纳米复合材料 6.纳米复合材料的结构与表征方法 7. 纳米复合材料的应用第二章 纳米复合材料概论背景纳米科学概念与发展纳米复合材料复合材料的概念与发展2.1 纳米复合体系定义复合材料：两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。通常有一相为连续相，称为基体；另一相为分散相，称为增强材料。纳米复合材料：？ 两种或两种以上的固相至少一种在一维以纳米级大小复合而成的复合材料。特点：分散相与连续相之间界面积非常大，界面间粘结性很强，使界面模糊（理想界面）。第二章 纳米复合材料

2、概论2.2 纳米复合材料构成纳米复合材料的构成 非聚合物基纳米复合材料聚合物基纳米复合材料金属/陶瓷陶瓷/金属陶瓷/陶瓷有机聚合物/陶瓷无机物/聚合物聚合物/聚合物制备方法、基本原理、基本性质和应用第二章 纳米复合材料概论第二章 纳米复合材料概论纳米复合材料的构成形式纳米复合材料的构成形式0-0型 不同成分，不同相或不同种类的纳米 微粒复合而成的纳米固体或液体0-1型 纳米微粒与一维的纳米线，纳米丝 等复合 0-2型 纳米微粒分散到二维的纳米薄膜中0-3型 纳米微粒分散到常规固体粉体中1-3型 纳米碳管，纳米晶须与常规聚合物 粉体复合2-3型 无机纳米片体与聚合物粉体 聚合物前驱体第二章 纳米

3、复合材料概论2.3 纳米复合材料的命名与分类a 命名两种方式：纳米氧化锌环氧树脂复合材料 氧化锌/环氧树脂纳米复合材料 用途：催化剂，塑料，涂料，纤维，生物仿生材料，粘合剂， 密封胶b 分类 性能：光电转换，增强剂，光学材料，磁性材料，耐磨材料 形态：粉体，膜材，型材 基体材料：环氧树脂、不饱和树脂，丙烯酸树脂，聚烯烃，聚酰胺 分散相组分类型：氧化物，硫化物，含氧酸盐，复合型纳米材料 制备方法：填充纳米复合材料，插层纳米复合材料，杂化纳米 复合材料第二章 纳米复合材料概论按2.4 纳米复合材料的性能与特点2.4.1 基本性能：可综合发挥各种组分的协同效能性能的可设计性可按需要加工材料的形状，避

4、免多次和重复加工2.4.2 特性：同步增韧增强效应新品功能的高分子材料强度大，模量高 (可比常规粉体提高210倍)阻隔性能好 第二章 纳米复合材料概论2.4.3 热力学稳定性避免相分离Gm HmTSm 0第二章 纳米复合材料概论纳米材料本身的混乱度比较大，与聚合物混合时，混合熵变Sm几乎为0。混合物要具有相容性，不发生相分离的基本条件是： 混合自由能Gm，或复合焓变Hm 0。2.5 纳米复合材料的设计原理功能化设计合成手段上的简易化设计稳定化设计形成共价键形成离子键形成配位键纳米作用能的亲和作用溶胶-凝胶法插层法共混法填充法纳米材料的选择设计基体聚合物材料的选择设计复合材料的界面设计第二章 纳

5、米复合材料概论2.6 纳米复合材料的制备纳米微粒填充法直接填充纳米粉体在聚合物基体中合成纳米复合材料的方法方式：溶液，乳液，熔融等共混优点：简单易行，量容易控制等缺点：相分离，团聚第二章 纳米复合材料概论纳米粒子 纳米膜 纳米纤维 纳米微粒原位合成法 利用聚合物特有的官能团对金属离子的络合吸附及基体对反应物运动的空间位阻，或是基体提供的纳米级的空间结构的限制，从而原位反应生成纳米微粒构成纳米复合材料。Cellulose fiber第二章 纳米复合材料概论聚合物基体原位聚合法 纳米微粒的有机单体的胶体溶液中，有机单体在一定条件下，原位聚合生成有机聚合物，形成分散有纳米微粒的复合材料。聚合物单体聚

6、合物纳米复合材料第二章 纳米复合材料概论两相同步原位合成法纳米材料和高分子基体同步原位形成纳米复合材料插层原位聚合蒸发（溅射，激光）沉积法辐射法溶胶凝胶法第二章 纳米复合材料概论2.7 纳米复合材料中纳米微粒的聚集态结构 纳米粒子在高聚物基体中的分散分布形态，与纳米微粒表面性质，基体性能及复合材料的加工工艺和复合方式有关，直接决定纳米微粒的协同效应。描述：粒径分布、粒间距、拓扑参数第二章 纳米复合材料概论2.8 纳米复合材料的发展 制备方法 深化现有技术，发展潜力技术 反应机理、制备工艺、影响因素 基础研究成果转化第二章 纳米复合材料概论 结构表征 界面结构的基本问题 纳米微粒的聚集态问题界面

7、的构成界面的物理和化学相互作用界面的稳定性界面对材料性质的影响在小尺寸效应和表面效应基础上在量子效应基础上第二章 纳米复合材料概论 应用研究 纳米微粒的分散性 分散工艺的研究 纳米微粒的用量，材料性能的保持与增强、成型加工性能的关系第二章 纳米复合材料概论 复合机理研究 表面结构与性质关系 开展热力学，动力学研究 发展复合力学模型，数学模型和计算机模拟第二章 纳米复合材料概论课堂作业 （开卷，禁止互相抄袭） 510 道题（概念简答题，填空题，简述题，短英文翻译等）第二章 纳米复合材料概论思考题：1、何为纳米复合材料？基本构成如何？2、简述纳米复合材料的构成形式。3、如何给纳米复合材料命名？4、简述纳米复合材料如何分类？5、简述纳米复