整套教学课件《纳米复合材料》

课时设置与课堂纪律1.课时安排和教室：

1～10周（共10次课）（9月9日～11月11日）,

其中：第9次课(11月4日，材料楼C378)答疑，第10次课（11月11日）考试，考试教室：待定。周三7、8、9节（下午2：50～5：05）教室：松11062.课堂纪律（除按学校规定外）上课点名;病、事假：交请假条（辅导员签名）；旷课：一次扣2分；旷课5次以上，取消考试资格和成绩。课程形式与考试采用基础课程讲授/讲座/课堂讨论等形式

纳米复合材料：是一门新兴的交叉学科，新的概念多、定义难以准确全面，理论体系尚不完善；注重定义、概念和原理的理解和掌握。2.讲授和讨论相结合上课发言：1～2分，课堂讨论/提问/回答：0.5～1分，PPT报告：3～5分。作业分组专题报告（PPT）、英文文献翻译/讲解。期末考试

闭卷考试（不要同时选课和考试，经院系批准可自修，自修没有平时成绩）。成绩评定平时成绩占30％（以90分为基数），期末考试成绩占70％。参考书目

纳米复合材料

徐国财，张立德。化学工业出版社，2002

聚合物纳米复合材料

柯扬船。科学出版社，2009

纳米功能复合材料及应用李凤生，杨毅等。国防工业出版社，2003聚合物—无机纳米复合材料

柯扬船,(美)皮特·斯壮主编。化学工业出版社，2003课程内容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.纳米复合材料的应用7.纳米复合材料的结构与表征方法内容

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.纳米复合材料的应用7.纳米复合材料的结构与表征方法第一章纳米材料与复合材料1.1纳米材料第一章纳米材料与复合材料1.1.1纳米材料概述构成万物的小小原子，究竟小到什么程度？中国古代有位叫公孙龙的说过：“一尺之棰，日取其半，万世不竭。1959年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼在《Thereisplentyofroomatthebottom》的一次讲演中指出，从石器时代开始，人类所有的技术革新都与把物质做成有用的形态有关，而从物理学的规律来看，不能排除从单个分子甚至原子出发而组装制造物品的可能性。费曼憧憬说：“如果有一天可以按人的意志安排一个个原子，将会产生怎样的奇迹？”他预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，最后将变成根据人类意愿，逐个地排列原子，制造“产品”，这是关于纳米技术最早的梦想。七十年代，科学家开始从不同角度提出有关纳米科技的构想。第一章纳米材料与复合材料认识物质世界宏观——眼睛识别周围物体宇宙无限大微观——分子、原子、质子、中子、电子、介子、光子、中微子、夸克

中间地带（微米～纳米）：眼睛能看见（胶体）分子、原子？未被认识（微米，m，10-6m

）（埃，Å，10-10m

）第一章纳米材料与复合材料1861年——定义胶体尺寸10-9～10-6m1962年——制备出了纳米粉末1纳米(nm):10-9m，头发的直径:0.05mm左右纳米科学与技术纳米领域概念纳米尺度（1～100nm）介观尺度（～1nm）纳米粒子（0维）/纤维（1维）/膜（2维）纳米材料纳米技术第一章纳米材料与复合材料纳米材料：一维、二维或三维的尺寸在1～100nm范围内的颗粒状、块状或液状的物质称为纳米材料。

纳米技术：在分子水平上控制单个原子、创造出分子结构完全不同的新物质的技术。这些物质因其尺寸达到纳米范围而呈现出异常的、显著改变的物理、化学和生物特性。包括纳米的制备、设计、测试和应用技术。第一章纳米材料与复合材料1.1.2纳米材料分类纳米材料属性纳米金属材料（Au、Ag、Cu、W等）氧化物纳米材料（TiO2、Fe2O3、稀土La2O3、Y2O3,是高效发光材料）硫化物纳米材料（CdS、ZnS）碳（硅）化合物纳米材料（SiC、MoSi2）氮（磷）等化合物纳米材料（TiN、GaP）含氧酸盐纳米材料（CaCo3、BaTiO3）纳米材料功能半导体型纳米材料光敏型纳米材料增强型纳米材料磁性纳米材料纳米材料来源天然纳米材料合成纳米材料分类方式按第一章纳米材料与复合材料1.1.3纳米材料性质基本性质：小尺寸效应表面效应量子尺寸效应宏观量子隧道效应纳米CdS2014年8月昆山工厂爆炸第一章纳米材料与复合材料纳米材料的特性：光学特性：光谱迁移性、光学吸收性、光学发光和光学催化性。粒径决定了纳米TiO2对紫外线的屏蔽能力，60～120nm效果最佳，小于50或大于150nm对紫外线散射能力下降，吸收能力增强。第一章纳米材料与复合材料磁学特性：奇异的超顺磁性和较高的矫顽力，以及磁致性（磁致冷，磁致电阻）。纳米微粒的尺寸大小不同，其磁特征不同。20nm的纯铁微粒的矫顽力是大块铁的1000倍，<6nm时矫顽力反而降为零，表现为超顺磁性。铁系氧化物：粒径<10nm超顺磁特性30-50nm矫顽力随粒径减小而下降50-200nm矫顽力达最大，呈单畴特性超顺磁性：某些铁磁性或亚铁磁性微小单畴粒子系统受热扰动而呈现出的顺磁性。

矫顽力：使已被磁化的铁磁体的磁感应强度降为零所必须施加的磁场强度，即磁体保持永磁的能力。第一章纳米材料与复合材料催化特性（热催化、光催化）1972年，《自然》杂志发表的纳米TiO2

电极进行光分解水的论文。

TiO2光催化分解有机物，每降解一个碳原子，生成一个CO2，重复循环，直到有机物完全转化为CO2为止。第一章纳米材料与复合材料增强增韧特性

纳米无机材料由于粒径小、比表面大，在聚合物复合材料中，与基体材料件间有很强的结合力，不仅能提高材料的刚性、硬度和耐磨性，还可以起到增韧的效果。储氢性质

纳米晶金属氢化物和碳纳米管、纳米纤维等都是新型的储氢材料。吸氢容量可达3～6％，纳米碳纤维可达10％（质量分数），超海绵状纳米碳纤维可高达40％，室温下可释放出80％的氢。（氢气沸点：—252.8oC。燃料电池、氢能汽车）润滑性质

纳米材料具有耐磨性、减摩擦性质，可作为润滑材料使用，且润滑效果很好。（原理：微轴承、形成光滑保护层和填充表面微坑。）第一章纳米材料与复合材料1.1.4纳米材料制备方法（1）按制备过程的物态分类：气相制备方法——金属纳米材料（Au、Ag、Cu等）液相制备方法——以水和有机溶剂为介质制备各种纳米材料和复合材料固相制备方法——机械合金化制造技术（2）制备过程的变化形式分类：物理方法——物理粉碎，物理气相沉积，流动液面真空蒸发，放电爆炸，真空溅射等化学方法——化学气相沉积，水热合成，化学沉淀物理化学方法——溶胶凝胶法，微乳液法，反相胶束法1.1.4.1制备方法分类第一章纳米材料与复合材料（3）按纳米材料的形成形式分类：从小到大构筑式——从原子，分子出发制备纳米材料从大到小粉碎式——由常规块体制备纳米材料（4）按纳米材料的制备工艺技术分类：等离子体法与激光方法蒸发与燃烧方法溶胶－凝胶法爆炸方法，喷雾方法沉淀方法冷冻干燥方法第一章纳米材料与复合材料1.1.4.2气相合成方法——制备的粉体颗粒细，团聚少需具备的5个基本要素：气源、热源、气氛、工艺参数监控系统、粉体收集系统。物理气相沉积法：在整个纳米材料过程中没有发生化学反应，借助各种物理方法使常规材料强制性地达到纳米粒子的程度。主要应用于制备各种金属纳米微粒。化学气相沉积法：借助物质的化学变化而达到纳米微粒形成的目的。是制备多元素纳米材料的常用方法，例如金属氧化物、碳氮氧化物以及复合型纳米材料包括：第一章纳米材料与复合材料1.1.4.2.1物理气相沉积法：（1）气体冷凝法：利用各种热源促使金属等块体材料蒸发气化，然后冷却沉积得到纳米材料：第一章纳米材料与复合材料（2）电极溅射法：利用金属板作阴阳极，阴极为蒸发用材料，通过施加电压产生辉光放电使惰性气体产生的离子轰击阴极靶材，从而产生超微粒子在附着面沉积。第一章纳米材料与复合材料（3）活性氢－熔融金属反应法：含有氢气的等离子体与金属间产生电弧，使金属熔融，电离的氮气、氩气和氢气等气体溶入熔融金属，然后释放出来，在气体中形成超微金属粒子，通过收集，过滤与分离得到纳米微粒。第一章纳米材料与复合材料1.1.4.2.2化学气相沉积法：在气态条件下，通过物质间的化学变化合成纳米粉体材料。可以制备氧化物，硅化物，碳化物等纳米材料。（1）等离子体方法：利用等离子体做热源来提供纳米材料合成过程中所需能量的一种新工艺。优点：温度高（中心区可达104℃）活性高（高度电离状态）气氛纯净，清洁温度梯度大（易实现高度过饱和和骤冷）第一章纳米材料与复合材料等离子体方法制备的纳米材料纳米微粒的纯度较高颗粒比较均匀，质量好可以使用非惰性气体优点：缺点：气态物料存在一定强度的腐蚀性液体喷雾加料技术不成熟能耗大，生产成本较高等离子发生技术直流电弧等离子体射频感应等离子体常压微波等离子体第一章纳米材料与复合材料

（2）激光诱导化学气相沉积：利用反应气体分子对特定波长激光束的吸收，引起反应气体分子激光光解，激光热解，激光光敏化诱导等化学反应，控制合成工艺条件（激光功率密度，反应池压力，反应气体配比和流速、反应温度等），制备超细纳米粒子。制备硅，碳化硅，氮化硅：SiH4（g）Si（g）＋2H23SiH4（g）＋4NH3（g）Si3N4（s）＋12H2SiH4（g）＋CH4SiC（s）＋4H22SiH4（g）＋C2H42SiC（s）＋6H2CO2激光第一章纳米材料与复合材料激光诱导化学气相沉积近年来兴起的制备纳米微粒的优秀方法。特点：粒子表面清洁，大小可以精确控制，无粘结，粒度分布均匀。品种多：可以是单质，化合物，复合材料等。第一章纳米材料与复合材料1.1.4.3液相合成方法优点：颗粒表面活性好，工业化生产成本低，产物组成易控缺点：硬团聚，颗粒大小不均匀，纯度低，性能不够稳定（1）物理法：将溶解度高的盐的水溶液雾化成小液滴，使其中的盐成球状均匀地迅速析出，从而得到超细金属盐微粒，或者加热分解制备得到金属氧化物纳米微粒。（2）化学法：在水溶液中通过水解等化学反应生成沉淀物。沉淀法水热法溶胶－凝胶法微乳液法模板法第一章纳米材料与复合材料沉淀法——包含一种或多种阳离子的可溶性盐溶液，当加入沉淀剂后，或一定温度下使溶液发生水解，形成不溶性的氢氧化物或无机盐类，经热分解即可得到所需的氧化物粉体。共沉淀法：在含有多种阳离子的溶液中加入沉淀剂后，所有离子完全沉淀的方法。又可分为单相沉淀和混合物共沉淀。均相沉淀法:通过控制溶液沉淀剂浓度，使沉淀在整个溶液中均匀进行，从而控制颗粒的生长速度，获得纯度高、粒度均匀的纳米颗粒。第一章纳米材料与复合材料水热法——将反应物和水在密闭容器中加热到高温高压时，反应物发生变化形成纳米微粒的过程。反应物可以是金属盐、氧化物、氢氧化物以及金属粉末的水溶液或液相悬浮液。溶剂也可以拓展到有机溶剂，苯，甲苯等。水热法合成祖母绿宝石第一章纳米材料与复合材料

溶胶凝胶法——采用特定的纳米材料前驱体在一定条件下水解，形成溶胶，然后经溶剂挥发及加热等处理，使溶胶转变成网状结构的凝胶，再经过适当的后处理工艺形成纳米材料的一种方法。原料可分散体系溶胶凝胶纳米材料酸/水＋H2O－H2O热处理作业：PPT讲述——溶胶凝胶法在聚合物/无机纳米复合材料中的应用第一章纳米材料与复合材料微乳液法——两种互不相容的液体形成的热力学稳定的，各向同性的均匀的分散体系，一般由水溶液，有机溶剂，表面活性剂及助剂组成，一般有水包油和油包水以及连续双包型。关键因素：微乳液体系的选择适当的沉淀条件合适的后处理条件第一章纳米材料与复合材料模板法——以有机分子或其自组装的体系为模板剂,通过离子键、氢键和范德华力等作用力，在溶剂存在的条件下使模板剂对游离状态下的无机或有机前躯体进行引导，从而生成具有纳米有序结构的粒子或薄膜。第一章纳米材料与复合材料1.1.4.4固相合成方法包括：高性能球磨法和快淬法特点：规模大，产量高，工艺简单易行；不均匀，介质表面和界面的环境污染，空气气氛中氧、氮等对球磨介质起化学反应。第一章纳米材料与复合材料1.1.4.5其他合成方法稻草变黄金钱逸泰院士发表在1998年的《科学》杂志上的一篇关于在高压釜中用中温（700℃）催化热解法使四氯化碳和钠反应制备出金刚石纳米粉燃烧合成法：爆炸法：燃烧合成是采用硝酸盐水溶液－有机燃料混合物为原料，在较低的点火温度和燃烧放热温度下，简便、快捷地制备出多组分氧化物粉体。第一章纳米材料与复合材料1.1.4.6纳米材料制备原理金属蒸气共凝聚生长机制晶核间凝聚反应机制直接蒸发形成化合物相纳米粒子机制晶相纳米材料的形成原理（过程）：成核晶核生长关键因素：晶核控制（高速淬冷）制备方法和成型环境不同，制备原理也不尽相同。如在惰性气体下的气相蒸发制备纳米材料，机理为：第一章纳米材料与复合材料1.1.5纳米材料应用多种形态：纳米粉体，纳米固体，纳米结构材料主要利用其比表面积大和活性特别高的特点。催化剂陶瓷材料医用材料磁性材料防护材料光电转换材料传感器以粒径小于300nm的Ni和Cu-Zn合金的超细微粒为主要成分制成的催化剂，可使有机物氢化的效率提高到传统镍催化剂的10倍。由于纳米材料高表面、高活性、特殊物理性质，使其对环境（如温度、湿度、光、气味）等十分敏感，制成响应速度快、灵敏度高、选择性好的各种传感器。第一章纳米材料与复合材料1.1.6.1典型的纳米粉体材料

纳米CaCO3：粒径<100nm作用：增白，增强——塑料、橡胶、涂料、纸张生产技术：碳化法间歇碳化法喷雾碳化法超重力碳化法1.1.6典型的纳米材料反应过程：石灰石CaCO3CaOCa(OH)2CaCO3

煅烧消化粉碎纳米粉体CO2无机物改性剂－－缩合磷酸，钛酸酯，硅酸酯，铝酸酯有机物改性剂－－脂肪酸及其盐类，天然或合成高分子表面改性：应用：涂料方面，塑料方面，橡胶方面，纸张方面等。第一章纳米材料与复合材料纳米CaCO3特点：表面羟基多、亲水疏油；易团聚，难分散。通过表面改性，提高粉体的亲油性、防止团聚、提高分散性。第一章纳米材料与复合材料性能优良的光催化剂－纳米TiO2气相法（气相氧化、气相水解）液相法（溶胶凝胶、化学沉淀）制备：特点：催化活性高、热稳定性好、耐久性能好、价格便宜、无害。氧化法TiCl4+O2TiO2+Cl2水解法Ti(OC4H9)4+H2OTiO2+4C4H9OH反应过程：第一章纳米材料与复合材料表面无序原子数占50％，表面Ti原子缺少O原子配位，处于欠氧状态，因而具有很高的活性。A－内部钛原子，B－表面钛原子，X－氧原子结构特性：第一章纳米材料与复合材料光催化机理：纳米TiO2光催化反应机理示意图锐钛型纳米TiO2具有光催化活性。半导体TiO2粉体吸收紫外光后，价电子被激发到导带上。在导带上产生光生电子（e-），在价带上产生空穴（h+）。这种光生电子和空穴具有极高的能量，后者有极强的氧化性，前者有极强的还原性，据称换算成温度可达到36000℃。在常温常压下，就可以将几乎所有的有机物和臭气、细菌和病毒、及部分无机物完全分解和矿化。粉体表面吸附的O2吸收e-形成含氧小分子活性物（O2－），表面吸附的H2O受空穴作用，形成H＋、OH－活性种。这些活性种能够强有力地夺取其他物质中的自由电子，进而发生氧化还原反应，使目标物质被分解掉。第一章纳米材料与复合材料环境保护(污水处理、气体净化等。除害、脱色和去臭。)

纳米TiO2光催化反应器（悬浮体系和负载体系）杀菌抗菌（破坏有机物中的C-H，N-H，O-H，C-O等键，比氯气效果更好。）

优点：本身不消耗，可长久使用；不仅能杀菌，还能去除细菌的有机营养物，抗菌杀菌；本身安全无毒。光电转换（光电转换效率高，是清洁能源，可利用一切光能，成本低、改性方法多。）应用：作业：PPT讲述——纳米TiO2的制备与应用第一章纳米材料与复合材料用途广泛的纳米硅氧化合物－纳米SiO2－x（白碳黑）制备：燃烧法沉淀法SiCl4

＋2H2＋O2SiO2

＋4HCl2CH3SiCl3

＋2H2＋5O22SiO2

＋6HCl＋2CO2＋2H2OCaSiO3

＋2HClSiO2

＋H2O＋CaCl2应用：橡胶，塑料，涂料，树脂基复合材料，陶瓷，颜料，密封胶，粘结剂，化妆品，电子封装材料，药物载体，杀菌剂等。优点：提高强度、韧性、抗老化性能、透明性等。高温气溶胶纳米SiO2无毒、无味、无污染第一章纳米材料与复合材料结构：与石墨和金刚石不同，是一种类石墨的准晶体，乱层结构。传统的纳米粉体材料－炭黑类型：槽法炭黑炉法炭黑补强炭黑热裂法炭黑性能：活性粒径形状表面粗糙度石墨金刚石应用：主要用作橡胶的补强。石墨乱层结构第一章纳米材料与复合材料1.1.6.2典型的纳米结构材料C60与C70

：是一个直径为1nm，由12个五元环和20个六元环组成的球形32面体。认识水平：从平面低对称性分子发展到全对称的球形分子。第一章纳米材料与复合材料应用：特殊（星形）高分子、药物和催化剂载体、超导材料等。石墨烯（碳笼）家族第一章纳米材料与复合材料1991年，日本科学家饭岛澄男发现碳纳米管。这是石墨中一层或若干层碳原子卷曲而成的笼状“纤维”，内部是空的，外部直径只有几到几十纳米，长度可达数微米甚至数毫米。这样的材料很轻，但很结实。它的密度是钢的1/6，而强度却是钢的100倍。如果用碳纳米管做绳索，是惟一可以从月球上挂到地球表面，而不被自身重量所拉断的绳索。碳纳米管第一章纳米材料与复合材料

碳纳米管尺寸尽管只有头发丝的十万分之一，但它的导电率是铜的1万倍，它的强度是钢的100倍而重量只有钢的1/6。它像金刚石那样硬，却有柔韧性，可以拉伸。纳米碳管可作增强材料、显示材料、电极材料和载体等。纳米碳管的细尖极易发射电子。用于做电子枪，可做成几厘米厚的壁挂式电视屏，这是电视制造业的发展方向。第一章纳米材料与复合材料TiO2纳米管特点：是开口管，由2～5个单层组成，管径约200nm。比纳米TiO2比表面积更大，光催化效率提高约2倍。第一章纳米材料与复合材料纳米生物管应用：可用作模板用于合成纳米金属管或金属棒。第一章纳米材料与复合材料纳米棒（线、丝）直流电化学沉积制备的CdTe纳米线

应用：制备微型电路器件：袖珍发射器、微型存储器、化学传感器等。第一章纳米材料与复合材料1.2复合材料第一章纳米材料与复合材料1.2.1材料分类：金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料各有千秋扬长避短

克服单一材料的缺点

产生原来单一材料本身所没有的新性能复合材料第一章纳米材料与复合材料泥砖泥禾秸第一章纳米材料与复合材料树干木质素木质纤维钢筋混凝土沙子、石子、水泥钢筋1.2.2复合材料的定义与特点什么是复合材料(CompositionMaterials,Composite)?要给复合材料下一个严格精确而又统一的定义是很困难的。概括前人的观点，有关复合材料的定义或偏重于考虑复合后材料的性能，或偏重于考虑复合材料的结构。第一章纳米材料与复合材料诸如（１）

复合材料是由两种或更多的组分材料结合在一起，复合后的整体性能应超过组分材料，保留了所期望的性能(高强度、刚度、轻的重量)，抑制了所不期望的特性(低延性)。偏重于考虑复合后材料的性能第一章纳米材料与复合材料（２）

复合材料是多功能的材料系统，它们可提供任何单一材料所无法获得的特性；它们是由两种或多种成分不同，性质不同，有时形状也不同的相容性材料，以物理形式结合而成的。第一章纳米材料与复合材料偏重于考虑复合材料的结构，诸如：

（１）复合材料是两种或多种材料在宏观尺度上组合而成的一种有用的材料。

（２）复合材料就是两种或两种以上的不同化学性质或不同组织相的物质，以微观或宏观的形式组合而成的材料。（３）复合材料是不同于合金的一种材料，在合金中，每一种组分都保留着它们独立的特性，而构成复合材料时，仅取它们的优点而避开其缺点，从而获得一种改善了的材料。

第一章纳米材料与复合材料

F．L.Matthews和Ｒ．D．Rawlings认为，复合材料是两个或两个以上组元或相组成的混合物，并应满足下面三个条件：(1)组元含量大于5％；(2)复合材料的性能显著不同于各组元的性能，(3)通过各种方法混合而成。第一章纳米材料与复合材料按这Matthews和Rawlings给出的定义，钢铁及其合金不应属于复合材料，如Co—Cr—Mo—Si合金不属于复合材料，因为这种合金经过熔化和凝固过程；而仅有像SiC颗粒强化的Al合金这种混合而成的材料才属于复合材料。因此有人认为可将复合材料划分为广义复合材料和狭义复合材料。第一章纳米材料与复合材料从广义上讲，复合材料是由两种或两种以上不同化学性质的组分组合而成的材料。但在现代材料学界中，复合材料专指由两种或两种以上不同相态的组分所组成的材料。

复合材料可定义为：用经过选择的、含一定数量比的两种或两种以上的组分（或称组元），通过人工复合、组成多相、三维结合且各相之间有明显界面的、具有特殊性能的材料。第一章纳米材料与复合材料上述复合材料的定义较易被普遍接受，它不仅明确指出复合材料是“通过人工复合的”和“有特殊性能的”材料，而且还指明了复合材料的组分、结构特点及与其他种材料（如简单混合物、化合物、合金）的特征区别。根据上述复合材料的定义，复合材料应不包括自然形成的具有某些复合材料形态的物质、化合物、单相合金和多相合金。第一章纳米材料与复合材料材料的优缺点组合示意图第一章纳米材料与复合材料因此复合材料必须通过对原材料的选择，各组分分布的设计和工艺条件的保证等，以使原组分材料的优点互相补充，同时利用复合材料的复合效应使之出现新的性能，最大限度地发挥优势。第一章纳米材料与复合材料综上所述，复合材料应具有以下三个特点：(1)复合材料是由两种或两种以上不同性能的材料组元通过宏观或微观复合形成的一种新型材料，组元之间存在着明显的界面,

并且组分和相对含量是由人工选择和设计的。(2)复合材料中各组元不但保持各自的固有特性而且可最大限度发挥各种材料组元的特性，并赋予单一材料组元所不具备的优良持殊性能。第一章纳米材料与复合材料(3)复合材料具有可设计性，是人工制造的，而非天然形成的。复合材料的结构通常是一个相为连续相，称为基体；而另一相是以独立的形态分布在整个连续相中的分散相，与连续相相比，这种分散相的性能优越，会使材料的性能显著增强，故常称为增强体(也称为增强材料、增强相等)。

在大多数情况下，分散相较基体硬，强度和刚度较基体大。分散相可以是纤维及其编织物，也可以是颗粒状或弥散的填料。在基体与增强体之间存在着界面。第一章纳米材料与复合材料复合材料在世界各国还没有统一的名称和命名方法，比较共同的趋势是根据增强体和基体的名称来命名，通常有以下三种情况：1.2.3复合材料的命名第一章纳米材料与复合材料（1）强调基体时以基体材料的名称为主。如树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等。（2）强调增强体时以增强体材料的名称为主。如玻璃纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料、陶瓷颗粒增强复合材料等。第一章纳米材料与复合材料（3）基体材料名称与增强体材料并用。这种命名方法常用来表示某一种具体的复合材料，习惯上把增强体材料的名称放在前面，基体材料的名称放在后面。第一章纳米材料与复合材料例如：“玻璃纤维增强环氧树脂复合材料”，或简称为“玻璃纤维/环氧树脂复合材料或玻璃纤维/环氧”。而我国则常把这类复合材料通称为“玻璃钢”。碳纤维和金属基体构成的复合材料叫“金属基复合材料”，也可写为“碳／金属复合材料”。碳纤维和碳构成的复合材料叫“碳／碳复合材料”。第一章纳米材料与复合材料国外还常用英文编号来表示，如MMC（MetalMatrixComposites）表示金属基复合材料，FRP（FiberReinforcedPlastics）表示纤维增强塑料，而玻璃纤维/环氧则表示为GF/Epoxy,或G/Ep(G-Ep)第一章纳米材料与复合材料1.2.4复合材料的分类随着材料品种不断增加，人们为了更好地研究和使用材料，需要对材料进行分类。

第一章纳米材料与复合材料复合材料的分类方法也很多，常见的分类方法有以下几种：(一)按增强材料形态分为以下三类1、纤维增强复合材料：a.连续纤维复合材料：作为分散相的长纤维的两个端点都位于复合材料的边界处；

b.非连续纤维复合材料：短纤维、晶须无规则地分散在基体材料中；第一章纳米材料与复合材料2、颗粒增强复合材料：微小颗粒状增强材料分散在基体中；3、板状增强体、编织复合材料：以平面二维或立体三维物为增强材料与基体复合而成。其他增强体：层叠、骨架、涂层、片状、天然增强体第一章纳米材料与复合材料复合材料结构示意图

a)层叠复合b)连续纤维复合c)细粒复合d)短切纤维复合第一章纳米材料与复合材料纤维增强复合材料纤维增强复合材料分为以下五种：①玻璃纤维复合材料；②碳纤维复合材料；③有机纤维（芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维、聚烯烃纤维等）复合材料；④金属纤维（如钨丝、不锈钢丝等）复合材料；⑤陶瓷纤维（如氧化铝纤维、碳化硅纤维、硼纤维等）复合材料。第一章纳米材料与复合材料①玻璃纤维复合材料

用玻璃纤维增强工程塑料的复合材料，即玻璃钢。玻璃钢分为两种，即热塑性玻璃钢和热固性玻璃钢。第一章纳米材料与复合材料Ａ、热塑性玻璃钢热塑性玻璃钢是以玻璃纤维为增强剂和以热塑性树脂为粘结剂制成的复合材料。Ｂ、热固性玻璃钢热固性玻璃钢是以玻璃纤维为增强剂和以热固性树脂为粘结剂制成的复合材料。第一章纳米材料与复合材料②碳纤维复合材料

Ａ、碳纤维复合材料：作基体的树脂，目前应用最多的是环氧树脂、酚醛树脂和聚四氟乙烯。Ｂ、碳纤维碳复合材料：用有机基体浸渍纤维坯块，固化后再进行热解，或纤维坯型经化学气相沉积，直接填入碳。Ｃ、碳纤维金属复合材料：主要用于熔点较低的金属或合金，如在碳纤维表面镀金属，制成了碳纤维金属复合材料。Ｄ、碳纤维陶瓷复合材料：我国研制了一种碳纤维石英玻璃复合材料。第一章纳米材料与复合材料③硼纤维复合材料硼纤维是由硼气相沉积在钨丝上来制取的。Ａ、硼纤维树脂复合材料：基体主要为环氧树脂、聚苯并咪唑和聚酰亚胺树脂等。Ｂ、硼纤维金属复合材料：常用的基体为铝、镁及其合金，还有钛及其合金等。第一章纳米材料与复合材料④金属纤维复合材料作增强纤维的金属主要是强度较高的高熔点金属钨、钼、钢、不锈钢、钛、铍等，它们能被基体金属润湿，也能增强陶瓷。Ａ、金属纤维金属复合材料：研究较多的增强剂为钨钼丝，基体为镍合金和钛合金。Ｂ、金属纤维陶瓷复合材料：利用金属纤维的韧性和抗拉能力改善陶瓷的脆性。第一章纳米材料与复合材料

用短线把下列物质、用途、主要性能相连接。物质用途性能玻璃钢制造骨和股关节耐腐蚀强光纤制造排水管道密度小，强度高生物陶瓷汽车车轮骨架质量轻，保密性好铝合金通讯材料有生物功能第一章纳米材料与复合材料（二）按材料作用分两类①结构复合材料；②功能复合材料。第一章纳米材料与复合材料①结构复合材料主要用于制造受力构件；结构复合材料主要是作为承力结构使用的复合材料，它基本上是由能承受载荷的增强体组元与能联接增强体成为整体承载同时又起分配与传递载荷作用的基体组元构成。第一章纳米材料与复合材料

结构复合材料又可按基体材料类型和增强体材料类型来分类见下图所示：第一章纳米材料与复合材料聚合物基复合材料金属基复合材料陶瓷基复合材料水泥基复合材料碳基复合材料结构复合材料热固性树脂基热塑性树脂基橡胶基高温陶瓷基玻璃基玻璃陶瓷基轻金属基高熔点金属基金属间化合物基Ａ、按基体类型分类第一章纳米材料与复合材料B、按增强体类型分类结构复合材料叠层式复合材料片材增强复合材料颗粒增强复合材料纤维增强复合材料人工晶片天然片状物微米颗粒纳米颗粒不连续纤维复合材料连续纤维增强复合材料晶须增强复合材料短切纤维增强复合材料单向纤维增强复合材料二维织物增强复合材料三维织物增强复合材料第一章纳米材料与复合材料②功能复合材料

指具备各种特殊物理与化学性能的材料。例如：声、光、电、磁、热、耐腐蚀、零膨胀、阻尼、摩擦、屏蔽或换能等。第一章纳米材料与复合材料功能复合材料中的增强体又可称为功能体组元，它分布于基体组元中。功能复合材料中的基体不仅起到构成整体的作用，而且能够产生协同或加强功能的作用。第一章纳米材料与复合材料

除了上面的各种各样的复合材料以外，还有同质复合材料和异质复合材料。

同质复合材料（增强材料和基体材料属于同种物质，如碳/碳复合材料）

异质复合材料（前面提及的复合材料多属此类）。第一章纳米材料与复合材料1.2.5

复合材料的应用与发展趋势

对信息技术提供服务信息的获得信息的处理信息的存储信息的传输信息执行对复合材料的要求复合材料的应用第一章纳米材料与复合材料对提高人类生活质量作出贡献改善舒适性提高安全性提高人类健康水平第一章纳米材料与复合材料解决资源短缺和能源危机作出贡献开发新能源和节约能源开发海洋和空间方面具备优势挖掘尚未充分利用的资源上发挥作用使基础设施延长寿命第一章纳米材料与复合材料环境治理降低环境污染利用废弃物构成复合材料化害为利开发可降解的“绿色”复合材料第一章纳米材料与复合材料复合材料的发展趋势发展功能、多功能、机敏、智能复合材料功能复合材料多功能复合材料机敏复合材料智能复合材料第一章纳米材料与复合材料纳米复合材料纳米复合材料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/聚合物第一章纳米材料与复合材料仿生复合材料第一章纳米材料与复合材料思考题1、何为纳米材料和纳米技术？2、纳米材料有哪些基本性质和特性？3、根据制备过程的物态，纳米材料的制备方法有哪几种？4、说说晶相纳米材料的形成原理（或过程）。5、液相法制备纳米材料有哪些优点和缺点。6、简述什么是溶胶凝胶法？7、纳米材料可应用在哪些领域？。8、常见的纳米粉体材料和纳米结构材料有哪些？9、何为结构复合材料和功能复合材料？简述其应用领域。

第一章纳米材料与复合材料内容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2～10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

＝∆Hm－T∆Sm<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。Cellulosefiber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）5～10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、简述纳米复合材料的基本性能与特点。6、使纳米复合材料不发生相分离的热力学基本条件是什么？7、说明纳米复合材料的制备方法有哪些？

第二章纳米复合材料概论纳米复合材料的发展仿生纳米复合材料研究THANKYOU第二章纳米复合材料概论内容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.纳米复合材料的应用7.纳米复合材料的结构与表征方法制备（纳米、纳米复合材料的制备方法）分散（如何分散，原理和表面问题）稳定性（影响因素，如何提高）效果（力学、光电和其他性能）第三章填充纳米复合材料纳米粒子实际应用3.1纳米材料与分散体系第三章填充纳米复合材料液相分散体系水性分散体系非水性分散体系固相分散体系亲水性分散质—亲水性分散剂体系亲水性分散质—亲油性分散剂体系亲油性分散质—亲水性分散剂体系亲油性分散质—亲油性分散剂体系纳米粉体与聚合物粉体的混合型分散体系(依靠机械力将纳米粉体强迫分散在连续的聚合物基体中。)第三章填充纳米复合材料水性纳米分散体系的稳定性表面活性剂（要适量）分散介质（剂）分散质非水性纳米分散体系的稳定性溶剂性质的差别表面活性剂分散工艺纳米粉体的粒径表面性质分散温度25nm直接分散表面活性剂376.7nm168.9nm（氧化锆）PMMA第三章填充纳米复合材料3.2纳米粉体的表面改性1.纳米粉体的不稳定性

纳米粒子的结构:

按相结构分:单相,多相按原子排列的对称性和有序度:晶态,非晶态,准晶态

纳米粒子的活性:能够给电子和吸电子,因此容易氧化和还原

（到纳米量级时，颗粒化学性质变得活跃，物理结构变得不稳定。）3.2.1纳米粉体的不稳定性与表面改性第三章填充纳米复合材料2.纳米粉体表面特点决定因素制造方法形成原理固态法：几何形状不规则，不均匀，粒度分布宽，表面缺陷多。液相法：纯度低，但粒子细小和均匀，粒径易控制，

稳定性好。气相法：纯度高，也不稳定。第三章填充纳米复合材料3.纳米粉体改性的目的4.纳米粉体改性的作用5.纳米粉体与表面改性剂的关系

提高稳定性,可分散性改善纳米粉体表面的可湿性增强纳米粉体与介质的界面相容性体现出纳米粉体的特异性能纳米材料的特异性能能否得到充分发挥,取决于纳米微粒混入介质的技术及微粒/介质间的界面性质有利于改善成核和生长过程及其随后的热处理过程表面改性剂并不是完全包覆纳米粒子，一个改性剂分子可以贯穿几个粒子，如同桥梁一样，固定着纳米粒子的相对位置。这样既防止了粒子的团聚，又没有掩盖活性中心。第三章填充纳米复合材料3.2.2纳米粉体的表面改性方法分类表面改性剂和纳米粉体间有无化学反应表面物理吸附方法低分子偶联剂表面化学吸附方法化学反应具体改性工艺的差别包覆和偶联改性手段的不同溶液混合改性（沉积和吸附）机械力化学改性（机械能转化促进表面化学反应）高能处理改性（紫外、红外、放电和等离子激发在纳米粒子表面发生聚合反应）第三章填充纳米复合材料3.2.3纳米微粒的表面改性与修饰的材料种类无机氧化物改性与修饰（如用Al2O3、SiO2处理纳米TiO2）纳米材料改性与修饰（纳米微粒间的复合，如溶胶凝胶法）有机化合物改性与修饰（是最主要、最常见的改性剂）聚合物改性与修饰（以聚合物网络稳定纳米粒子，或包覆）表面活性剂修饰（表面活性剂分子一端与纳米粒子结合，一端与分散相亲和，形成稳定、流动性好的胶体）

改性剂的分子结构中必须具有易与纳米微粒表面发生作用的特征官能团。改性剂种类有机、无机物小分子、大分子离子型、中性第三章填充纳米复合材料3.3纳米粉体的分散原理与技术纳米粒子的分散原理纳米粒子的浸湿纳米粒子分散的热功分析纳米粒子的团聚与分散纳米粒子的分散技术机械力分散（研磨、胶体磨、球磨、搅拌）超声波分散（空化现象气泡突然形成和破裂产生高能微环境，如高温高压，在毫秒的时间产生5000K以上的高温和107Pa的高压。）高能处理（用电晕、紫外、微波和等离子等辐射产生活性点，易改性。）化学分散（利用大分子末端基团在表面反应或小分子在活性点上聚合。）纳米粒子容易团聚的内因：

纳米作用能----粒子间氢键静电作用量子隧道效应电荷转移和耦合巨大比表面提高纳米粒子分散性的途径：

增大粒子表面浸润性提高表面双电层电位吸附高分子立体隔离第三章填充纳米复合材料3.4填充纳米复合材料的原位制备技术纳米粉体分散状态下的有机单体(预聚物)原位聚合技术－－原位分散聚合技术聚合物存在状态下的纳米微粒原位生成制备技术有机单体(预聚体)原位聚合、纳米微粒原位生成制备技术第三章填充纳米复合材料纳米粉体分散状态下的有机单体(预聚物)原位聚合技术－－原位分散聚合技术紫外光固化技术溶液热聚合技术悬浮热聚合技术关键：纳米粉体的分散第三章填充纳米复合材料紫外光固化技术定义：利用一定波长和光强的紫外光照射，使光引发剂迅速分解成活性中心诸如自由基、阳离子等，进而引发可聚合有机化合物交联，形成不溶性的交联网络结构的过程。特点：1）固化体系内没有有机溶剂，在固化过程中没有有机溶剂排放，不会对环境产生污染。2）室温下即可快速固化，没有温度依赖性，时间短。3）固化能耗低，与热固化相比可节省80％的热能。4）工艺容易自动化和连续化，生产周期短。5）节省场地。

光引发剂吸收紫外光能从基态跃迁到激发态，产生活性中心，再引发单体聚合，由液态组分转变为三维网状固态高聚物。

ABOAB*

光引发剂吸收光能转变为激发态

AB*ABO

激发态发出荧光和磷光回变为基态

AB*+ABOABO+AB*

引发剂分子间的能量转移

AB*A.+B.

激发态引发剂均裂为两个自由基

||||A.+C==CA-C-C.

光引发剂自由基引发烯类单体，形成||||单体自由基引发单体聚合线性聚合物网状聚合物。

第三章填充纳米复合材料紫外光固化机理第三章填充纳米复合材料紫外光固化制备的纳米复合材料的特点力学性能较高，还有特殊的光、电、磁等性能；可自由地选择聚合物基体，如环氧、聚氨酯、聚酯聚醚等；纳米材料选择范围大，金属、非金属和含氧酸盐的纳米粉体；加工速度快，成型方式多样；固化前是有机稀溶液，纳米粉体易分散。填充纳米复合材料的其他制备技术第三章填充纳米复合材料1）化学反应成型技术热固化技术（纳米粒子先分散在低聚物中再热引发聚合）热聚合技术（纳米粒子先分散在单体中再热引发聚合）氧化还原聚合技术（通过氧化还原形成活性中心再引发单体聚合）

酸碱催化聚合技术（通过酸碱形成活性中心再引发单体聚合）2）辐射成型技术（通过γ射线和X射线形成活性中心）特点：ψ

不需要引发剂或催化剂，纯度高；

ψ不受温度等外在条件影响；

ψ聚合物理状态十分灵活，气固液均可；

ψ聚合速率较快，聚合速率易控制。第三章填充纳米复合材料3.5纳米粉体在聚合物中的分散方式与高分子粉体混合分散

（简便、直观、经济，但难以纳米级均匀分散。）与高分子溶液（乳液）混合分散

（分散性好）与聚合物熔体混合分散

（熔体粘度较大，粉体难以超细均匀地分散。）改进措施：加入分散剂或偶联剂，表面预包覆，先制成纳米复合母料。第三章填充纳米复合材料3.6填充纳米复合材料制备方式：

1）固固混合分散法

（固态纳米粉体与聚合物粉体，纳米材料需要表面处理。）

2）液固混合分散法

（先将纳米材料制成有机悬浮体，再与固相高分子材料混合。）

3）液液混合分散法

（先将纳米材料制成有机悬浮体，再与高分子溶液或高分子前驱体溶液混合。）

4）固液混合分散法

（固态纳米粉体与高分子溶液或高分子前驱体溶液混合。）第三章填充纳米复合材料实例介绍1、纳米AlN填充复合材料纳米AlN陶瓷粉赋予了复合材料高的热导性和较低的热延展性。第三章填充纳米复合材料2、纳米CaCO3填充复合材料CaCO3填充聚氯乙烯/氯化聚乙烯

作用增强增韧异相成核促进结晶生长提高冲击强度防渗漏第三章填充纳米复合材料3、纳米炭黑填充复合材料炭黑传统橡胶补强剂增强机理：粒径表面活性结构性分散性（影响指标：拉伸强度、动态疲劳和滞后生热等）第三章填充纳米复合材料4、纳米SiO2填充复合材料单体原位聚合形成SiO2填充复合材料预聚体固化形成SiO2填充复合材料填充聚合物形成的SiO2填充复合材料传统产品改造形成的SiO2填充复合材料作用：增强增韧、提高耐热性、耐老化性等。第三章填充纳米复合材料3.7相关实例（论文学习）

（1）AntibacterialactivityofchitosancoatedAg-loadednano-SiO2compositesAcrosslinkedchitosan(CCTS)coatedAg-loadingnano-SiO2composite(CCTS–SLS)wasprepared.ThestructuresofCCTS–SLSwerecharacterizedbyfieldemissionscanningelectronmicroscopyandX-rayphotoelectronspectroscopy.TheantibacterialpropertiesofCCTS–SLSweremeasuredastheminimalinhibitoryconcentration（最低抑菌浓度）andtherateofbacterialgrowth.TheexperimentalresultsindicatethattheantibacterialactivityofCCTS–SLSwasaffectedbythemassratioofSLStochitosan,aceticacidconcentrationandcrosslinkingtime.Moreover,CCTS–SLSexhibitedhighantibacterialactivityagainstEscherichiacoli（大肠杆菌）andStaphylococcusaureus（金黄色葡萄球菌）

asaresultofthecoordinatedactionofCCTSandSLS.第三章填充纳米复合材料a--CTS,b--CCTS,c--SLS,d--CCTS–SLS第三章填充纳米复合材料

（2）EnhancedpropertiesofMg-basednano-compositesreinforcedwithAl2O3

Inthisstudy,0.5,1and2wt.%ofaluminanano-particleswereaddedtopureMgandAZ31magnesiumalloyviaastir-castingmethod.AuniformdistributionoftheAl2O3nano-particleswithanaveragediameterof100nm,refinedthegrainstructureofthecastmaterialsanddecreasedthecoefficientofthermalexpansion(CTE),thusimprovingthedimensionalstabilityofbothpuremagnesiumandAZ31alloy.Theadditionof2wt.%nano-Al2O3particlesshowedgreatpotentialinthereductionofCTEfrom27.9to25.9×10−6K−1inpureMg,andfrom26.4to25.2×10−6K−1inAZ31.Characterizationofmechanicalpropertiesrevealedthatthepresenceofnano-particlessignificantlyincreasedyieldstressandtensilestrengthbutdecreasedtheductilityofbothpuremagnesiumandAZ31.Theyieldstressandtensilestrengthbothincreasedby40MPaintheMg–2Al2O3nano-composite,whereasthisimprovementwasabout65MPaforAZ31–2AlAl2O3.第三章填充纳米复合材料SEM(a)Mg,(b)Mg–0.5Al2O3,(c)Mg–1Al2O3,and(d)Mg–2Al2O3.第三章填充纳米复合材料Opticalmicrographs(a)pureMg,(b)Mg–2Al2O3.Stress–strain(a)Mg-basedand(b)AZ31-based第三章填充纳米复合材料

（3）Supercapacitorapplicationofnickeloxide–titaniananocomposites

Highly-orderedandwell-separatedtitaniananotubearraywaspreparedbyapotentiostatic（恒电位）

anodizationprocess.Thedesirednickeloxide–titania(NiO–TiO2)nanocompositeswereconstructedthroughincorporatingnickelhydroxideintotitaniananotubesbyaone-cycleormulti-cyclealternateelectrodeposition–oxidationandthenathermaldehydrationprocess.Bymeansofthemicrostructurepromotionfromparticulatetoflower-likeNiO–TiO2nanocomposite,specificcapacitanceswereaccordinglyincreasedfrom26.9to46.3mFcm2andenergydensitieswerealsoimprovedfrom13.1to33.3formwscm2inaredoxsupercapacitorapplicationatapotentialwindowof1.2V.Theflower-likenanocompositecouldkeep92.3%ofinitialcapacitanceevenafter1000cycles,presentinghighoperationstabilityinacontinuouscharge–dischargeprocess.Thesuperiorenergy-storageperformanc