无机、有机及其复合电介质的纳米尺寸效应及研究进展

无机、有机及其复合电介质的纳米尺寸效应及研究进展／李国荣等?１?无机、有机及其复合电介质的纳米尺寸效应及研究进展

李国荣，曾华荣，郑嘹赢，曾江涛，程丽红，赵坤宇，殷庆瑞

（中国科学院上海硅酸盐研究所，上海２０００５０）

摘要当电介质内的不均匀区域达到纳米级时，纳米尺度效应对介电性能的影响便不容忽视。分别以ＰＭＮ－ｆｒｒ弛豫铁电单晶、ＺｎＯ压敏陶瓷、纳米Ｓｉ０２／ｇ氧树脂复合材料为例，通过实验证明了在无机铁电单晶、半导体陶瓷以及无机纳米／有机复舍材料中存在的介电性能的纳米尺寸效应。

关键词有机无机复合电介质纳米尺寸效应

ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＮａｎｏｓｃａｌｅＥｆｆｅｃｔｓｉｎＯｒｇａｎｉｃ，Ｉｎｏｒｇａｎｉｃａｎｄ

ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃＭａｔｅｒｉａｌｓ

ＬＩＧｕｏｒｏｎｇ，ＺＥＮＧＨｕａｒｏｎｇ，ＺＨＥＮＧＬｉａｏｙｉｎｇ，ＺＥＮＧＪｉａｎｇｔａｏ，ＣＨＥＮＧＬｉｈｏｎｇ，

ＺＨＡＯＫｕｎｙｕ，ＹＩＮＱｉｎｇｒｕｉ

（ＳｈａｎｇｈａｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｅｒａｍｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００５０）

ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｎａｎｏｓｃａｌｅｅｆｆｅｃｔｓｃａｎｎｏｔｂｅｉｇｎｏｒｅｄｗｈｅｎｔｈｅｎａｎｏｓｃａｌｅｉｎｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓｒｅｇｉｏｎｅｘｉｓｔｓｉｎｔｈｅｄｉｅ－ｌｅｃｔｒｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓ．ＩｎｏｒｄｅｒｔＯｃｏｎｆｉｒｍｔｈｉｓｅｆｆｅｃｔｉｎｔｈｅｉｎｏｒｇａｎｉｃＩｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓｓｉｎｇｌｅｃｒｙｓｔａｌｓ，ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｃｅｒａｍｉｃｓａｎｄｉｎｏｒｇａｎｉｃ／ｏｒｇａｎｉｃｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，ｔｈｅｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＰＭＮ－ＰＴｓｉｎｇｌｅｃｒｙｓｔａｌｓ，ＺｎＯｖａｒｉｓｔｏｒｓａｎｄＳｉＯｚ／ｅｐｏｘｙｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｒｅｍｅａｓｕｒｅｄａｎｄｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．

ＫｅｙＷＯｌ［＇ｄｓｏｒｇａｎｉｃ，ｉｎｏｒｇａｎｉｃ，ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，ｎａｎｏｓｃａｌｅｅｆｆｅｃｔｓ

０引言

固态电介质是一种物质内部的电极化对电场敏感的材料，主要包括以离子键为主的无机材料（包括单晶、多晶陶瓷、非晶玻璃）和以共价键为主的有机材料，以及这两类材料间共混的复合电介质【ｌ’２］。

固态电介质的介电物理本质是电场作用下材料内部正、负电荷中心不重合程度（即电极化）。这种正、负电荷中心不重合的微观形式是多样的，原子（离子）和电子（主要指束缚电子）、分子结构（如有机高分子基团）、晶体的内在结构（如极性微区）以及构成材料的显微结构（如多晶材料的晶粒和晶界）等不同层次的微观构造的电极化都会对介电性能产生影响。在离子和分子区域的尺度下，缺陷对电极化产生影响；在更大的区域内如纳米至亚微米尺度，不均匀电荷区域的存在对宏观介电性能都将产生影响。材料内部这种不均匀区域往往与晶体的局域取向（如同种晶体的极性微区、电畴）、多相复合材料以及完全不同材质（有机／无机二相复合）等非同相结构或材质相关联［３］。当这些区域的尺寸达到纳米量级时，就可能引起介电和电学性能的突变，这是目前国际上普遍关注的电介质纳米尺寸效应［４］。

低维电介质材料在微纳电子技术中得到重要的应用ｒ引，而在弱电场以及工程电介质中，大量使用的仍然是以块体材料为主的固体电介质。本文将以无机铁电单晶，半导体陶瓷以及纳米无机／有机复合材料为例来说明介电性能的纳米尺寸效应，为低维介电性能研究提供一些实验依据。

１纳米电介质的纳米尺寸效应

１．１无机单晶电介质

无机单晶材料的晶格结构完整，长程有序，通常不存在纳米尺寸效应。但是对于无机铁电单晶，由于极性区域（即所谓电畴）的存在，其介电和压电性能与电畴的尺寸有关。最近日本Ｓ．Ｗａｄａ研究发现，ＢａＴｉＯｓ单晶的压电和介电性能大幅度提高，结果如表１所示［６］。

表１ＢａＴｉ０３单晶不同电畴尺寸在Ｄｕ３方向

的压电和介电性能

Ｔａｂｌｅ１ＰｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃａｎｄｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＢａＴｉ０３

ｓｉｎｇｌｅｃｒｙｓｔａｌｉｎ［１１１］ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ

电畴尺寸介电系数弹性系数压电系数机电耦合系数“ｍｅＴＳｌｌＥ／（ｐｍ２／Ｎ）ｄ３１／（ｐＣ／Ｎ）ｋ３，／％

笔者所在实验室对ＰＭＮ—ＰＴ弛豫铁电单晶进行了一１０～０＂Ｃ的冷冻处理，然后用扫描探针显微镜（ＳＰＭ）的压电模式

李国荣：男，１９６２年生，博士生导师，主要研究方向为有机铁电高分子、功能陶瓷和多层膜集成技术以及微结构器件万方数据

高分子名词解释

第一章绪论（Introduction） 高分子化合物（High Molecular Compound）：所谓高分子化合物，系指那些由众多原子或原子团主要以共价键结合而成的相对分子量在一万以上的化合物。 单体（Monomer）：合成聚合物所用的-低分子的原料。如聚氯乙烯的单体为氯乙烯。重复单元（Repeating Unit）：在聚合物的大分子链上重复出现的、组成相同的最小基本单元。如聚 氯乙烯的重复单元为。 单体单元（Monomer Unit）：结构单元与原料相比，除了电子结构变化外，其原子种类和各种原子的个数完全相同，这种结构单元又称为单体单元。 结构单元（Structural Unit）：单体在大分子链中形成的单元。聚氯乙烯的结构单元为 。 聚合度（DP、X n）(Degree of Polymerization)：衡量聚合物分子大小的指标。以重复单元数为基准，即聚合物大分子链上所含重复单元数目的平均值，以表示；以结构单元数为基准，即聚合物 大分子链上所含结构单元数目的平均值，以表示。聚合物是由一组不同聚合度和不同结构形态的 同系物的混合物所组成，因此聚合度是一统计平均值，一般写成、。 聚合物分子量（Molecular Weight of Polymer）：重复单元的分子量与重复单元数的乘积；或结构单元数与结构单元分子量的乘积。 数均分子量(Number-average Molecular Weight)：聚合物中用不同分子量的分子数目平均的统计平 均分子量。， N i：相应分子所占的数量分数。

重均分子量（Weight-average Molecular Weight）：聚合物中用不同分子量的分子重量平均的统计 平均分子量。， W i：相应的分子所占的重量分数。 粘均分子量（Viscosity-average Molecular Weight）：用粘度法测得的聚合物的分子量。 分子量分布（Molecular Weight Distribution, MWD）：由于高聚物一般由不同分子量的同系物组成的混合物，因此它的分子量具有一定的分布，分子量分布一般有分布指数和分子量分布曲线两种表示方法。 多分散性（Polydispersity）：聚合物通常由一系列相对分子量不同的大分子同系物组成的混合物，用以表达聚合物的相对分子量大小并不相等的专业术语叫多分散性。 分布指数(Distribution Index)：重均分子量与数均分子量的比值。即。用来表征分子量分布的宽度或多分散性。 连锁聚合（Chain Polymerization）：活性中心引发单体，迅速连锁增长的聚合。烯类单体的加聚反应大部分属于连锁聚合。连锁聚合需活性中心，根据活性中心的不同可分为自由基聚合、阳离子聚合和阴离子聚合。 逐步聚合（Step Polymerization）：无活性中心，单体官能团之间相互反应而逐步增长。绝大多数缩聚反应都属于逐步聚合。 加聚反应（Addition Polymerization）：即加成聚合反应，烯类单体经加成而聚合起来的反应。加聚反应无副产物。 缩聚反应（Condensation Polymerization）：即缩合聚合反应，单体经多次缩合而聚合成大分子的反应。该反应常伴随着小分子的生成。 塑料（Plastics）：具有塑性行为的材料，所谓塑性是指受外力作用时，发生形变，外力取消后，仍能保持受力时的状态。塑料的弹性模量介于橡胶和纤维之间，受力能发生一定形变。软塑料接近橡胶，

环氧树脂复合材料

环氧树脂复合材料 复合材料是由基体材料和增强材料复合而成的多相体系固体材料。它充分发挥了各组分材料的特点和潜在能力，通过各组分的合理匹配和协同作用，呈现出原来单一材料(均质材料、单相材料)所不具有的优异的新性能，从而达到对材料某些性能的综合要求。复合材料的出现在材料发展史上具有划时代的意义。受到国内外的极大重视。其发展之迅猛在历史上是空前的。已在工业、农业、交通、军事、科学技术和人民生活等各个领域广为应用。尤其是在航空、航天等尖端技领域中已成为不可缺少的重要的结构材料。无怪乎有人认为21世纪将进入“复合材料时代”。 热固性树脂基复合材料是目前研究得最多、应用得最广的一种复合材料。它具有质量轻、强度高、模量大、耐腐蚀性好、电性能优异、原料来源广泛，加工成型简便、生产效率高等特点，并具有材料可设计性以及其他一些特殊性能，如减振、消音、透电磁波、隐身、耐烧蚀等特性，已成为国民经济、国防建设和科技发展中无法取代的重要材料。在热固性树脂基复合材料中使用最多的树脂仍然是酚醛树脂、不饱和聚酪树脂和环氧树脂这三大热固性树脂。这三种树脂阶性能各有特点：酚醛树脂的耐热性较高、耐酸性好、固化速度快，但较脆、需高压成型；不饱和聚酪树脂的工艺性好、价格最低，但性能较差；环氧树脂的粘结强度和内聚强度高，耐腐蚀性及介电性能优异，综合性能最好，但价格较贵。因此，在实际工程中环氧树脂复合材料多用于对使用性能要求高的场合，如用作结构材料、耐腐蚀材料、电绝缘材料及透波材料等。 1、环氯树脂复合材料的分类 环氧树脂复合材料(简称环氧复合材料，也有人称为环氧增强塑料)的品种很多，其名称、含义和分类方法也没有完全统一，但大体上讲可按以下方法分类。 (1)按用途可分为环氧结构复合材料、环氧功能复合材料和环氧功能型结构复合材料。结构复合材料是通过组成材料力学性能的复合，使之能用作受力结构材料，并能按受力情况设计和制造材料，以达到材料性能册格比的最佳状态。功能复合材料是通过组成材料其他性能(如光、电、热、耐腐蚀等)的复合，以得到具有某种理想功能的材料。例如环氧树脂覆铜板、环氧树脂电子塑封料、雷

(完整版)纳米抗菌材料国内外研究现状

1.国内外研究现状和发展趋势 （1）多尺度杂化纳米抗菌材料的国内外研究进展 Ag+、Zn2+和Cu2+等金属离子具有抗菌活性，且毒性小、安全性高而被广泛用作抗菌剂使用。但是，由于其存在易变色、抗菌谱窄、长效性差、耐热性和稳定性不好等缺点而成为其进一步发展的障碍。相比而言，纳米银、纳米金、纳米铜、纳米氧化锌等纳米材料则可以在一定程度上克服这些问题。例如纳米银，在抗菌长效性和变色性方面均比银离子（多孔纳米材料负载银离子）抗菌剂有显著改善，而且其毒性也更低（Adv. Mater. 2010）；关于其抗菌机理，被认为是纳米银释放出银离子而产生抗菌效果（Chem. Mater 2010，ACS Nano 2010）。纳米金也有类似的效果（Adv. Mater. Res.2012），尽管活性比纳米银稍差，但其对耐药菌株表现出良好的抗菌活性(Biomaterials 2012)。铜系抗菌材料可阻止“超级细菌”（NDM-1）的传播（Lancet Infec.Dis. 2010）。活性氧化物是使用时间最长、使用面最广泛的一类长效抗菌剂，其中氧化锌是典型代表，特别是近年来随着纳米技术的发展，一系列低维结构氧化锌的出现，为氧化锌系抗菌材料提供了极大的发展空间，由于其良好的安全性，氧化锌甚至可用于牙科等口腔材料（Wiley Znter Sci.，2010）。本项目相关课题组多年的研究发现，ZnO的形貌差异、结构缺陷和极化率等都会影响其抗菌活性（Phys. Chem. Chem. Phys. 2008）；锌离子还可以与多种成分杂化，产生协同抗菌活性而提高其抗菌性能（Chin. J. Chem. 2008, J. Rare Earths 2011）。 利用杂化纳米材料结构耦合所带来的协同作用提高纳米材料的抗菌活性是近年来的研究热点。例如：纳米铜与石墨烯杂化体系中存在显著的协同抗菌作用（ACS Nano2010）。用络氨酸辅助制备的Ag-ZnO杂化纳米材料，表现出良好的抗菌和光催化性能（Nanotechnology 2008）；但是Ag的沉积量过大，催化活性反而有所降低（J. Hazard. Mater. 2011）。以壳聚糖为媒质，通过静电作用合成得到均匀的ZnO/Ag纳米杂化结构，结果显示，ZnO/Ag纳米杂化结构比单独的ZnO 和单独纳米Ag的抗菌活性都高，表现出明显的协同抗菌作用（RSC Adv. 2012）。Akhavan等用直接等离子体增强化学气相沉积技术，结合溶胶-凝胶技术把锐钛

双酚A型环氧树脂的合成及复合材料制备(精)

双酚 A 型环氧树脂的合成及复合材料制备 姓名:贾训祥 学号:0840605115 专业:高分子材料与工程一、实验目的: 1. 了解逐步聚合预聚体的合成方法和环氧树脂的实验室制法。 2. 了解环氧树脂复合材料的制备方法。 3. 掌握复合材料样条的制备与其力学性能的测试过程。 二、实验原理: 环氧树脂是指那些分子中至少含有两个反应性的环氧基团的树脂化合物。环氧树脂经固化后有许多突出的优异性能, 如对各种材料特别是对金属的粘着力很强, 有卓越的耐化学腐蚀性,力学强度很高,电绝缘性好,耐腐蚀,等等。此外,环氧树脂可以在相当宽的温度范围内固化, 而且固化时体积收缩很小。环氧树脂的上述优异特性使它有着许多非常重要的用途。广泛用于粘合剂(万能胶 ,涂料、复合材料等方面。 合成环氧树脂的方法大致可分两类。一类是用含有环氧基团的化合物(如环氧氯丙烷或经化学处理后能生成环氧基的化合物(如 1.3-二氯丙醇和二元以上的酚(醇聚合而得。另一类是使含有双键的聚合物(如聚丁二烯或小分子(如二环戊二烯环氧化而得。双酚 A 型环氧树脂是环氧树脂中产量最大,使用最广的一个品种,它是由双酚 A 和环氧氯丙烷在氢氧化钠存在下反应生成的:

原料配比不同,反应条件不同(如反应介质,温度和加料顺序 ,可制得不同软化点, 不同分子量的环氧树脂。式中 n 一般在 0到 25之间。根据相对分子质量大小,环氧树脂可以分成各种型号。一般低相对分子质量环氧树脂的 n 平均值小于 2、软化点低于 50℃, 也称为软环氧树脂; 中等相对分子质量环氧树脂的 n 值在 2~5之间、软化点在 50℃~95℃之间; 而 n 大于 5的树脂(软化点在 100℃以上称为高分子量树脂。相对分子质量对软化点的影响见图 1。 图 1 在环氧树脂的结构中有羟基(>CH-OH 、醚基(-O -和极为活泼的环氧基存在。羟基、醚基有高度的极性, 使环氧分子与相邻界面产生了较强的分子间作用力, 而环氧基团则与介质表面, 特别是金属表面上的游离键起反应, 形成化学键。因而, 环

环氧树脂优缺点

热固性树脂基复合材料是目前研究得最多、应用得最广的一种复合材料。它具有质量轻、强度高、模量大、耐腐蚀性好、电性能优异、原料来源广泛，加工成型简便、生产效率高等特点，并具有材料可设计性以及其他一些特殊性能，如减振、消音、透电磁波、隐身、耐烧蚀等特性，已成为国民经济、国防建设和科技发展中无法取代的重要材料。在热固性树脂基复合材料中使用最多的树脂仍然是酚醛树脂、不饱和聚酪树脂和环氧树脂这三大热固性树脂。这三种树脂阶性能各有特点：酚醛树脂的耐热性较高、耐酸性好、固化速度快，但较脆、需高压成型；不饱和聚酪树脂的工艺性好、价格最低，但性能较差；环氧树脂的粘结强度和内聚强度高，耐腐蚀性及介电性能优异，综合性能最好，但价格较贵。因此，在实际工程中环氧树脂复合材料多用于对使用性能要求高的场合，如用作结构材料、耐腐蚀材料、电绝缘材料及透波材料等。 1、环氯树脂复合材料的分类 环氧树脂复合材料(简称环氧复合材料，也有人称为环氧增强塑料)的品种很多，其名称、含义和分类方法也没有完全统一，但大体上讲可按以下方法分类。 (1)按用途可分为环氧结构复合材料、环氧功能复合材料和环氧功能型结构复合材料。结构复合材料是通过组成材料力学性能的复合，使之能用作受力结构材料，并能按受力情况设计和制造材料，以达到材料性能册格比的最佳状态。功能复合材料是通过组成材料其他性能(如光、电、热、耐腐蚀等)的复合，以得到具有某种理想功能的材料。例如环氧树脂覆铜板、环氧树脂电子塑封料、雷达罩等。需要指出的是，无论使用的是材料的哪一种功能性，都必须具有必要的力学性能，否则再好的功能材料也没有实用性。已有些功能材料同时还要有很高的强度，如高压绝缘子芯棒，要求绝缘性和强度都很高，是一种绝缘性结构复合材料。 (2)按成型压力可分为高压成型材料(成型压力5—30MPa)，如环氧工程塑料及环氧层压塑料；低压成型材料(成型压力＜2．5MPa)，如环氧玻璃钢和高性能环氧复合材料。玻璃钢和高性能复合材料由于制件尺寸较大(可达几个㎡)、型面通常不是平面，所以不宜用高压成型。否则模具造价太高，压机吨位太大，因而成本太贵。 (3)按环氧复合材料阶性能、成型方法、产品及应用领域的特点，并照顾到习惯上的名称综合考虑可分为：环氧树脂工程塑料、环氧树脂层压塑料、环氧树脂玻璃钢(通用型环氧树脂复合材料)及环氧树脂结构复合材料。 3、环氧树脂复合材料的特性 (1)密度小，比强度和比模量高。高模量碳纤维环氧复合材料的比强度为钢的5倍、铝合金的4倍，钻合金的3．2倍。其比模量是钢、铝合金、钦合金的5．5—6倍。因此，在强度和刚度相同的情况下碳纤维环氧复合材料构件的重量可以大大减轻。这在节省能源、提高构件的使用性能方面，是现有任何金属材料所不能相比的。 (2)疲劳强度高，破损安全特性好。环氧复合材料在静载荷或疲劳载荷作用下，首先在最薄弱处出现损伤，如横向裂纹、界面脱胶、分层、纤维断裂等。然而众多的纤维和界面会阻

高分子名词解释

第一章绪论 高分子化合物：所谓高分子化合物，系指那些由众多原子或原子团主要以共价键结合而成的相对分子量在一万以上的化合物。 单体：合成聚合物所用的-低分子的原料。如聚氯乙烯的单体为氯乙烯。重复单元：在聚合物的大分子链上重复出现的、组成相同的最小基本单元。结构单元：单体在大分子链中形成的单元。单体单元：结构单元与原料相比，除了电子结构变化外，其原子种类和各种原子的个数完全相同，这种结构单元又称为单体单元。 聚合度：衡量聚合物分子大小的指标。以重复单元数为基准，即聚合物大分子链上所含重复单元数目的平均值；以结构单元数为基准，即聚合物大分子链上所含结构单元数目的平均值。 聚合物分子量：重复单元的分子量与重复单元数的乘积；或结构单元数与结构单元分子量的乘积。 数均分子量：聚合物中用不同分子量的分子数目平均的统计平均分子量。重均分子量：聚合物中用不同分子量的分子重量平均的统计平均分子量。粘均分子量：用粘度法测得的聚合物的分子量。 分子量分布：由于高聚物一般由不同分子量的同系物组成的混合物，因此它的分子量具有一定的分布，分子量分布一般有分布指数和分子量分布曲线两种表示方法。 多分散性：聚合物通常由一系列相对分子量不同的大分子同系物组成的混合物，用以表达聚合物的相对分子量大小并不相等的专业术语叫多分散性。 分布指数：重均分子量与数均分子量的比值，用来表征分子量分布的宽度或多分散性。 连锁聚合：活性中心引发单体，迅速连锁增长的聚合。烯类单体的加聚反应大部分属于连锁聚合。连锁聚合需活性中心，根据活性中心的不同可分为自由基聚合、阳离子聚合和阴离子聚合。 逐步聚合：无活性中心，单体官能团之间相互反应而逐步增长。绝大多数缩聚反应都属于逐步聚合。 加聚反应：即加成聚合反应，烯类单体经加成而聚合起来的反应。加聚反应无副产物。 缩聚反应：即缩合聚合反应，单体经多次缩合而聚合成大分子的反应。该反应常伴随着小分子的生成。塑料：具有塑性行为的材料，所谓塑性是指受外力作用时，发生形变，外力取消后，仍能保持受力时的状态。塑料的弹性模量介于橡胶和纤维之间，受力能发生一定形变。软塑料接近橡胶，硬塑料接近纤维。橡胶：具有可逆形变的高弹性聚合物材料。在室温下富有弹性，在很小的外力作用下能产生较大形变，除去外力后能恢复原状。橡胶属于完全无定型聚合物，它的玻璃化转变温度（T g）低，分子量往往很大，大于几十万。 纤维：聚合物经一定的机械加工（牵引、拉伸、定型等）后形成细而柔软的细丝，形成纤维。纤维具有弹性模量大，受力时形变小，强度高等特点，有很高的结晶能力，分子量小，一般为几万。 热塑性聚合物：聚合物大分子之间以物理力聚而成，加热时可熔融，并能溶于适当溶剂中。热塑性聚合物受热时可塑化，冷却时则固化成型，并且可以如此反复进行。热固性聚合物：许多线性或支链形大分子由化学键连接而成的交联体形聚合物，许多大分子键合在一起，已无单个大分子可言。这类聚合物受热不软化，也不易被溶剂所溶胀。 碳链聚合物：大分子主链完全由碳原子组成的聚合物。杂链聚合物：聚合物的大分子主链中除了碳原子外，还有氧、氮等杂原子。 元素有机聚合物：聚合物的大分子主链中没有碳原子孙，主要由硅、硼、铝和氧、氮、硫、磷等原子组成。无机高分子：主链与侧链均无碳原子的高分子。聚合反应：由低分子单体合成聚合物的反应。 第二章自由基聚合 活性种：打开单体的π键，使链引发和增长的物质，活性种可以是自由基，也可以是阳离子和阴离子。均裂：化合物共价键的断裂形式，均裂的结果，共价键上一对电子分属两个基团，使每个基团带有一个独电子，这个带独电子的基团呈中性，称为自由基。异裂：化合物共价键的断裂形式，异裂的结果，共价键上一对电子全部归属于其中一个基团，这个基团形成阴离子，而另一缺电子的基团，称为阳离子。自由基聚合：以自由基作为活性中心的连锁聚合。离子聚合：活性中心为阴、阳离子的连锁聚合。阳离子聚合：以阳离子作为活性中心的连锁聚合。阴离子聚合：以阳离子作为活性中心的连锁聚合。

几种新型无机材料简介

专 业 论 文 学校：天水师范学院 班级：2012级应化1班姓名：汪治华 学号：20122060155

几种新型无机材料简介 材料是人类生存和发展的物质基础，也是一切工程技术的基础。现代科学技术的发展对材料的性能不断提出新的更高的要求。材料科学是当前科学研究的前沿领域之一。以材料科学中的化学问题为研究对象的材料化学成为无机化学的重要学科之一。 材料主要包括金属材料、无机非金属材料、复合材料和高分子材料等各类化学物质。这里简单介绍几种新型无机材料。 ●氮化硅陶瓷材料 氮化硅（Ｓｉ３Ｎ４）陶瓷是一种高温结构陶瓷材料，属于无机非金属材料。在Ｓｉ３Ｎ４中，硅原子和氮原子以共价键结合，使Ｓｉ３Ｎ４具有熔点高、硬度大、机械强度高、热膨胀系数低、导热性好、化学性质稳定、绝缘性能好等特点。它在１２００℃的工作温度下可以维持强度不降低。氮化硅可用于制作高温轴承、制造无冷却式陶瓷发动机汽车、燃气轮机的燃烧室和机械密封环等，广泛应用于现代高科技领域。 工业上普遍采用高硅与纯氮在较高温度下非氧化气氛中反应制取Ｓｉ３Ｎ４： 3Si+2N2 Ｓｉ３Ｎ４ 采用化学气相沉积法也可以得到纯度较高的Ｓｉ３Ｎ４： 3SiCl4 +2N2 +6H2 Si3N4 +12HCl 除Ｓｉ３Ｎ４外，高温结构陶瓷还有SiC，ZrO2，Al2O3等。 ●砷化镓半导体材料 砷化镓（GaAs）是一种多用途的高技术材料。除了硅之外，GaAs已成为最重要的半导体材料。 砷化镓是亮灰色晶体，具有金属光泽，质硬而脆。GaAs的晶体结构与单质硅和金刚石相似。它在常温下比较稳定，不与空气中的氧气和水作用，也不与HCl，H2SO4等反应。 砷化镓是一种本征半导体，其禁带宽度比硅大，工作温度比硅高（50～250）℃，引入惨杂元素的GaAs可用于制作大功率电子元器件。GaAs中电子运动速度快，传递信息块，GaAs可用于制造速度更快、功能更强的计算机。GaAs中的被激发的电子回到基态是以光的形式释放能量，它具有将电能转换为光能的性能，可作为发光二极管的发光组分，也可以制成二极管激光器，用于在光纤光缆中传递红外光。 ●氧化锡气敏材料 气敏陶瓷是一类对气体敏感的陶瓷材料。早在1931年人们就发现Cu2O的电导率随水蒸气吸附而发生改变。现代社会对易燃、易爆、有毒、有害气体的检测、控制、报警提出了越来越高的要求，因此促进了气敏陶瓷的发展。1962年以后，日本、美国等首先对SnO2和ZnO半导体陶瓷气敏元件进行实用性研究，并取得突破性进展。

半导体纳米材料研究进展与应用

半导体纳米材料研究进展与应用 摘要: 介绍了半导体纳米材料的研究进展、制备方法的若干进展和应用前景。 关键词: 半导体纳米材料研究进展应用 1引言 20 世纪是物理学推动高新技术飞速发展的世纪, 人类已从控制与利用大量微观粒子系统的时代进入了控制与利用单个微观粒子的时代。纳米技术是世纪之交发展起来的新技术, 是在0.1～100nm 尺度空间内, 研究电子、原子和分子运动规律和特性的崭新的高技术科学Z。它的目标是人类按照自己的意志直接操纵单个电子、原子等粒子, 制造出具有特定功能的产品.目前, 人们已制造了各种各样的纳米材料, 例如: 纳米金属材料、纳米半导体材料、纳米氧化物材料、纳米陶瓷材料、纳米有机材料等. 其中半导体纳米材料对未来社会信息化的产生有至关重要的影响. 2半导体纳米材料 相对于金属材料而言, 半导体中的电子动能较低, 有较长的德布罗意波长, 因而对空间的限制比较敏感. 电子的德布罗意波长入与其动能 E 的关系为入=h^2/在纸上(其中m*是半导体中电子的有效质量, h 是普朗克常量) 。当空间某一方向的尺度限制与电子的德布罗意波长可比拟时, 电子的运动就会受限, 而被量子化地限制在离散的本征态, 从而失去一个空间自由度或者说减少了一维。因此, 通常在体材料中适用的电子的粒子行为在此材料中不再适用, 这种新型的材料称为半导体低维结构, 也称为半导体纳米材料【1】。 1966 年, Fuou ler 等人[2]首次令人们信服地证实了在Si/S iO 2 界面处存在二维电子气,从此拉开了半导体低维结构研究的序幕. Si-MO SFET[3]可以认为是对载流子实现一个维度方向限制最早的固体结构.在这个系统中, 由于Si 和SiO 2 界面导带的不连续, 形成一个三角势阱, 将电子限制在其中, 使其既不能穿过氧化层, 也不能进入Si 的体内, 电子的运动被限制在二维界面内. 随着微加工技术的发展和分子束外延技术(MBE )、金属有机物化学气相沉积技术(MOCVD)、液相外延(L PE)、气相外延(V PE)等技术的应用, 人们可以制造出更多的二维电子气系统Z 它是由两种具有不同带隙的半导体材料构成, 一般要求这两种材料结构相同, 并且晶格常量接近, 以获得原子级光滑的界面。MBE 和MOCVD 的一个重要特征是可以制备量子尺寸的多层结构, 其控制精度可达单原子层量级〔4〕。这些结构可分为量子阱(QW ) 和超晶格(SL ) 。1970 年, Esak i 和T su 〔5〕在寻找具有负微分电阻的新器件时, 提出了全新的“半导体超晶格”概念Z 如果势垒层厚度足够宽, 使得相邻阱内电子波函数没有相互作用, 即被称为量子阱.反之, 如果相邻阱内电子波函数有较强的相互作用, 即相当于在晶格周期场上叠加一个多层结构的超晶格周期场, 则被称为超晶格。从此, 对半导体量子阱和超晶格等半导体微结构的材料和器件的研究成为近20 多年来半导体物理学中最重要、最活跃的研究领域之一。 1978 年D ingle〔6〕等人对异质结中二维电子气沿平行于界面的输运进行了研究, 发现了电子迁

超好的环氧树脂复合材料英文文献

https://www.docsj.com/doc/e015876541.html,/Journal of Reinforced Plastics and Composites https://www.docsj.com/doc/e015876541.html,/content/30/19/1621The online version of this article can be found at: DOI: 10.1177/0731684411426810 2011 30: 1621 originally published online 7 November 2011 Journal of Reinforced Plastics and Composites N. Venkateshwaran, A. ElayaPerumal and M. S. Jagatheeshwaran Effect of fiber length and fiber content on mechanical properties of banana fiber/epoxy composite Published by: https://www.docsj.com/doc/e015876541.html, can be found at: Journal of Reinforced Plastics and Composites Additional services and information for https://www.docsj.com/doc/e015876541.html,/cgi/alerts Email Alerts: https://www.docsj.com/doc/e015876541.html,/subscriptions Subscriptions: https://www.docsj.com/doc/e015876541.html,/journalsReprints.nav Reprints: https://www.docsj.com/doc/e015876541.html,/journalsPermissions.nav Permissions: https://www.docsj.com/doc/e015876541.html,/content/30/19/1621.refs.html Citations: What is This? - Nov 7, 2011 OnlineFirst Version of Record - Dec 16, 2011 Version of Record >>

玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料各项性能的研究

玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料各项性能的研究 齐齐哈尔大学 摘要：玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，但缺点是性脆，耐磨性较差，并不适于作为结构用材，但若抽成丝后，则其强度大为增加且具有柔软性，配合树脂赋予其形状以后可以成为优良之结构用材。本文将对玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的的研究现状及研究方向进行分析，为新的研究方向探索道路。 关键词：玻璃纤维环氧树脂复合材料研究现状研究方向 1、前言 玻璃纤维增强树脂基复合材料具有轻质高强，疲劳性能、耐久性能和电绝缘性能好等特点，在各个领域都有着广泛的应用，用玻璃纤维和环氧树脂可以制造层合制品，是一类性能优良的绝缘材料，广泛用于电力、电器、电子等领域，玻璃纤维增强树脂基复合材料由于具有高比强度、比模量，而且耐疲劳、耐腐蚀。最早用于飞机、火箭等，近年来在民用方面发展也很迅猛，在舰船、建筑和体育器械等领域得到应用，并且用量不断增加。其中，环氧树脂是先进复合材料中应用最广泛的树脂体系，它适用于多种成型工艺，可配制成不同配方，调节粘度范围大，以便适应不同的生产工艺。它的贮存寿命长，固化时不释放挥发物，同化收缩率低，固化后的制品具有极佳的尺寸稳定性、良好的耐热、耐湿性能和高的绝缘性，因此，环氧树脂“统治”着高性能复合材料的市场 目前，复合材料输电杆塔已在欧美和日本得到应用，其中以美国的研究开发和应用最为成熟。我国在20世纪50年代对复合材料电杆进行过研究，鉴于当时材料性能和制造工艺的限制，复合材料电杆未能得到推广使用。近年来，随着复合材料技术的飞速发展和传统输电杆塔的缺陷逐步显露，电力行业开始重视复合材料杆塔的应用研究。 随着电网建设的快速发展，出现了全国联网、西电东送、南北互供的建设格局，输电线路工程口益增多，对钢材的需求越来越大，消耗了大量的矿产资源和能源，在一定程度上加剧了生态环境破坏。并且，线路杆塔采用全钢制结构，存在质量大、施工运输和运行维护困难等问题。因此，采用新型环保材料取代钢材建造输电杆塔得到了输电行业的关注。玻璃纤维增强树脂基复合材料，具有高强轻质、耐腐蚀、耐久性能和电绝缘性好、易维护、温度适应性强、性能可设计、环境友好等特点，成为输电杆塔结构理想的材料。日益受到围内外电力行业的关注。目前，纤维增强复合材料输电杆塔由于其优良的综合性能已在日本和欧美地区得到应用，其中美国的研究开发和应用较为成熟，已制定了相关的产业标准，美国土木工程师学会已制定了输电杆塔中FRP产品的应用标准。 在输电杆塔中推广应用复合材料不仅能减少对矿产资源的破坏、保护环境，而且易于解决输电线路的风偏和污闪事故，提高线路安全运行水平；同时减小塔头尺寸，降低线路的维护成本。 2、低温性能研究 2、1单向复合材料板的制作 首先，取一定数量加热的环氧树脂，然后，加入增韧剂和稀释剂，在65℃

纳米生物材料研究进展

纳米生物材料研究进展 学院：建筑工程学院专业：土木工程 姓名：李春波学号111401140 生物材料又称生物工艺学或生物技术。应用生物学和工程学的原理，对生物材料、生物所特有的功能，定向地组建成具有特定性状的生物新品种的综合性的科学技术。生物工程学是70年代初，在分子生物学、细胞生物学等的基础上发展起来的，包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程等，他们互相联系，其中以基因工程为基础。只有通过基因工程对生物进行改造，才有可能按人类的愿望生产出更多更好的生物产品。而基因工程的成果也只有通过发酵等工程才有可能转化为产品，而今天，就让我带领你走进微小，但不失奇妙的纳米生物材料。 纳米，其实是长度单位，原称毫微米，就是10亿分之一米，即100万分之一毫米。如同厘米、分米和米一样，是长度的度量单位。相当于4倍原子大小，比单个细菌的长度还要小。举个例子来说，假设一根头发的直径是0.05毫米，把它径向平均剖成5万根，每根的厚度大约就是一纳米。也就是说，一纳米大约就是0.000001毫米.纳米科学与技术，有时简称为纳米技术，是研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质和应用。纳米技术的发展带动了与纳米相关的很多新兴学科。有纳米医学、纳米化学、纳米电子学、纳米材料学、纳米生物学等。全世界的科学家都知道纳米技术对科技发展的重要性，所以世界各国都不惜重金发展纳米技术，力图抢占纳米科技领域的战略高地。我国于1991年召开纳米科技发展战略研讨会，制定了发展战略对策。十多年来，我国纳米材料和纳米结构研究取得了引人注目的成就。目前，我国在纳米材料学领域取得的成就高过世界上任何一个国家，充分证明了我国在纳米技术领域占有举足轻重的地位。 在过去几年中,生物纳米材料的理论与实验研究已成为人们关注的焦点,特别是核酸与蛋白质的生化、生物物理、生物力学、热力学与电磁学特征及其智能复合材料已成为生命科学与材料科学的交叉前沿。目前,纳米生物芯片材料、仿生材料、纳米马达、纳米复合材料、界面生物材料、纳米传感器与药物传递系统等方面已取得很大进展。 1.纳米生物芯片材料 纳米生物芯片材料是一个正在发展的技术，它首先利用生物智能全数字癫痫定位仪查出致痫病灶，并进行精确定位，运用生物芯片技术进行植入病灶顶部，运用生物芯片调节神经兴奋及异常发作的微小电流，芯片植入后(就是出现发作人体也感应不到，因为电流被芯片吸收，就不会出现电流刺激神经和脑细胞，各种肢体抽搐等异常症状即刻消失)。而治疗系统中另一项需同时进行的血液磁化技术，它是依据生物物理学、生物磁学、生物光学、生物化学的原理，将磁、光、氧有机结合形成磁共振作用，以血液为媒介调节机体代谢实现对机体的治疗，它能感应和影响人体电流分布、电荷微粒的运动、膜系统的通透性和生物高分子的磁矩取向等，清除大脑异常电流，稳定神经细胞膜，提高神经细胞兴奋阈，抑制大脑神经元高频放电和冲动的传播。在脑部形成稳定的生物磁场，使异常放电的神经元电位趋于平衡，调整神经网路电失衡。对神经细胞功能失调有整合作用,对缺氧破损的神经细胞有修复作用,可以增进神经细胞的重新生长,针对性的修复受损的神经细胞，从而产生镇静、解痉作用，激发神经自身保护功能，促使神经

无机功能材料

1.课堂上主要介绍了哪些无机功能材料？ 答：纳米材料超导材料功能薄膜材料功能转换材料梯度材料生物医用材料 功能陶瓷磁性材料储氢材料 2.纳米材料有哪些基本性质？ 答：物理性能：表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应 化学性能：表面活性及敏感性、催化性能 表面效应：纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随着粒子尺寸的减小而显著增加，粒子的表面能及表面张力随 着增加，物理、化学性质发生变 化。 小尺寸效应：随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会 引起颗粒性质的质变。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性 质的变化称为小尺寸效应。 量子尺寸效应：当粒子尺寸下降到某一值时，金属费 米能级附近的电子能级由准连续能级变为离散能级的现象和纳 米半导体微粒存在不连续的最高被占据轨道和最低被占据的分 子轨道能级，能隙变宽的现象。 宏观量子隧道效应：颗粒的一些宏观物理量，如微磁化 强度，量子相干器件中的磁通量等亦具有隧道效应，称其为宏 观量子隧道效应。 3.超导材料有哪些特性？以及超导材料的分类？ 超导体主要具有三个特性: 零电阻性超导材料处于超导态时电阻为零,如果用磁场 在超导环中引发感生电流，这一电流可以毫不衰减地维持下去。这种“持续电流”已多次在实验中观察到。

完全抗磁性超导材料处于超导态时，只要外加磁场小于 临界磁场，磁场不能透入超导体内，超导材料内部的磁场恒为零。超导悬浮，就是利用超导体的完全抗磁性。 约瑟夫森效应当两超导体之间有一薄绝缘层（厚度约1nm）而形成低电阻连接时，会有电子对穿过绝缘层形成电流，而绝 缘层两侧没有电压，即绝缘层也成了超导体。当电流超过一定 值后，绝缘层两侧出现电压U（也可加一电压U），同时，直流 电流变成高频交流电，而且频率与电压成正比。 超导体的分类没有唯一的标准，最常用的分类如下： 由物理性质分类：可分成第一类超导体（若超导相变属于 一阶相变）和第二类超导体（若超导相变属于二阶相变）。 由超导理论来分类：可分成传统超导体（若超导机制可用BCS理论解释）和非传统超导体（若超导机制不能用BCS理论 解释）。 由超导相变温度来分类：可分成高温超导体（若可用液态 氮冷却就形成超导体）和低温超导体（若需要其他技术来冷却）。 由材料来分类：它们可以是化学元素（如汞和铅）、合金（如铌钛合金和铌锗合金）、陶瓷（如钇钡铜氧和二硼化镁） 或有机超导体（如富勒烯和碳纳米管，这可能都包括在化学元 素之内，因为它们是由碳组成）。 3.功能薄膜介绍了哪些？哪些类别？以及制造方法？ 答：按化学组成分：无机膜有机膜复合膜 按相组成分为：固体薄膜液体薄膜气体薄膜胶体薄膜 按晶体形态分：单晶膜多晶膜微晶膜纳米晶膜超晶格膜 按薄膜的功能及其应用领域分：电学薄膜光学薄膜硬质 膜、耐蚀膜、润滑膜有机分子膜装饰膜、包装膜

环氧树脂基本知识

环氧树脂基本知识 增韧剂与稀释剂是什么？ 增韧剂 增韧剂是具有降低复合材料脆性和提高复合材料抗冲击性能的一类助剂。可分为活性增韧剂与非活性增韧剂两类，活性增韧剂是指其分子链上含有能与基体树脂反应的活性基团，它能形成网络结构，增加一部分柔性链，从而提高复合材料的抗冲击性能。非活性增韧剂则是一类与基体树脂很好相溶、但不参与化学反应的增韧剂。 增韧剂可分为橡胶类增韧剂和热塑性弹性体类增韧剂： （1）橡胶类增韧剂该类增韧剂的品种主要有液体聚硫橡胶、液体聚丁二烯橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶及丁苯橡胶等。 （2）热塑性弹性体热塑性弹性体是一类在常温下显示橡胶弹性、在高温下又能塑化成型的合成材料。因此，这类聚合物兼有橡胶和热塑性塑料的特点，它既可以作为复合材料的增韧剂，又可以作为复合材料的基体材料。这类材料主要包括聚氨酯类、苯乙烯类、聚烯烃类、聚酯类、间规1，2-聚丁二烯类和聚酰胺类等产品，目前作为复合材料的增韧剂用得较多的是苯乙烯类和聚烯烃类。 （3）其它增韧剂适用于复合材料的其它增韧剂还有低分子聚酰胺和低分子的非活性增韧剂，如苯二甲酸酯类。对于非活性的增韧剂也可称为增塑剂，它不参与树脂的固化反应。 稀释剂 稀释剂是一类使液体树脂粘度变稀薄时的液体物质。这不能溶解树脂，但能部分代替溶剂。稀释剂的作用是降低树脂粘度，使树脂具有流动性，改善树脂对增强材料、填料等的浸润性；控制固化时的反应热；延长树脂固化体系的适用期；填料用量增加，降低成本。按不同的树脂需要，所用的稀释剂也不同。 （1）不饱和聚酯树脂用的稀释剂主要是交联剂单体，并能使树脂粘度变稀薄。不饱和聚酯用的稀释剂主要是苯乙烯、α-甲基苯乙烯、甲基丙烯酸单体等。 （2）酚醛树脂用稀释剂主要是酒精、丙酮等溶剂。 （3）环氧树脂用稀释剂有活性稀释剂和非活性稀释剂：①非活性稀释剂这种稀释剂只共混于树脂中，不参与树脂的固化反应，仅仅是降低树脂粘度，如添加邻苯二甲酸二丁酯的双酚A环氧树脂。②活性稀释剂这类稀释剂主要指含有环氧基团的低分子化合物，能与固化剂反应，并参与环氧树脂的固化反应，成为交联树脂结构的一部分。活性稀释剂可分为单环氧基和双环氧基两类。还有不含环氧基的亚磷酸三苯酯、γ-内丁酯两种化合物。 稀释剂的总类 660A 丁基缩水甘油醚无色透明液体 2mPAS 0.65 0.01 0.005 145 10-15 660B 无色透明液体 5mPAS 0.6 0.01 0.005 120 10-15 660C 浅黄色透明液体 7mPAS 0.4 0.01 0.005 >190 10-15 690 苯缩水甘油醚浅黄色透明液体 7mPAS 0.6 0.01 0.005 >130 10-15 691 甲苯基缩水甘油醚浅黄色透明液体 6-7 mPAS 0.50-0.57 0.01 0.005 >130 20-25 692 苄基缩水甘油醚浅黄色透明液体 50s 0.4 0.01 0.005 >130 15-20 680 烯丙基缩水甘油醚浅黄色透明液体 1-2 mPAS 0.78 0.01 0.005 >130 10-15 669 乙二醇二缩水甘油醚浅黄色透明液体 25s 0.65 0.01 0.005 >130 10-30 678 新戊二醇二缩水甘油醚浅黄色透明液体 15s 0.64-0.7 0.01 0.005 >150 15-35 622 丁二醇二缩水甘油醚浅黄色透明液体 15-20mPAS 0.7 0.01 0.005 >150 15-35 662 丙三醇缩水甘油醚无色透明液体 100mPAS 0.55-0.7 0.01 0.005 >150 15-35

纳米功能陶瓷研究现状及未来发展趋势

纳米功能陶瓷研究及未来发展趋势 摘要:概述了普通陶瓷存在的裂纹缺陷问题。介绍了纳米材料的特性以及纳米陶瓷的制备方法。针对纳米陶瓷特有的性能,分析了西方国家高性能陶瓷的市场情况以及纳米陶瓷的应用前景。认为纳米陶瓷将在工程领域乃至日常生活中得到更广泛的应用。 关键词:纳米技术; 纳米陶瓷;前景预测 引言 工程陶瓷又称为结构陶瓷,因其具有硬度高、耐高温、耐磨损、耐腐蚀以及质量轻、导热性能好等优点,而得到了广泛的应用。但是,工程陶瓷也存在着某些缺陷,主要表现为它的脆性(裂纹)、均匀性差以及可靠性低等。而在纳米陶瓷材料的显微结构中,晶粒、晶界以及它们之间的结合都处在纳米水平,使得材料的强度、韧性和超塑性大幅度提高,克服了工程陶瓷的许多不足,并对材料的力学、电学、热学、磁学、光学等性能产生重要影响,从而为工程陶瓷的应用开拓了新领域。 1纳米技术与纳米陶瓷 1.1 纳米技术与纳米复合材料 纳米技术是20 世纪90年代出现的一门新兴技术,它是在0.10- 100nm的尺度空间内,研究电子、原子和分子的运动规律和特性。纳米材料研究是目前材料科学研究的一个热点, 其相应发展起来的纳 米技术,被公认为21世纪最有前途的科研领域。在纳米材料中,纳米晶粒中的原子排列已不能处理成无限长程有序,通常大晶体的连续能带分裂成接近分子轨道的能级;高浓度晶界及晶界原子的特殊结构,导致材料的力学性能、磁性、光学性能乃至热力学性能的改变。纳米相材料与普通的金属、陶瓷和其它固体材料都是由同样的原子组成,只不过这些原子排列成了纳米级的原子团,成为组成这些新材料的结构粒子或结构单元。纳米材料具有常规粗晶粒材料所不具备的奇异特性和反常特性,例如纳米铁材料的断裂应力比一般铁材料高12倍;纳米相铜的强度比普通的铜坚固 5倍,而且硬度随颗粒尺寸的减小而增大。利用纳米技术开发的纳米陶瓷材料,就是由纳米级显微结构组成的新型陶瓷材料,是在纳米长度范围内(1-100 nm) 的纳米复合材料。

高分子_无机纳米复合材料的研究进展

收稿日期:2002-03-03。 作者简介:严满清,女,25岁,在读研究生,主要从事塑料改性及应用开发方面的研究工作。 高分子/无机纳米复合材料的研究进展 严满清　王平华 (合肥工业大学化工学院高分子科学与工程系,230009) 摘要:详细概述了采用纳米粒子直接填充分散法制备高分子基无机纳米复合材料,对纳米粒子表面处理方法及纳米复合材料的性能及应用进行了介绍。 关键词:　无机纳米粒子　表面处理　纳米复合材料　纳米粒子直接填充分散法 纳米科学与技术是一个跨学科的研究与开发领域,涉及纳米电子学、纳米材料学、纳米物理学、纳米化学、纳米生物学、纳米机械学、纳米加工及表征等[1]。由于纳米科学与技术而制得的纳米材料表现出许多与众不同的特殊性质如光吸收性、高混合性、压缩性等,有着广阔的应用前景[2]。因此,纳米材料被称为最有前途的材料。1　纳米材料 纳米结构为至少一维尺寸在1～100nm 区域的 结构,它包括纳米粒子、纳米纤维、纳米薄膜、纳米块状和纳米晶等。纳米粒子,又称超微粒子(ultrafine powders ,简称U FP ),统指1～100nm 的细微颗粒(结晶的或非结晶的)。纳米粒子既不同于微观原子、分子团簇,又不同于宏观体相材料,是一种介于宏观固体和分子间的亚稳中间态物质。当粒子尺寸进入纳米数量级(1～100nm )时,由于纳米粒子的表面原子与体相总原子数之比随粒径尺寸的减少而急剧增大,使其显示出强烈的体积效应、量子效应、表面效应和宏观量子隧道效应。纳米材料指的是纳米结构按一定方式堆积或一定基体中分散形成的宏观材料,包括纳米块状材料和纳米复合材料。制备纳米材料的方法有:化学气相沉积法、物理气相沉积法、机械合金法、液相化学合成法、超声波辐射法。从物质的类别来分,可分为金属纳米材料、无机氧化物纳米材料、无机半导体纳米材料和有机小分子和聚合物纳米材料。纳米材料是一种具有广泛应用潜力的新型材料,纳米材料能全面改善聚合物的综合性能,而且能赋予其奇特的性能,为聚合物的增韧增强改性提供了新的途径[3]。 2　高分子/纳米复合材料的常用制备方法 1984年Roy 和K ormarneni 等首次提出了纳米 复合材料的概念,纳米复合材料也就是纳米级尺寸 均匀分散于聚合物的复合体系。纳米复合材料从复合的维度来分,分为0-1、0-2、0-3、1-1、1-2等类型复合材料。 由于纳米复合材料的分散相与基体相之间的界面积很大,如果分散相和基体相的性质充分结合起来,将大大改进和提高材料的各种力学性质,因为纳米无机粒子,不同于一般无机粒子,它对材料既增强又增韧。例如,在层状无机物中嵌入导电聚合物,可制得导电材料。另外,由于纳米复合材料达到分子水平相容,且相尺寸小于光波长,因而纳米复合材料透明性好。2.1　纳米粒子直接填充分散法 直接填充分散法是指先通过一定的方法如气相法、液相法和直接使用高能机械球磨直接粉碎的固相法等制得纳米粒子,然后将纳米粒子与聚合物组分(单体或聚合物)通过适当方法制得聚合物基无机纳米复合材料。这种方法是制备聚合物基无机纳米复合材料中最简单适用的一种方法。 直接填充分散法制备聚合物基纳米复合材料主要分为: (1)　纳米粒子分散在聚合物中,聚合物可以是溶液或熔体[4],也可以将纳米粒子直接同聚合物粉体用共混方法获得,共混前采取分散剂、偶联剂、表 现　代　塑　料　加　工　应　用 第14卷第5期 Modern Plastics Processing and Applications 2002年10月