纳米材料在高分子材料领域的应用
纳米材料在高分子材料领域的应用
纳米技术的发展日新月异，纳米高分子材料作为其中的重要分支，研发呈现出新的趋势。由于纳米材料具有许多新的特性，如特殊的磁学特性、光学特性、电学特性和化学活性等，利用纳米粒子的这些特性对高分子材料进行改性，可以得到具有特殊功能的高分子材料。这不仅使高分子材料的性能更加优异，使其更加广泛地应用于微电子、化工、国防、医学等各个领域。
据估算，全球纳米技术的年产值已达到500亿美元。目前，发达国家政府和大的企业纷纷启动了发展纳米技术和纳米计划的研究计划。美国将纳米技术视为下一次工业革命的核心，2001年年初把纳米技术列为国家战略目标，在纳米科技基础研究方面的投资，从1997年的1亿多美元增加到2001年近5亿美元，准备像微电子技术那样在这一领域独占领先地位。日本也设立了纳米材料中心，把纳米技术列入新五年科技基本计划的研究开发重点，将以纳米技术为代表的新材料技术与生命科学、信息通信、环境保护等并列为四大重点发展领域。德国也把纳米材料列入21世纪科研的战略领域，全国有19家机构专门建立了纳米技术研究网。在人类进入21世纪之际，纳米科学技术的发展，对社会的发展和生存环境改善及人体健康的保障都将做出更大的贡献。从某种意义上说，21世纪将是一个纳米世纪。
由于表面纳米技术运用面广、产业化周期短、附加值高，所形成的高新技术和高技术产品、以及对传统产业和产品的改造升级，产业化市场前景极好。
1 纳米高分子材料的优势
通常是将纳米微粒与聚合物基材进行复合，利用其特殊性质来开发新产品，这比研究全新的聚合物材料投资少，周期短，生产成本低。与普通改性材料不同，纳米粒子具有特殊的表面效应、体积效应、量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应等，这些效应的综合作用导致了改性后的高分子材料具有特殊性能。比如，纳米粒子巨大的比表面积产生的表面效应，可使经纳米粒子改性后的高分子材料的机械性能、热传导性、触媒性质、破坏韧性等均与一般材料不同，有的材料还具有了新的阻燃性和阻隔性。
2 纳米微粒的改良方法
纳米高分子材料被科学家称为强大的"混血儿"。纳米微粒径小、表面积大、易于聚。为增加纳米添加物与聚合物的界面结合力，提高纳米微粒的均匀分散能力，需对纳米粉末进行表面改性。主要是降低粒子的表面能态、消除粒子的表面电荷、提高纳米粒子与有机相的亲和力、减弱纳米粒子的表面极性等。一般可采用6种方法对纳米粒子进行表面改性: ⑴表面覆盖改性。利用表面活性剂覆盖于纳米粒子表面，赋予粒子表面新的性质。常用的表面改性剂有硅烷偶联剂、钛酸酯类偶联剂、硬脂酸、有机硅等;
⑵机械化学改性。运用粉碎、摩擦等方法，利用机械应力作用对纳米粒子表面进行激活，以改变表面晶体结构和物理化学结构，这种方法使分子晶格发生位移、内能增大，在外力的作用下活性的粉末表面与其他物质发生反应、附着，达到表面改性目的;
⑶外膜层改性，在纳米粒子表面均匀地包覆一层其他物质的膜，使粒子表面性质发生变化;
⑷局部活性改性，利用化学反应在纳米粒子表面接枝带有不同官能基团的聚合物，使具有新功能;
⑸高能量表面改性，利用高能电晕放电、紫外线、等离子射线等对纳米粒子进行表面改性;
⑹利用沉淀反应进行表面改性，利用有机或无机物在纳米粒子表面沉淀一层包覆物，以改变其表面性质。
以上方法中最简单和最常用的方法是添加界面改性剂，即分散剂、偶联剂等，分散剂能降低纳米粒子的表面能、改善填料的分散状况，但不能改善填料纳米粒子与基体的界面结合，偶联剂即可与基材有强的相互作用。
3 纳米技术在高分子材料中的应用广泛
纳米粉末填充复合材料的应用
普通填料加入到高分子材料中一般使拉伸强度明显降低，而采用纳米粉
末填充的复合材料，其拉伸强度却会有所增加，并在一定范围内出现极值。
如纳米SiO2填充复合材料的拉伸强度在SiO2体积分数为4%时达到最大值。研究表明，采用纳米CaCO3填充聚乙烯，复合材料的断裂延伸率提高。对于
复合材料杨氏模量的影响也是如此，即微米级填料使杨氏模量增长平缓，而
纳米级填料则可使杨氏模量急剧上升，这是因为纳米粒子表面原子比例高，
易于与聚合物充分地吸附、键合。研究还发现，采用不同种类的纳米粉末混
合填充聚合物，将使复合材料的性能在某一点上出现极值。这是由于不同粒
子的官能团种类、数目及表层厚度不同，在粒子与基体作用的同时，粒子之
间也相互吸附，从而表现出协同效应。例如，采用超微细CaCO3或滑石粉都
会使冲击强度、断裂延伸率减小，但是两种粉末同时加入所产生的协同作用
使得冲击强度和断裂延伸率均增大。
塑料的增韧增强改性方法较多，传统的方法有共混、共聚、使用增
韧剂等。无机填料填充基体，通常可以降低制品成本、提高刚性、耐热性和
尺寸稳定性，然而往往带来冲击强度和断裂延伸率的下降。往硬性塑料中加
入橡胶弹性粒子，可以提高冲击强度，但拉伸强度却下降。往高分子材料中
加入增强纤维，可以大幅度提高其拉伸强度，但冲击强度特别是断裂延伸率
往往有所下降。近年来采用液晶聚合物对高分子材料的原位复合增强等，可
使复合材料的拉伸及冲击强度均有所改善，但断裂伸长率仍有所下降。纳米
技术的出现为塑料的增韧增强改性提供了一种全新的方法和途径。纳米粒子
表面活性原子多，可与基体紧密结合，相容性比较好。当受外力时，粒子不
易与基体脱离，而且因为应力场的相互作用，在基体内产生很多的微变形区，
吸收大量的能量。这就使得复合材料能较好地传递所承受的外应力，又能引
发基体屈服，消耗大量的冲击能，从而达到同时增韧和增强的效果。例如，
聚丙烯(PP)增韧增强改性以往多采用橡胶类弹性体共混合纤维、填料的填充
共混方式，近年来开始用纳米级无机填料填充聚合物。1991年日本丰田汽车
公司与三菱化学公司共同开发成功PP/EPR(乙丙橡胶)/滑石粉纳米复合材料，克服了以往PP改性材料韧性增加而断裂延伸率下降的缺点，它兼具高流动性、高刚性和耐冲击性，用于制造汽车的前、后保险杠，并于1991年实现商品化
生产，该材料被称为“丰田超级烯烃聚合物”。面对今后汽车的设计、制造
向全球化发展的趋势，丰田公司计划使这种PP纳米复合材料成为汽车上统一
使用的标准材料。丰田公司还计划将目前汽车上用的7种外装饰树脂材料和13种内装饰树脂材料研究开发成纳米复合材料。目前日本已将纳米聚合物复
合材料广泛应用于汽车工业、食品包装等，其他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。目前国际上几
乎所有的塑料行业都涉足本项目的研究发，研究内容也扩展到各种聚合物体系。
汽车、舰船的表面涂覆的油漆主要是由氯丁橡胶、双酚树脂或者环氧树脂为主要原料，在阳光的紫外线照射下很容易老化变脆，致使油漆脱落，如果在面漆中加入能强列吸收紫外
线的纳米微粒就可起到保护底漆的作用。
以往橡胶改性多加入炭黑来提高强度、耐磨和抗老化等性能，但这样处理后制品变成黑色，色彩单调。为了制成彩色橡胶，可将白色纳米粒子如纳米SiO2作补强剂或使用纳米粒子着色剂。由于纳米SiO2是三维链状结构，将其均匀分散在橡胶大分子中并与之结合成为立体网状结构，从而提高制品强度、弹性和耐磨性。
将纳米微粒分散到树脂中制成膜，可用作半导体器件的紫外线过滤器。
由轻元素组成的纳米材料在航空隐身材料方面应用十分广泛。一些纳米复合粉体与高分子纤维结合，对中红外波段有很强的吸收性能，对红外探测器有很好的屏蔽作用。
纳米材料对光吸收和对静电屏蔽的特性，使其在日常生活和国防上也有着很重要的应用前景。利用纳米复合粉添加的纤维制成军服，这种纤维不仅对人体释放的红外线有很好的屏蔽作用，而且对人体红外线有强吸收作用，可以增加保暖作用，减轻农服的重量。
在医用高分子材料领域，日本东京大学日前通过结合纳米级的微小分子环和高分子材料开发出了凝胶状的新型医疗材料。这种新材料的可见光的通过率高达98 2%，而且即使拉长8倍，材料也能恢复原状，并不会受到任何破坏。这种性能优异的材料可望用来生产隐形眼镜以及其他医疗产品。而在医用化纤制品和纺织品中添加纳米微粒可以起到除味、杀菌、消毒的作用。
4 结语
纳米材料作为一项高新技术在高分子材料改性中有着非常广阔的应用前景，对开发具有特殊性能的高分子材料有着重要的实际意义。尤其是纳米粉末填充塑料体系表现出同时增强增韧的特性，为开拓聚合物复合材料的应用领域开辟了广阔的前景。我国塑料进口量占国内总需求量的50%，但同时又存在国产塑料产品过剩的问题，这是因为国产塑料产品大多属于大品种用聚合物，具有产品型号少、品位低的缺点。开发纳米聚合物复合材料并使之工业化应用，可以充分利用我国资源优势，也是改造传统聚合物工业技术的最佳途径，具有巨大的市场潜力。我国在纳米改性高分子材料的应用研究方面才刚刚起步，相信在不远的将来，纳米材料会进一步扩大工业化，并广泛应用于高分子材料领域。
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纳米材料应用现状及发展趋势
NANO MATERIAL NANO MATERIAL NANO MATERIAL 纳米材料 应用现状及发展趋势 北京有色金属研究总院李明怡 摘要纳米材料是近期发展起来的多功能材料,本文概述了纳米材料的结构特性、主要制备工艺及应用现状和发展趋势,由于纳米材料具有许多特殊功能和效应,将在工业和国防等领域中发挥巨大潜力,并将为人类社会带来巨大影响。 关键词纳米结构功能材料制备工艺应用现状发展趋势 1前言 纳米材料是指由极细晶粒组成,特征维度尺寸在1~100纳米范围内的一类固体材料,包括晶态、非晶态和准晶态的金属、陶瓷和复合材料等,是80年代中期发展起来的一种新型多功能材料。由于极细的晶粒和大量处于晶界和晶粒内缺陷中心的原子,纳米材料在物化性能上表现出与微米多晶材料巨大的差异,具有奇特的力学、电学、磁学、光学、热学及化学等诸方面的性能,目前已受到世界各国科学家的高度重视。以纳米材料及其应用技术为重要组成部分的纳米科学技术,被认为对当代科学技术的发展有着举足轻重的作用。美国IB M公司首席科学家Ar mstrong认为:/正像70年代微电子技术产生了信息革命一样,纳米科学技术将成为下一代信息的核心。0我国科学家钱学森也指出:/纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科学技术发展的重点,会是一次技术革命,从而将引起21世纪又一次产业革命。0由于纳米科学技术具有极其重要的战略意义,美、英、日、德等国都非常重视这一技术的研究工作。美国国家基金会把纳米材料列为优先支持项目,拨巨款进行专题研究。英国从1989年起开始实施/纳米技术研究计划0。日本把纳米技术列为六大尖端技术探索项目之一,并提供1187亿美元的专款发展纳米技术。我国组织实施的新材料高技术产业化专项中也将纳米材料列为其中之一。纳米材料正在向国民经济和高技术各个领域渗透,并将为人类社会进步带来巨大影响。 2纳米材料的结构和特性 我们所使用的常规材料在三维方向上都有足够大的尺寸,具有宏观性。纳米材料则是一些低维材料,即在一维、二维甚至三维方向上尺寸极小,为纳米级(无宏观性),故纳米材料的尺寸至少在一个方向上是几个纳米长(典型为1~10nm)。如果在三维方向上都是几个纳米长,为3D纳米微晶,如在二维方向上是纳米级的,为2D纳米材料,如丝状材料和纳米碳管;层状材料或薄膜等为1D纳米材料。纳米颗粒可以是单晶,也可以是多晶,可以是晶体结构,也可以是准晶或无定形相(玻璃态);可以是金属,也可以是陶瓷、氧化物或复合材料等。纳米微晶的突出特征是晶界原子的比例很大,有时与晶内的原子数相等。这表明纳米微晶内界面很多,平均晶粒直径越小,晶界 20
功能高分子材料研究进展
功能高分子材料研究进展 摘要 功能高分子材料是高分子学科中的一个重要分支，它是研究各种功能性高分子材料的分子设计和合成、结构和性能关系以及作为新材料的应用技术，它的重要性在于所包含的每一类高分子都具有特殊的功能。它主要包括化学功能高分子材料、光功能高分子材料、电、磁功能高分子材料、声功能高分子材料、高分子液晶、医用高分子材料几部分，这一领域的研究主要包括研究分子结构、组成与形成各种特殊功能的关系，也就是从宏观乃至深入到微观，以及从半定量深入到定量，从化学组成和结构原理来阐述特殊功能的规律性，从而探索和合成出新的功能性材料。本文主要论述了在工程上应用较广和具有重要应用价值的一些功能高分子材料，如吸附分离功能高分子、反应型功能高分子、光功能高分子、电功能高分子、医用功能高分子、液晶高分子、高分子功能膜材料等。 关键词:高分子材料；功能高分子；功能材料； Abstract Functional polymer materials is an important branch of polymer science, it is the study of various functional polymer molecular design and synthesis of relationship between structure and properties and application technology as a new material. its importance is that contains every kind of polymer has special function it light functional polymer materials mainly include chemical functional polymer materials electric magnetic functional polymer materials acoustic functional polymer materials, polymer liquid crystal sections medical polymer materials, the research of this field mainly includes the study of the function of the molecular structure and formation of various sorts of special relationship, which is from the macro and go deep into the micro, and from the quantitative and semi-quantitative into from the chemical composition and structure principle to explain the special function of regularity, to explore and this paper mainly discusses the synthesis of new functional materials. Keywords：high polymer materials; functional polymer; functional Materials;
(发展战略)光功能高分子材料的研究发展及应用
论光功能高分子材料的研究发展及应用综述 吴俊杰 化工081班 前言：光功能高分子材料研究是光化学和光物理科学的重要组成部分，近年来随着现代科学技术的发展，光功能高分子材料研究在功能材料领域占有越来越重要的地位，光功能高分子材料日益受到重视。光功能高分子材料的应用领域已从电子、印刷、精细化工等领域扩大到塑料、纤维、医疗、生化和农业等方面,正在快速发展之中，光功能高分子材料研究与应用也将越来越广。 1光功能高分子材料及分类 光功能高分子材料是指能够对光进行传输、吸收、储存、转换的一类高分子材料。 表1 光功能高分子材料的分类 剂等构成。 光致抗蚀剂：主要包括正性光致抗蚀剂和负性光致抗蚀剂等。 高分子光稳定剂：主要包括光屏蔽剂、激发态狙灭剂抗氧剂和聚合型光稳定剂等。 光致变色高分子材料：主要包括含硫卡巴腙络合物的光致变色聚合物、含偶氮苯的光致变色高分子和含螺苯并吡喃结构的光致变色高分子等。 光导电高分子材料：由光导电聚合物材料构成。
2光功能高分子材料的类别和应用 表2 光功能高分子材料的类别和应用 3光功能高分子材料的发展概况 1954年,美国柯达公司的Minsk等人开发出光功能高分子聚乙烯醇肉桂酸酯,并成功应用于印刷制版。而现在光功能高分子材料应用领域已从电子、印刷、精细化工等领域扩大到塑料、纤维、医疗、生化和农业等方面,发展之势方兴未艾。 光功能高分子材料能够对光能进行传输、吸收、储存、转换．塑料光导纤维是利用高分子的光曲线传播性而制成的非线性光学元件。塑料光纤一般以有机玻璃为芯材，以含氟透明树脂为皮层，用柔软的有机硅树脂进行一次包覆，然后用硬质高分子材料进行二次包覆。有机玻璃、含氟透明树脂、有机硅树脂都是高分子材料，芯材有高折光率，皮层为低折光率材料。光纤的直径范围为几十到约1000微米，光纤在光纤芯内通过反复反射而向前传输，由于塑料光纤在目前传输损耗仍较高，主要应用于飞机、舰船和汽车内部的短距离光通信系统。此外，还应用于光纤显示器、图像的缩小和放大、火焰及高温监视器、光开关、巨点折象器、阅读穿孔卡片、道路标志和装饰照明等。近来，对有机玻璃采用重氢化技术，已使塑料光纤的传输损耗有所降低，为较长距离应用创造了条件。 以高性能有机玻璃或聚碳酸酯透明塑料的高分子材料为基材制成的光盘，是80年代新开发成功的先进信息、记录、储存元件，适应了激光技术的发展和对大容量、高信息密
纳米材料的发展及应用
课程名称：化工新材料概论姓名：邓元顺 学号：1208110201 专业：化学工程与工艺班级：化工122
浅析纳米材料的发展及应用 摘要：纳米材料是纳米级结构材料的简称。狭义是指纳米颗粒构成的固体材料， 其中米颗粒的尺寸最多不超过100nm。广义是指微观结构至少在一维方向上受纳米尺度（1-100nm）限制的各种固体超细材料。【2】纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术。纳米材料在力学、磁学、电学、热学、光学和生命等方面的重要作用和应用前景。 Abstract：Nanometer material is the abbreviation of nano structured materials.The narrow sense refers to the solid material of nano particles, in which the size of the meter particles is not more than 100nm. Generalized refers to a variety of solid ultrafine materials which are limited by nano scale (1-100nm) in the one-dimensional direction at least in one dimension.. Nanotechnology is the most promising technology in the world today. Nano materials in mechanics, magnetism, electricity, heat, optics and life and so on the important role and the application prospect. 关键词：纳米材料纳米技术发展应用 前言：纳米材料和纳米结构无论在自然界还是在工程界都不是新生事物。在自然界存在大量的天然纳米结构，只不过在透射电镜的应用以前人们没有发现而已。在工程方面，纳米材料80年代初发展起来的，纳米材料其粒径范围在1—100nm之间，故纳米材料又称超微晶材料。它包括晶态、非晶态、准晶态的金属、陶瓷和复合材料等。由于极细的晶粒和大量处于晶界和晶粒缺陷中心的原子，纳米材料的物化性能与微米多晶材料有着巨大的差异，具有奇特的力学、电学、瓷学、光学、热学及化学等多方面的性能，从而使其作为一种新型材料在电子、冶金、宇航、化工、生物和医学等领域展现出广阔的应用前景。目前已受到世界各国科学家的高度重视。美国的“星球大战计划”、“信息高速公路”，欧共体的“尤里卡计划”等都将纳米材料的研究列入重点发展计划；日本在10年内将投资250亿日元发展纳米材料和纳米科学技术；英国也将发展纳米材料科学技术作为重振英国工业的突破；我国的自然科学基金“863”计划、“793”计划以及国家重点实验室都将纳米材料列为优先资助项目。【1】美国科学技术委员会把“启动纳米技术的计划看作是下一次工业革命的核心” 一、纳米材料的发展史 1965年诺贝尔物理学奖获得者、美国加利福尼亚工学院教授费曼(R.P.Feynman)曾在1959年预言：“如果有一天可以按照人的意志来安排一个个原子，将会产生怎样的奇迹？”
纳米金属材料的发展与应用综述
纳米金属材料的发展与应用 摘要：纳米技术的诞生将对人类社会产生深远的影响，可能许多问题的发展都与纳米材料的发展息息相关。在纳米金属材料的研究中，它的制备、特性、性能和应用是比较重要的方面。本文概要的论述了纳米材料的发现发展过程，并结合当今纳米金属材料研究领域最前沿的技术和成果，简述了纳米材料在各方面的应用及其未来的发展前景。 关键词：纳米金属材料、纳米技术、应用 一、前言 纳米级结构材料简称为纳米材料(nanomater material)，是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。 纳米粒子异于大块物质的理由是在其表面积相对增大，也就是超微粒子的表面布满了阶梯状结构，此结构代表具有高表能的不安定原子。这类原子极易与外来原子吸附键结，同时因粒径缩小而提供了大表面的活性原子。 纳米技术在世界各国尚处于萌芽阶段，美、日、德等少数国家，虽然已经初具基础，但是尚在研究之中，新理论和技术的出现仍然方兴未艾。我国已努力赶上先进国家水平，研究队伍也在日渐壮大。 二、纳米材料的发现和发展 1861年，随着胶体化学的建立，科学家们开始了对直径为1~100nm的粒子体系的研究工作。1990年7月在美国召开了第一届国际纳米科技技术会议（International Conference on Nanoscience &Technology)，正式宣布纳米材料科学为材料科学的一个新分支。自20世纪70年代纳米颗粒材料问世以来，从研究内涵和特点大致可划分为三个阶段： 第一阶段（1990年以前）：主要是在实验室探索用各种方法制备各种材料的纳米颗粒粉体或合成块体，研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于普通材料的特殊性能；研究对象一般局限在单一材料和单相材料，国际上通常把这种材料称为纳米晶或纳米相材料。 第二阶段（1990~1994年）：人们关注的热点是如何利用纳米材料已发掘的物理和化学特性，设计纳米复合材料，复合材料的合成和物性探索一度成为纳米材料研究的主导方向。 第三阶段（1994年至今）：纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构材料体系正在成为纳米材料研究的新热点。国际上把这类材料称为纳米组装材料体系或者纳米尺度的图案材料。它的基本内涵是以纳米颗粒以及它们组成的纳米丝、管为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系。 三、纳米材料的应用 1、纳米磁性材料 在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。纳米磁性材料具有十分特别的磁学性质，纳米粒子尺寸小，具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性，用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好，而且记录密度比γ-Fe2O3高几十
纳米技术在高分子材料改性中的应用
纳米技术在高分子材料改性中的应用 （南通大学化学化工学院高分子材料与工程132 朱梦成1308052064 ） [摘要] 纳米材料及其技术是随着科技发展而形成的新型应用技术。纳米材料的研究是从金属粉末、陶瓷等领域开始的,现已在微电子、冶金、化工、电子、国防、核技术、航天、医学和生物工程等领域得到广泛的应用。近年来将纳米材料分散于聚合物中以提高高分子材料性能的研究也日益活跃,并取得了许多可观的成果。 [关键词] 纳米技术；高分子材料；改性；应用 1纳米粒子的特性及其对纳米复合材料的性能影响 1.1纳米粒子的特性 纳米粒子按成分分可以是金属,也可以是非金属,包括无机物和有机高分子等;按相结构分可以是单相,也可以是多相;根据原子排列的对称性和有序程度,有晶态、非晶态、准晶态。由于颗粒尺寸进入纳米量级后,其结构与常规材料相比发生了很大的变化,使其在催化、光电、磁性、热、力学等方面表现出许多奇异的物理和化学性能,具有许多重要的应用价值。 1.1.1表面与界面效应 纳米微粒比表面积大,位于表面的原子占相当大的比例,表面能高。由于表面原子缺少邻近配位的原子和具有高的表面能,使得表面原子具有很大的化学活性,从而使纳米粒子表现出强烈的表面效应。利用纳米材料的这种特点,能与某些大分子发生键合作用,提高分子间的键合力,从而使添加纳米材料的复合材料的强度、韧性大幅度提高。 1.1.2小尺寸效应 当超细微粒的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时,晶体周期性的边界条件将被破坏,导致其磁性、光吸收、热、化学活性、催化性及熔点等发生变化。如银的熔点为900℃,而纳米银粉的熔点仅为100℃(一般纳米材料的熔点为其原来块体材料的30%~50%)。应用于高分子材料改性,利用纳米材料的高流动性和小尺寸效应,可使纳米复合材料的延展性提高,摩擦系数减小,材料表面光洁度
高分子材料在各领域的应用与前景
200810230129 许莎莎08材化(一)班(材料合成与加工课程论文) 高分子材料在各领域的应用及前景 1高分子材料的发展现状与趋势 高分子材料作为一种重要的材料, 经过约半个世纪的发展巳在各个工业领域中发挥了巨大的作用。从高分子材料与国民经济、高技术和现代生活密切相关的角度说, 人类已进人了高分子时代。高分子材料工业不仅要为工农业生产和人们的衣食住行用等不断提供许多量大面广、日新月异的新产品和新材料又要为发展高技术提供更多更有效的高性能结构材料和功能性材料。鉴于此, 我国高分子材料应在进一步开发通用高分子材料品种、提高技术水平、扩大生产以满足市场需要的基础上重点发展五个方向：工程塑料，复合材料，液晶高分子材料，高分子分离材料，生物医用高分子材料。近年来,随着电气、电子、信息、汽车、航空、航天、海洋开发等尖端技术领域的发展和为了适应这一发展的需要并健进其进?步的发展, 高分子材料在不断向高功能化高性能化转变方面日趋活跃,并取得了重大突破。 2 高分子材料各领域的应用 （1）高分子材料在机械工业中的应用 高分子材料在机械工业中的应用越来越广泛, “以塑代钢”、
“塑代铁”成为目前材料科学研究的热门和重点。这类研究拓宽了材料选用范围,使机械产品从传统的安全笨重、高消耗向安全轻便、耐用和经济转变。如聚氨酉旨弹性体，聚氨醋弹性体的耐磨性尤为突出, 在某些有机溶剂如煤油、砂浆混合液中, 其磨耗低于其它材料。聚氨醋弹性体可制成浮选机叶轮、盖板, 广泛使用在工况条件为磨粒磨损的浮选机械上。又如聚甲醛材料聚甲醛具有突出的耐磨性, 对金属的同比磨耗量比尼龙小, 用聚四氟乙烯、机油、二硫化钥、化学润滑等改性, 其摩擦系数和磨耗量更小, 由于其良好的机械性能和耐磨性, 聚甲醛大量用于制造各种齿轮、轴承、凸轮、螺母、各种泵体以及导轨等机械设备的结构零部件。在汽车行业大量代替锌、铜、铝等有色金属, 还能取代铸铁和钢冲压件。 2 高分子材料在燃料电池中的应用 高分子电解质膜的厚度会对电池性能产生很大的影响, 减薄膜的厚度可大幅度降低电池内阻, 获得大的功率输出。全氟磺酸质子交换 膜的大分子主链骨架结构有很好的机械强度和化学耐久性, 氟素化合物具有僧水特性, 水容易排出, 但是电池运转时保水率降低, 又要影响电解质膜的导电性, 所以要对反应气体进行增湿处理。高分子电解质膜的加湿技术, 保证了膜的优良导电性, 也带来电池尺寸变大增大左右、系统复杂化以及低温环境下水的管理等问题。PEFC的发展离不开新材料的发现及其在燃料电池中的应用, 今后随着高性能、低成木的高分子材料开发研究, 有希望促进实现商业应用, 成为
纳米材料及其应用前景
纳米材料及其应用前景 摘要:21世纪，纳米技术、纳米材料在科技领域将扮演重要角色。纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术之一。本文简要地概述了纳米材料的基本特性以及其在力学、磁学、电学、热学等方面的主要应用，并简单展望了纳米材料的应用前景。 关键词：纳米材料；功能；应用； 一、纳米材料的基本特性 所谓纳米材料是指材料基本构成单元的尺寸在纳米范围即1~100纳米或者由他们形成的材料。由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。科学家们和工程技术人员利用纳米材料的特殊性质解决了很多技术难题，可以说纳米材料特性促进了科技进步和发展。 1、力学性质 高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增 殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳米材料中位错滑移和 增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。金属陶瓷作为刀具材料已有50 多年历史，由于金属陶瓷的混合烧结和晶粒粗大的原因其力学强度一直 难以有大的提高。应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、 强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。 使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油 钻探等恶劣环境下使用。 2、热学性质 纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用 变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面 有其广泛的应用前景。例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作 用，从而有效地将太阳光能转换为热能。 3、电学性质 由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的 隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体 器件。2001年用碳纳米管制成的纳米晶体管，表现出很好的晶体三极管 放大特性。并根据低温下碳纳米管的三极管放大特性，成功研制出了室 温下的单电子晶体管。随着单电子晶体管研究的深入进展，已经成功研 制出由碳纳米管组成的逻辑电路。
纳米结构高分子材料综述
纳米结构高分子材料的制备、表征、应用前景 花生 (湖南工程学院化学化工学院湖南湘潭 411104) 摘要:纳米结构高分子材料是由各种纳米单元与有机高分子材料以各种方式复合成型的一种新型复合材料。本文综述了纳米结构高分子材料的结构、性能和表征技术,并对其 应用进行了讨论。 关键字：纳米结构高分子材料插层复合溶胶-凝胶纳米改性 Preparation ,Characterization, Application of Nano-structural Polymer Materials huasheng (College of Chemistry and Chemical Engineering, Hunan Institute of Engineering,Xiangtan Hunan 411104,China ) Abstract:Nano-structural polymer materials are a class of composite materials which are Compound from polymer and nano-materials. This article introduces nano-structured polymer materials as follow: structure , properties , characterization techniques and its applications . Key word：Nano-structural polymer materials intercalation solution-gel modification of polymer 纳米结构聚合物材料由于具有独特的性能而在机械、光、电、 磁、微处理器件、药物控释、环境保护、纳米反应器及生物化学等方 面具有广阔的应用前景，近年来掀起了对纳米结构聚合物材料研究的 热潮。各国学者分别在化学分子设计、结构分析、组装方法和应用等 方面进行了广泛的研究。我国的科学工作者也对其开展了许多卓有成 效的工作。关于纳米结构超薄膜的综述文献已有很多，本文主要就
浅谈纳米材料应用及发展前景
Jiangsu University 浅谈纳米材料应用及发展前景
摘要 纳米材料展现了异常的力学、电学、磁学、光学特性、敏感特性和催化以及光活性，为新材料的发展开辟了一个崭新的研究和应用领域。纳米技术在精细陶瓷、微电子学、生物工程、化工、医学等领域的成功应用及其广阔的应用前景使得纳米材料及其技术成为目前科学研究的热点之一，被认为是世纪的又一次产业革命。纳米材料向国民经济和高新科技等各个领域的渗透以及对人类社会的进步的影响是难以估计的。 关键词：纳米材料；纳米应用；量子尺寸效应 1.前言 纳米材料和纳米结构无论在自然界还是在工程界都不是新生事物。在自然界存在大量的天然纳米结构，只不过在透射电镜的应用以前人们没有发现而已。 在工程方面，纳米材料80年代初发展起来的，纳米材料其粒径范围在1—100nm之间，故纳米材料又称超微晶材料。它包括晶态、非晶态、准晶态的金属、陶瓷和复合材料等。由于极细的晶粒和大量处于晶界和晶粒缺陷中心的原子，纳米材料的物化性能与微米多晶材料有着巨大的差异，具有奇特的力学、电学、瓷学、光学、热学及化学等多方面的性能，从而使其作为一种新型材料在电子、冶金、宇航、化工、生物和医学等领域展现出广阔的应用前景。目前已受到世界各
国科学家的高度重视。美国的“星球大战计划”、“信息高速公路”，欧共体的“尤里卡计划”等都将纳米材料的研究列入重点发展计划；日本在10年内将投资250亿日元发展纳米材料和纳米科学技术；英国也将发展纳米材料科学技术作为重振英国工业的突破；我国的自然科学基金“863”计划、“793”计划以及国家重点实验室都将纳米材料列为优先资助项目[1]。美国科学技术委员会把“启动纳米技术的计划看作是下一次工业革命的核心”[2]。 2.纳米材料的制备 现行的纳米材料制备方法很多。但是真正能够高效低成本制备纳米材料的方法还是现在各个国家研究的重点。目前已报的工艺方法主要有以下几种：物理气相沉积法（PVD）和化学气相沉积法（CVD）、等离子体法、激光诱导法、真空成型法、惰性气体凝聚法、机械合金融合法、共沉淀法、水热法、水解法、微孔液法、溶胶—凝胶法等等。 3.纳米材料的主要应用 3.1纳米材料在工程方面的应用 纳米材料的小尺寸效应使得通常在高温下才能烧结的材料如SiC 等在纳米尺度下在较低的温度下即可烧结,另一方面,纳米材料作为烧结过程中的活性添加剂使用也可降低烧结温度,缩短烧结时间。纳米粉体可用于改善陶瓷的性能，其原因在于微小的纳米微粒不仅比表面积大，而且扩散速度快，因而进行烧结时致密化的速度就快，烧结
纳米材料研究现状及应用前景要点
纳米材料研究现状及应用前景 摘要：文章总结了纳米粉体材料、纳米纤维材料、纳米薄膜材料、纳米块体材料、纳米复合材料和纳米结构的制备方法，综述了纳米材料的性能和目前主要应用领域，并简单展望了纳米科技在未来的应用。 关键词：纳米材料；纳米材料制备；纳米材料性能；应用 0 引言 自从1984年德国科学家Gleiter等人首次用惰性气体凝聚法成功地制得铁纳米微粒以来，纳米材料的制备、性能和应用等各方面的研究取得了重大进展。纳米材料的研究已从最初的单相金属发展到了合金、化合物、金属无机载体、金属有机载体和化合物无机载体、化合物有机载体等复合材料以及纳米管、纳米丝等一维材料，制备方法及应用领域日新月异。 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料，包括纳米粉体( 零维纳米材料，又称纳米粉末、纳米微粒、纳米颗粒、纳米粒子等) 、纳米纤维( 一维纳米材料) 、纳米薄膜( 二维纳米材料) 、纳米块体( 三维纳米材料) 、纳米复合材料和纳米结构等。纳米粉体是一种介于原子、分子与宏观物体之间的、处于中间物态的固体颗粒，一般指粒度在100nm以下的粉末材料。纳米粉体研究开发时间最长、技术最成熟，是制备其他纳米材料的基础。纳米粉体可用于：高密度磁记录材料、吸波隐身材料、磁流体材料、防辐射材料、单晶硅和精密光学器件抛光材料、微芯片导热基片与布线材料、微电子封装材料、光电子材料、先进的电池电极材料、太阳能电池材料、高效催化剂、高效助燃剂、敏感元件、高韧性陶瓷材料、人体修复材料、抗癌制剂等。纳米纤维指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料，如纳米碳管，可用于微导线、微光纤( 未来量子计算机与光子计算机的重要元件) 材料、新型激光或发光二极管材料等。纳米薄膜分为颗粒膜与致密膜。颗粒薄膜是纳米颗粒粘在一起，中间有极为细小的间隙的薄膜；致密膜指膜层致密但晶粒尺寸为纳米级的薄膜。可用于气体催化材料、过滤器材料、高密度磁记录材料、光敏材料、平面显示器材料、超导材料等。纳米块体是将纳米粉末高压成型或控制金属液体结晶而得到的纳米晶粒材料，主要用途为超高强度材料、智能金属材料等。纳米复合材料包括纳米微粒与纳米微粒复合( 0- 0 复合) 、纳米微粒与常规块体复合( 0- 3复
纳米技术在高分子材料中的应用
2013年11月（下） [摘要]当材料尺寸无限减小，达到纳米级别时材料将显现出有独特的效应如：小尺寸效应、量子尺寸效应和表面效应等，这些效应与聚合 物密度小，耐腐蚀、易加工等优良特性有机结合，便形成了一类新型功能高分子材料。本文综述了纳米技术在塑料、橡胶、纤维三类高分子材料中的典型应用。 [关键词]纳米高分子材料；纳米塑料；纳米橡胶 纳米技术在高分子材料中的应用 丰艳兰 曾小飞 （华东交通大学理工学院，江西南昌330010） 纳米技术一词从提出到发展只有二十几年的时间，它的提出掀起了科技届的研究浪潮，有专家预言它必将引领新时代的科技变革，于是世界各国、地区都积极制定计划，加强投入，力争占领科技至高点。近年来，随着纳米技术的成熟与改善，国内外对于聚合物基纳米复合材料的研究已显现成效。高分子基纳米复合材料是各种纳米结构单元与有机高分子材料复合形成的一种新型材料，常见的纳米高分子基复合材料有：纳米复合塑料、纳米复合橡胶、纳米复合纤维。 1纳米复合塑料 纳米复合塑料是指塑料中分散了纳米级尺寸的超微细分散相，分散相为聚合物时，称为聚合物分子纳米复合塑料；分散相为无机填料时，称为无机填料纳米复合塑料，研究较多的是无机填料作为分散相。众所周知，塑料作为一种用途广泛的材料有着自身的缺点：如强度较差、不耐老化、透气性差等。发展纳米复合塑料可以很好地改善这些方面的性能。 1）无机纳米材料复合塑料能够很好地改善塑料的强度，起到增强增韧的效果。比如在尼龙塑料当中增加少量的纳米粘土生产的纳米复合塑料，既保持了产品的塑性，又提高了它的刚性和强度，更提高了它的抗弯能力，可以作为车体材料进行使用。 2）使用纳米添加剂改善的塑料制品可以大大提高抗老化能力，塑料的老化主要原因是光老化，将纳米TiO 2等粒子填充到塑料基体当中，纳米TiO 2可以很好地吸收紫外线，降低紫外线对塑料的破坏，提高塑料制品的抗老化能力。比如用添加0.1％~0.5％的纳米TiO 2制成的透明塑料包装材料包装食品，可以减少紫外线对食品营养成分的损失，保持食品的营养价值。 3）可以赋予塑料一些新的功能。比如在农膜的使用当中，有一种纳米转光膜，它就是利用纳米技术，在农膜塑料生产过程中添加纳米黏土，这种农膜被称为纳米转光膜，由于纳米黏土的存在，它能够很好地强化、放大有利于农作物生产的特征光，而过滤掉不利于农作物生长的光，从而大大促进农作物的光合作用，使农作物果实更大更有营养。 2纳米复合橡胶 纳米橡胶是指尺寸在1~100的纳米无机粒子分散在连续相橡胶基体中构成的复合材料。利用纳米粒子作为补强材料填充到橡胶中，可以很好地发挥纳米粉体的小尺寸效应、量子效应等表面效应，提高粉体与橡胶大分子间作用力的，弥补界面区化学作用力的缺乏，从而增强对橡胶的补强效果。赋予橡胶制品更高的性能，延长橡胶制品的使用寿命。现有研究表明，纳米黏土复合橡胶能够很好地提高材料的模量、硬度和强度，提高橡胶的气体阻隔性、耐油、阻燃性能。Si 3N 4陶瓷粉体分散在橡胶中，能很好地发挥Si 3N 4的高化学稳定性、优良的机械性能和介电性能。 3纳米复合纤维 纳米纤维有广义和狭义之分，狭义的纳米纤维指纤维直径为纳米量级的超细纤维，广义的纳米纤维还包括将纳米颗粒填充到普通纤维中对其进行改性的纤维。目前国内外开发的热点是后者；所采用纳米颗粒的性能不同，可开发各种不同的功能性纤维。 1）可用于开发抗菌纤维产品，将具有抗菌作用的成分：银离子、铜离子、锌离子等微粒离子及其化合物通过物理吸附离子交换等方法制成抗菌剂，填充至纤维材料中，金属离子在低浓度下可以破坏细菌的细胞膜或细胞原生质活性酶的活性，从而起到抗菌作用。这种抗菌纤维常用来制作手术服、护士服、手术巾等医疗用品，还可制造衣物、鞋袜等生活用品。 2）可用于开发紫外线防护纤维，将ZnO 、SiO 2等纳米粉体利用共混纺丝法或后整理法制得防紫外线纤维或织物。纳米材料可做紫外线屏蔽剂，主要是因为纳米粒子的尺寸比紫外线相当或更小，小尺寸效应导致其对紫外线的吸收更强。通过以上方法制得的紫外线防护纤维可广泛用于制造遮阳伞、遮阳冒、泳衣、防晒服等。 3）可用于开发远红外纤维。研究表明，将具有较高远红外发射率的陶瓷微粉加入到高分子聚合物中，经纺丝加工可制成远红外纳米纤维，其中的纳米粒子可以有效地吸收材料本身释放的远红外射线，从而达到促进血液循环，调节新陈代谢的保温保健功能。同样，由于纳米粒子可以很好地吸收电磁波，这种纤维材料还可以用于制作军用服装。 4）可用于开发超双疏织物。对织物进行纳米表面处理，使之形成纳米尺寸的凹凸结构，利用纳米结构的表面效应可以实现既疏水又疏油的超双疏性。 纳米技术作为一项高新技术在材料领域有着非常广阔的应用前景，而高分子材料作为发展最快、品种多样、应用广泛、价廉性优的一类材料，加强两者结合的有机结合，可实现开发高性能高分子材料的现实意义。 作者简介：丰艳兰，1982年生，女，江西丰城人，华东交通大学理工学院助教，本科学历，研究方向为新材料应用研究；曾小飞，1983年生，男，江西丰城人，华东交通大学理工学院助教，研究生学历，研究方向为材料科学的发展及应用。 [参考文献] [1]肖亚航.纳米塑料的性能及应用前景[J].黑龙江科技信息,2010. [2]施利毅.纳米材料在高性能橡胶开发中的应用进展[J].中国橡胶,2007.[3]白鸟世明.高功能纳米复合纤维[J].产业用纺织品,2009. 112
纳米材料的应用和发展前景概要
一、文献调研部分（获取综述的参考文献—精读全文）1．利用中文（期刊、学位论文、会议论文）数据库，检出中文切题题录（批量），选择记录文摘格式10篇（其中学位论文要求不少于2篇、期刊论文6篇）； [1]叶灵. 纳米材料的应用与发展前景[J]. 科技资讯. 2011(20) 摘要: 很多人都听说过"纳米"这个词,但什么是纳米,什么是纳米技术,可能很多人并不一定清楚。着名的诺贝尔奖获得者Feyneman在20世纪60年代曾经预言:如果我们对物体微小规模上的排列加以某种控制的话,我们就能使物体得到大量的异乎寻常的特性,就会看到材料的性能产生丰富的变化。他所说的材料就是现在的纳米材料。 [2]赵雪石. 纳米技术及其应用前景[J]. 适用技术市场. 2000(12) 摘要: 纳米技术在精细陶瓷、微电子学、生物工程、化工、医学等领域的成功应用及其广阔的前景,使得纳米技术成为目前科学研究的热点之一,被认为是21世纪的又一次产业革命。 [3]何燕,高月,封文江. 纳米科技的发展与应用[J]. 沈阳师范大学学报(自然科学版). 2010(02) 摘要：纳米科技是21世纪的主导产业,世界各国把纳米科技的研究和应用作为战略重点。在第五次科学技术革命中,新材料家族被推上新一轮科技革命的顶峰。在新材料和新技术中,纳米材料和纳米技术无疑将成为核心材料和核心技术。纳米技术的最终目标是直接操纵单个原子和分子,制造新功能器件,从而开拓人类崭新的生活模式。文章概述了纳米科技的发展过程及纳米材料的性质与制备,介绍了纳米技术在部分领域的应用,并简述了纳米技术对未来社会的巨大影响及潜在的、令人鼓舞的发展前景。 [4]何彦达. 纳米材料的应用及展望[J]. 科技风. 2010(01) 摘要：纳米材料(尺寸在1-100纳米范围内)又称超细微粒、超细粉末,是处在原子簇和宏观物体交界过渡区域的一种典型系统,其结构既不同于体块材料,也不同于单个的原子。其特殊的结构层次使它拥有一系列新颖的物理和化学特性,在众多领域特别是在光、电、磁、催化等方面具有非常重大的应用价值。 [5]樊东黎. 纳米技术和纳米材料的发展和应用[J]. 金属热处理. 2011(02) 摘要：<正>2005年12月在克利夫兰召开了由美国金属学会和克利夫兰纳摩网主办的美国纳米技术应用峰会。许多实体企业,如波音、福特、通用、洛克希德、蒂姆肯等公司高管出席会议和发言。会议的特点是着重于纳米。 [6]张桂芳. 纳米材料应用与发展前景概述[J]. 黑龙江科技信息. 2009(16) 摘要：由于独特的微结构和奇异性能,纳米材料引起了科学界的极大关注,成为世界范围内的研究热点,以下概述了纳米材料的应用与发展前景。 [7]杨萍. 多功能复合纳米材料的制备及其光分析应用研究[D]. 中国科学技术大学 2012 摘要：纳米材料具有独特的化学、物理和生物性能,引起了人们的极大关注。多功能复合结构纳米材料能够将不同功能的纳米材料整合到一个纳米器件中,从而为现代工业、生物医学
高分子纳米生物材料的发展现状及前景
高分子纳米生物材料的发展现状及前景 纳米材料研究都是从20世纪80年代开始的，是在之前三次工业革命的基础上发展起来的的新兴科技领域。巨大的需求与技术支撑，使其在材料、生物、医学、高分子等领域开拓出一片片新大陆，筑起21世纪工业革命的基石。而纳米技术作为一项高新技术在高分子材料中有着非常广阔的应用前景，对开发具有特殊性能的高分子材料有着重要的实际意义 纳米高分子材料，也称高分子纳米微粒或高分子超微粒，粒径尺度在1 nm～1000 nm范围。这种粒子具有胶体性、稳定性和优异的吸附性能，可用于药物、基因传递和药物控释载体，以及免疫分析、介入性诊疗等方面。 1纳米科技与高分子材料的邂逅 高分子材料学的一个重要方面就是改变单一聚合物的凝聚态,或添加填料来使高分子材料使用性能大幅提升。而纳米微粒的小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应能在声、光、电、磁、力学等物理特性方面呈现许多奇异的物理、化学性质。金属、无机非金属和聚合物的纳米粒、纳米丝、纳米薄膜、纳米块体以及由不同组元构成的纳米复合材料,可实现组元材料的优势互补或加强。通过微乳液聚合方法得到的纳米高分子材料具有巨大的比表面积,纳米粒子的特异性能使其在这一领域的发展过程中顺应高分子复合材料对高性能填料的需求,出现了一些普通微米级材料所不具有的新性质和新功能,纳米科技与高分子材料科学的交融互助对高分子材料科学突破传统理念发挥了重要作用。 高分子纳米复合材料的应用及前景 由于高分子纳米复合材料既能发挥纳米粒子自身的小尺寸效应、表面效应和量子效应,以及粒子的协同效应,而且兼有高分子材料本身的优点,使得它们在催化、力学、物理功能(光、电、磁、敏感)等方面呈现出常规材料不具备的特性,故而有广阔的应用前景利用纳米粒子的催化特性,并用高聚物作为载体,既能发挥纳米粒子的高催化性和选择催化性,又能通过高聚物的稳定作用使之具有长效稳定性。 纳米粒子加入聚合物基体后,能够改善材料的力学性能。如纳米A-Al2O3/环氧树脂体系,粒径27nm,用量1%~5%(质量分数)时,玻璃化转变温度提高,模量达极大值,用量超过10%(质量分数)后,模量下降[79]。又如插层原位聚合制备的聚合物基有机)无机纳米级复合材料(聚酰胺/粘土纳米复合材料等)具有高强度、高模量、高热变形温度等优点,目前已有产品出现,用作自行车、汽车零部件等[55]。尤其引人注目的是高分子纳米复合材料在功能材料领域方面的应用,包括磁性、电学性质、光学性质、光电性质及敏感性质等方面。 磁性纳米粒子由于尺寸小,具有单磁畴结构,矫顽力很高,用它制作磁记录材料可以提高记录密度,提高信噪比;一般要求与聚合物复合的纳米粒子,采用单磁畴针状微粒,且不能小于超顺磁性临界尺寸(10nm)。 利用纳米粒子的电学性质,可以制成导电涂料、导电胶等,例如用纳米银代替微米银制成导电胶,可以节省银的用量;还可以用纳米微粒制成绝缘糊、介电糊等。另外可用于静电屏蔽材料,日本松下公司应用纳米微粒Fe2O3、TiO2、Cr2O3、ZnO等具有半导体特性的氧化物粒子制成具有良好静电屏蔽的涂料,而且可以调节其颜色;在化纤制品中加入金属纳米粒子可以解决其静电问题,提高安全性。 利用复合体系的光学性能,可以制成如下材料:(1)优异的光吸收材料。例如在塑料制品表面上涂上一层含有吸收紫外线的纳米粒子的透明涂层,可以防止塑料
纳米材料的研究内容及进展
纳米材料的研究内容及进展 摘要 纳米科技是在80年代末，90年代初逐步发展起来的前沿、交叉性新兴科技领域，也是21世纪最 前沿，最富有活力的学科领域之一，是继信息技术和生物技术之后，又一深刻影响人类和社会经济发 展的重大技术，它的迅猛发展将在新世纪影响到几乎所有的工业领域，有些甚至产生革命性的变化。 关键词：纳米材料研究内容进展 在充满生机的21世纪，信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速必然对材料 提出新的需求，元件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等对材料的尺寸要求越来越 小；航空航天、新型军事装备及先进制造技术等对材料性能要求越来越高。新材料的创新，以及在此 基础上诱发的新技术。新产品的创新是未来10年对发展、振兴、国力增强最有力的战略领域，纳米 材料将是起重要作用的关键材料之一。纳米科技研究的深入发展和产业化的迅速推进对高水平研发人 员和高级技术人才提出了越来越迫切的需求，世界发达国家已经在全面部署纳米科技的教育，以期为 形成现实生产力做准备。 一纳米材料的研究内容 纳米材料和纳米结构是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象，也是纳米中最为活跃、最接近的重要组成部分。近年来，纳米材料和纳米结构取得了引人注目的成就。例如，存储密度达到每平方某时400G的磁性纳米棒阵列的量子磁盘、成本低廉、发光频段可调的高效纳米阵列激光器、价格低廉高能量转化的纳米结构太阳能电池和热电转化元件、用作轨道炮道轨的耐烧蚀高强高韧纳米复合材料等的问世，充分显示了它在国民经济新型支柱产业和高技术领域应用的巨大潜力。正像美国家估计的“这种人们肉眼看不见的极微小的物质很可能给予各个领域带来一场革命”。纳米材料和纳米结构的应用将对如何调整国民经济支柱产业的布局、设计新产品、形成新的产业及改造传统产业注入高科技含量提供新的机遇。研究纳米材料和纳米结构的重要科学意义在于它开辟了人们认识的新层次，是知识创新的源泉。由于纳米结构单元的尺度（1～100urn）与物质中的许多特征长度，如的德布洛意波长、超导相干长度、隧穿势垒厚度、铁磁性临界尺寸相当，从而导致纳米材料和纳米结构的物理、化学特性既不同于微观的原子、分子，也不同于宏观物体，从而把人们探索自然、创造知识的能力延伸到介于宏观和微观物体之间的中间领域。在纳米领域发现新现象，认识新，提出新概念，建立新，为构筑纳米材料科学体系新框架奠定基础，也将极大丰富纳米物理和纳米化学等新领域的研究内涵。世纪之交高韧性纳米陶瓷、超强纳米金属等仍然是纳米材料领域重要的研究课题；纳米结构设计，异质、异相和不同性质的纳米基元（零维纳米微粒、一维纳米管、纳米棒和纳米丝）的组合。纳米尺度基元的表面修饰改性等形成了当今纳米材料研究新热点，人们可以有更多的自由度按自己的的意愿合成具有特殊性能的新材料。利用新物性、新原理、新设计纳米结构原理性器件以及纳米复合传统材料改性正孕育着新的突破。 进入90年代，纳米材料研究的内涵不断扩大，领域逐渐拓宽。一个突出的特点是基础研究和应用研究的衔接十分紧密，实验室成果的转化速度之快出乎人们预料，基础研究和应用研究都取得了重要的进展。美国已成功地制备了晶粒为50urn的纳米Cu的决体材料，硬度比粗晶Cu提高5倍；晶粒为7urn的Pd，屈服应力比粗晶Pd高5倍；具有高强度的金属间化合物的增塑一直引起人们的关注，晶粒的纳米化为解决这一问题带来了希望，纳米金属间化合物 FqsAJZCr室成果的转化，到为止，已形成了具有自主知识产权的几家纳米粉体产业，睦次鹦米氧化硅。氧化钛、氮化硅核区个文的易实他借个缈阳放宽在纳米添加功能陶瓷和结构陶瓷改性方面也取得了很好的效果。 二纳米材料的研究进展 根据纳米材料发展趋势以及它在对世纪高技术发展所占有的重要地位，世界发达国家的政府都在部署本来10～15年有关纳米科技研究规划。美国国家基金委员会（NSF）1998年把纳米功能材料的合成加工和应用作为重要基础研究项目向全国科技界招标；美国DARPA（国家先进技术研究部）的几个计划里也把纳米科技作为重要研究对象；日本近匕年来制定了各种计划用于纳米科技的研究，例如 Ogala计划、ERATO