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1、第五章聚合物第五章聚合物/ /无机无机纳米复合材料纳米复合材料第一节纳米材料基本概念第一节纳米材料基本概念第二节聚合物第二节聚合物/无机纳米复合材料的制备无机纳米复合材料的制备第三节聚合物第三节聚合物/无机纳米复合材料的结构、无机纳米复合材料的结构、 性能与应用性能与应用病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程第一节纳米材料基本概念第一节纳米材料基本概念一、纳米概念与纳米材料的基本特性一、纳米概念与纳米材料的基本特性n n1nm（纳米）（纳米）109m（米）（米） (约为约为10个原子的尺度个原子的尺度 !) n n纳米科技
2、：以纳米科技：以0. 1至至100纳米尺度为研究对象纳米尺度为研究对象（一种直接操纵原子或分子的科学技术）。（一种直接操纵原子或分子的科学技术）。2020世纪世纪世纪世纪8080年代末期诞生并崛起；年代末期诞生并崛起；年代末期诞生并崛起；年代末期诞生并崛起；涵盖了广泛的科学技术领域；涵盖了广泛的科学技术领域；涵盖了广泛的科学技术领域；涵盖了广泛的科学技术领域；病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程国家技术标准研究所（NIST） 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度
3、的病理生理过程病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程5、力电转换（纳米发电装置）病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程零维纳米
4、材料，指在空零维纳米材料，指在空零维纳米材料，指在空零维纳米材料，指在空间三维尺度均为纳米量级，间三维尺度均为纳米量级，间三维尺度均为纳米量级，间三维尺度均为纳米量级，如纳米尺度的超细微粒；如纳米尺度的超细微粒；如纳米尺度的超细微粒；如纳米尺度的超细微粒； 一维纳米材料，指在空一维纳米材料，指在空一维纳米材料，指在空一维纳米材料，指在空间有两维处于纳米尺度，间有两维处于纳米尺度，间有两维处于纳米尺度，间有两维处于纳米尺度，如纳米丝、纳米棒；如纳米丝、纳米棒；如纳米丝、纳米棒；如纳米丝、纳米棒；纳米管等；纳米管等；纳米管等；纳米管等；二维纳米材料，指在三二维纳米材料，指在三二维纳米材料，指在三二
5、维纳米材料，指在三维空间中有一维处于纳米维空间中有一维处于纳米维空间中有一维处于纳米维空间中有一维处于纳米尺度，如超薄膜、多层膜尺度，如超薄膜、多层膜尺度，如超薄膜、多层膜尺度，如超薄膜、多层膜等，统称纳米薄膜。等，统称纳米薄膜。等，统称纳米薄膜。等，统称纳米薄膜。 纳米结构类型示意图纳米结构类型示意图病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程纳米微粒的纳米微粒的“效应效应”1、表面效应、表面效应 纳米尺度情况下，粒径减小，表面原子数纳米尺度情况下，粒径减小，表面原子数目骤增，使原子配位数严重补助不足，即目骤增，使原子配位数严
6、重补助不足，即表面原子周围缺少相邻的原子，有许多悬表面原子周围缺少相邻的原子，有许多悬空键，具有不饱和性质。空键，具有不饱和性质。2、体积效应体积效应 体积效应又称小尺寸效应。晶体周期的边体积效应又称小尺寸效应。晶体周期的边界条件被破坏，非晶态纳米微粒的颗粒表界条件被破坏，非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减小，使得材料的声、面层附近原子密度减小，使得材料的声、光、电磁、热、力学等特性出现改变而导光、电磁、热、力学等特性出现改变而导致新特性出现致新特性出现. 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3 3、量子尺寸效应量
7、子尺寸效应量子尺寸效应量子尺寸效应 在纳米尺度时，宏观物体中的连续的能带将分裂在纳米尺度时，宏观物体中的连续的能带将分裂在纳米尺度时，宏观物体中的连续的能带将分裂在纳米尺度时，宏观物体中的连续的能带将分裂为分立的能级，能级间距也随颗粒粒径减小而增为分立的能级，能级间距也随颗粒粒径减小而增为分立的能级，能级间距也随颗粒粒径减小而增为分立的能级，能级间距也随颗粒粒径减小而增大。当能级间距大于热能、电场能、磁场能、光大。当能级间距大于热能、电场能、磁场能、光大。当能级间距大于热能、电场能、磁场能、光大。当能级间距大于热能、电场能、磁场能、光子能量时，就会呈现一系列与宏观物体截然不同子能量时，就会呈现
8、一系列与宏观物体截然不同子能量时，就会呈现一系列与宏观物体截然不同子能量时，就会呈现一系列与宏观物体截然不同的反常特性，称之为量子尺寸效应。的反常特性，称之为量子尺寸效应。的反常特性，称之为量子尺寸效应。的反常特性，称之为量子尺寸效应。 4 4、宏观量子隧道效应宏观量子隧道效应宏观量子隧道效应宏观量子隧道效应微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。 两个导体即便不接触，只要靠近到两个导体即便不接触，只要靠近到两个导体即便不接触，只要靠近到两个导体即便不接触，只要靠近到1 1纳
9、米以下，纳米以下，纳米以下，纳米以下，两导体表面的电子云会重叠，电子便会以一定的两导体表面的电子云会重叠，电子便会以一定的两导体表面的电子云会重叠，电子便会以一定的两导体表面的电子云会重叠，电子便会以一定的几率从一端飞向另一端，如像穿过中间的隧道一几率从一端飞向另一端，如像穿过中间的隧道一几率从一端飞向另一端，如像穿过中间的隧道一几率从一端飞向另一端，如像穿过中间的隧道一般形成电流，故称隧道电流。越靠近，隧道电流般形成电流，故称隧道电流。越靠近，隧道电流般形成电流，故称隧道电流。越靠近，隧道电流般形成电流，故称隧道电流。越靠近，隧道电流就越大，呈指数式地变化。就越大，呈指数式地变化。就越大，呈
10、指数式地变化。就越大，呈指数式地变化。 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程二、纳米复合材料二、纳米复合材料 n n纳米复合材料：指其中至少有一相物质是在纳米级纳米复合材料：指其中至少有一相物质是在纳米级纳米复合材料：指其中至少有一相物质是在纳米级纳米复合材料：指其中至少有一相物质是在纳米级(1(1100n100n) )范围内的多相复合材料。范围内的多相复合材料。范围内的多相复合材料。范围内的多相复合材料。n n纳米复合材料的形态学类型纳米复合材料的形态学类型纳米复合材料的形态学类型纳米复合材料的形态学类型 0 00 0
11、复合型，纳米微粒与纳米微粒的复合；复合型，纳米微粒与纳米微粒的复合；复合型，纳米微粒与纳米微粒的复合；复合型，纳米微粒与纳米微粒的复合；0 03 3复合型，即纳米粒子与常规块体材料的复复合型，即纳米粒子与常规块体材料的复复合型，即纳米粒子与常规块体材料的复复合型，即纳米粒子与常规块体材料的复合；合；合；合； 0 02 2复合型，纳米粒子与纳米薄膜的复合；复合型，纳米粒子与纳米薄膜的复合；复合型，纳米粒子与纳米薄膜的复合；复合型，纳米粒子与纳米薄膜的复合； 2 23 3复合，纳米薄膜（或纳米片层）与常规块复合，纳米薄膜（或纳米片层）与常规块复合，纳米薄膜（或纳米片层）与常规块复合，纳米薄膜（或纳
12、米片层）与常规块体材料的复合；体材料的复合；体材料的复合；体材料的复合；1 13 3复合型，纳米丝（纳米碳管）与常规块体复合型，纳米丝（纳米碳管）与常规块体复合型，纳米丝（纳米碳管）与常规块体复合型，纳米丝（纳米碳管）与常规块体材料的复合。材料的复合。材料的复合。材料的复合。 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程n n按载体划分的纳米复合材料的类型按载体划分的纳米复合材料的类型无机纳米复合材料无机纳米复合材料无机纳米复合材料无机纳米复合材料聚合物基纳米复合材料聚合物基纳米复合材料聚合物基纳米复合材料聚合物基纳米复合材料n
13、 n纳米复合效应纳米复合效应材料各自的独特性能；材料各自的独特性能；材料各自的独特性能；材料各自的独特性能；各组元间的协同效应；各组元间的协同效应；各组元间的协同效应；各组元间的协同效应；纳米粒子巨大的比表面积，使位于微粒表面的纳米粒子巨大的比表面积，使位于微粒表面的纳米粒子巨大的比表面积，使位于微粒表面的纳米粒子巨大的比表面积，使位于微粒表面的原子占相当大的比例，使微粒表面不同于内部原子占相当大的比例，使微粒表面不同于内部原子占相当大的比例，使微粒表面不同于内部原子占相当大的比例，使微粒表面不同于内部的完整结构。复合材料的两相接触时，相互作的完整结构。复合材料的两相接触时，相互作的完整结构。
14、复合材料的两相接触时，相互作的完整结构。复合材料的两相接触时，相互作用强烈，产生奇特的效应。用强烈，产生奇特的效应。用强烈，产生奇特的效应。用强烈，产生奇特的效应。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程第二节聚合物第二节聚合物/无机纳米复合材料无机纳米复合材料的制备的制备一、聚合物一、聚合物/无机纳米复合材料的分类无机纳米复合材料的分类 聚合物基纳米复合材料是由聚合物为基体（连续聚合物基纳米复合材料是由聚合物为基体（连续相）与各种纳米单元（小于相）与各种纳米单元（小于100n）以各种方）以各种方式复合而形成的一种新型高分子
15、复合材料。式复合而形成的一种新型高分子复合材料。1、聚合物、聚合物/层状纳米无机物复合材料；层状纳米无机物复合材料；(层状无机层状无机物如硅藻土、粘土、蒙脱土、云母、石墨、层状物如硅藻土、粘土、蒙脱土、云母、石墨、层状金属盐等金属盐等,以片状晶体构成以片状晶体构成)2、聚合物、聚合物/刚性纳米无机粒子复合材料；刚性纳米无机粒子复合材料；3、聚合物、聚合物/碳纳米管复合材料；碳纳米管复合材料；4、聚合物、聚合物/金属（金属氧化物）纳米粉复合材料金属（金属氧化物）纳米粉复合材料病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程二、聚合物二
16、、聚合物/无机纳米复合材料无机纳米复合材料制备方法制备方法1 1、溶胶凝胶法、溶胶凝胶法、溶胶凝胶法、溶胶凝胶法n n高分子环境下无机前驱物的原位水解、缩合高分子环境下无机前驱物的原位水解、缩合高分子环境下无机前驱物的原位水解、缩合高分子环境下无机前驱物的原位水解、缩合n n有机相与无机相同步反应有机相与无机相同步反应有机相与无机相同步反应有机相与无机相同步反应. . 2 2、原位聚合法、原位聚合法、原位聚合法、原位聚合法 使纳米微粒在单体中均匀分散并在一定条使纳米微粒在单体中均匀分散并在一定条使纳米微粒在单体中均匀分散并在一定条使纳米微粒在单体中均匀分散并在一定条件下就地聚合而得到件下就地聚合而得到件下就地聚合而得到件下就地聚合而得到. .3 3、插层法、插层法、插层法、插层法 在一定驱动力作用下，使层状无机物发生层间剥离，碎裂在一定驱动力作用下，使层状无机物发生层间剥离，碎裂在一定驱动力作用下，使层状无机物发生层间剥离，碎裂在一定驱动力作用下，使层状无机物发生层间剥离，碎裂成纳米尺寸的结构微区，其片层间距一般为纳米级，可容成纳米尺寸的结构微区，其片层间距一般为纳米级，可容成纳米尺寸
