第十章_纳米高分子材料.ppt

第十章 纳米高分子材料 10.1 概述 10.2 高分子/无机纳米杂化材料 10.3 高分子自组装纳米材料 10.1 概述 10.1.1 纳米材料的分类 10.1.2 无机纳米粒子的特性 10.1.1 纳米材料的分类 表面效应 应用 ——表面原子易与某些大分子发生键合作用，提高分子间的键合力，从而使纳米复合材料的强度、韧性大幅度提高。 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。 ——对超微颗粒而言，尺寸变小的同时，其比表面积显著增加，从而产生一系列新奇的性质。 特殊的光学性质 金属被细分到小于光波波长的尺寸时，对光的反射率很低，通常可低于l％，大约几微米的厚度就能完全消光；以至于金属超微颗粒会失去原有的金属光泽而呈黑色；而且尺寸越小，颜色愈黑， 例如：银白色的铂（白金）变成铂黑，金属铬变成铬黑。 应用 作为高效率的光热、光电等转换材料，可以高效率地将太阳能转变为热能、电能； 可能应用于红外敏感元件、红外隐身技术等。 特殊的热学性质 举例——银的常规熔点为900℃，而超微银颗粒的熔点可低于100℃。 应用 超细银粉制成的导电浆料可以进行低温烧结，此时元件的基片不必采用耐高温的陶瓷材料，甚至可用塑料。 特殊的磁学性质 应用——高贮存密度的磁记录磁粉，大量应用于磁带、磁盘、磁卡以及磁性钥匙等；用途广泛的磁性液体。 特殊的力学性质 陶瓷材料在通常情况下呈脆性，然而由纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷材料却具有良好的韧性。 纳米材料具有大的界面，界面的原子排列是相当混乱的，原子在外力变形的条件下很容易迁移，因此表现出甚佳的韧性与一定的延展性，使陶瓷材料具有新奇的力学性质。 研究表明，人的牙齿之所以具有很高的强度，是因为它是由磷酸钙等纳米材料构成的。 呈纳米晶粒的金属要比传统的粗晶粒金属硬3～5倍。至于金属——陶瓷等复合纳米材料则可在更大的范围内改变材料的力学性质，其应用前景十分宽广。 宏观量子隧道效应 电子具有粒子性又具有波动性，存在隧道效应。 近年来，人们发现一些宏观物理量，如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦显示出隧道效应，称之为宏观的量子隧道效应。 量子尺寸效应、宏观量子隧道效应将会是未来微电子、光电子器件的基础，或者它确立了现存微电子器件进一步微型化的极限。 当微电子器件进一步微型化时必须要考虑上述的量子效应。例如，在制造半导体集成电路时，当电路的尺寸接近电子波长时，电子就通过隧道效应而溢出器件，使器件无法正常工作，经典电路的极限尺寸大概在0.25微米；目前研制的量子共振隧穿晶体管就是利用量子效应制成的新一代器件。 10.2 高分子/无机纳米杂化材料 10.2.1 高分子/无机纳米杂化材料的制备 10.2.2 无机纳米粒子对高分子材料性能的影响 10.2.3 纳米改性塑料——结构型杂化材料 10.2.1 高分子/无机纳米杂化材料的制备 纳米微粒原位生成法 有机聚合物存在下形成无机相 举例——聚丙烯腈/SiO2网络 无机溶胶与有机聚合物共混 举例——聚乙烯醇/Al2O3复合物 插层复合法 聚合物基单体嵌入层状无机物夹层中，用热、光、自由基或阴离子等引发，在无机物夹层间聚合，形成聚合物/层状无机物嵌入式纳米复合材料。 举例——PS/蒙脱土纳米粒子、PMMA/蒙脱土纳米粒子、尼龙6/蒙脱土纳米粒子。 核壳结构法 熔体分散法 10.2.2 无机纳米粒子对高分子材料性能的影响 改变复合材料的拉伸强度 改变材料的断裂伸长率 改变材料的冲击强度 改变材料的抗老化性能 改变高分子材料的流变性 10.2.3纳米改性塑料——结构型杂化材料 举例——纳米材料改性聚丙烯 聚丙烯（PP）的结构与性能 优点——分子结构规整度高，熔点为165-170℃，具有良好的耐热性，可以在100 ℃以上进行消毒灭菌；具有优良的力学性能，其拉伸强度、弹性模量都高于HDPE。 缺点——分子结构规整度高，在室温及低温下冲击强度较差；在紫外线照射下容易老化。 纳米滑石粉改性聚丙烯 举例——1991年，日本丰田汽车工业公司与三菱化学公司共同开发成功PP/EPR/滑石粉纳米复合材料，该纳米复合材料克服了以往PP改性材料韧性增加但断裂伸长率下降的缺点，同时兼具高流动性、高刚性和耐冲击性，用于制造汽车的前后保险杠。 蒙脱土纳米材料改性聚丙烯 插层型纳米塑料——各向异性的功能材料 剥离型纳米塑料——具有很强的增强效应，是理想的强韧型材料 纳米TiO2、SiO2对聚丙烯紫外线性能的影响 PP在光照下容易氧化而发生老化；而纳米TiO2和SiO2粒子具有合适的粒径范围，对紫外线有较强的散射和屏蔽功能，使照射到PP试样上的紫外线部分被屏蔽，从而