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第五章 复合材料的增强材料 概述 增强材料(Reinforcement): 粘结在基体内以改进其机械强度、弹性模量等力学性能的高强度材料。也称为增强体、增强相、增强剂等。在不同基体材料中加入性能不同的增强材料。 目的：获得性能更为优异的复合材料。 一、 粉体材料 1 纳米粉体材料 1.1 前言： 颗粒材料：碳酸钙、氧化镁、氧化锆、蒙脱土、 硅藻土、纳米材料等、SiC 、 Si3N4、 Al2O3 等； 晶须材料：SiC、Al2O3、钛酸钾、氮化硅、硼酸 铝、氧化锌晶须等； 陶瓷材料：上面讲的“陶瓷基体材料”也可作为增强材料 层状化合物： 蒙脱土 ，K2Ti4O9，Na2Ti3O7， K2La2Ti3O10 ，Cs0.7Ti1.825O4（纤铁矿型）； K0.45MnO2（α-NaFeO2型及其相关结构）; ACa2Nb3O10（层状钙钛矿型） 1.2 无机纳米颗粒制备方法 溶胶-凝胶（so-gel)法; 水热合成法; 微波照射凝胶-溶胶法; 硬脂酸法 水溶液回流法; 水解法微波回流法; 调温快速沉淀法; 水玻璃相合成法 自组装法等 1.4 纳米颗粒的表面改性方法 1.4.1 表面无机包覆改性 用无机化合物对微/纳米粒子进行表面 包覆，使其具有特殊功能，并对纳米粒子 的团聚起减弱或屏蔽作用 。 改性方法： 1).溶胶-凝胶法 无机盐溶胶-凝胶法: 控制无机盐沉淀过程 得到溶胶,然后对微/纳米粒子进行包覆。 醇盐水解法：将金属醇盐溶于有机溶剂，加 水后发生水解反应 ，得到均匀溶胶然后对微/ 纳米粒子然后进行包覆。 2). 沉淀法（沉积法）：利用化学沉淀反 应，将生成物沉积在颗粒表面形成一层或多层包 覆层。 3).非均相凝聚法：利用颗粒表面带有电荷， 而无机包覆物带有相反电荷，因相互吸引产生凝 聚的原理来制备包覆层。 4).非均匀成核法： 利用无机包覆物的微粒 在包覆物上非均匀成核并长大得到包覆层。 3. 层状化合物 1).蒙脱土 蒙脱土(Montmorillonite)的片层结 构是纳米尺度。整个片层厚约1nm， 长宽约100 nm， 包含三个亚层，在两个硅氧四面 体亚层中间夹含一个铝氧八面体亚 层，亚层之间通过共用氧原子以共 价键连接。 片层带有负电荷，过剩的负电荷 靠游离于层间的Na+、Ca2+和Mg2+ 等阳离子平衡。 2.1 层状化合物的化学改性 2). 嵌入反应（插入反应） 图 正烷基胺(n8)在层间排列方式 Yanping Wang, Junwu Zhu, Xujie Yang, Lude Lu, Xin Wang. Mater. Res. Bull., 2006, 41: 1565-1570 P. Jonsson, M. F. Hansen. Phys. Rev. B., 2000, 61(2): 1261-1266 3). 剥离反应 当在层间引入大分子，层间距增大到一定程度时，层 与层之间的作用力会逐渐减弱直至消失，引起层与层的 分离，发生剥离反应 剥离产物构筑其他结构的新材料 4). 柱撑反应 5).还原反应 具有电子传导性的层状化合物，如石墨、过渡金属 硫化物、过渡金属卤氧化物以及一些层状的金属氧化 物，金属嵌入后，就会在层板表面发生还原反应。 6).接枝反应 客体分子的官能团可以与层的表面基团形成共价 键，可制备衍生的层状化合物。 Gang Xiong, Xin Wang, Xujie Yang,Lude Lu. Chem. Mater., 2001, 13(6): 1943-1945 7).聚合反应 在层状化合物层间有规律地排布聚合物单体，并控制聚合反应，则可制备结构、性能优良的聚合物/层状化合物纳米复合材料。 该复合材料具有更优越的力学、热学、电磁学和气/液阻隔性能，是材料领域中的研究热点。 8).分子识别反应 * * 改性方法： 1.4.2 表面接枝改性 1）硅烷偶联剂 2）硬酯酸偶联剂等 (1).常用的硅烷偶联剂 KH-550结构式： US A-1100 KH-560结构式： US A-187 KH-570结构式： US A-174 KH-590结构式： US A-189 HS(CH2)3Si(OCH3)3