第三章填充复合案例.ppt

3.1 纳米材料与分散体系;1. 水性纳米分散体系的稳定性; 在水溶液中分散纳米微粒，表面活性剂的分散作用显得尤为重要。 例：粒径25nm的ZrO2粉体在水基分散液中分布图。;2. 非水性纳米分散体系的稳定性 在这种体系中，有机溶剂的性质对纳米粒子的分散程度有明显的影响。 ; 表面改性的纳米粉体以及良好的有机溶剂分散性，是获得纳米粉体良好分散体系的先决条件。 离子型表面活性剂也能够影响纳米粉体的分散性。例：利用阴离子表面活性剂，就能得到稳定的纳米Fe2O3分散体系，而非离子表面活性剂却难以得到。 原因：阴离子表面活性剂在纳米粒子表面产生吸附，改变了纳米粒子的表面电荷分布，对纳米粒子起到了空间立体保护作用，能有效的防止纳米Fe2O3形成团聚体。; 纳米粉体非水分散体系的影响因素比较多，除了有机溶剂、表面活性剂之外，分散工艺、分散温度、纳米粉体的粒径等都是纳米微粒分散体系的稳定性的可变因素。 只有对上述因素深入研究，才能得到稳定的分散体系。;3.2 纳米粉体表面改性 1. 纳米粉体的不稳定性 纳米粒子结构的特殊性 纳米粒子尺寸小，比表面积大，位于表面上的原子占相当大的比例。 一方面：纳米粒子表现为壳层结构，其表面结构不同于内部完整的结构。 另一方面：纳米粒子的体相结构也受尺寸制约，而不同于常规的结构。 几乎所有的纳米粒子都部分的失去了其常规的化学结合力性质，表现出混杂性。;纳米粒子具有很强的活性 纳米颗粒已经不再是一个惰性体，而是一个能供、抓电子的物体，具有化学活性，易被氧化还原而难以长期保持。 为了降低纳米微粒的表面能，它们倾向于聚结，而形成软、硬团聚，造成纳米尺寸的不稳定性。;纳米粉体表面的特点 纳米粉体的表面结构决定纳米粉体的状态、性能及应用，而它的表面结构取决于纳米粉体的制造方法。 ①固态法合成的纳米粉体 机械球磨而成，纳米粉体的几何形状不规则，粉体粒度不均匀，粒度分布较宽，多次撞击形成的粉体表面缺陷多且活性高，表面活性点易于介质发生化学变化而受污染。;②液相法合成的纳米??体材料 有粉体球状、纳米晶须、纳米管等粉体形式，粒径可以直接控制。 液态介质与纳米粉体表面有直接的接触，容易在粉体表面吸附而成为纳米粉体表面的组成部分，使得纳米粉体表面构成复杂化，纳米粉体的纯度因而降低。 可以液相合成法的特点，直接在纳米粉体表面有控制的修饰分子化合物，使纳米粒子尺寸小，稳定性好，性能更卓越。;③气相法合成的纳米粉体材料 气相法是通过气化的原子聚集而形成，由于物料等能够严格控制，形成的纳米粉体最为纯净。 纳米粉体保持固有的特性，表面结构依然存在原子缺陷，活性点多，化学活性高。 这类纳米粉体材料一般保存在惰性气体中。;2. 纳米粉体改性的目的 目的：改善纳米粉体表面的可湿性，增强纳米粉体在介质中的界面相容性，使纳米粒子容易在有机化合物或水中分散，提高纳米粉体的应用性能，使纳米粉体在复合材料的基体中达到纳米粒子应有的作用，提高纳米复合材料的力学等性能。 改性之后，不仅可以获得稳定、单分散和具有良好分散性的纳米粒子，而且可以通过表面修饰分子与粒子表面的相互作用来控制其光化学、光物理作用。;纳米粉体与表面改性剂的依存关系 ; 表面改性剂并不是完全包覆纳米颗粒，形成完整的核壳结构，而是每个微粒周围仅有若干的表面改性剂分子，一个改性剂分子可以贯穿几个纳米微粒，表面改性剂像桥架一样，固定着纳米粒子的相对位置。 这样，表面改性剂既防止了纳米微粒的团聚，又没有掩盖纳米微粒的活性中心，改性后的纳米粉体材料仍然能够表现出应有的性质。;3. 纳米粉体表面改性方法的分类 有无化学反应：表面物理吸附、表面化学吸附 ①表面物理吸附： 采用低分子化合物（偶联剂）改性 ②表面化学吸附： 先用表面活性剂与纳米微粒预混合，使两者在纳米微粒界面处发生化学变化，在纳米微粒表面形成一层纳米微粒不能团聚增大的单分子或多分子隔膜，这是表面改性的主要方法。;改性手段的不同 ①溶液混合改性法 在溶液或熔体中改性物分子沉积、吸附到粒子表面上。 ②机械力化学改性法 在制备纳米粉体的同时，利用机械粉碎效应，促使和强化纳米微粒表面改性。 ③高能处理改性法 一些具有活性官能团的化学物质，在紫外线、红外线、等离子辐射等作用下，于纳米微粒表面发生聚合反应，形成聚合物保护层，以达到对纳米微粒表面改性的目的。;4. 纳米微粒表面的改性与修饰;①有机化合物改性与修饰 通过纳米微粒的表面改性，赋予纳米微粒一些特殊的性质。 有机胺：不同的浓度，具有增强或猝灭纳米微粒的荧光性