化学与现代材料新技术.ppt

5.生物材料 医用材料 纳米材料润滑与防晒性能 纳米复合纤维 纳米技术在国防和航空航天的应用 六.纳米材料的表征技术 Characterization of Nanometer Materials technology 结构表征 性能表征 只有在准确地表征和认识纳米材料的各种精细结构的基础上，才能实现对材料结构有效控制，从而可按性能要求，设计、合成、制备材料 对材料性能的描述 指复合材料体系纳米相结构形态的表征，包括粒子初级结构聚集态结构(粒子的形状、粒子的尺寸及其分布、粒间距分布等)以及纳米粒子之间或粒子与高分子基体之间的界面结构和作用。 1.表征技术分类 Tips: 2.X射线衍射技术 广角X射线衍射(WAXS) 小角X射线衍射(SAXS) 3.电子显微技术 扫描电子显微技术(SEM) 透射电子显微技术(TEM) 4.探针显微技术 AFM探测的是针尖和样品之间的短程的原子间相互作用力。 扫描隧道显微技术(STM) 原子力量微技术(AFM) 磁力显微技术(MFM) 高分辨率、不破坏样品 5.热分析技术 热失重分析法(TG) 示差扫描量热法(DSC) 动态力学分析法(DMA) 扭辫法 扭掺法 七.多相聚合物与高分子合金技术 Multiphase polymers and Polymer alloy technology 一般在碳钢体系中加入Mn、Ni、Ti、Cr等元素，其加入量在10％左右，便形成合金钢。不锈钢是合金钢的—种。 与金属合金有类似的地方，也有很大区别，其主要区别在于高分子合金是相的分散/分离，岛相分散于连续相内，形成所谓的高分子合金。 金属合金 高分子合金 相：通常把体系内部物理性质和化学性质完 全均匀的体系(部分)，称为相(均相)。 多相：在聚合物(材料)体系中存在两个或两个以上 的相称为多相。 相分散：相与相问有明显的分界面，性质存在质 的飞跃，即存在相分离。 相分离： 微观相分离(100nm左右，即大部分在 纳米级) 宏观相分离(有些可肉眼观察得到 eg:玻 璃钢、球晶等) 获得多相聚合物／高分子合金的方法 均聚物 共聚物 共混物 物理共混： a、机械共混(布拉布达、挤出)； b、溶液浇涛共混； c、胶乳共混。 化学共混： a、互穿网络技术； b、离聚体技术； c、渐变高聚物制造技术。 合成SBS丁苯嵌段共聚物： n 合成举例 嵌段共聚物 A B B B A A A 二嵌段 三嵌段 多嵌段 接枝共聚物 相分离 PBA-g-(PMMA-GMA) 材料的纳米效应产生了协同效应 P加=VAPA+VBPB 加合效应 VA—A组分体积分数 VB—B组分体积分数 21世纪材料新技术很多，随着科学的不断进步与发展，材料新技术还将会不断出现，这又将反过来促进和推动科学技术的进步和发展，促使人类社会的进步与繁荣！ THE END 谢谢 谢 谢 * 4.表面效应(Surface effect) 对于直径大于100nm的球状颗粒，表面效应可以忽略不计。 在环境保护方面，利用纳米材料的巨大比表面积，使污染过滤取得明显效果。 纳米粒子的表面原子与总原子数之比随着纳米粒子尺寸的减小而大幅度增加，从而导致表面能增加，引起纳米粒子性质的变化 由于纳米材料有非常大的比表面积，导致它具有极高的表面活性。在催化领域，纳米材料作为新型催化材料，可大幅度降低催化剂成本，增加催化活性，提高催化剂选择性。 表面效应的主要影响 ①表面化学反应活性 ⑧介电材料的高介电常数 ②催化活性 ③纳米材料的稳定性 ④铁磁质的居里温度降低 ⑤熔点降低 ⑦纳米材料的超塑性和超延展性 ⑥烧结温度、晶化温度降低 5.量子效应(Quantum effect) 量子效应是指当粒子尺寸减小至某一临界值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续态度变为离散态的现象。 20世纪60年代，计算机的运算速度为200万次/S，90年代达10亿次/S，到20世纪末，由美国IBM公司完成的“先进战略仿真计算机”的运行速度达到了12．3 万亿次/S，现在已达千万亿次。 但是，电子计算发展到最后，终将遇到物理极限问题，这是因为晶体管和电路均不可能小于原子直径。 在测量20nm以下的量子限值时，常规的物理规律就不再适用了，所以必须采用新规则。 传统的技术已使集成块电路的布线从20世纪70年代末的10mm降低到今天的0.18 。由于集成块上各种元件之间的绝缘厚度越来越小，当绝缘层达到5个原子(纳米级)厚时，就会出现“量子隧道”现象，即传输电