纳米材料和聚合物金属纳米复合材料.ppt

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金属纳米材料的小尺寸效应、量子尺寸效应和表面界面效应等,使金属纳米粒子呈现出奇特的光、电、磁、声等性质。 但是由于具有庞大的比表面积,使其具有很高的活性,易氧化、易团聚,这样就大大降低了其应用价值和应用范围。 将聚合物和金属纳米材料结合起来,不仅能防止金属纳米粒子的氧化和团聚,而且能提供良好的加工成型性。另外,采用一些功能高分子,将会使这种复合材料具有常规材料不可比拟的优异性能。聚合物-金属纳米复合材料的研究已经成为材料领域的研究热点之一。 2.3 聚合物-金属纳米材料 制备方法: 直接分散法、原位形成法、沉积法、离子注入法、辐射化学法、光照化学法、球磨法; 2.3.1 聚合物-金属纳米材料的制备 1 直接分散法 直接分散法是将纳米粒子直接分散在聚合物基体中,因为金属纳米粒子与聚合物的表面能相差极大,所以必须对金属纳米粒子进行改性,对于金属纳米粒子的改性,通常用表面活性剂和高分子物质对其进行改性,然后将改性后的纳米粒子分散到聚合物基体中。如Naka等 将聚2-甲基-2-唑啉改性的金纳米粉与聚乙烯混合,因为聚2-甲基-2-唑啉可以与聚乙烯充分混容,所以得到了纳米粒子分散均匀的聚乙烯-金纳米复合材料。 2 原位形成法 原位形成法可以分为以下三类,在聚合物基体中原位形成金属纳米粒子,或是在纳米粒子存在下单体原位聚合形成聚合物,或是聚合物与金属纳米粒子原位形成。 (1) 在聚合物存在下原位形成金属纳米粒子 在聚合物溶液或者液态聚合物中加入无机或有机金属化合物,通过对该混合体系进行热处理或者加入还原剂使金属化合物转化为金属纳米粒子,得到聚合物-金属纳米复合材料。 1 纳米材料简介 纳米尺度上的几个效应 纳米材料特性 纳米材料的分类 纳米材料的制备 2 聚合物-金属纳米复合材料 聚合物-金属纳米材料的制备 聚合物-金属纳米材料的应用 前言 材料是国民经济的物质基础。 材料无处不在,无处不有 材料分类 纳米尺度 : 1-100nm (10-9-10-7 m) 特殊效应: 小尺寸效应,表面、界面效应,量子尺寸效应等。 纳米材料:是指材料两相显微结构中至少有一相的一维尺度达到纳米尺 寸 的材料。 纳米科技: 在分子、原子的水平上操作,创造出新的分子水平上的 组织、 器件(新的物质)。 目标是直接以原子、分子及物质在纳米尺度上表现出来的 新颖物理、化学、生物学特性,以创造出特定功能的产品。 1. 1 基本概念 1 纳米材料简介 自然界的纳米材料 ??人体和兽类的牙齿 ??海洋中的生命粒子 ??蜜蜂的“罗盘”—腹部的磁性纳米粒子 ??螃蟹的横行—磁性粒子“指南针”定位作用的紊乱 ??海龟在大西洋的巡航—头部磁性粒子的导航 1.2 纳米尺度上的几个效应 当超细微粒的尺寸与光波波长,德布罗意波长以及超导态的相干长度和透射深度等物理特征尺度相当或更小时,晶体周期性的边界条件将被破坏;非晶态纳米微粒的表面层附近原子密度减小,导致声、光、电磁、热力学等物性呈现新的小尺寸效应。 (1) 小尺寸效应: (2) 表面效应: 粒子直径 /nm 1 2 5 10 100 原子总数 30 4000 30000 3×106 比表面积 /(m2/g) 450 180 90 表面原子百分数* / 100% 80 40 20 2 * 假设原子间距为 0.3 nm(3 ?),表面原子仅为单层 表面原子配位不足,有悬空键,高表面能,高化学活性 (3) 量子尺寸效应: 能带理论: e.x. 1K, Ag, ? 14 nm, 变为非金属绝缘体 金属费米能级附近电子能级是连续的 (条件:高温,宏观尺度),对于只有有限个导电电子的超微粒子,低温下能级是离散的。当能级间距大于热能、磁能、静电能、光子能量等,必须考虑量子尺寸效应。会使纳米微粒的磁、光、声、热、电、超导性与宏观性质不同。 久保效应 δ, 相临电子能级间距;N,粒子内总导电电子数; EF ,费米能级;V,粒子体积当粒子为球形时,δ ∝1/d3 金属能级的不连续和半导体能级间隙变宽 1.

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