論納米復(fù)合材料技術(shù)發(fā)展前景
一、 納米材料的特性
當(dāng)材料的尺寸進(jìn)入納米級(jí)，材料便會(huì)出現(xiàn)以下奇異的物理性能：
1、尺寸效應(yīng)
當(dāng)超細(xì)微粒的尺寸與光波波長(zhǎng)、德布羅意波長(zhǎng)以及超導(dǎo)態(tài)的相干長(zhǎng)度或投射深度等物理特征尺寸相當(dāng)或更小時(shí)，晶體的邊界條件將被破壞，非晶態(tài)納米微粒的顆粒表面附近原子密度減小，導(dǎo)致聲、光電、磁、熱、力學(xué)等特性呈現(xiàn)出新的小尺寸效應(yīng)。如當(dāng)顆粒的粒徑降到納米級(jí)時(shí)，材料的磁性就會(huì)發(fā)生很大變化，如一般鐵的矯頑力約為80A/m，而直徑小于20nm的鐵，其矯頑力卻增加了1000倍。若將納米粒子添加到聚合物中，不但可以改善聚合物的力學(xué)性能，甚至還可以賦予其新性能。
2、表面效應(yīng)
一般隨著微粒尺寸的減小，微粒中表面原子與原子總數(shù)之比將會(huì)增加，表面積也將會(huì)增大，從而引起材料性能的變化，這就是納米粒子的表面效應(yīng)。 3、量子隧道效應(yīng)
微觀粒子貫穿勢(shì)壘的能力稱為隧道效應(yīng)。納米粒子的磁化強(qiáng)度等也具有隧道效應(yīng)，它們可以穿越宏觀系統(tǒng)的勢(shì)壘而產(chǎn)生變化，這稱為納米粒子的宏觀量子隧道效應(yīng)。它的研究對(duì)基礎(chǔ)研究及實(shí)際應(yīng)用，如導(dǎo)電、導(dǎo)磁高聚物、微波吸收高聚物等，都具有重要意義。
二、高聚物/納米復(fù)合材料的技術(shù)進(jìn)展
對(duì)于高聚物/納米復(fù)合材料的研究十分廣泛，按納米粒子種類的不同可把高聚物/納米復(fù)合材料分為以下幾類：
1、高聚物/粘土納米復(fù)合材料
由于層狀無(wú)機(jī)物在一定驅(qū)動(dòng)力作用下能碎裂成納米尺寸的結(jié)構(gòu)微區(qū)，其片層間距一般為納米級(jí)，它不僅可讓聚合物嵌入夾層，形成“嵌入納米復(fù)合材料”，還可使片層均勻分散于聚合物中形成“層離納米復(fù)合材料”。其中粘土易與有機(jī)陽(yáng)離子發(fā)生交換反應(yīng)，具有的親油性甚至可引入與聚合物發(fā)生反應(yīng)的官能團(tuán)來(lái)提高其粘結(jié)。其制備的技術(shù)有插層法和剝離法，插層法是預(yù)先對(duì)粘土片層間進(jìn)行插層處理后，制成“嵌入納米復(fù)合材料”，而剝離法則是采用一些手段對(duì)粘土片層直接進(jìn)行剝離，形成“層離納米復(fù)合材料”。
2、高聚物/剛性納米粒子復(fù)合材料
用剛性納米粒子對(duì)力學(xué)性能有一定脆性的聚合物增韌是改善其力學(xué)性能的另一種可行性方法。隨著無(wú)機(jī)粒子微細(xì)化技術(shù)和粒子表面處理技術(shù)的發(fā)展，特別是近年來(lái)納米級(jí)無(wú)機(jī)粒子的出現(xiàn)，塑料的增韌徹底沖破了以往在塑料中加入橡膠類彈性體的.做法。采用納米剛性粒子填充不僅會(huì)使韌性、強(qiáng)度得到提高，而且其性價(jià)比也將是不能比擬的。
3、高聚物/碳納米管復(fù)合材料
碳納米管于1991年由S.Iijima 發(fā)現(xiàn)，其直徑比碳纖維小數(shù)千倍，其主要用途之一是作為聚合物復(fù)合材料的增強(qiáng)材料。
碳納米管的力學(xué)性能相當(dāng)突出�，F(xiàn)已測(cè)出碳納米管的強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)值為30－50GPa。盡管碳納米管的強(qiáng)度高，脆性卻不象碳纖維那樣高。碳纖維在約1%變形時(shí)就會(huì)斷裂，而碳納米管要到約18%變形時(shí)才斷裂。碳納米管的層間剪切強(qiáng)度高達(dá)500MPa，比傳統(tǒng)碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料高一個(gè)數(shù)量級(jí)。
三、前景與展望
在高聚物/納米復(fù)合材料的研究中存在的主要問(wèn)題是：高聚物與納米材料的分散缺乏專業(yè)設(shè)備，用傳統(tǒng)的設(shè)備往往不能使納米粒子很好的分散，同時(shí)高聚物表面處理還不夠理想。我國(guó)納米材料研究起步雖晚但發(fā)展很快，對(duì)于有些方面的研究工作與國(guó)外相比還處于較先進(jìn)水平。如：漆宗能等對(duì)聚合物基粘土納米復(fù)合材料的研究；黃銳等利用剛性粒子對(duì)聚合物改性的研究都在學(xué)術(shù)界很有影響；另外，四川大學(xué)高分子科學(xué)與工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室發(fā)明的磨盤(pán)法、超聲波法制備聚合物基納米復(fù)合材料也是一種很有前景的手段。盡管如此，在總體水平上我國(guó)與先進(jìn)國(guó)家相比尚有一定差距。但無(wú)可否認(rèn)，納米材料由于獨(dú)特的性能，使其在增強(qiáng)聚合物應(yīng)用中有著廣泛的前景，納米材料的應(yīng)用對(duì)開(kāi)發(fā)研究高性能聚合物復(fù)合材料有重大意義。特別是隨著廉價(jià)納米材料不斷開(kāi)發(fā)應(yīng)用，粒子表面處理技術(shù)的不斷進(jìn)步，納米材料增強(qiáng)、增韌聚合物機(jī)理的研究不斷完善，納米材料改性的聚合物將逐步向工業(yè)化方向發(fā)展，其應(yīng)用前景會(huì)更加誘人。
參考文獻(xiàn)：
［1］ 李見(jiàn)主編.新型材料導(dǎo)論.北京：冶金工業(yè)出版社，1987.
�。�2］都有為.第三期工程科技論壇——‘納米材料與技術(shù)’報(bào)告會(huì).
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