纳米复合材料发展与现状
201041505118 李少军10材料一班
1 纳米复合材料
超细粒子（或纳米粒子）是指尺度介于原子、分子、离子与块状材料之间，粒径在1～100nm范围以内的微小固体颗粒。

随着物质的超细化，产生了块状材料不具有的表面效应、小尺寸效应、量子效应，从而使超细粒子与常规颗粒材料相比具有一系列优异的物理、化学性质。

纳米粒子经压制、烧结或溅射组合而成的具有某些特定功能的结构即纳米材料。

它断裂强度高、韧性好、耐高温，纳米复合同时也提高材料的硬度、弹性模量、Weibull模数，并对热膨胀系数、热导率、抗热震性产生影响。

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纳米复合主要指在微米级结构的基体中引入纳米级分散相。

纳米复合材料（复合超微细颗粒）表现出许多与模板核本质不同的性质，如不同的表面组成、磁性、光学性能、稳定性及表面积等。

纳米复合材料涉及的范围广泛，它包括纳米陶瓷材料、纳米金属材料、纳米磁性材料、纳米催化材料、纳米半导体材料、纳米聚合材料等。

纳米粒子具有很高的活性，例如木屑、面粉、纤维等粒子若小到纳米级的范围时，一遇火种极易引起爆炸。

纳米粒子是热力学不稳定系统，易于自发地凝聚以降低其表面能，因此对已制备好的纳米粒子，如果久置则需设法保护，例如保存在惰性空气中或其他稳定的介质中以防止凝聚。

纳米材料是物质以纳米结构按一定方式组装成的体系。

它是纳米科技发展的重要基础，也是纳米科技最为重要的研究对象。

纳米材料也被人们誉为21 世纪最有前途的材料。

由于纳米材料本身所具有的特殊性能。

作为一种全新性能的先进复合材料，在微电子、信息、汽车、宇航、国防、冶金、机械、生物、医药、光学等诸多领域有极广泛的应用前景。

2 纳米复合材料的分类
研究纳米复合材料的一个重要目的是改进并提高块体材料的性能,或通过结构复合来发现块材料中并不存在的性能或效应。

和块体材料相比,纳米复合材料的物理和化学性质将更多地依赖于材料的表面缺陷和量子尺寸效应。

目前.纳米复合材料的种类繁多,可分为:固态纳米复合材料和液态纳米复合材料。

基质材料对于纳米粒子的结构具有稳定作用;而基质材料的不同,又可将纳米复合材料区分为:无机基纳米复合材料和聚合物基纳米复合材料。

聚合物基包括单聚合物、共聚合物和聚合物的混合;无机基则包括玻璃,如多孔玻璃、分子筛、溶胶一凝胶玻璃和陶瓷等。

[2]还可根据纳米粒子的物理性质可将纳米复合材料区分为:半导体纳米复合材料、铁电体微晶复合材料、染料分子纳米复合材料、稀土纳米复合材料、金属(合金)纳米复合材料、光学纳米复合材料(非线性、发光、光折变等)、磁性纳米复合材料等。

3 纳米复合材料的制备
3.1 溶胶- 悬浮液混合法
通过添加分散剂、调整pH 值, 先分别制备各组元充分分散的单相稳定悬浮液, 然后找出各相颗粒均能良好分散的混合悬浮液条件, 将各单相悬浮液混合, 再找出共同絮凝的条件, 去除水分, 干燥、煅烧制得纳米复合材料,此法适用于制备纳米相分散与分布较理想的纳米复合陶瓷.王昕等采用加热水解氧化锆及醇水混合液体, 制得单分散的纳米水合氧化锆溶胶和较高浓度的Al2O3 水悬浮液混合在一起, 经搅拌和超声分散, 最后在电动搅拌下加热蒸发, 至糊状时移至微波炉中烘干, 混合粉体经热压烧结制得两相混合均匀的ZrO2( n)-Al2O3 复合陶瓷.
3.2 包裹沉淀法
在分散的纳米颗粒外层包裹一层基质组元( 或其前驱物) 或其他组元, 可保证纳米相在混合以及其后的烧结过程中不再团聚,采用此法可以制备纳米包团结构.例如, 在SiO2 的外层包裹一层Al2O3, 可大大改善其分散效果.
3.3 辐射合成法
该方法是先将聚合物单体与金属盐在分子水平上混合均匀,形成含金属盐的单体溶液后,再进行辐照。

电离辐射产生的初级产物同时引发单体聚合以及金属离子的还原,由于聚合物单体的聚合速度大大快于金属颗粒的团聚速度,生成的聚合物长链使体系的粘度迅速增加,从而大大限制了纳米颗粒的团聚,因而可得到分散相尺寸小,分布均匀的复合材料。

辐射合成方法制备纳米材料所用,辐射源主要是印c 源。

[3]
3.4 溶胶凝胶法
溶胶凝胶法是将硅氧烷或金属盐等前驱体(水溶性或油溶性醇盐) 溶于水或有机溶剂中形成均质溶液,在酸、碱或盐的催化作用下促使溶质水解,生成纳米级粒子并形成溶胶,溶胶经溶剂挥发或加热等处理转变为凝胶,从而得到纳米复合材料。

这种方法的关键就是选择具有良好溶解性能的共溶剂,来保证二者具有很好的相容性,在凝胶后不发生相分离。

王玉玲等[4]利用DSD A一D DBT 高聚物作前驱体,在N一甲基毗咯烷酮( NMP ) 中和正硅酸乙醋(T E Os )进行溶胶一凝胶反应制备出新型聚酞亚胺/ 二氧化硅纳米复合材料膜。

并用I R、T G A 及SEM 等手段对材料膜进行研究。

实验结果表明,与聚酞亚胺相比,聚酞亚胺/ 二氧化硅纳米复合膜表现出更好的热力学稳定性。

4 纳米产业发展趋势
（1）信息产业中的纳米技术：信息产业不仅在国外，在我国也占有举足轻重的地位。

2000年，中国的信息产业创造了gdp5800亿人民币。

纳米技术在信息产业中应用主要表现在3个方面：①网络通讯、宽频带的网络通讯、纳米结构器件、芯片技术以及高清晰度数字显示技术。

因为不管通讯、集成还是显示器件，都要原器件，美国已经着手研制，现在有了单电子器件、隧穿电子器件、自旋电子器件，这种器件已经在实验室研制成功，而且可能在2001年进入市场。

②光电子器件、分子电子器件、巨磁电子器件，这方面我国还很落后，但是这些原器件转为商品进入市场也还要10年时间，所以，中国要超前15年到20年对这些方面进行研究。

③网络通讯的关键纳米器件，如网络通讯中激光、过滤器、谐振
器、微电容、微电极等方面，我国的研究水平不落后，在安徽省就有。

④压敏电阻、非线性电阻等，可添加氧化锌纳米材料改性。

（2）环境产业中的纳米技术：纳米技术对空气中20纳米以及水中的200纳米污染物的降解是不可替代的技术。

要净化环境，必须用纳米技术。

我们现在已经制备成功了一种对甲醛、氮氧化物、一氧化碳能够降解的设备，可使空气中的大于10ppm的有害气体降低到0.1ppm，该设备已进入实用化生产阶段；利用多孔小球组合光催化纳米材料，已成功用于污水中有机物的降解，对苯酚等其它传统技术难以降解的有机污染物，有很好的降解效果。

近年来，不少公司致力于把光催化等纳米技术移植到水处理产业，用于提高水的质量，已初见成效；采用稀土氧化铈和贵金属纳米组合技术对汽车尾气处理器件的改造效果也很明显；治理淡水湖内藻类引起的污染，最近已在实验室初步研究成功。

5 纳米复合材料前景展望
纳米合成为发展新型材料提供了新的途径和新的思路。

非平衡动态的材料工艺学在21世纪将会有新的突破。

目前，世界上有近百万种材料，而自然的材料仅占1/20，这就说明人工材料在材料科学发展中占有重要的地位。

纳米尺度的合成为人们设计新型材料，特别是为人类按照自己的意愿设计和探索所需要的新型材料打开了新的大门。

例如，在传统相图中根本不共溶的两种元素或化合物，在纳米态下可形成固溶体，制造出新型的材料。

铁铝合金、银铁和铜铁合金等纳米材料已在实验室获得成功。

利用纳米微粒的特性，人们可以合成原子排列状态完全不同的两种或多种物质的复合材料。

人们还可以把过去难以实现的有序相或无序相、晶态相和金属玻璃、铁磁相和反铁磁相、铁电相和顺电相复合在一起，制备出有特殊性能的新材料。

纳米材料的诞生也为常规的复合材料的研究增添了新的内容。

把金属的纳米颗粒放入常规陶瓷中可大大改善材料的力学性质。

如纳米氧化铝粒子放入橡胶中可提高橡胶的介电性和耐磨性，放入金属或合金中可以使晶粒细化，大大改善力学性质；纳米氧化铝弥散到透明的玻璃中既不影响透明度又提高了高温冲击韧性；半导体纳米微粒（砷化镓、锗、硅）放入玻璃中或有机高聚物中，提高了三阶非线性系数；极性的钛酸铅粒子放在环氧树脂中出现了双折射效应；纳米磁性氧化物粒子与高聚物或其它材料复合具有良好的微波吸收特性。

最近，美国成功的把纳米粒子用于磁制冷上，8nm钇铝铁石榴石新型制冷材料，使制冷温度达到20K。

纳米粒子与纳米粒子复合，受到世界各国极大的重视
[1] 陈少杰, 张教强郭银明纳米复合材料制备方法的研究进展西北工业大学2008 05
[2]欧阳星罗远芳贾德民混炼插层法制备天然橡胶/蒙脱土纳米复合材料{J〕.华南理工大学学报(自然科学版),
[3 ]张曼维辐射化学人门｛M〕合肥:中国科技大学出版社199 3
[4] 王玉玲,张传卫,凌文凯等菜既亚胺/二氧化硅纳米复合材料的制备及渗透汽化性能【J 】离分子材料科学与工程.2 0 0 31 9。