1、具有一定形態，1100nm尺寸的物質。123大約相當于10-100個原子緊密排列在一起的尺度?？茖W與技術納米科學與技術納米物理學納米化學納米材料學納米電子學納米生物學納米加工學納米力學納米級的加工技術將使半導體微型化達到極限，因為電路的線幅變小，構成電路的絕緣膜變得極薄，這樣將破壞絕緣效果。 復合復合材料材料的定的定義義 納米復合材料的定義納米復合材料的定義 聚合物基納米復合材料的定義聚合物基納米復合材料的定義納米復合材料構成納米復合材料構成3 3 納米復合材料的命名納米復合材料的命名n例：納米氧化鋅環氧樹脂復合材料例：納米氧化鋅環氧樹脂復合材料 根據復合材料的命名原則根據復合材料的命名原則n

2、例：氧化鋅例：氧化鋅環氧樹脂納米復合材料環氧樹脂納米復合材料 無機納米材料名稱無機納米材料名稱 + “+ “” + ” + 聚合聚合物名稱物名稱 + “+ “納米復合材料納米復合材料”n為了強調納米復合材料的類型或其中某種組分的重要性，可單獨指明具體的納米復合材料。 強調性命名4 4 納米復合材料的分類納米復合材料的分類通過通過溶膠凝溶膠凝膠技術膠技術合成合成的納米材料的納米材料為分散相的為分散相的復合材料復合材料 插層復合材料插層復合材料n以以粘土礦物粘土礦物為插層主體形成的復合材料為插層主體形成的復合材料n粘土層狀硅酸鹽被剝離二維納米片層分粘土層狀硅酸鹽被剝離二維納米片層分散在聚合物中。散

3、在聚合物中。5 納米復合材料的特殊性能無機材料改性有機材料、塑料改性橡膠都會提高剛性，但會降低韌性，納米材料對聚合物的改性，能同步提高前兩者。 同步增韌增強效應沒有對應功能的官能團，納米復合材料也能表現出對應的功能。例：光電轉換例：光電轉換 新品功能高分子材料 強度大、模量高 阻隔性能在美國、日本、歐洲已開始使用，如近年來美國伊士曼化學公司和Nanocor納米公司聯合開發了以PET為基材的納米復合包裝材料，大大改進了阻隔性和耐熱性等性能，主要用于飲料包裝。6 6 納米復合材料設計原理納米復合材料設計原理 功能設計功能設計 合成設計合成設計目的目的：為了得：為了得到納米級均勻到納米級均勻分散的復

4、合材分散的復合材料料主要關注納米主要關注納米材料的粒度與材料的粒度與分散程度分散程度n納米材料和基體聚合物材料的選擇空間大，納米材料可以任意組合，可任意分散聚合物的粉體、液態、熔融態，或是聚合物的前驅體小分子溶液n成型的方法也比較多，也能夠達到納米材料納米級分散的效果。合成設計填充法優點優點缺點缺點具有納米微粒較小具有納米微粒較小的粒度和較均勻的的粒度和較均勻的分散程度分散程度合成步驟復雜合成步驟復雜納米材料與聚合物納米材料與聚合物材料的選擇空間不材料的選擇空間不大大合成設計溶膠凝膠法合成設計溶膠凝膠法優點優點缺點缺點可供選擇的納米材可供選擇的納米材料不多，主要限于料不多，主要限于蒙脫土蒙脫土

5、能夠獲得單一分散能夠獲得單一分散的納米片層的復合的納米片層的復合材料材料容易工業化生產容易工業化生產合成設計插層法7 7 納米復合材料中納米微粒的納米復合材料中納米微粒的聚集態結構聚集態結構初級結構初級結構（出廠時參數）（出廠時參數）n 粒徑尺寸n 粒徑分布n 粒徑形狀次級結構次級結構( (基體中參數基體中參數) )n 分散狀態n 分散程度8 8 納米復合材料研究及發展納米復合材料研究及發展 納米納米復合復合材料材料制制造方造方法研法研究究 納米復合材料納米復合材料表征研究表征研究 納米納米復合復合材料材料應應用研用研究究 納米納米復合復合材料材料復復合機合機理研理研究究百度搜索“納米”：10

6、0,000,000篇金屬納米材料氧化物納米材料含氧酸鹽納米材料 復合納米材料例：Fe-Nd-B構成復合納米材料，由于納米微粒內分散有1015nm的鐵納米相，使得這種復合納米材料具有很高的矯頑力和高的剩余磁化度。釹鐵硼復合納米材料釹鐵硼復合納米材料物質和反物質在湮滅時會產生巨大的能量，并且不會像核彈那樣產生放射線污染，所以被認為是一種最理想的清潔能源。由幾克反物質制造的炸彈就能毀滅地球，1克反物質產生的能量，就足以為23架航天飛機提供動力納米材料的其它分類(依據形狀)可用于：吸波隱身材料；磁流體材料；防輻射材料；光電子材料；先進的電池電極材料；太陽能電池材料；高效催化劑；高效助燃劑；高韌性陶瓷材

7、料（摔不裂的陶瓷，用于陶瓷發動機等）主要用途為：超高強度材料；智能金屬材料等。3. 納米材料的性質 納米材料的 基本性質小尺寸效應小尺寸效應由由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質的變化稱為小尺寸效應。性質的變化稱為小尺寸效應。u 特殊的光學性質黃金白金（鉑）金屬鉻宏觀納米級u 特殊的熱學性質10nm2nm固態物質在其形態為大尺寸時，其熔點是固定的，超細微化后卻發現其熔點將顯著降低，當顆粒小于10納米量級時尤為顯著。10nm超細銀粉制成的導電漿料可以進行低溫燒結，此時元件的基片不必采用耐高溫的陶瓷材料，甚至可用塑料。采用超細銀粉漿料，可使膜厚均勻，覆蓋面積大，既省料

8、又具高質量。 u 特殊的磁學性質u 特殊的力學性質u 其它的性質 表面效應表面效應比表面積表面積體積？超微顆粒的表面與大塊物體的表面是十超微顆粒的表面與大塊物體的表面是十分不同的分不同的 若用高倍率電子顯微鏡對金超微顆粒（直徑為2納米）進行電視攝像，發現隨著時間的變化會自動形成各種形狀，它既不同于一般固體，又不同于液體，是一種準固體。 在電子顯微鏡的電子束照射下，表面原子仿佛進入了“沸騰”狀態，尺寸大于10納米后才看不到這種顆粒結構的不穩定性，這時微顆粒具有穩定的結構狀態。 量子尺寸效應量子尺寸效應 各種元素原子具有特定的光譜線。由無數的原子構成固體時，單獨原子的能級就并合成能帶，由于電子數目

9、很多，能帶中能級的間距很小，因此可以看作是連續的，從能帶理論出發成功地解釋了大塊金屬、半導體、絕緣體之間的聯系與區別。 對介于原子、分子與大塊固體之間的超微顆粒而言，大塊材料中連續的能帶將分裂為分立的能級；能級間的間距隨顆粒尺寸減小而增大。吸收光譜闕值向短波方向移動(藍移)，這種現象稱為量子尺寸效應。 宏觀量子隧道效應宏觀量子隧道效應今年來，人們發現一些宏觀物理量，如微粒的磁化強度、量子相干器件的磁通量等也顯示出隧道效應隧道效應，稱之為宏觀量子隧道效應。以一個很尖銳的探針（針頭只有幾個原子大）接近金屬表面（距離同樣也只有幾個原子大），在二者之間有一個由真空構成的絕緣層，也就是勢壘，施加一個電壓

10、，探針的電流就有一定的概率貫穿這個勢壘到達金屬表面。由于貫穿電流的波函數對勢壘厚度（即探針與金屬的距離）反應敏感，通過電流的變化，我們就可以描繪金屬表面的形狀。 納米材料的 特殊性質 光學性質光學性質u 光學吸收性納米Al2O3250nm紫外光納米TiO2400nm紫外光納米Fe2O3提高耐磨性、介電性納米Al2O3加入到玻璃-改善脆性 儲氫性質儲氫性質 潤滑性質潤滑性質 物理方法物理粉碎法球磨法用于制備納米功能材料球磨法用于制備納米功能材料n中南大學博士論文n球磨法是生產納米粉體材料的有效方法。球磨實驗通常運行在圓柱形的不銹鋼容器和小球之間。在球磨過程中可以選擇不同的球磨氣氛,諸如氫氣、氧氣

11、、空氣、氮氣、氬氣或真空。為了較好地控制粉的物性,也可以選擇不同的球磨機。不同的球磨機所制備的粉的性能也不同。n采用球磨法制備SnO2、鈦鐵礦、TiO2納米材料和MoO3/C復合納米材料原料氣體或等離子體納米材料u真空蒸發真空蒸發加熱加熱 u高頻感應高頻感應驟冷驟冷 物理方法真空冷凝法化學方法氣相沉積法 （CVD） 化學方法水熱合成法 水熱法可以精確控制鋯鈦酸鉛，得到晶粒1214nm的納米鋯鈦酸鉛粉體Na2SZnAc2水15010h過濾、洗滌、真空干燥平均粒徑6nmZnS 化學方法沉淀法MgCl26H2ONH3H2O納米MgO粒徑62nm 物理化學方法溶膠凝膠法 物理化學方法微乳液法n微反應器

12、界面是一層表面活性劑分子，在未微反應器中形成的納米微粒因這層界面膜隔離而不能聚結，是理想的反應介質n微乳液的結構從根本上限制了顆粒的生長，使納米顆粒的制備變得容易n使用不同的表面活性劑可以對納米顆粒進行修飾、控制其粒徑大小 How PEO-PPO-PEO Triblock Polymer Micelles Control the Synthesis of Gold Nanoparticles: Temperature and Hydrophobic Effects Aqueous micellar solutions of F68 (PEO78-PPO30-PEO 78) and P103 (

13、PEO17-PPO60-PEO 17 ) triblock polymers were used to synthesize gold (Au) nanoparticles (NPs) at different temperatures. All reactions were monitored with respect to reaction time and temperature by using UV - visible studies to understand the growth kinetics of NPs and the influence of different mic

14、ellar states on the synthesis of NPs. 納米催化劑應用1納米鎳作為火箭固體燃料反應催化劑，燃燒效率可提高100倍。2納米鐵、鎳與-Fe2O3混合輕燒結體可以代替貴金屬而成為汽車尾氣凈化器。3納米半導體材料表面負載貴金屬、金屬氧化物等來進行光電催化水分解。4 4納米納米TiOTiO2 2光催化有機廢水、大氣中的有機污染物。光催化有機廢水、大氣中的有機污染物。 納米TiO2受光照射，可以產生反應活性很強的過氧負離子、過氧化氫自由基和氫氧自由基，它們具有很強的氧化、分解能力，可破壞有機物中的CH、NH、OH、CO等鍵。納米陶瓷？納米陶瓷？利用納米技術開發的納米陶瓷

15、材料是利用納米粉體對現有陶瓷進行改性，通過往陶瓷中加入或生成納米級顆粒、晶須、晶片纖維等，使晶粒、晶界以及他們之間的結合都達到納米水平，使材料的強度、韌性和超塑性大幅度提高。克服了工程陶瓷的許多不足，為替代工程陶瓷的應用開拓了新領域。 因此納米材料在低溫下燒結就可獲得質地優良的燒結體，還不用添加劑仍能保持其良好的性能。 0.10.5的納米鎳粉其粒度小于50納米，對大腸埃希氏菌、金色葡萄球菌這兩種在生活中嚴重威脅人類健康的病菌殺滅率高達99.99%。（4）磁性材料（5）防護材料（6）光電轉化（7）傳感器（8）軍事方面小知識小知識純凈碳納米管無毒？純凈碳納米管無毒？研究人員制成了不含雜質且直徑統一

16、為100納米的“標準物質”，把碳納米管放進人體細胞培養液中使它們溶解，觀察其是否妨礙細胞分裂。結果顯示，當升培養液混有0.1克碳納米管時，細胞分裂不受影響。當培養液中的碳納米管含量達到每升克的極高濃度時，仍有75的細胞正常分裂。通過對照實驗，研究人員說，碳納米管對人體細胞的毒性只有鋪路常用的石英石微粒的1/10。納米材料在產品中的使用量極為微小，因此碳納米管在實際應用中不會對人體健康造成危害。 潤滑脂專用活性納米碳酸鈣汽車底盤漆專用納米碳酸鈣塑料專用納米碳酸鈣油墨專用納米碳酸鈣橡膠專用納米碳酸鈣 概況 納米CaCO3不僅可以起到增白擴容降低成本的作用，還具有補強作用，用于塑料、橡膠和紙張中。粒

17、徑20nm，補強作用=白炭黑。日本美國英國我國研制、生產、應用方面處于國際領先地位，品種達50余種生產應用側重于造紙和涂料主要生產高檔涂料專業納米CaCO380年代開始研制、生產，2007年約有27萬噸的產量 納米CaCO3生產技術煅燒高剪切力去除顆粒雜質COCO2 2，晶型控制，晶型控制劑，碳化至終點劑，碳化至終點脫水、干燥、表面處理u連續碳化法u間歇碳化法超重力碳化法CO2工藝優點 納米CaCO3表面改性改善改善CaCOCaCO3 3粉體的加工性能和物粉體的加工性能和物理機械性能理機械性能形成不可逆化學形成不可逆化學鍵作用鍵作用提高粉體的物理提高粉體的物理穩定性穩定性良好的分散性良好的分散

18、性成本成本質量質量改性方式改性方式干法表面改性干法表面改性濕法表面改性濕法表面改性改性劑改性時所需的改性劑用量比較大,并且在干燥時，溫度過高對改性的效果也有一定的影響。所以，在使用干法改性能達到技術要求的情況下，均宜采用干法改性。123現在有的在粉體生產過程中，實施脂肪酸或其鹽包覆改性的方式，這是最佳的改性方式 納米CaCO3應用v填充納米復合材料含義：填充納米復合材料含義：納米材料以粉體形式分散在聚合物基體中形納米材料以粉體形式分散在聚合物基體中形成的復合材料，可以與基體共混形成，也成的復合材料，可以與基體共混形成，也可以可以原位聚合原位聚合而成。而成。 1. 1. 納米材料與分散體系納米材

19、料與分散體系有一個穩定有一個穩定的分散體系的分散體系什么是團聚？什么是團聚？ 分散體系構成分散體系構成 分散體系的穩定性分散體系的穩定性 水性納米分散體系的穩定性水性納米分散體系的穩定性粒徑粒徑nm168.9376.7聚丙烯酸銨聚丙烯酸銨(NH4PAA) 油性納米分散體系的穩定性油性納米分散體系的穩定性有機溶劑的影響有機溶劑的影響圖2 分散于不同的溶劑中的納米銀離子的TEM表面活性劑的影響表面活性劑的影響表面改性的納米粉體以及良好的有機溶劑分表面改性的納米粉體以及良好的有機溶劑分散性，是獲得納米粉體良好分散體系的先決條件。散性，是獲得納米粉體良好分散體系的先決條件。陰離子表面活性劑，就能得到穩

20、定的納陰離子表面活性劑，就能得到穩定的納米米FeFe2 2O O3 3分散體系，而非離子表面活性劑卻難分散體系，而非離子表面活性劑卻難以得到的原因？以得到的原因？陰離子表面活性劑在納米粒子表面產生吸附，改變了納米粒子的表面電荷分布，對納米粒子起到了空間立體保護作用，能有效的防止納米Fe2O3形成團聚體。分散工藝優分散工藝優化后，可以化后，可以使其分散粒使其分散粒徑達到徑達到21nm21nm比如：調節比如：調節PHPH值、反值、反應時間、溶應時間、溶劑的量等劑的量等分散工藝的影響分散工藝的影響在在DMFDMF中經過分散工藝優化后，可保持懸浮中經過分散工藝優化后，可保持懸浮體系的相對穩定性。體系的

21、相對穩定性。 2. 2. 納米粉體表面改性納米粉體表面改性不穩定狀態不穩定狀態可使用狀態可使用狀態結構特殊性結構特殊性較強活性較強活性表面成因復雜表面成因復雜（1 1）納米粉體的不穩定性）納米粉體的不穩定性納米粒子結構的特殊性納米粒子結構的特殊性內外不同內外不同一方面：納米粒子表現為殼層結構，其表面結構不同于內部完整的結構。另一方面：納米粒子的體相結構也受尺寸制另一方面：納米粒子的體相結構也受尺寸制約，而不同于常規的結構。約，而不同于常規的結構。金屬鍵Ca、Mg范德華力Cu、Al金屬鍵共價鍵、離子鍵Si、Ge共價鍵金屬鍵金屬鹵化物離子鍵共價鍵v銅顆粒達到納米尺寸時就變得不能導電銅顆粒達到納米尺

22、寸時就變得不能導電v絕緣的二氧化硅顆粒在絕緣的二氧化硅顆粒在2020納米時卻開始導納米時卻開始導電電幾乎所有的納米粒子都部分的失去了其常規幾乎所有的納米粒子都部分的失去了其常規的化學結合力性質，表現出混雜性。的化學結合力性質，表現出混雜性。常規不同常規不同 納米粒子具有很強的活性納米粒子具有很強的活性44原子原子 易抓電子而長大易抓電子而長大 ，44原子原子 易失電子而變小易失電子而變小 納米粒子復雜的表面結構納米粒子復雜的表面結構納米粉體的表面結構決定納米粉體的狀態、性納米粉體的表面結構決定納米粉體的狀態、性能及應用，而它的表面結構取決于納米粉體的制造能及應用，而它的表面結構取決于納米粉體的

23、制造方法。方法。固相法合成的納米粉體固相法合成的納米粉體液相法合成的納米粉體液相法合成的納米粉體液態介質與納米粉體表面有直接的接觸，容液態介質與納米粉體表面有直接的接觸，容易在粉體表面吸附而成為納米粉體表面的組成部易在粉體表面吸附而成為納米粉體表面的組成部分，使得納米粉體表面構成復雜化，納米粉體的分，使得納米粉體表面構成復雜化，納米粉體的純度因而降低。純度因而降低。RRRR氣相法合成的納米粉體氣相法合成的納米粉體改善納米粉體改善納米粉體表面的可濕性表面的可濕性增強界面增強界面相容性相容性增加介質增加介質中分散性中分散性提高納米粉體提高納米粉體的應用性能的應用性能增強納米復增強納米復合材料的力合

24、材料的力學等性能學等性能（2 2）納米粉體改性的目的）納米粉體改性的目的核殼微粒核殼微粒是由一種納米材料通過化學鍵或其他是由一種納米材料通過化學鍵或其他作用力將另一種納米材料包覆起來形成的納米作用力將另一種納米材料包覆起來形成的納米尺度的有序組裝結構。尺度的有序組裝結構。（3）納米粉體與表面改性劑依存關系包覆優點包覆優點防止團聚防止團聚未掩蓋納米未掩蓋納米微?；钚灾形⒘；钚灾行男母男院笕匀荒軌虮砀男院笕匀荒軌虮憩F出原有的性質現出原有的性質（4）納米粉體表面改性方法的分類用無機、有機物對納米粒子表面進行包覆，用無機、有機物對納米粒子表面進行包覆，由于包覆物而產生了空間位阻斥力，使粒子再由于包覆物

25、而產生了空間位阻斥力，使粒子再團聚十分困難，從而達到改性的目的。團聚十分困難，從而達到改性的目的。 表面包覆改性表面包覆改性干凈的鋼板基體表面不是鐵 , 而是水合氧化鐵水合氧化鐵 , 反應性硅烷偶聯劑的 X 基團和金屬基體表面的羥基 ( 或表面的水層 ) 形成氫鍵 , 然后縮聚而成鍵 在納米粒子表面發生化學反應，兩組份之在納米粒子表面發生化學反應，兩組份之間除了物理作用外，還有化學鍵。納米粒子表間除了物理作用外，還有化學鍵。納米粒子表面經偶聯劑處理后可以與有機物產生很好的相面經偶聯劑處理后可以與有機物產生很好的相容性。容性。 表面偶聯改性表面偶聯改性v納米納米SiOSiO2 2表面含有三種羥基

26、表面含有三種羥基單生硅羥基，對極性物質有很強的吸附力連生硅羥基雙生硅羥基在制備納米在制備納米粉體的同時粉體的同時，利用機械，利用機械粉碎效應，粉碎效應，促使和強化促使和強化納米微粒表納米微粒表面改性。面改性。在溶液或熔在溶液或熔體中改性物體中改性物分子沉積、分子沉積、吸附到粒子吸附到粒子表面上。表面上。一些具有活性官一些具有活性官能團的化學物質能團的化學物質，在高能射線作，在高能射線作用下，于納米微用下，于納米微粒表面發生聚合粒表面發生聚合反應，形成聚合反應，形成聚合物保護層，以達物保護層，以達到對納米微粒表到對納米微粒表面改性的目的。面改性的目的。溶液混合溶液混合改性改性機械力化機械力化學改

27、性學改性高能處理改性高能處理改性3. 3. 納米微粒表面的改性與修飾納米微粒表面的改性與修飾納米微納米微粒改性粒改性劑劑 無機化合物改性與修飾金屬氧化物與金屬氧化物與TiOTiO2 2的界面能夠形成的界面能夠形成MOTi MOTi 結構，表面極化能力增強以及電子結構，表面極化能力增強以及電子相互作用增大，導致吸收帶紅移和吸收強度相互作用增大，導致吸收帶紅移和吸收強度增加。增加。用氟化物改性用氟化物改性- Al- Al2 2O O3 3 ，可制得分散均勻、，可制得分散均勻、平均粒徑平均粒徑50150150稱之為超疏水稱之為超疏水必須選擇自發必須選擇自發浸濕程度比較大的有機化合物作為納米浸濕程度比

28、較大的有機化合物作為納米粒子的改性劑，以提高納米粒子的分散粒子的改性劑，以提高納米粒子的分散性性 北京首創納米科技有限公司利用納米北京首創納米科技有限公司利用納米 膠體材料、納米雜化乳液以及納米復膠體材料、納米雜化乳液以及納米復合微觀組裝技術，研制出了具有超疏水耐沾合微觀組裝技術，研制出了具有超疏水耐沾污的納米復合改性涂料。污的納米復合改性涂料。 該涂料成膜后與水的接觸角約該涂料成膜后與水的接觸角約150150度，水泥度，水泥電線桿和水泥墻等經過電線桿和水泥墻等經過這種涂料涂刷后，號稱這種涂料涂刷后，號稱城市牛皮癬的小廣告就城市牛皮癬的小廣告就粘不牢，容易清理，粘不牢，容易清理，甚至自行掉落。

29、甚至自行掉落。小知識 分散原理作用力原理是納米粒子易團是納米粒子易團聚的內在因素聚的內在因素納米粒子間量子隧納米粒子間量子隧道效應、電荷轉道效應、電荷轉 移和界面原子局移和界面原子局 部耦合產生的吸附部耦合產生的吸附納米粒子間氫鍵、納米粒子間氫鍵、靜電作用產生靜電作用產生 的吸附的吸附FsFrFp納米作用能Fn 溶劑化膜作用能 靜電作用能 空間立體保護作用能 Fn Fs + Fr + Fp，易團聚 Fn Fs + Fr + Fp，易分散納米粒子分散時，表面產生的作用能：要使納米粒子分散，就要提高這3種作用能：F Fs sF Fr rF Fp p 分散技術機械力分散這是一個非常復雜的分散過程，通

30、過對分散體系施加機械力會引起體系內物質的物理、化學性質變化以及伴隨的一系列化學反應才會達到分散目的，這種特殊的現象稱為機械化學效應機械化學效應。普通Fe3O4微米PVC球磨Fe3O4/PVC納米復合材料 分散技術超聲波分散超聲波分散機的原理是高效、快速、均勻地將一個相或多個相(液體、固體、氣體)進入到另一互不相溶的連續相(通常液體)的過程。而在通常情況下各個相是互不相溶的。當外部能量輸入時，兩種物料重組成為均一相。由于轉子高速旋轉所產生的高切線速度和高頻機械效應帶來的強勁動能，使物料在定、轉子狹窄的間隙中受到強烈的機械及液力剪切、離心擠壓、液層摩擦、撞擊撕裂和湍流等綜合作用，形成懸浮液（固/液

31、），乳液（液體/液體）和泡沫（氣體/液體）。從而使不相溶的固相、液相、氣相在相應成熟工藝和適量添加劑的共同作用下，瞬間均勻精細的分散乳化，經過高頻的循環往復，最終得到穩定的高品質產品。表3-1 超聲時間對ZrO2粉體平均粒徑的影響注意：避免使用過熱超聲攪拌，因為隨著熱能和機械能的增加，顆粒碰撞的幾率也增加，反而導致進一步的團聚。 分散技術高能處理法 分散技術化學分散聚乙二醇接枝到納聚乙二醇接枝到納米米AlAl2 2O O3 3表面，形成表面，形成聚合物膜，增強納聚合物膜，增強納米米AlAl2 2O O3 3的分散性的分散性有機小分子在納米有機小分子在納米粒子表面活性點上粒子表面活性點上進行聚合

32、，從而形進行聚合，從而形成聚合物膜。成聚合物膜?？删酆系挠袡C化合物溶液5 5 填充復合材料原位制備技術填充復合材料原位制備技術原位分散聚合技術原位分散聚合技術納米粉體納米粉體納米復合納米復合材料材料原位分散聚原位分散聚合方法合方法 CAD三維數據 快速成型機 制作好的樣件 紫外光固化技術（Ultraviolet ray ）發展首先，將三維的CAD設計檔案導入附帶的SDView 軟件中切割刀根據每個橫切面的資料，在一層層的PVC薄膜上進行切割，并依次堆棧粘合不出幾小時，將堆棧完成的PVC板塊取出撥除多余的PVC材料，幾分鐘內，即可將實體模型握在手中12345 紫外光固化成型技術的優點： 紫外光固

33、化技術中的化學成分 主要有丙烯酸型，分為環氧丙烯酸酯、氨基甲酸酯丙烯酸酯等。 各種低聚物中，環氧丙烯酸酯是首選，具有抗化學腐蝕、附著力強、硬度高、價格便宜（23萬元噸）等優點 。 可聚合低聚物可聚合低聚物CH2CHCOOCH2CHOHRCHCH2OHOCOCHCH2 是指可聚合的小分子單體，一方面聚合參與化學交聯，另一方面作低聚物的稀釋劑。 一般以丙烯酸酯型活性單體為主，單體中可聚合官能團雙鍵的數目越多，紫外光固化速度也越快。 紫外光活性單體紫外光活性單體幾種常用紫外光固化活性單體幾種常用紫外光固化活性單體類型類型活性單體活性單體單丙烯酸酯丙烯酸異冰片酯 丙烯酸十三烷酯丙烯酸四氫糠醛酯 甲基丙

34、烯酸縮水甘油酯甲基丙烯酸異冰片酯雙酯雙酯1,6-己二醇二丙烯酸酯乙氧化雙酚A二丙烯酸酯多酯多酯季戊四醇三丙烯酸酯三羥基甲基丙烷三丙烯酸酯 光引發劑單體單體引發引發劑劑聚合聚合物物均裂型提氫型COCOOCH3CH3COOCH3CH3CO+hv 紫外光固化機理hv 紫外光固化反應階段1光引發劑與光之間的反應2光引發劑分子重排，產生自由基3自由基與可聚合反應物進行鏈式聚合反應4 4自由基偶合終止或歧化終止，形成三自由基偶合終止或歧化終止，形成三維網狀結構聚合物維網狀結構聚合物 固化產物的性能 納米微粒對固化反應的影響 無機納米微粒的存在，使光引發劑對紫外線無機納米微粒的存在，使光引發劑對紫外線的吸收

35、會受到影響，因為，納米微粒對紫外的吸收會受到影響，因為，納米微粒對紫外線有吸收、反射作用，干擾或削弱光引發劑線有吸收、反射作用，干擾或削弱光引發劑對紫外線的吸收程度和吸收量，從而降低了對紫外線的吸收程度和吸收量，從而降低了固化體系的固化速度，延長了固化時間。固化體系的固化速度，延長了固化時間。紫外光固化體系紫外光固化體系中納米中納米SiOSiO2 2的存的存在會對體系的固在會對體系的固化速度和固化時化速度和固化時間有什么影響？間有什么影響？圖1 復合材料力學性能與SiO2含量關系拉拉伸伸強強度度/Mpa30405012345W/%600900120015001800楊楊氏氏模模量量/Mpa 力

36、學性能力學性能試樣試樣SiO2硬度硬度表 SiO2納米粒子對復合材料硬度的影響1隨著隨著SiOSiO2 2含量含量的增加，復合的增加，復合材料的硬度、材料的硬度、拉伸強度、楊拉伸強度、楊氏模量都存在氏模量都存在增加的現象。增加的現象。2兩者都達到極大值兩者都達到極大值 這是由于這是由于SiOSiO2 2納納米粒子本身具有剛米粒子本身具有剛性，對有機材料有性，對有機材料有明顯的增強作用，明顯的增強作用，能提高復合材料的能提高復合材料的拉伸強度。拉伸強度。3兩者都下降兩者都下降存在非均勻分散存在非均勻分散的聚集狀態，引的聚集狀態，引起納米粒子的自起納米粒子的自身團聚，導致微身團聚，導致微觀結構的非

37、均勻觀結構的非均勻性，從而使復合性，從而使復合材料的微觀結構材料的微觀結構出現缺陷出現缺陷 如果對如果對SiOSiO2 2納米粒子進行表面改性，增強與納米粒子進行表面改性，增強與可聚合有機溶液的互溶性，或是采用超聲波可聚合有機溶液的互溶性，或是采用超聲波分散法制備分散法制備SiOSiO2 2納米粒子有機分散體系，則納米粒子有機分散體系，則能克服高納米粒子含量時復合材料力學性能能克服高納米粒子含量時復合材料力學性能衰減的現象。衰減的現象。300 500 700T/K光 固 化 有 機材料光固化納米復合光固化納米復合材料材料在低溫失重時，SiO2納米粒子的加入，可提高耐熱性。高溫區，SiO2納米粒

38、子的存在使耐熱性下降，熱分解提前。說明：高溫下，高溫下，SiOSiO2 2納米納米粒子對有機材料具有催化粒子對有機材料具有催化熱分解作用熱分解作用。 熱學性能紫外光固化制備納米復合材料的特點1材料性質材料性質 賦予紫外光固化材料較高的力學性能，以賦予紫外光固化材料較高的力學性能，以及特殊的光電磁等性能。及特殊的光電磁等性能。2聚合材料的選擇聚合材料的選擇聚合物基體的可選擇范圍比較大，可以是環聚合物基體的可選擇范圍比較大，可以是環氧樹脂型、聚氨酯型、聚酯型、聚醚型、丙氧樹脂型、聚氨酯型、聚酯型、聚醚型、丙烯酸酯型等。烯酸酯型等。3納米材料的選擇 ZnO、Al2O3 、TiO2 ；SiO2 ；Al

39、 、Fe ；CaCO3 ；以上粉體的混合物等。4加工方法可快速加工成薄型定型材料，或是將這種復合材料直接被覆于其他基體上。5分散問題 紫外光固化體系是有機稀溶液，不需借助有機溶劑等其他間接方法，可直接利用固液混合分散法較均勻較細度的分散納米材料。 通過對納米材料的表面改性，能進一步提高納米材料的分散性。 填充復合材料其他制備技術輻射輻射成型成型技術技術熱固化熱固化技術技術熱聚合熱聚合技術技術氧化還氧化還原聚合原聚合技術技術酸堿催化酸堿催化聚合技術聚合技術其它制備技術其它制備技術6 6 納米粉體與聚合物基體的作用機理納米粉體與聚合物基體的作用機理納米粉體在聚合物中的分散方式在粉體中混合分散(機械力分散)在高分子溶液中混合分散在聚合物熔體中混合分散納米微粒對聚合物的作用機理粒徑的影響表面結構的影響 分散方式粉體-粉體分散簡便、直觀、經濟兩粉體之間的界面作用能不同，可能各兩粉體之間的界面作用能不同，可能各自團聚，彼此不易被混入和分散均勻。自團聚，彼此不易被混入和分散均勻。對于那些自身極易聚集，與聚合物大分對于那些自身極易聚集，與聚合物