单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,聚酯基纳米复合材料的共混复合,聚酯基纳米复合材料的共混复合,目录,纳米粒子,纳米复材的制备概述,纳米复材制备存在的问题及解决方法,目录纳米粒子纳米复材的制备概述纳米复材制备存在的问题及解决方,纳米粒子,粒径在,1-100nm,范围内且能观察到,体积效应,或,表面效应,的颗粒常被称为,纳米粒子,。无机纳米粒子在纳米尺度范围内，具有的许多优良性质。,小尺寸效应,表面效应,量子尺寸效应,宏观量子隧道效应,介电限域效应,1.,纳米粒子概述,纳米粒子粒径在1-100nm范围内且能观察到体积效应或表面效,纳米粒子,纳米颗粒的尺寸与光波波长、传导电子的德布罗意波长及超导态的相干波长或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏，非晶体纳米微粒表面层附近原子密度减小,纳米颗粒表现出新的光、电、声、磁等体积效应，其他性质都是此效应的延伸。,小尺寸效应,1.,纳米粒子概述,纳米粒子纳米颗粒的尺寸与光波波长、传导电子的德布罗意波长及超,纳米粒子,随着粒径的减少，比表面积大大增加。纳米粒子表面原子与总原子之比随着纳米粒子尺寸的减少而大幅度增加。由于庞大的比表面，表面原子数增加，无序度增加，键态严重失配，出现许多活性中心，表面台阶和粗糙度增加，表现出非化学平衡和非整数配位的化学价。这就是导致纳米体系的化学性质和化学平衡体系出现很大差别的原因,表面效应,1.,纳米粒子概述,纳米粒子随着粒径的减少，比表面积大大增加。纳米粒子表面原子与,纳米粒子,当粒子尺寸降到某一值时，金属费米附近的电子能级由准连续变为离散，半导体微粒中存在不连续的最高占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级，能隙变宽，以及由此导致的不同于宏观物体的光、电和超导等性质,量子尺寸效应,微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。纳米粒子总的磁化强度和量子相干器件中的磁通量等也具有隧道效应，称为宏观量子隧道效应。,宏观量子隧道效应,1.,纳米粒子概述,纳米粒子当粒子尺寸降到某一值时，金属费米附近的电子能级由准连,纳米粒子,在实际样品中，粒子被空气、聚合物、玻璃和溶剂等介质所包围，而这些介质的折射率通常比无机半导体低。光照射时，由于折射率不同产生了界面，邻近纳米半导体表面的区域、纳米半导体表面甚至纳米粒子内部的场强比辐照光的光强增大了。这种局部的场增强效应，对半导体纳米粒子的光物理及非线形光学特性有直接的影响,介电限域效应,1.,纳米粒子概述,纳米粒子在实际样品中，粒子被空气、聚合物、玻璃和溶剂等介质所,纳米粒子,近十年来，由于纳米技术与纳米材料的迅速发展，少量纳米材料的加入就能达到普通填料的改性能力，对材料的,高性能，轻量化,都具有非常广泛的应用前景。,目前常用来制备纳米复合材料的无机粒子主要有：,1.,纳米粒子概述,纳米粒子近十年来，由于纳米技术与纳米材料的迅速发展，少量纳米,纳米粒子,2.,常见无机纳米粒子,（,1,）,SiO,2,无定型白色粉末，是一种无毒、无味、无污染的无机非金属材料。由于其独特的纳米尺度，并且可,与聚合物基体产生强烈的界面粘结作用,，使得只要加入很少量的,SiO,2,粒子,(1-10wt%),，就可获得较之原聚合物基体或普通的复合材料更为优异的力学、光学、热学和磁性能等。,纳米粒子2.常见无机纳米粒子（1）SiO2,纳米粒子,2.,常见无机纳米粒子,（,2,）蒙脱土,(MMT),一种天然无机纳米矿物，由,一片铝氧八面体,夹在,两片硅氧四面体,之间,靠共用氧原子,而形成的层状结构矿物,(2:1,型粘土,),，晶层之间存在范德华力相互作用。,晶层内四面体和八面体可以有广泛的类质同晶替代，如四面体中,Si,4+,被,Al,3+,、,Ti,4+,、,P,5+,替代，八面体中,Al,3+,被,Mg,2+,、,Fe,2+,、,Na,+,、,Fe,3+,、,Zn,2+,、,Mn,2+,替代，使晶层带净负电荷。从而使水合阳离子（,Na,+,、,K,+,、,Ca,2+,）可以占据层间域以补偿这种负电荷，使层间具有可交换的阳离子。每一个片层的厚度约为,1nm,，长和宽各约,100nm,。,蒙脱土的结构模型,纳米粒子2.常见无机纳米粒子（2）蒙脱土(MMT)蒙脱土的结,纳米粒子,2.,纳米材料的种类和特性,（,2,）蒙脱土,(MMT),改性粘土时，为便于有机物嵌入，可以利用各种有机阳离子,(,插层剂,),通过离子交换反应来置换粘土矿物层间原有的水合阳离子，从而使,通常亲水的粘土矿物,表面,疏水化,，减低矿物的表面能，改善矿物与聚合物单体或高分子间的润湿作用，提高了相容性。,由于原材料丰富，价廉，因而蒙脱土纳米复合材料得到人们广泛的研究。,纳米粒子2.纳米材料的种类和特性（2）蒙脱土(MMT),纳米粒子,2.,常见无机纳米粒子,（,3,）碳纳米管,(CNTs),碳纳米管是石墨管状晶体，是单层或者多层石墨烯片层围绕中心轴按一定的螺旋角卷曲而成的无缝纳米管，每层碳纳米管由一个碳原子通过,sp,2,杂化与周围三个碳原子完全键合后所构成的六边形平面组成的圆柱面。,纳米粒子2.常见无机纳米粒子（3）碳纳米管(CNTs),纳米粒子,2.,常见无机纳米粒子,（,3,）碳纳米管,(CNTs),根据碳纳米管中,碳原子层数的不同,，碳纳米管可分为,单壁碳纳米管,(SWNTs),和,多壁碳纳米管,(MWNTs),根据构型可分为,扶椅式,(armchair),、,锯齿形,(zig-zag),和,手性碳纳米管,(ehiral,）,纳米粒子2.常见无机纳米粒子（3）碳纳米管(CNTs),纳米粒子,2.,常见无机纳米粒子,（,3,）碳纳米管,(CNTs),碳纳米管具有超强的力学性能、极大的长径比、良好的电学性能、很高的化学和热稳定性等，己被广泛的用于与环氧树脂、聚酞亚胺、尼龙、聚酯等高分子聚合物制备纳米复合材料的研究。,一方面这种复合材料可提高聚合物的力学性能和热学性能，如：拉伸强度、弯曲强度、冲击韧性、热变形温度等,在另一方面可以改善聚合物材料的电导率和制备新型的光电聚合物复合材料，以满足航空、航天等极端条件下对复合材料的特殊性能要求,纳米粒子2.常见无机纳米粒子（3）碳纳米管(CNTs),纳米复材的制备概述,1,增重、降低成本,增强、增韧基体树脂以替代某些工程塑料,2,单纯注重力学性能的提高,开发功能性高分子材料,填料对塑料材料进行改性的发展,纳米复材的制备概述1增重、降低成本增强、增韧基体树脂以替代某,纳米复材的制备概述,1.,概述,纳米材料在聚合物中的应用从传统填充改性中开辟了一条新的途径，也为设计、制备高性能、功能化高分子复合材料奠定了基础。,根据纳米材料的结构不同，聚酯纳米复合材料大致分为两种,：,（,1,）,聚酯,/,无机纳米填料,复合材料；,（,2,）聚酯,/,无机插层纳米,复合材料。,纳米复材的制备概述1.概述纳米材料在聚合物中的应用从传统填充,纳米复材的制备概述,1.,概述,聚酯纳米复合材料,的性能比,普通的无机填充聚酯,要,优异得多,，,主要有以下特点,：,高结晶速率与高结晶度,热变形温度高,模量高,因此，采用纳米材料对聚合物进行改性被广泛关注，己成为当前研究的热点和重点,纳米复材的制备概述1.概述聚酯纳米复合材料的性能比普通的无机,聚酯基纳米复材概述,2.,聚合物基纳米复材的制备方法,材料的制备是结构与性能研究的基础,。目前采用的无机纳米粒子,/,聚合物基复合材料的制备方法主要有,共混法,插层法,溶胶,-,凝胶法,原位分散聚合法,自组装法,聚酯基纳米复材概述2.聚合物基纳米复材的制备方法材料的制备是,聚酯基纳米复材概述,2.,聚合物基纳米复材的制备方法,（,1,）共混法,共混法是通过物理或化学方法使纳米粒子与聚合物进行直接的混合来制备纳米复合材料的方法，根据介质的不同，它主要包括机械共混法、溶液共混法、乳液共混法和熔融共混法,从工艺上来讲，共混法操作简单，可与传统的聚合物加工成型工艺、机械结合使用，工业化生产可行性好，非常类似于聚合物的共混改性，是制备有机,/,无机纳米复合材料最简单的方法，适用于各种形态的无机纳米粒子与聚合物进行混合。,聚酯基纳米复材概述2.聚合物基纳米复材的制备方法（1）共混法,聚酯基纳米复材概述,2.,聚合物基纳米复材的制备方法,（,2,）溶胶凝胶法,(sol-gel),法,溶胶凝胶法,(sol-gel),法是将金属有机醇盐或硅氧烷等前驱物溶于水或有机溶剂中形成均匀溶液，有机聚合物同时也溶于溶剂中，然后使前驱体水解成溶胶，经固化成凝胶，再在低温下干燥，磨细后即得到有机无机纳米复合材料。,该法的优点是可在温和的条件下进行，两相分散均匀，甚至实现分子水平的复合。但它的局限性比较大，溶剂的选择和后续的处理困难，适用的纳米粒子较少，且生成纳米粒子的前驱体价格昂贵还有很大的毒性。,聚酯基纳米复材概述2.聚合物基纳米复材的制备方法（2）溶胶凝,聚酯基纳米复材概述,2.,聚合物基纳米复材的制备方法,（,3,）插层法,插层法是目前制备,硅酸盐和石墨等片层状无机纳米复合材料,的主要方法。,首先将单体或聚合物插入经插层剂处理后的粘土片层之间，进而破坏其片层结构，使其剥离成纳米数量级的基本单元，并均匀地分散在聚合物基体中，以实现聚合物与粘土在纳米尺度上的复合，按照进入层状粘土片层的方式，插层复合可分为：,插层聚合法,聚合物插层法,聚酯基纳米复材概述2.聚合物基纳米复材的制备方法（3）插层法,聚酯基纳米复材概述,2.,聚合物基纳米复材的制备方法,（,4,）原位聚合法,这里的原位聚合,(in situ polymerization),，是指首先让纳米尺度的无机填料在单体中均匀分散，然后在一定条件下使单体类似于本体聚合的方法就地聚合，形成纳米复合材料。,它的优点在于纳米粒子分散均匀，聚合成形后无需热加工，避免了由此产生的降解，保证了基体各种性能的稳定性。显然，影响复合材料性能的最重要的因素是分散程度及聚合物与填料界面间的粘合力。国内外有许多人都对原位聚合法制备纳米复合材料进行了广泛的研究。,聚酯基纳米复材概述2.聚合物基纳米复材的制备方法（4）原位聚,聚酯基纳米复材概述,2.,聚合物基纳米复材的制备方法,（,5,）自组装法,自组装法是建立在静电相互作用原理上的，其最大的特点是对沉积过程或膜结构的分子进行控制，且可利用连续沉积不同组分的方法，还可实现层间分子对称或非对称的二维甚至三维的超晶格结构。这些聚合物与纳米粒子通过层层自组装获得的复合膜，往往具有一些独特的功能特性，如发光、变色等特性。从而越来越引起人们的广泛关注。,聚酯基纳米复材概述2.聚合物基纳米复材的制备方法（5）自组装,制备聚酯基纳米复材存在问题,存在问题,无机相分布不规则,无机相形态难控制,存在界面问题,制备聚酯基纳米复材存在问题存在问题无机相分布不规则无机相形态,制备聚酯基纳米复材存在问题,无机相分布不规则,无机相几乎全部是“无序分布”的，用纳米粉体与聚合物混合，得不到真正意义的纳米复合材料有序组装；,制备聚酯基纳米复材存在问题无机相分布不规则,制备聚酯基纳米复材存在问题,无机相形态难控制,难以达到精确地调控粉末组成与化学计量比，难以调控粒度与形态，难以制备成分准确、粒度均匀的高质量超微粉，特别难以收集与存放纳米粉体,制备聚酯基纳米复材存在问题无机相形态难控制,制备聚酯基纳米复材存在问题,存在界面问题,在纳米粒子表面改性时，要涉及到几个原子层界面与性质的控制，与有机相间的有效结合技术还需进一步探索,制备聚酯基纳米复材存在问题存在界面问题,解决方法,纳米粒子的表面处理方法,纳米颗粒在使用过程中易于团聚，分散性较差，因此，在制备和应用过程中，需对纳米粒子的表面进行改性，以减少或阻止其团聚。根据表面处理剂与粒子间有无化学反应可以分为,表面物理修饰,和,化学修饰,解决方法纳米粒子的表面处理方法纳米颗粒在使用过程中易于团聚，,