納米復(fù)合材料的應(yīng)用課件

1、第六章 納米復(fù)合材料的應(yīng)用1第六章 納米復(fù)合材料的應(yīng)用11 概述以研究分子機(jī)械而著稱(chēng)的美國(guó)風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)宰貝克斯公司的一項(xiàng)預(yù)測(cè)認(rèn)為，納米技術(shù)的發(fā)展可能會(huì)經(jīng)歷以下五個(gè)階段1發(fā)展重點(diǎn)是要準(zhǔn)確地控制原子數(shù)量在100個(gè)以下的納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)。這需要使用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)和現(xiàn)有工廠的設(shè)備和超精密電子裝置。這個(gè)階段的市場(chǎng)規(guī)模約為5億美元。21 概述以研究分子機(jī)械而著稱(chēng)的美國(guó)風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)宰貝克斯公司的一在這個(gè)階段，納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)和納米復(fù)合材料的制造將達(dá)到實(shí)用化水平。其中包括從有機(jī)碳酸鈣中制取的有機(jī)納米材料，其強(qiáng)度將達(dá)到無(wú)機(jī)單晶材料的3000倍。該階段的市場(chǎng)規(guī)模在50億至200億美元之間。2生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)3在這個(gè)階段，納米

2、結(jié)構(gòu)物質(zhì)和納米復(fù)合材料的制造將達(dá)到實(shí)用化水平3大量制造復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)將成為可能這要求有高級(jí)的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)、目標(biāo)設(shè)計(jì)技術(shù)、計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)和組裝技術(shù)等。該階段的市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá)100億至1000億美元。43大量制造復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)將成為可能這要求有高級(jí)的計(jì)算機(jī)設(shè)4納米計(jì)算機(jī)將在第四個(gè)階段中得以實(shí)現(xiàn)。這個(gè)階段的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到2000億至1萬(wàn)億美元。5科學(xué)家們將研制出能夠制造動(dòng)力源與程序自律化的元件和裝置市場(chǎng)規(guī)模將高達(dá)6萬(wàn)億美元54納米計(jì)算機(jī)將在第四個(gè)階段中得以實(shí)現(xiàn)。這個(gè)階段的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá) 宰貝克斯公司認(rèn)為，雖然納米技術(shù)每個(gè)階段到來(lái)的時(shí)間有很大的不確定性，難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，但在2010年之前，納米

3、技術(shù)有可能發(fā)展到第三個(gè)階段，超越“量子效應(yīng)障礙”的技術(shù)將達(dá)到實(shí)用化水平。6 宰貝克斯公司認(rèn)為，雖然納米技術(shù)每個(gè)階段到來(lái)的時(shí)間有很大2 納米復(fù)合材料的性質(zhì)納米復(fù)合材料具有無(wú)機(jī)材料的性質(zhì)、納米粒子的性質(zhì)和聚合物材料的性質(zhì)，因而具有其他材料所不具備的特別性質(zhì)。納米復(fù)合材料的性質(zhì)催化性能高強(qiáng)度、高韌性電磁性光學(xué)特性智敏性72 納米復(fù)合材料的性質(zhì)納米復(fù)合材料具有無(wú)機(jī)材料的性質(zhì)、納米 納米復(fù)合材料催化劑是以聚合物為載體，以納米粒子為催化活性中心的高效催化復(fù)合體系，既能發(fā)揮納米粒子催化的高效性和高選擇性，又能通過(guò)高聚物的穩(wěn)定作用使之具有長(zhǎng)效穩(wěn)定性。 常用的納米粒子主要有金屬粒子（Pt、Rh、Ag、Pd、Ni

4、、Fe、Co）以及一些金屬氧化物。 納米TiO2是典型的具有光催化性能的納米粒子。納米復(fù)合材料的催化性能8 納米復(fù)合材料催化劑是以聚合物為載體，以納米粒子為催化活 納米微粒在提高復(fù)合材料強(qiáng)度下，對(duì)增韌機(jī)理的解釋?zhuān)?由于無(wú)機(jī)剛性粒子不會(huì)產(chǎn)生大的伸長(zhǎng)變形，在大的拉應(yīng)力作用下，基體和填料會(huì)在納米微粒的界面首先產(chǎn)生界面脫粘，形成空穴，聚合物分子鏈纖維化，其局部區(qū)域可產(chǎn)生屈服提前現(xiàn)象。應(yīng)力集中產(chǎn)生屈服和界面脫粘都需要消耗更多的能量，這就是無(wú)機(jī)剛性粒子的增韌作用。納米復(fù)合材料的高強(qiáng)度、高韌性9 納米微粒在提高復(fù)合材料強(qiáng)度下，對(duì)增韌機(jī)理的解釋?zhuān)杭{米 眾多的研究表明，只有超細(xì)的無(wú)機(jī)填料才能對(duì)塑料基體有效增韌，

5、因?yàn)樾×Ｗ拥臒o(wú)機(jī)粒子表面缺陷多，非配對(duì)原子多，比表面積大，與聚合物發(fā)生物理化學(xué)結(jié)合的作用能強(qiáng)，粒子與基體間的界面粘結(jié)可承受更大的載荷，從而達(dá)到既增強(qiáng)又增韌的目的。10 眾多的研究表明，只有超細(xì)的無(wú)機(jī)填料才能對(duì)塑料基體有效 利用納米粒子的電學(xué)性質(zhì)，使納米復(fù)合材料具有導(dǎo)電性，而在納米材料良好的分散狀態(tài)下，少量的納米材料就能發(fā)揮巨大的性能。 例：抗靜電材料 納米微粒Fe2O3、TiO2、Cr2O3、ZnO等具有半導(dǎo)體特性的氧化物粒子制成具有良好靜電屏蔽的涂料； 化纖制品中加入金屬納米粒子可以解決其靜電問(wèn)題，提高安全性。納米復(fù)合材料的電磁性11 利用納米粒子的電學(xué)性質(zhì)，使納米復(fù)合材料具有導(dǎo)電性，而在(

6、1)優(yōu)異的光吸收材料 納米粒子的量子尺寸效應(yīng)等使它對(duì)某種波長(zhǎng)的光吸收帶有藍(lán)移現(xiàn)象和寬化現(xiàn)象。 將納米粒子分散到樹(shù)脂中制成膜狀，膜對(duì)紫外線的吸收就取決于納米粒子的尺寸和數(shù)量。 3040nm的TiO2樹(shù)脂膜對(duì)400nm的紫外光有吸收 3040nm的Fe2O3樹(shù)脂膜對(duì)600nm的紫外光有吸收 最近發(fā)現(xiàn)，納米Al2O3對(duì)250nm的紫外光有吸收納米復(fù)合材料的光學(xué)性質(zhì)12(1)優(yōu)異的光吸收材料納米復(fù)合材料的光學(xué)性質(zhì)12 人體釋放的紅外線大約在46微米的中紅外頻段，如果不對(duì)這個(gè)頻道的紅外線進(jìn)行屏蔽，就很容易被中紅外探測(cè)器所發(fā)現(xiàn)。 將能夠吸收紅外線的納米材料填充到纖維中做成屏蔽服，降低被探測(cè)性。 這類(lèi)納米粒

7、子是納米Al2O3、納米TiO2、納米SiO2、納米Fe2O3的復(fù)合粉。13 人體釋放的紅外線大約在46微米的中紅外頻段，如果不對(duì)這對(duì)人體中紅外線的吸收作用，也可以用來(lái)做保暖內(nèi)衣14對(duì)人體中紅外線的吸收作用，也可以用來(lái)做保暖內(nèi)衣14(2)軍事隱身材料 軍事上的探測(cè)器主要有雷達(dá)和紅外探測(cè)器等。 以納米金屬碳化物TiC等為填充物合成納米復(fù)合材料，用于制造隱身材料在隱身技術(shù)上占有重要地位。 在飛機(jī)外表涂上上述納米材料，則可實(shí)現(xiàn)隱身效果。15(2)軍事隱身材料15隱身原因：納米微粒尺寸遠(yuǎn)小于紅外及雷達(dá)波波長(zhǎng)，因此納米微粒材料對(duì)這種波的透過(guò)率比常規(guī)材料要強(qiáng)的多，這就大大減少波的反射率，使得探測(cè)器收到的反

8、射信號(hào)變得很微弱，從而達(dá)到隱身的作用。納米材料的比表面積比常規(guī)粗粉大34個(gè)數(shù)量級(jí)，對(duì)紅外光和電磁波的吸收率也比常規(guī)材料大的多，這就使得探測(cè)器收到的反射信號(hào)強(qiáng)度大大降低，因此很難發(fā)現(xiàn)被探測(cè)目標(biāo)，從而達(dá)到隱身的作用。16隱身原因：16(3)其它的光學(xué)性質(zhì) TiO2、WO3、CdS納米粒子/聚苯胺構(gòu)成光致變色體系，用于光記錄。 TiO2納米粒子/聚對(duì)苯乙炔制備固體高聚物激光二極管等。17(3)其它的光學(xué)性質(zhì)17 納米復(fù)合材料的納米粒子對(duì)環(huán)境具有很強(qiáng)的敏感性，可以用在敏感材料。 環(huán)境溫度、氣氛、光、濕度等的變化不僅引起粒子電學(xué)、光學(xué)等行為的變化，而且納米粒子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)也會(huì)發(fā)生變化，引起粒子協(xié)同效能的

9、變化，因此可以利用納米粒子制成敏感度高的各種類(lèi)型的傳感器。 納米復(fù)合材料智敏性18 納米復(fù)合材料的納米粒子對(duì)環(huán)境具有很強(qiáng)的敏感性，可以用在3 應(yīng)用聚合物基納米復(fù)合材料應(yīng)用納米復(fù)合塑料納米復(fù)合阻燃材料納米復(fù)合催化劑納米復(fù)合橡膠納米復(fù)合涂料納米復(fù)合纖維納米復(fù)合生物材料193 應(yīng)用聚合物基納米復(fù)合材料應(yīng)用納米復(fù)合塑料納米復(fù)合阻燃4 納米復(fù)合塑料 是指無(wú)機(jī)填充物以納米尺寸分散在塑料基體中形成的納米復(fù)合材料。 納米復(fù)合塑料具有一般工程塑料所不具備的優(yōu)異性能，因此是一種全新的高技術(shù)新材料，具有廣闊的商業(yè)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用前景204 納米復(fù)合塑料 是指無(wú)機(jī)填充物以納米尺寸分散在塑料基體納米材料對(duì)塑料的復(fù)合效果對(duì)塑料

10、的增韌增強(qiáng)作用改善塑料的抗老化性賦予塑料的功能性21納米材料對(duì)塑料的復(fù)合效果對(duì)塑料的增韌增強(qiáng)作用改善塑料的抗老化納米復(fù)合塑料分類(lèi)熱塑性熱固性功能性22納米復(fù)合塑料分類(lèi)熱塑性熱固性功能性22 熱塑性納米復(fù)合塑料的成型工藝是納米填充物與熱塑性樹(shù)脂混合、擠出、成型，由于納米材料的團(tuán)聚特性，納米相材料的彼此結(jié)合力大，普通的塑料擠出機(jī)，即使是雙螺桿擠出機(jī)也很難使整體的復(fù)合材料達(dá)到無(wú)機(jī)相納米級(jí)的分散程度。 因此，納米復(fù)合材料的發(fā)展，不僅要發(fā)展材料的品種，更要發(fā)展納米復(fù)合材料的加工工藝。 熱塑性納米復(fù)合塑料23 熱塑性納米復(fù)合塑料的成型工藝是納米填充物與熱塑性樹(shù)脂混合聚丙烯 聚丙烯是應(yīng)用范圍很廣的聚烯烴材料

11、之一，通過(guò)在聚丙烯中引入無(wú)機(jī)納米相微粒，以達(dá)到在力學(xué)性質(zhì)上改性聚丙烯的目的。 無(wú)機(jī)納米微粒主要有插層的粘土、填充的納米微粒（納米CaCO3、納米SiO2等）。24聚丙烯24粘土對(duì)聚丙烯的改性聚丙烯與3種有機(jī)粘土復(fù)合形成的插層復(fù)合材料25粘土對(duì)聚丙烯的改性25 如上表所示，添加0.5%4%改性蒙脫土的聚丙烯，其抗沖擊性能已經(jīng)大幅提高，同時(shí)彈性模量和強(qiáng)度也明顯提高。 上表說(shuō)明，聚丙烯粘土復(fù)合材料的力學(xué)性能主要取決于粘土的性質(zhì)，實(shí)驗(yàn)證明蒙脫土和云母雖然沒(méi)有明顯的層間距擴(kuò)大現(xiàn)象，它們的片層具有較高的硬度，對(duì)復(fù)合材料性能的提高具有較大的貢獻(xiàn)。 當(dāng)然，如果蒙脫土和云母的片層發(fā)生剝離，對(duì)聚丙烯的力學(xué)性質(zhì)將會(huì)

12、有更大的貢獻(xiàn)。26 如上表所示，添加0.5%4%改性蒙脫土的聚丙烯，其抗沖 有機(jī)化粘土對(duì)聚丙烯的親和性并不是很好，復(fù)合材料的損耗模量峰強(qiáng)度因粘土的存在而減弱。 利用粘土層間的極性羥基，在聚丙烯插層時(shí)引入官能化的聚丙烯預(yù)聚物，怎能明顯體提高聚丙烯與粘土的親和性，達(dá)到有效改性聚丙烯的目的。 以馬來(lái)酸酐改性聚丙烯預(yù)聚物作為聚丙烯與粘土的增溶劑，粘土片層間距因此而有了較大的擴(kuò)展，在一定粘土含量的范圍內(nèi)，粘土均能以納米級(jí)片層均勻擴(kuò)散在聚丙烯基體中。27 有機(jī)化粘土對(duì)聚丙烯的親和性并不是很好，復(fù)合材料的損耗模量 由于納米級(jí)的分散狀態(tài)，聚丙烯復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、楊氏模量等隨著增溶劑馬來(lái)酸酐改性聚丙烯預(yù)聚物的

13、增加而增加，復(fù)合材料的玻璃化溫度都相當(dāng)提高。 無(wú)增溶劑的聚丙烯插層復(fù)合材料雖然相對(duì)聚丙烯在力學(xué)性能上有所提高，但不及增溶劑存在明顯。28 由于納米級(jí)的分散狀態(tài)，聚丙烯復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、楊氏模量填充改性聚丙烯 對(duì)填充型聚丙烯納米復(fù)合材料來(lái)講，納米粉體對(duì)聚丙烯的分散能力是獲得復(fù)合材料高性能的關(guān)鍵因素。 要對(duì)填充的納米粉體材料進(jìn)行表面改性，以增強(qiáng)納米粉體材料在聚丙烯基體中的分散能力，提高納米粉體與聚丙烯基體的親和性。 納米CaCO3粉體填充聚丙烯時(shí)，以鈦酸酯偶聯(lián)劑出來(lái)納米CaCO3，與聚丙烯混合在雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，然后注射成型。29填充改性聚丙烯29 通過(guò)拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、差熱分析、結(jié)晶速率

14、等實(shí)驗(yàn)參數(shù)的測(cè)定，結(jié)果表明，由于CaCO3在聚丙烯基體中納米CaCO3的聚集體大小是130nm左右，這種納米聚集體雖然對(duì)聚丙烯的拉伸強(qiáng)度影響不大，但對(duì)沖擊強(qiáng)度影響較大，在低溫時(shí)增韌效果更好。 納米CaCO3含量為3%5%時(shí)，沖擊強(qiáng)度提高了20%，熔融熱晗測(cè)試表明，這個(gè)區(qū)間的熔融熱晗數(shù)值較低。30 通過(guò)拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、差熱分析、結(jié)晶速率等實(shí)驗(yàn)參數(shù)的測(cè) 環(huán)氧樹(shù)脂是從環(huán)氧化合物衍生而來(lái)的低聚物或聚合物，通過(guò)各種與環(huán)氧基反應(yīng)的交聯(lián)劑的固化作用形成體型材料。 環(huán)氧樹(shù)脂基體材料強(qiáng)度高、耐水性耐堿性好、固化收縮率低，具有優(yōu)良的機(jī)械、電氣、化學(xué)、粘接性能，被廣泛應(yīng)用于粘合劑、涂料、復(fù)合材料等方面。 環(huán)氧樹(shù)

15、脂基納米復(fù)合材料的制備方法主要有：溶液混合法、插層法。熱固性納米復(fù)合材料（環(huán)氧樹(shù)脂）31 環(huán)氧樹(shù)脂是從環(huán)氧化合物衍生而來(lái)的低聚物或聚合物，通過(guò)各種溶液混合法 溶液混合法就是將表面改性的納米粉體填充于環(huán)氧樹(shù)脂中，借助機(jī)械攪拌或者超聲分散，促使納米粉體分散均勻。在隨后的固化劑作用下，固化成型得到復(fù)合材料。 環(huán)氧樹(shù)脂的室溫粘度較大，一般在高于室溫3060下進(jìn)行混合分散，以有利于納米粉體在環(huán)氧樹(shù)脂中分散均勻。32溶液混合法32 填充型復(fù)合材料具有良好的力學(xué)強(qiáng)度和韌性。通過(guò)溶液共混法，用超聲波分散納米SiO2，以甲基四氫苯酐為固化劑，制備了E-44環(huán)氧樹(shù)脂/SiO2復(fù)合材料，其力學(xué)性能如右表所示。33

16、填充型復(fù)合材料具有良好的力學(xué)強(qiáng)度和韌性。通過(guò)溶液共 從表中看出，在一定范圍內(nèi)，隨著納米SiO2用量的增加，所得到的復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率逐漸增加，當(dāng)納米SiO2含量為3%時(shí)，環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料比純E-44環(huán)氧樹(shù)脂的沖擊強(qiáng)度提高了124%，拉伸強(qiáng)度提高了30%，斷裂伸長(zhǎng)率提高了18%。 以上的數(shù)據(jù)是只有保證納米SiO2在E-44環(huán)氧樹(shù)脂中以納米級(jí)分散狀態(tài)，才有既增強(qiáng)又增韌的效果，否則納米粉體發(fā)生聚集，形成宏觀聚集體，容易在環(huán)氧樹(shù)脂基體內(nèi)造成缺陷，使復(fù)合材料失去上述效果。34 從表中看出，在一定范圍內(nèi)，隨著納米SiO2用量的增加，所插層法 插層法制備環(huán)氧樹(shù)脂納米復(fù)合材料就是將環(huán)氧樹(shù)

17、脂與有機(jī)粘土混合、加熱攪拌，利用粘土層間的空隙，環(huán)氧樹(shù)脂分子鏈插入到片層間，將粘土間距擴(kuò)大。 在固化劑作用下，環(huán)氧樹(shù)脂固化成型，化學(xué)反應(yīng)熱進(jìn)一步促使粘土層間距擴(kuò)大，形成環(huán)氧樹(shù)脂插層型或剝離型納米復(fù)合材料。35插層法35 目前，對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂插層復(fù)合材料的性能研究主要限于力學(xué)性能和熱性能，研究結(jié)果表明，少量粘土的加入使材料的這些性能得到不同程度的提高，但效果一般不如粘土改性熱塑性塑料那么突出。 環(huán)氧樹(shù)脂插層復(fù)合材料的熱力學(xué)性能研究表明：復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)降低，熱畸變溫度提高。這為開(kāi)發(fā)研究工程型環(huán)氧樹(shù)脂插層復(fù)合材料提高了可能。36 目前，對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂插層復(fù)合材料的性能研究主要限于力學(xué)性能和抗菌塑料導(dǎo)電

18、塑料功能性納米復(fù)合塑料37抗菌塑料導(dǎo)電塑料功能性納米復(fù)合塑料37 抗菌塑料是指塑料本身具有抗菌性，可以在一定時(shí)間內(nèi)將沾污在塑料上的細(xì)菌殺死并抑制細(xì)菌生長(zhǎng)。 在歐美一些發(fā)達(dá)國(guó)家，人們?cè)缫言陔娫挋C(jī)聽(tīng)筒、電腦鍵盤(pán)、公交車(chē)的扶手等器具上或多或少地使用了抗菌塑料，目前抗菌塑料已開(kāi)始用于大型家電、通訊器材、汽車(chē)制造等方面。 抗菌塑料38 抗菌塑料是指塑料本身具有抗菌性，可以在一定時(shí)間內(nèi)將沾污在 塑料能抗菌，是因?yàn)樵谄渖a(chǎn)過(guò)程中添加了抗菌劑。用這種方法抗菌劑的用量大，使成本提高。為了降低成本，可將顆粒極細(xì)的抗菌劑制成噴霧液，噴涂于塑料模具表面，在成型過(guò)程中抗菌劑滲入塑料制品的表面，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚砗?，使抗?/p>

19、劑與塑料制品結(jié)合起來(lái)。 39 塑料能抗菌，是因?yàn)樵谄渖a(chǎn)過(guò)程中添加了抗菌劑。用這種方法抗菌劑分類(lèi)抗菌劑有機(jī)無(wú)機(jī)天然40抗菌劑分類(lèi)抗菌劑有機(jī)無(wú)機(jī)天然40有機(jī)抗菌劑有機(jī)抗菌劑以有機(jī)酸、酚、醇為主要成分，殺菌力強(qiáng)，即效性好，但加工中會(huì)產(chǎn)生刺激性氣味，在塑料中易遷移，耐熱性差。41有機(jī)抗菌劑有機(jī)抗菌劑以有機(jī)酸、酚、醇為主要成分，殺菌力強(qiáng)，即天然和高分子類(lèi)抗菌劑天然和高分子類(lèi)抗菌劑也由于耐熱性差、加工困難等因素未在塑料中形成大規(guī)模應(yīng)用。這些抗菌劑與無(wú)機(jī)類(lèi)抗菌劑復(fù)合使用，可以結(jié)合二者的優(yōu)點(diǎn)，既具有有機(jī)類(lèi)的即效性、持續(xù)性，又具有無(wú)機(jī)抗菌劑的安全性和耐久性。42天然和高分子類(lèi)抗菌劑天然和高分子類(lèi)抗菌劑也由于耐

20、熱性差、加工無(wú)機(jī)類(lèi)抗菌劑無(wú)機(jī)類(lèi)抗菌劑是將銀、銅、鋅等本身具有抗菌能力的金屬或金屬離子負(fù)載于無(wú)機(jī)物載體上，通過(guò)載體的緩釋來(lái)實(shí)現(xiàn)抗菌。其載體主要是沸石、二氧化鈦、磷酸鋯、硅 膠等。由于銀離子的毒性很小，抗菌能力強(qiáng)，而且在人體內(nèi)難于積累，因此目前已經(jīng)商品化，銀系抗菌劑成為應(yīng)用最為廣泛的抗菌劑。 43無(wú)機(jī)類(lèi)抗菌劑無(wú)機(jī)類(lèi)抗菌劑是將銀、銅、鋅等本身具有抗菌能力的金納米技術(shù)改性無(wú)機(jī)抗菌劑從發(fā)展前景來(lái)看，采用納米技術(shù)改性的無(wú)機(jī)抗菌劑最為人們所青睞。這類(lèi)抗菌劑由于粒徑超細(xì)，增加了與細(xì)菌的接觸面積，同時(shí)可穿透細(xì)菌的細(xì)胞壁進(jìn)入細(xì)胞體內(nèi)，破壞細(xì)胞合成酶的活性，使細(xì)胞喪失分裂增殖能力而死亡。因此，功能性納米無(wú)機(jī)抗菌劑具

21、有極其優(yōu)異的抗菌效率，且安全無(wú)毒、時(shí)效長(zhǎng)、緩釋效果好，具有普通銀系抗菌劑所不能比擬的光穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。近年來(lái)，采用納米半導(dǎo)體粒子的光催化效應(yīng)殺菌的技術(shù)有所進(jìn)展。這種抗菌劑的最大特點(diǎn)在于不但能將細(xì)菌殺死，而且能夠?qū)⒂袡C(jī)物徹底降解，從而避免了“白色污染”。 44納米技術(shù)改性無(wú)機(jī)抗菌劑從發(fā)展前景來(lái)看，采用納米技術(shù)改性的無(wú)機(jī) 在納米技術(shù)的開(kāi)發(fā)上，導(dǎo)電塑料可能是最佳材料。目前，導(dǎo)電塑料的發(fā)明人之一、美國(guó)物理學(xué)家馬克迪爾米德教授正在著手研究導(dǎo)電塑料與納米技術(shù)的結(jié)合運(yùn)用。即將傳統(tǒng)的導(dǎo)電材料與導(dǎo)電纖維靜電編織起來(lái)，制造出納米級(jí)纖維和納米電子線路。 眾所周知，人的頭發(fā)直徑是5萬(wàn)納米，而馬克迪爾米德教授領(lǐng)導(dǎo)的研

22、究小組正在研制的納米材料聚苯胺纖維的直徑僅為100納米，這是目前世界上最細(xì)的纖維，僅有頭發(fā)絲直徑的1/500。導(dǎo)電塑料45 在納米技術(shù)的開(kāi)發(fā)上，導(dǎo)電塑料可能是最佳材料。目前，導(dǎo)電塑6.3 納米復(fù)合阻燃材料 466.3 納米復(fù)合46 皮肌炎是一種引起皮膚、肌肉、心、肺、腎等多臟器嚴(yán)重?fù)p害的，全身性疾病，而且不少患者同時(shí)伴有惡性腫瘤。它的1癥狀表現(xiàn)如下： 1、早期皮肌炎患者，還往往伴有全身不適癥狀，如-全身肌肉酸痛，軟弱無(wú)力，上樓梯時(shí)感覺(jué)兩腿費(fèi)力；舉手梳理頭發(fā)時(shí)，舉高手臂很吃力；抬頭轉(zhuǎn)頭緩慢而費(fèi)力。皮肌炎圖片皮肌炎的癥狀表現(xiàn) 皮肌炎是一種引起皮膚、肌肉、心、肺、腎等多臟器嚴(yán)重 阻燃塑料是指具有一定

23、阻燃性能的塑料。 在開(kāi)發(fā)的阻燃型納米復(fù)合材料中主要有阻燃聚酰胺類(lèi)和聚乙烯類(lèi)。 近年來(lái)，世界各國(guó)對(duì)聚酰胺和聚乙烯品種進(jìn)行了大量的改性工作，隨著性能的改進(jìn)，其用途也越來(lái)越廣。 48 阻燃塑料是指具有一定阻燃性能的塑料。48阻燃型聚酰胺材料應(yīng)用比例49阻燃型聚酰胺材料應(yīng)用比例49 聚乙烯特別是超高分子量聚乙烯是一種具有優(yōu)異的耐磨性和抗沖擊性、卓越的化學(xué)穩(wěn)定性和耐腐蝕性、優(yōu)良的抗應(yīng)力龜裂性和耐疲勞性。但耐燃性差，近幾年為擴(kuò)大超高分子量聚乙烯應(yīng)用范圍，阻燃型聚乙烯材料發(fā)展強(qiáng)勁。 阻燃材料實(shí)現(xiàn)的途徑：使用添加型阻燃劑使用反應(yīng)型阻燃劑50 聚乙烯特別是超高分子量聚乙烯是一種具有優(yōu)異的耐磨性和抗使用添加型阻燃

24、劑 通過(guò)機(jī)械混合的方法，將阻燃劑加入到聚酰胺中，使其獲得阻燃性能，這是目前目前獲得材料阻燃性的主要方法。使用反應(yīng)型阻燃劑 阻燃劑作為一種反應(yīng)單體參加反應(yīng)，并結(jié)合到聚合物的主鏈或側(cè)鏈中，是聚酰胺本身含有阻燃成分。 其特點(diǎn)是穩(wěn)定性好，毒性小，阻燃性長(zhǎng)久，但合成工藝復(fù)雜，具體操作難度大，在實(shí)際應(yīng)用中不如普遍。51使用添加型阻燃劑51阻燃聚合物材料的發(fā)展方向高效阻燃材料納米復(fù)合阻燃材料復(fù)合阻燃材料52阻燃聚合物材料的發(fā)展方向高效阻燃材料納米復(fù)合阻燃材料復(fù)合阻燃高效阻燃材料 少用或不用含鹵阻燃劑，代之以磷、氮阻燃劑和氧化物系列、氫氧化物系列阻燃劑。復(fù)合阻燃材料 將多種阻燃劑復(fù)配，發(fā)揮阻燃劑間的協(xié)同作用，

25、達(dá)到降低阻燃劑用量，提高阻燃性能的目的。53高效阻燃材料53納米復(fù)合阻燃材料 將傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)阻燃劑納米化，以納米級(jí)Sb2O3為載體，經(jīng)表面改性可制成高效的阻燃劑，其氧指數(shù)是普通阻燃劑的數(shù)倍。 另一種納米復(fù)合阻燃材料是插層復(fù)合塑料，以粘土通過(guò)改性聚酰胺，賦予聚酰胺強(qiáng)勁的阻燃性能。 插層型復(fù)合材料有可能成為新一代阻燃高分子材料，重點(diǎn)發(fā)展的是聚酰胺（尼龍）插層粘土所得的納米復(fù)合阻燃劑。54納米復(fù)合阻燃材料545555 粘土含量為2%和5%的粘土/尼龍6納米復(fù)合材料的熱釋放速率峰值比尼龍6分別下降32%和63%，熱釋放速率平均值可降低35%50%，這兩項(xiàng)值得降低，表明材料阻燃性的提高。 納米分散的粘土復(fù)

26、合材料的阻燃性欲宏觀分散的復(fù)合材料不同，其機(jī)理可能是：由于聚合物基體與蒙脫土片層的良好結(jié)合，通過(guò)控制納米硅酸鹽片層的平面取向，納米塑料制品表現(xiàn)出良好的尺寸穩(wěn)定性和氣體阻隔性。這種結(jié)構(gòu)是良好的絕緣體和傳質(zhì)屏障，可減緩聚合物分解所生成的揮發(fā)性產(chǎn)物的溢出。56 粘土含量為2%和5%的粘土/尼龍6納米復(fù)合材料的熱釋放速阻燃性能等級(jí) 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn) 判 定 指 標(biāo) 阻燃 1級(jí) （織物） GB/T 5454 GB/T 5455 GB/T 8627 GB/T 20285 a）氧指數(shù)32.0 b）損毀長(zhǎng)度150mm，續(xù)燃時(shí)間5s，陰燃時(shí)間5s c）燃燒滴落物未引起脫脂棉燃燒或陰燃； d）煙密度等級(jí)（SDR）15 e

27、) 產(chǎn)煙毒性等級(jí)不低于ZA2級(jí) 阻燃 2級(jí) （織物） GB/T 5455 GB/T 20285 a） 損毀長(zhǎng)度200mm，續(xù)燃時(shí)間15s，陰燃時(shí)間15s b） 燃燒滴落物未引起脫脂棉燃燒或陰燃 c） 產(chǎn)煙毒性等級(jí)不低于ZA3級(jí) 注：氧指數(shù)試驗(yàn)熔融織物除外。 57阻燃性能等級(jí) 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn) 判 定 指 標(biāo) 阻燃 1級(jí) GB/T阻燃性能等級(jí) 產(chǎn) 品 類(lèi) 別 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn) 判 定 指 標(biāo) 阻燃 1級(jí) (塑料/橡膠) 電器類(lèi)阻燃塑料/橡膠制品 音頻、視頻制品（外殼） GB/T 16172 GB/T 11020 GB/T 8627 a） 熱釋放速率峰值150kW/m2 b） FV0級(jí) c） 煙密度等級(jí)（SDR）

28、75 信息技術(shù)設(shè)備（外殼） GB/T 16172 GB 4943 GB/T 8627 a） 熱釋放速率峰值150kW/m2 b） V-0級(jí) c） 煙密度等級(jí)（SDR）75 家電外殼、電器附件及管道 GB/T 16172 GB/T 2408 GB/T 8627 a） 熱釋放速率峰值150kW/m2 b） FV-0級(jí) c） 煙密度等級(jí)（SDR）75 阻燃 2級(jí) (塑料/橡膠) 電器類(lèi)阻燃塑料/橡膠制品 音頻、視頻制品 （外殼） GB/T 11020 FV1級(jí) 信息技術(shù)設(shè)備 （外殼） GB 4943 V-1級(jí) 家電外殼、電器附件及管道 GB/T 2408 FV-1級(jí) 注：熱釋放速率試驗(yàn)的輻射熱流為：

29、50 kW/m2。 58阻燃性能等級(jí) 產(chǎn) 品 類(lèi) 別 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn) 判 定 指 標(biāo) 阻燃阻燃性能等級(jí) 產(chǎn) 品 類(lèi) 別 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn) 判 定 指 標(biāo) 阻燃 1級(jí) (泡沫塑料) 阻燃泡沫塑料 GB/T 16172 GB/T 8333 GB/T 8627 GB/T 20285 a）熱釋放速率峰值250kW/m2 b）平均燃燒時(shí)間30s 平均燃燒高度250mm c）煙密度等級(jí)（SDR）75 d）產(chǎn)煙毒性等級(jí)不低于ZA2級(jí) 阻燃 2級(jí) (泡沫塑料) 阻燃泡沫塑料 GB/T 8333 GB/T 20285 a）平均燃燒時(shí)間30s 平均燃燒高度250mm b）產(chǎn)煙毒性等級(jí)不低于ZA3級(jí) 注：熱釋放速率試驗(yàn)的輻射熱流

30、為：50 kW/m2。 59阻燃性能等級(jí) 產(chǎn) 品 類(lèi) 別 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn) 判 定 指 標(biāo) 阻燃6.4 納米復(fù)合橡膠 606.4 納米復(fù)合橡膠60 納米復(fù)合橡膠的制造方法主要有那么粉體材料對(duì)橡膠體的填充法、橡膠體對(duì)粘土的插層法、原位形成納米相的溶膠-凝膠法等。具有商業(yè)趨勢(shì)的是前2種。1. 填充法 利用高分散性納米粉體材料與橡膠混合，在普通混煉機(jī)上進(jìn)行混煉，只有能夠到達(dá)納米級(jí)分散，就能達(dá)到納米粉體對(duì)橡膠的增強(qiáng)作用。 常用的納米粉體：SiO2、ZnO、CaCO3、TiO2等。61 納米復(fù)合橡膠的制造方法主要有那么粉體材料對(duì)橡膠體的填充法 還有一種納米丙烯酸金屬鹽作為填充材料。 以丙烯酸金屬鹽復(fù)合橡膠制備納

31、米復(fù)合橡膠，是填充法中很重要的一個(gè)方面。丁腈橡膠中填充30份甲基丙烯酸鋅，其硫化膠拉伸強(qiáng)度可達(dá)55Mpa左右，這是除短纖維復(fù)合橡膠之外最高的橡膠強(qiáng)度。 丙烯酸金屬鹽對(duì)橡膠的增強(qiáng)作用是一般助交聯(lián)劑所不具備的。 目前，在橡膠交聯(lián)過(guò)程中，丙烯酸金屬鹽在橡膠基質(zhì)中能夠原位生成納米粒子（聚丙烯酸金屬鹽），從而對(duì)橡膠產(chǎn)生優(yōu)異的納米增強(qiáng)效果。62 還有一種納米丙烯酸金屬鹽作為填充材料。62甲基丙烯酸鋅63甲基丙烯酸鋅63 納米粒子的生成過(guò)程：甲基丙烯酸鋅在過(guò)氧化物的作用下，一方面發(fā)生自聚，形成納米級(jí)聚甲基丙烯酸鋅粒子。在自聚同時(shí)，與橡膠大分子產(chǎn)生接枝和交聯(lián)。 TEM觀察表明，丁腈橡膠中聚甲基丙烯酸鋅的原生粒

32、子直徑為2nm，它們聚集成十幾到幾十納米的聚集體。原生粒子極小的直徑和與橡膠大分子間的化學(xué)鍵合是丙烯酸金屬鹽對(duì)橡膠起增強(qiáng)作用的主要原因。64 納米粒子的生成過(guò)程：64 丙烯酸金屬鹽與橡膠有一定的相容性，可產(chǎn)生增塑作用，且其初始粒徑為微米級(jí)，因而復(fù)合材料的加工性能較好。 由于極性和交聯(lián)密度的提高，納米丙烯酸金屬鹽填充的橡膠具有比較優(yōu)異的耐油性和耐熱性。在特種橡膠制品領(lǐng)域，其綜合優(yōu)勢(shì)是炭黑和白炭黑所無(wú)法比擬的。65 丙烯酸金屬鹽與橡膠有一定的相容性，可產(chǎn)生增塑作用，且其2. 插層法 插層法有2種形式：橡膠前驅(qū)體的插層聚合 這種方法能夠克服橡膠的分子鏈段相互作用對(duì)粘土插層所產(chǎn)生的障礙，例如苯乙烯、丁

33、二烯對(duì)粘土插層、原位自由基聚合，就能得到丁苯橡膠/粘土納米復(fù)合材料。 雖然這種方式能夠保證納米級(jí)的分散，但距工業(yè)實(shí)施還有很多工作要做。662. 插層法66橡膠彈性體乳液插層 聚合物乳液插層時(shí)已經(jīng)講過(guò)3. 溶膠-凝膠法 在純橡膠硫化膠中以浸泡法滲透進(jìn)納米粒子前驅(qū)體，在一定條件下進(jìn)行溶膠-凝膠反應(yīng)，反應(yīng)后減壓干燥，即可得到基質(zhì)為硫化膠、分散質(zhì)為原位生成的納米相無(wú)機(jī)粒子的復(fù)合橡膠。67橡膠彈性體乳液插層67溶膠凝膠技術(shù)的前驅(qū)體：TiO2ZrO2Al2O3ZnO四丁基鈦酸酯 烷氧基鋁 丙氧化鋅 正丙氧基鋯68溶膠凝膠技術(shù)的前驅(qū)體：四丁基鈦酸酯 烷氧基鋁 丙氧化鋅 正4. 納米復(fù)合橡膠的性能（加工性能）

34、 納米微粒的引入，橡膠的加工性能有所改變。插層復(fù)合橡膠在塑煉時(shí)，包輥性能好，膠料塑性好，混亂時(shí)間短，具有良好的塑煉加工性能。 溫度對(duì)復(fù)合材料的粘度影響不大，特別是高剪切速率時(shí)，粘度幾乎沒(méi)有變化，因此，不會(huì)因溫度的變化而影響產(chǎn)品的質(zhì)量。 在相同的條件下，粘土復(fù)合橡膠的擠出性能比炭黑填充橡膠要好，制品擠出膨脹比小，制品外觀光滑。694. 納米復(fù)合橡膠的性能（加工性能）695. 納米復(fù)合橡膠應(yīng)用 在橡膠行業(yè)，通常都是加入炭黑來(lái)提高制品的強(qiáng)度、耐磨度和抗老化性。因一直找不到合適的材料替代炭黑作為補(bǔ)強(qiáng)劑和抗老化劑，所以過(guò)去研究出來(lái)的非炭黑補(bǔ)強(qiáng)的橡膠制品的強(qiáng)度、抗老化性比較差。 705. 納米復(fù)合橡膠應(yīng)用

35、70 納米材料的一個(gè)主要特性就是超常規(guī)物性，應(yīng)用納米材料與橡膠復(fù)合，開(kāi)發(fā)出新一代高性能橡膠制品，如納米ZnO作為橡膠的無(wú)機(jī)活性劑，應(yīng)用到橡膠鞋底生產(chǎn)，用量不僅比普通ZnO少1/3，而且耐高溫、耐老化 在橡膠原料中加入少量納米SiO2，鞋底的韌性、強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、抗折性、耐高溫、耐老化等性能大大超出原料。 71 納米材料的一個(gè)主要特性就是超常規(guī)物性，應(yīng)用納米材料與橡應(yīng)用防水材料運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地材料氣密性輪胎72應(yīng)用防水材料運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地材料氣密性輪胎726.5 納米復(fù)合涂料 利用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)涂料產(chǎn)業(yè)是迅速提高涂料質(zhì)量、更新涂料品種的重要手段，用納米結(jié)合傳統(tǒng)涂料制造納米復(fù)合涂料是涂料發(fā)展的重要方向。 納米復(fù)合

36、涂料就是將納米粉體用于涂料中所得到的一類(lèi)具有抗輻射、耐老化與剝離強(qiáng)度高或具有某些特殊功能的涂料。736.5 納米復(fù)合涂料73 1. 納米復(fù)合涂料分類(lèi)：納米改性涂料 利用納米粒子的某些功能對(duì)現(xiàn)有涂料進(jìn)行改性，提高涂料的性能。納米結(jié)構(gòu)涂料 完全由納米粒子組成的納米涂層材料。 這是新發(fā)展的功能性涂料，主要限于軍事隱形涂料、抗靜電涂料、抗菌涂料74 1. 納米復(fù)合涂料分類(lèi)：74 國(guó)內(nèi)外對(duì)功能型納米復(fù)合涂料的應(yīng)用性研究十分活躍，已有商品化產(chǎn)品出售，所生產(chǎn)的涂料大多作為特種涂料或高附加值的高檔涂料。 我國(guó)生產(chǎn)納米粉體的企業(yè)不少，但是真正研究開(kāi)發(fā)成功的并不多，尚未獲得實(shí)踐應(yīng)用。2. 比較有名的幾個(gè)涂料企業(yè)哈

37、爾濱鑫科納米科技發(fā)展有限公司 將納米鈦與樹(shù)脂化合后生成的多種全新涂料，具有多種同類(lèi)產(chǎn)品無(wú)法比擬的優(yōu)越性。75 國(guó)內(nèi)外對(duì)功能型納米復(fù)合涂料的應(yīng)用性研究十分活躍，已有商品 首先是耐腐蝕，用其涂覆的物品既能耐沸水，又能在海水中浸泡10 年不壞，是目前海洋船體防腐蝕涂料中最具發(fā)展前景的。其次，涂層的硬度和耐磨性顯著提高，它還有神奇的自修復(fù)能力，可作為金屬、非金屬材料通用的修補(bǔ)劑。南京化工大學(xué)與河海納米科技公司合作開(kāi)發(fā)了納米內(nèi)墻涂料。持久釋放負(fù)離子，改善室內(nèi)空氣質(zhì)量的功能；可吸收空氣中異味（如室內(nèi)裝修后的甲醛、煙味） 凈化空氣，具有抗菌、防霉、輻射遠(yuǎn)紅外及保健功能。76 首先是耐腐蝕，用其涂覆的物品既能

38、耐沸水，又能在海水中浸納美公司是注冊(cè)于中關(guān)村高科技園區(qū)的新技術(shù)企業(yè)。 該公司生產(chǎn)的納米系列涂料已大量應(yīng)用于北京住宅區(qū)的外墻粉刷，效果良好。在首體改造工程中，使用納米涂料1700t，涂刷6萬(wàn)m2。3. 功能性涂料實(shí)例抗菌抗污涂料 有人做了一種涂料，里邊無(wú)機(jī)納米粉體對(duì)微生物細(xì)胞具有很強(qiáng)的庫(kù)侖力，銀離子對(duì)牢固吸附的細(xì)胞具有強(qiáng)穿透力，銀離子能夠穿透細(xì)77納美公司是注冊(cè)于中關(guān)村高科技園區(qū)的新技術(shù)企業(yè)。77胞壁進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)，破壞細(xì)胞合成酶的活性，細(xì)胞喪失分裂增殖能力而死亡。 試驗(yàn)表明，涂料對(duì)白色念珠菌抑菌率達(dá)100%，故這種涂料具有凈化居住環(huán)境的能力。納米抗靜電涂料 為了改善靜電屏蔽涂料的性能，誕生了納米

39、抗靜電涂料，這種涂料具有良好的靜電屏蔽效果。所應(yīng)用的納米微粒有Fe2O3、TiO2、Cr2O3、ZnO等。78胞壁進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)，破壞細(xì)胞合成酶的活性，細(xì)胞喪失分裂增殖能力這些具有半導(dǎo)體特性的納米氧化物在常溫下具有比常規(guī)的氧化物更高的導(dǎo)電特性，因而能起到靜電屏蔽的作用。 同時(shí)，納米粒子的顏色不同，生產(chǎn)的涂料的顏色也可不同，避免單一的顏色。其它種類(lèi)涂料 防紫外線涂料、建筑涂料、激光涂料等等。79這些具有半導(dǎo)體特性的納米氧化物在常溫下具有比常規(guī)的氧化物更高6.6 納米復(fù)合纖維 將納米材料應(yīng)用于合成纖維中，就變成合成纖維。 合成纖維中納米粉體的尺寸并不取決于初級(jí)粒子的大小，而是取決于納米粉體在纖維中的分散能力。 一般情況下，將納米粉體做成母料，然后與紡絲原液混合紡絲。806.6 納米復(fù)合纖維80應(yīng)用遠(yuǎn)紅外絲可染丙綸（聚丙烯）纖維防紫外線纖維抗菌纖維增強(qiáng)纖維保暖衣增加可染性衣服面料81應(yīng)用保暖衣增加可染性衣服面料816.7 納米復(fù)合生物材料 826.7 納米復(fù)合生物材料82 自然界生物的很多器官本身就是天然的高分子納米復(fù)合材料，在生物體上認(rèn)識(shí)天然的納米復(fù)合材料和利用人工合成的納米復(fù)合材料，是非常有現(xiàn)實(shí)意義的。 生物材料要求必須具有良好的生物相容性、可吸收性、無(wú)毒和無(wú)蓄積性。它是以醫(yī)用為目的，用于和活體組織接觸，且具有功能的無(wú)生命材料。生物材料包括金屬材料、