1、.第六章第六章 纳米复合材料纳米复合材料 纳米复合材料的概念于纳米复合材料的概念于20世纪世纪80年代中期年代中期由由Roy提出。纳米复合材料指的是由两种提出。纳米复合材料指的是由两种或两种以上的固相至少在一维以纳米级大或两种以上的固相至少在一维以纳米级大小（小（1-100nm）复合而成的复合材料。纳）复合而成的复合材料。纳米复合材料构成可示意如下：米复合材料构成可示意如下：5.1 概论概论5.1.1纳米复合材料的定义与组成纳米复合材料的定义与组成.非聚合物基非聚合物基 陶瓷陶瓷/金属金属 纳米复合材料纳米复合材料 金属金属/陶瓷陶瓷 陶瓷陶瓷/陶瓷陶瓷 有机聚合物有机聚合物/陶瓷陶瓷 纳米复
2、合材料纳米复合材料 无机物无机物/聚合物聚合物 聚合物基纳米复合材料聚合物基纳米复合材料 聚合物聚合物/聚合物聚合物.纳米复合材料与常规的无机填料纳米复合材料与常规的无机填料/聚合物复聚合物复合体系不同，不是有机相与无机相的简单混合体系不同，不是有机相与无机相的简单混合，而是两相在纳米尺寸范围内复合而成。合，而是两相在纳米尺寸范围内复合而成。由于分散相与连续相之间界面积非常大，界由于分散相与连续相之间界面积非常大，界面间有很强的相互作用，产生理想的粘接性面间有很强的相互作用，产生理想的粘接性能，使面模糊。作为分散相的有机聚合物通能，使面模糊。作为分散相的有机聚合物通常是指刚性棒状高分子，包括溶
3、致液晶聚合常是指刚性棒状高分子，包括溶致液晶聚合物和热致液晶聚合物等，它们以分子水平分物和热致液晶聚合物等，它们以分子水平分散在柔性聚合物基体中，构成有机聚合物散在柔性聚合物基体中，构成有机聚合物/有有机聚合物纳米复合材料；机聚合物纳米复合材料；.作为连续相有机聚合物可以是热塑性聚作为连续相有机聚合物可以是热塑性聚合物、热固性聚合物。聚合物基无机纳米合物、热固性聚合物。聚合物基无机纳米复合材料不仅具有纳米材料的表面效应、复合材料不仅具有纳米材料的表面效应、量子尺寸效应等特性，而且将无机物的刚量子尺寸效应等特性，而且将无机物的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与聚合物的韧性、尺寸稳定性和热稳定性与聚合物
4、的韧性、加工性及介电性能结合在一起，从而性、加工性及介电性能结合在一起，从而产生许多特异的性能。产生许多特异的性能。.纳米复合材料的构成形式，概括起来有以纳米复合材料的构成形式，概括起来有以下几种：下几种：0-0型，型，0-1型，型，0-2型，型，0-3型，型，1-3型，型，2-3型等主要形式。型等主要形式。（1）0-0型复合，指不同成分、不同相或不型复合，指不同成分、不同相或不同种类的纳米微粒复合而成的纳米固体或同种类的纳米微粒复合而成的纳米固体或液体，通常采用原位压块、原位聚合、相液体，通常采用原位压块、原位聚合、相转变，组合等方法实现，具有纳米构造非转变，组合等方法实现，具有纳米构造非均
5、匀相，也成为聚集型。目前，聚合物基均匀相，也成为聚集型。目前，聚合物基纳米复合材料的纳米复合材料的0-0型复合主要体现在纳米型复合主要体现在纳米微粒填充聚合物原位形成的纳米复合材料。微粒填充聚合物原位形成的纳米复合材料。.（2）0-2型复合，指把米微粒填充到二维的纳米薄膜型复合，指把米微粒填充到二维的纳米薄膜中，得到纳米复合薄膜材料。它有可分为均匀弥散和中，得到纳米复合薄膜材料。它有可分为均匀弥散和非均匀弥散两类。非均匀弥散两类。（3）0-3型复合，指把米微粒分散在常规固体粉体中，型复合，指把米微粒分散在常规固体粉体中，这是聚合物基无机纳米复合材料合成的主要形式之一。这是聚合物基无机纳米复合材
6、料合成的主要形式之一。（4）1-3型复合，主要指纳米碳管、纳米晶须与常规型复合，主要指纳米碳管、纳米晶须与常规聚合物粉体的复合，对聚合物的增强有明显的作用。聚合物粉体的复合，对聚合物的增强有明显的作用。（3）2-3型复合，指无机纳米片体与聚合物粉体或聚型复合，指无机纳米片体与聚合物粉体或聚合物粉体前驱体的复合，主要体现在插层纳米复合材合物粉体前驱体的复合，主要体现在插层纳米复合材料的合成。从目前纳米复合材料的发展趋势看，料的合成。从目前纳米复合材料的发展趋势看，2-3型型复合纳米复合材料的发展非常强劲。复合纳米复合材料的发展非常强劲。.5.2 纳米复合材料的命名与分类纳米复合材料的命名与分类一
7、般有两种命名方式：一是根据复合材料的命名原则一般有两种命名方式：一是根据复合材料的命名原则来命名纳米复合材料，用来命名纳米复合材料，用“复合材料复合材料”作后缀，用纳作后缀，用纳米材料和基体材料的名称来命名，将增强纳米材料的米材料和基体材料的名称来命名，将增强纳米材料的名称写在基体材料的名称前面。如纳米氧化锌在纳米名称写在基体材料的名称前面。如纳米氧化锌在纳米量级上复合环氧树脂形成一种新的复合材料，就称为量级上复合环氧树脂形成一种新的复合材料，就称为“纳米氧化锌环氧树脂复合材料纳米氧化锌环氧树脂复合材料”，另一种以，另一种以“纳米纳米复合材料复合材料”作为后缀，用纳米材料的无机名称与有机作为后
8、缀，用纳米材料的无机名称与有机基体的聚合物名称来命名，将无机物与有机物用基体的聚合物名称来命名，将无机物与有机物用“/”隔隔开后缀纳米复合材料。如氧化锌以纳米微粒分散在连开后缀纳米复合材料。如氧化锌以纳米微粒分散在连续相聚氯乙烯基体中，形成纳米无机物与有机物于一续相聚氯乙烯基体中，形成纳米无机物与有机物于一体的新型复合材料，就称为体的新型复合材料，就称为“氧化锌氧化锌/聚氯乙烯纳米复聚氯乙烯纳米复合材料合材料”。5.2.1纳米复合材料的命名纳米复合材料的命名.5.2.2纳米复合材料的分类纳米复合材料的分类纳米复合材料的分类可按其用途、性能、形态、基纳米复合材料的分类可按其用途、性能、形态、基体
9、材料、分散相组分类型等方式进行分类。体材料、分散相组分类型等方式进行分类。按用途分类：催化剂纳米复合材料、塑料纳米复按用途分类：催化剂纳米复合材料、塑料纳米复合材料、涂料纳米复合材料、纤维纳米复合材料、合材料、涂料纳米复合材料、纤维纳米复合材料、生物仿生纳米复合材料、黏合剂和密封剂纳米复合生物仿生纳米复合材料、黏合剂和密封剂纳米复合材料等。材料等。按性能分类：光电转换纳米复合材料、增强剂纳按性能分类：光电转换纳米复合材料、增强剂纳米复合材料、光学纳米复合材料、磁学纳米复合材米复合材料、光学纳米复合材料、磁学纳米复合材料等。料等。按形态分类：粉体纳米复合材料、膜材纳米复合按形态分类：粉体纳米复合
10、材料、膜材纳米复合材料、型材纳米复合材料等。材料、型材纳米复合材料等。.按基体材料分类：环氧树脂纳米复合材料、按基体材料分类：环氧树脂纳米复合材料、不饱和树脂纳米复合材料、丙烯酸树脂纳米不饱和树脂纳米复合材料、丙烯酸树脂纳米复合材料、聚烯烃树脂纳米复合材料等。复合材料、聚烯烃树脂纳米复合材料等。按分散相组分类型分类：氧化物纳米复合材按分散相组分类型分类：氧化物纳米复合材料、硫化物纳米复合材料、含氧酸盐纳米复料、硫化物纳米复合材料、含氧酸盐纳米复合材料、复合型纳米复合材料、纳米片状粘合材料、复合型纳米复合材料、纳米片状粘土矿物等构成的纳米复合材料等。土矿物等构成的纳米复合材料等。.按制备方法分类
11、：填充纳米复合材料，即按制备方法分类：填充纳米复合材料，即无机纳米组分以粉体形式分散在聚合物基无机纳米组分以粉体形式分散在聚合物基体中形成的复合材料，也可以由纳米微粒体中形成的复合材料，也可以由纳米微粒存在下有有机化合物原位复合而成。插层存在下有有机化合物原位复合而成。插层纳米复合材料，即粘土矿物为插层主体形纳米复合材料，即粘土矿物为插层主体形成的复合材料，粘土层状硅酸盐被剥离为成的复合材料，粘土层状硅酸盐被剥离为二维纳米片层分散在聚合物基体中；、杂二维纳米片层分散在聚合物基体中；、杂化纳米复合材料，即通过溶胶化纳米复合材料，即通过溶胶-凝胶技术合凝胶技术合成的无机组分为分散相的复合材料。成的
12、无机组分为分散相的复合材料。.5.3纳米复合材料的性能与特点纳米复合材料的性能与特点5.3.1纳米复合材料的基本性能纳米复合材料的基本性能l 可综合发挥各种组分的协同效能。这是单一可综合发挥各种组分的协同效能。这是单一的任何一种材料都不具备的多种性能，是复的任何一种材料都不具备的多种性能，是复合材料的协同效应赋予的。纳米复合材料的合材料的协同效应赋予的。纳米复合材料的这种协同效应非常显著。这种协同效应非常显著。l 性能可设计性，可针对纳米复合材料的性能性能可设计性，可针对纳米复合材料的性能需求进行材料的设计和制造。如：当强化紫需求进行材料的设计和制造。如：当强化紫外光屏蔽作用时，可选用外光屏蔽
13、作用时，可选用TiO2纳米材料进行纳米材料进行复合；当强化耐热性时，可选用聚酰胺基体复合；当强化耐热性时，可选用聚酰胺基体材料与纳米材料进行复合。材料与纳米材料进行复合。l 可按需要加工材料的形状。可按需要加工材料的形状。.5.3.2 纳米复合材料的特殊性能纳米复合材料的特殊性能1）同步增韧增强效应。）同步增韧增强效应。无机材料具有刚性，无机材料具有刚性，有机材料具有韧性，无机材料对有机材料有机材料具有韧性，无机材料对有机材料的复合改性，会提高有机材料的刚性，但的复合改性，会提高有机材料的刚性，但同时也会降低有机材料的韧性。因此，如同时也会降低有机材料的韧性。因此，如果仅是简单地把不同材料锚和
14、，这些复合果仅是简单地把不同材料锚和，这些复合性的效果往往是单一的。甚至是矛盾的。性的效果往往是单一的。甚至是矛盾的。而纳米材料对有机聚合物的复合改性，却而纳米材料对有机聚合物的复合改性，却使在发挥无机材料增强效应的同时，又能使在发挥无机材料增强效应的同时，又能起到增韧的效果，这是纳米材料对有机聚起到增韧的效果，这是纳米材料对有机聚合物的复合改性最显著的效果之一。合物的复合改性最显著的效果之一。.2）新品功能高分子材料。）新品功能高分子材料。传统功能高分子传统功能高分子材料一般包括化学功能高分子材料、光材料一般包括化学功能高分子材料、光功能高分子材料、电功能高分子材料、功能高分子材料、电功能高
15、分子材料、声功能高分子材料和生物医用高分子材声功能高分子材料和生物医用高分子材料等，基本都是通过化学反应合成的。料等，基本都是通过化学反应合成的。纳米复合材料是通过纳米材料改性有机纳米复合材料是通过纳米材料改性有机聚合物而赋予复合材料新的功能。纳米聚合物而赋予复合材料新的功能。纳米材料以纳米级水平分散在复合材料之中，材料以纳米级水平分散在复合材料之中，没有所谓的官能团，但可直接或间接地没有所谓的官能团，但可直接或间接地达到具体功能团的目的，诸如光电转换、达到具体功能团的目的，诸如光电转换、高效催化、紫外光屏蔽等。高效催化、紫外光屏蔽等。.3）强度大、模量高。）强度大、模量高。普通无机粉体对有机
16、聚普通无机粉体对有机聚合物基复合材料有较高的强度、模量，而合物基复合材料有较高的强度、模量，而纳米材料增强的有机聚合物复合材料却有纳米材料增强的有机聚合物复合材料却有更高的强度、模量，加入量很小（更高的强度、模量，加入量很小（3-5）即可使聚合物强度、刚度、韧性及阻隔性即可使聚合物强度、刚度、韧性及阻隔性能获得明显提高。能获得明显提高。4）阻隔性能。）阻隔性能。对与插层纳米复合材料，由于对与插层纳米复合材料，由于聚合物分子链进入到层状无机纳米材料片聚合物分子链进入到层状无机纳米材料片层之间，分子链段的运动受到限制，而显层之间，分子链段的运动受到限制，而显著提高了二维方向阻碍各种气体的渗透，著提
17、高了二维方向阻碍各种气体的渗透，从而达到很好的阻燃、气密的作用。从而达到很好的阻燃、气密的作用。.q在纳米复合材料的设计中，主要关注纳在纳米复合材料的设计中，主要关注纳米复合材料的功能设计、合成设计和这种米复合材料的功能设计、合成设计和这种特殊的复合体体系的稳定性设计，力求解特殊的复合体体系的稳定性设计，力求解决复合材料组分的选择、复合时的混合与决复合材料组分的选择、复合时的混合与分散、复合工艺、复合材料的界面作用及分散、复合工艺、复合材料的界面作用及复合材料物理稳定性等问题，最终获得高复合材料物理稳定性等问题，最终获得高性能、多功能的纳米复合材料。性能、多功能的纳米复合材料。5.4 纳米复合
18、材料的设计原理纳米复合材料的设计原理.5.4.1 纳米复合材料的设计流程为：纳米复合材料的设计流程为：纳米复合材料的功能设计纳米复合材料的功能设计。包括一次功能。包括一次功能有：声学功能、热学功能、光学功能、化有：声学功能、热学功能、光学功能、化学功能、电磁学功能；二次功能有：机械学功能、电磁学功能；二次功能有：机械能转换、电能转换、磁能转换、热能转换、能转换、电能转换、磁能转换、热能转换、光能转换。光能转换。纳米复合材料的合成设计。纳米复合材料的合成设计。在功能设计完在功能设计完成后，合成设计中关键的就是纳米材料的成后，合成设计中关键的就是纳米材料的粒度和分散程度，从目前纳米复合材料的粒度和
19、分散程度，从目前纳米复合材料的合成发展状况看：主要有合成发展状况看：主要有4种方法：即溶种方法：即溶胶胶-凝胶法、插层法、共混法和填充法。凝胶法、插层法、共混法和填充法。.纳米复合材料的稳定化设计。纳米复合材料的稳定化设计。为了获得为了获得稳定性能良好的复合材料，必需使纳米稳定性能良好的复合材料，必需使纳米粒子牢牢地固定在聚合物基材中，防止粒子牢牢地固定在聚合物基材中，防止纳米粒子集聚而产生相分离。这时，可纳米粒子集聚而产生相分离。这时，可利用聚合物的长链阻隔作用、或利用聚利用聚合物的长链阻隔作用、或利用聚合物上的特有基团与纳米粒子产生化学合物上的特有基团与纳米粒子产生化学作用。因此在稳定化设
20、计中，要特别注作用。因此在稳定化设计中，要特别注意聚合物的化学结构，以带有极性并可意聚合物的化学结构，以带有极性并可与纳米粒子形成共价键、离子键或配位与纳米粒子形成共价键、离子键或配位键结合的基团为优选结构及纳米作用能键结合的基团为优选结构及纳米作用能的亲和作用。的亲和作用。.纳米复合材料的制备纳米复合材料的制备纳米微粒填充法。纳米微粒填充法。即直接填充粉体在聚合即直接填充粉体在聚合物基体中合成纳米复合材料的方法。首先是物基体中合成纳米复合材料的方法。首先是纳米微粒与高分子材料的直接混合的方法，纳米微粒与高分子材料的直接混合的方法，混合的形式可以是溶液、乳液，也可以是熔混合的形式可以是溶液、乳
21、液，也可以是熔融等共混。此法简单易行，适合范围广泛，融等共混。此法简单易行，适合范围广泛，无机纳米材料与有机聚合物的几何参数和体无机纳米材料与有机聚合物的几何参数和体积分数等便于控制。如利用反相胶乳制备纳积分数等便于控制。如利用反相胶乳制备纳米米TiO2粒子，在粒子，在N-甲基吡咯酮（甲基吡咯酮（NMP）中与）中与聚酰亚胺溶液共混，制备出纳米聚酰亚胺溶液共混，制备出纳米TiO2粒子粒子/PI纳米复合材料。纳米复合材料。.纳米微粒原位合成法。利用聚合物特有的官能团纳米微粒原位合成法。利用聚合物特有的官能团对金属离子的络合物的络合吸附及基体对反应物的对金属离子的络合物的络合吸附及基体对反应物的空间
22、位阻，或是基体提供了纳米级的空间限制，从空间位阻，或是基体提供了纳米级的空间限制，从而原位反应生成纳米微粒构成纳米复合材料。生成而原位反应生成纳米微粒构成纳米复合材料。生成纳米微粒的前驱体可以是有机金属化合物，也可以纳米微粒的前驱体可以是有机金属化合物，也可以是高分子官能团上吸附的金属离子等。这种方法常是高分子官能团上吸附的金属离子等。这种方法常用于制备纳米金属、纳米硫化物和纳米氧化物等纳用于制备纳米金属、纳米硫化物和纳米氧化物等纳米单元复合的功能材料。利用聚合物离聚体，如共米单元复合的功能材料。利用聚合物离聚体，如共聚物的磺酸锌盐、丙烯酸铅离聚体溶胶的良溶剂中聚物的磺酸锌盐、丙烯酸铅离聚体溶
23、胶的良溶剂中与与H2S反应，可制备多种金属硫化物的纳米复合材反应，可制备多种金属硫化物的纳米复合材料：在含有银盐的聚乙烯醇溶液中，以料：在含有银盐的聚乙烯醇溶液中，以CS2为硫源，为硫源，通过水热法合成了通过水热法合成了Ag2S/聚乙烯醇纳米复合材料，聚乙烯醇纳米复合材料，球型的纳米球型的纳米Ag2S的粒径约为的粒径约为80-120nm。.聚合物基本原位聚合法。聚合物基本原位聚合法。此法主要是在纳米微粒的此法主要是在纳米微粒的有机单体的胶体溶液中，有机单体在一定条件下，原有机单体的胶体溶液中，有机单体在一定条件下，原位聚合生产有机聚合物，形成分散有纳米微粒的复合位聚合生产有机聚合物，形成分散有
24、纳米微粒的复合材料。这种方法的关键是保持胶体溶液的稳定性，胶材料。这种方法的关键是保持胶体溶液的稳定性，胶体粒子不发生团聚。利用体粒子不发生团聚。利用NaBH4还原还原 HAuCl4得到纳得到纳米金粒子，再包裹上一层十二烷基硫醇进行表面功能米金粒子，再包裹上一层十二烷基硫醇进行表面功能化，这不仅阻止了化，这不仅阻止了Au粒子的团聚，而且其烃基强粒子的团聚，而且其烃基强Au粒子与许多聚合物的相容性。粒子与许多聚合物的相容性。两相同步原位合成法。两相同步原位合成法。此法是指纳米材料和高分此法是指纳米材料和高分子基体同步原位形成纳米复合材料，包括插层原位聚子基体同步原位形成纳米复合材料，包括插层原位
25、聚合法、蒸发合法、蒸发-沉积法、辐射法及溶胶沉积法、辐射法及溶胶-凝胶法等。如水凝胶法等。如水溶性丙烯酸酯类在溶性丙烯酸酯类在SiO2网络中聚合形成和纳米复合材网络中聚合形成和纳米复合材料。料。.5.5 纳米复合材料的发展纳米复合材料的发展纳米复合材料起源纳米复合材料起源80年代初年代初,近几年已得到迅近几年已得到迅速发展速发展,它是多学科交叉的研究领域它是多学科交叉的研究领域,涉及范围涉及范围很广很广,包括无机、有机、物理、生物等许多学包括无机、有机、物理、生物等许多学科。就目前的研究来看科。就目前的研究来看,纳米复合材料可以分纳米复合材料可以分为聚集型和分散型两种。通过原位压块、相转为聚集
26、型和分散型两种。通过原位压块、相转变等方法得到的纳米相块体变等方法得到的纳米相块体,其结构具有纳米其结构具有纳米非均匀性非均匀性,不同于通常的块体材料不同于通常的块体材料,它们是聚集它们是聚集型的。在基体中原位析出、原位生长的纳米复型的。在基体中原位析出、原位生长的纳米复合材料合材料,是分散型的。是分散型的。.以聚合物为基体以聚合物为基体,层状或粉体无机纳米材料为分层状或粉体无机纳米材料为分散相的聚合物基纳米复合材料是本世纪很有发散相的聚合物基纳米复合材料是本世纪很有发展前途的重要复合材料。首先展前途的重要复合材料。首先,由于纳米粒子小由于纳米粒子小,表面积大表面积大,与聚合物间的界面面积大与
27、聚合物间的界面面积大,能引起更能引起更大的界面相互作用和获得更理想的界面粘结大的界面相互作用和获得更理想的界面粘结;其其次次,两组分的热膨胀系数不匹配问题也得到消除。两组分的热膨胀系数不匹配问题也得到消除。在物理与力学性能上可兼具无机材料的刚性、在物理与力学性能上可兼具无机材料的刚性、尺寸稳定性、热稳定性、阻隔性和聚合物的韧尺寸稳定性、热稳定性、阻隔性和聚合物的韧性、易加工性、介电性能等性、易加工性、介电性能等,从而使得高分子材从而使得高分子材料具有更优异的物理与力学性能。料具有更优异的物理与力学性能。.金属、陶瓷领域的纳米材料开发较早金属、陶瓷领域的纳米材料开发较早,聚合聚合物纳米复合材料开
28、发较晚。由于聚合物基物纳米复合材料开发较晚。由于聚合物基无机纳米复合材料既具有纳米粒子的表面无机纳米复合材料既具有纳米粒子的表面和界面效应、小尺寸效应和界面效应、小尺寸效应,又具有密度小、又具有密度小、强度高、耐腐蚀、易加工等诸多优良特性。强度高、耐腐蚀、易加工等诸多优良特性。使它呈现了不同于常规聚合物复合材料的使它呈现了不同于常规聚合物复合材料的特性。纳米粒子的加入改善了聚合物的刚特性。纳米粒子的加入改善了聚合物的刚性、韧性、强度性、韧性、强度,提高了聚合物的透光性、提高了聚合物的透光性、导热性和导电性。导热性和导电性。.这些特点受到了材料界及产业界的高度重视。这些特点受到了材料界及产业界的
29、高度重视。在有机在有机/无机纳米复合材料中最有发展前景的复无机纳米复合材料中最有发展前景的复合材料就是聚合物插层复合材料。具有层状结合材料就是聚合物插层复合材料。具有层状结构的无机化合物主要是硅酸盐矿物构的无机化合物主要是硅酸盐矿物,它包括高岭它包括高岭土、滑石、膨润土、云母土、滑石、膨润土、云母4大类大类,其中膨润土的其中膨润土的主要成分为含有蒙脱土的层状硅酸盐、钠蒙脱主要成分为含有蒙脱土的层状硅酸盐、钠蒙脱土、锂蒙脱土和海泡石等可用于制备聚合物土、锂蒙脱土和海泡石等可用于制备聚合物/层层状纳米硅酸盐复合材料状纳米硅酸盐复合材料()。膨润土是用。膨润土是用插层法制备有机插层法制备有机/无机纳
30、米复合材料最重要的一无机纳米复合材料最重要的一类无机物。类无机物。.高分子科学的蓬勃发展无疑在高分子科学的蓬勃发展无疑在20世纪化学领世纪化学领域中占有特殊的地位。在高分子材料中纳米域中占有特殊的地位。在高分子材料中纳米复合材料是纳米发展应用的一个重要方向。复合材料是纳米发展应用的一个重要方向。形成的纳米复合材料即具有高分子材料的韧形成的纳米复合材料即具有高分子材料的韧性和易加工性，又具有纳米材料的刚性和特性和易加工性，又具有纳米材料的刚性和特别性能。这是材料科学发展中一类新兴的功别性能。这是材料科学发展中一类新兴的功能材料。它给材料科学带来了一场技术革命，能材料。它给材料科学带来了一场技术革
31、命，获得丰富的材料品种、奇异的材料性质，发获得丰富的材料品种、奇异的材料性质，发展了材料的应用领域。展了材料的应用领域。.纳米复合材料的应用研究也十分活跃。光纳米复合材料的应用研究也十分活跃。光学双稳态和快速响应可望用于光记录和光学双稳态和快速响应可望用于光记录和光处理方面处理方面,光计算机将比现在计算机在处光计算机将比现在计算机在处理速度上快理速度上快1000倍左右。位相共轭将在全倍左右。位相共轭将在全光学器件中用于矫正象差光学器件中用于矫正象差,复原畸变的信复原畸变的信号。此外号。此外,纳米复合材料还可以用于光信纳米复合材料还可以用于光信号的传输方面号的传输方面,其应用前景十分广阔。其应用
32、前景十分广阔。.纳米复合材料的发展首先是制造方法的发展，纳米复合材料的发展首先是制造方法的发展，在目前以知的制备方法基础上，进一步深化现在目前以知的制备方法基础上，进一步深化现有的制备技术，对有发展潜力的合成方法，要有的制备技术，对有发展潜力的合成方法，要研究其制备纳米复合材料的反应机理、制备工研究其制备纳米复合材料的反应机理、制备工艺、影响因素等基本理论问题，能够把握复合艺、影响因素等基本理论问题，能够把握复合材料的稳定化生产的技术路线。材料的稳定化生产的技术路线。目前制备分散型纳米复合材料的方法主要目前制备分散型纳米复合材料的方法主要有有:sol-gel(溶胶溶胶-凝胶凝胶)法、高温熔融法
33、、气相沉法、高温熔融法、气相沉积法、注入分散法、人工超结构法、晶体生长积法、注入分散法、人工超结构法、晶体生长法和相转变法。下面简要介绍。法和相转变法。下面简要介绍。5.5.1纳米复合材料的制备方法纳米复合材料的制备方法.(1)sol-gel法法该方法是利用原硅酸乙脂或金属烷氧基化合该方法是利用原硅酸乙脂或金属烷氧基化合物在酸或碱的催化作用下物在酸或碱的催化作用下,发生水解、缩合等发生水解、缩合等一系列反应制备三维网络结构的无机氧化物。一系列反应制备三维网络结构的无机氧化物。采用溶胶采用溶胶-凝胶法较传统的硅酸盐材料的合成凝胶法较传统的硅酸盐材料的合成来说来说,制得的二氧化硅纯度高、分布均一的
34、产制得的二氧化硅纯度高、分布均一的产品。溶胶品。溶胶-凝胶法通常包括两个过程凝胶法通常包括两个过程:一是烷一是烷氧基金属有机化合物如氧基金属有机化合物如Si(OC2H5)4等的水解等的水解过程过程;二是水解后得到的羟基化合物的缩合二是水解后得到的羟基化合物的缩合和缩聚过程。这两个过程可以表示如下和缩聚过程。这两个过程可以表示如下:.缩聚中得到的缩聚中得到的Si-OH进一步脱水进一步脱水,水和水和ROH从体系从体系中挥发中挥发,从而缩聚形成多孔性网络结构的从而缩聚形成多孔性网络结构的SiO2。.例如例如CdS SiO纳米复合材料制备过程如下纳米复合材料制备过程如下:目前已采用目前已采用sol-gel法得到的纳米复合材料有法得到的纳米复合材料有Cu(Pt,Ni)-Al2O3,Cu(Ni)-ZrO2,Co(Fe,Ni,Mn)-SiO2,CdS(ZnS,PbS,CuCl,CdHgTe,HgTe)-SiO2。.(2)高温熔融法高温熔融法此方法的工艺过程是此方法的工艺过程是:玻璃熔融玻璃熔融退火退火高温热处理高温热处理急冷得到均匀玻璃急冷得到均匀玻璃结晶化结晶化处理处理退火退火微晶分散玻璃纳米复合材料。微晶分散玻璃纳米复合材料。采用这种方法可以得到的纳米基质材料采用这种方法可以得到的纳米基质材料(基基体材料为体材料为SiO2)如表如表1所示所示
