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纳米复合——纳米科技与高分子材料高端邂逅

高分子纳米复合材料是由各种纳米单元与有机高分子材料以各种方式复合成型的一种新型复合材料。纳米复合能够将无机材料的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与高分子材料的韧性、可加工性及介电性质完美地结合起来,开辟了复合材料的新时代。制备纳米复合材料,已成为获得高性能复合材料的重要方法之一。


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纳米材料特性简介


纳米科技,也称纳米技术,目标研究纳米材料的性质及其应用。纳米材料是晶粒尺寸小于100nm(纳米)的单晶体或多晶体,材料特点包括:1)、结构单元或特征维度尺寸在纳米数量级;2)、有大量的界面或自由表面;3)、各纳米单元之间存在或强或弱的相互作用。


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纳米微粒的小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应,具有声、光、电、磁、力学等多重特性物理化学性质,与高分子材料结合可以实现性能的互补和增强。纳米科技与高分子材料科学的交融互助对高分子材料科学突破传统理念发挥了重要作用。


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纳米复合重要原料:稀土纳米材料。稀土纳米材料推广应用不仅助力于高分子材料产业发展,也是我国稀土产业摆脱低价供应稀土初级原料的处境,形成高端、高附加值的稀土应用产品的重要方向。2017年1月25日,国家发展改革委会同相关部门组织编制了2016版《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》中夜间稀土纳米材料作为一个重要分支载入其中。纳米稀土材料中主要原料包括:Y2O3、P2O5、CaO、SiO2、CeO2 等。


高分子纳米复合材料应用


高分子纳米复合材料不仅能够具有纳米粒子所具有小尺寸纳米效应,也能通过与高分子基体材料的协同作用,形成新的功能。既能保持高分子材料所具有的易加工、稳定性好的优点,又能保持纳米粒子特有催化、光、电、磁、生物等特殊性质得以充分发挥。虽然纳米复合技术历史不长,但是在不同领域已获得广泛应用。


表1 高分子纳米复合材料的应用领域 纳米复合材料性能


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高分子纳米复合材料应用领域


1、高分子纳米复合材料


复合工程www.bjh10.cnm具备单一材料所不具备的可变结构参数,包括:复合度、联结型、对称性、标度、周期性等,通过调控高分子基纳米复合材料的可变结构参数,利用其复合效应可以使材料在物理功能、化学和机械性能等方面获得最佳的整体性能。


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纳米SiO2 加入到环氧树脂中, 经共混生成极高硬度的类金刚石材料。适当尺寸的SiO2 可以设计特殊功能的玻璃钢, 使介电常数提高1倍。聚酯切片中加入纳米SiO2(TiO2) 后制得的复合材料, 可制备红外屏蔽、抗紫外辐射、高介电绝缘和静电屏蔽的功能性纤维材料,应用于国防工业。


2、高效催化材料


作为单一催化剂使用,稀土纳米催化剂一般用于石油催化裂化和汽车尾气的净化处理方面,常用的稀土纳米催化材料是CeO2、La2O3 ,既可作催化剂和助剂,又可以做催化剂载体。研究表明:纳米复合催化剂涂在堇青石蜂窝陶瓷载体上,安装在发动机排气管内进行试验。其结果是,纳米复合催化剂比传统的三元催化转化器降低了CO排放35%、HC排放30%、NOх排放22%。


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高分子复合催化剂研究中:Krishnan等采用高分子物原位合成纳米颗粒的方法,将Nafion树脂用Cd离子交换后暴露于H2S气体中,制得纳米复合催化剂。以高分子物/半导体微粒纳米复合材料作催化剂,可提高半导体微粒的光催化活性。


3、电致发光材料和紫外吸收材料


日光中对皮肤损伤光线波长集中在紫外UVB(280~320nm)和长波紫外UVA(320~400nm)。纳米氧化铈(CeO2)纳米粒子在300~450nm范围内有宽的吸收带,并随着粒径减小,吸收带红移,对紫外光具有良好的吸收性能,可以用于制备紫外吸收材料。国外已将CeO2用于防晒霜。纳米CeO2对紫外光吸收性能优于常用的TiO2是更好的紫外吸收剂。


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纳米氧化铈(CeO2)被誉为第三代紫外隔离剂,具有良好的隔离效果、高透过率。纳米氧化铈(CeO2)具有高折射率和高稳定性,纳米氧化铈(CeO2)薄膜可以用于制备各种光学薄膜,如:微充电电池的减反射膜,还可以做各种增透膜、保护膜和分光膜。用制成汽车玻璃抗雾薄膜,平均厚度只需30~60nm,能有效防止在汽车玻璃上形成雾气。


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Olvin等对电致发光材料进行了研究,他们用纳米CdSe与聚苯撑乙烯(PPV)制得一种有机-无机复合发光装置,随着纳米颗粒大小的改变,发光的颜色可以在红色到黄色间变化(量子尺寸效应)。


随着纳米科技发展,纳米材料的表面界面效应、小尺寸效应、链子尺寸效应与聚合物密度小、耐腐蚀、易加工等优良性能在纳米复合材料中有机结合,形成新一代的功能高分子材料。现阶段,市场流通的功能性助剂占总产业的80%,市场使用的材料中几乎很难找到一种纯树脂材料使用,基本是复合材料。新材料、新技术的不断涌现既是推动www.bjh10.cnm产业持续发展的动力,也是新的投资方向风向标。


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