【正文】 高，改性效果好。 制備聚合物基納米復合功能材料的主要目的之一是實現(xiàn)對聚合物的增強增韌，它是剛性微粒增韌方法的延伸和發(fā)展。按基體不同，它可分為聚合物基納米復合功能材料、陶瓷基納米復合功能材料和金屬基納米復合功能材料三種。英才和趙藝強分別用微乳液聚合法制備了粒徑小于100nm，相對分子質(zhì)量大于105的聚—4—乙烯毗唉納米粒子和基于高分子疏水納米粒子(PMMA和PEMA等)的物理水凝膠。這兩種效應反映在納米高分子材料功能上，表現(xiàn)為比表面積劇增，粒子上的官能團密度和選擇性吸附能力變大，達到吸附平衡的時間大大縮短，粒子的膠體穩(wěn)定性顯著提高。 (2)納米高分子功能材料 納米高分子功能材料也可以稱為高分子納米微?；蚋叻肿映⒘?。在100℃下，納米TiOz陶瓷的顯微硬度為1．275MPa(1300kgf／mm’)，而普通Ti02陶瓷的顯微硬度低于o．196MPa(200kgf／mm9)。另外，納米ZnO陶瓷也具有超塑性性能。對晶粒尺寸為350nm的3Y—TZP陶瓷進行循環(huán)拉伸試驗，發(fā)現(xiàn)在室溫下就已出現(xiàn)形變現(xiàn)象。 許多納米陶瓷在室溫或較低溫度下就可發(fā)生塑性變形，如納米TiOz陶瓷在室溫下就能發(fā)生塑性形變，在180℃下塑性變形可達100％，即使是帶裂紋的Ti02納米陶瓷也能經(jīng)受一定程度的彎曲而裂紋不擴展。超塑性是指材料在一定的應變速率下產(chǎn)生較大的拉伸應變。要制備納米陶瓷功能材料，需要解決下列問題：粉體尺寸、形貌和分布的控制；團聚體的控制和分散；塊體形態(tài)、缺陷、粗糙度以及成分的控制等。由于工藝上的原因，很難避免材料中存在氣孔和微小裂紋，因而質(zhì)地較脆，韌性、強度較差，使其應用受到了較大的限制。(1) 納米陶瓷功能材料 陶瓷材料是人類最早使用的材料之一，在日常生活及工業(yè)生產(chǎn)中起著舉足輕重的作用。 二次功能是當向材料輸入的能量和輸出的能量屬于不同形式時，材料起能量轉(zhuǎn)換部件作用，又稱高次功能，主要有：a．光能與其他形式能量的轉(zhuǎn)換，如光化反應、光致抗蝕、光合成反應、光分解反應、化學發(fā)光、感光反應、光致伸縮、光生伏特效應、光導電效應；b．電能與其他形式能量的轉(zhuǎn)換，如電磁效應、電阻發(fā)熱效應、熱電效應、光電效應，場致發(fā)光效應、電光效應和電化學效應；c．磁能與其他形式能量的轉(zhuǎn)換，如熱磁效應、磁冷凍效應、光磁效應和磁性轉(zhuǎn)變；d，機械能與其他形式能量的轉(zhuǎn)換，如壓電效應、磁致伸縮、電致伸縮、光壓效應、聲光效應、光彈性效應、機械化學效應、形狀記憶效應和熱彈性效應。 納米非金屬功能材料的特點與分類 納米非金屬功能材料按其顯示功能的過程可分為一次功能和二次功能。 納米非金屬功能材料具有電導性、半導體性、光電性、壓電性、鐵電15耐閡蝕、化學吸附性、吸氣性、耐輻射性等多種功能。例如，在化纖制品和紡織品中添加納米微粒，可以除味殺菌；利用納米技術生產(chǎn)的無菌餐具、無菌撲克牌、無菌紗布等產(chǎn)品已經(jīng)面世；化纖布料應用納米技術，加入少量的金屬納米微?？梢詳[脫因摩擦而引起煩人的靜電現(xiàn)象；涂料使用納米技術。納米材料由于具有表面效應、體積效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應而產(chǎn)生奇異的力學、電學、磁學、熱學、光學和化學活性等特性，它既是一種新材料又是新材料的重要原料。第1章 緒 論 納米材料一般指尺寸為l一100nm，處于原子團簇和宏觀物體交接區(qū)域內(nèi)的粒子。而從原子團簇制各材料的方法，稱為納米技術。 納米技術可使許多傳統(tǒng)產(chǎn)品“舊貌換新顏”，把納米顆?；蛘呒{米材料添加到傳統(tǒng)非金屬材料中，形成納米非金屬材料，可改進或獲得一系列的功能。許多指標都大幅度提高，外墻涂料的耐洗刷性由原來的一千多次提高到了一萬多次，老化時間也延長了兩倍多；玻璃和瓷磚表面涂上納米薄層，可以制成自潔玻璃和自潔瓷磚，任何沾污在表面上的物質(zhì)在光的照射下，經(jīng)過納米的催化作用，可以變成氣體或者容易被擦掉的物質(zhì)。這一類材料品種繁多具有技術含量高、產(chǎn)品更新?lián)Q代快、附加值高、經(jīng)濟效益明顯的特點。 一次功能是當向材料輸入的能量和從材料輸出的能量屬于同種形式時，材料起能量傳送部件作用，又稱載體材料，主要有：a．力學功能如慣性、霸性、流動性、潤滑性、成型性、超塑性、高彈性、恒彈性、振動性和防震性；b．聲功能如吸聲性、隔聲性；c．熱功能如隔熱性、傳熱性、吸熱性和蓄熱性；d．電功能如導電性、超導性、絕緣性和電阻；e．磁功能如軟磁性、硬磁性、半硬磁性；f．光功能如透光性、遮光性、反射性、折射性、吸收性、偏振性、聚光性、分光性；g．化學功能如催化作用、吸附作用、生物化學反應、酶反應、氣體吸收；h．其他功能如電磁波特性(常與隱身相聯(lián)系)、放射性。1．1．2 納米非金屬功能材料的分類 納米非金屬功能材料種類較多，按材料的類別通?？煞譃椋杭{米陶瓷功能材料、納米玻璃功能材料、納米半導體功能材料、納米晶體功能材料、納米氧化物無機非金屬超導材料、納米氧化物磁性材料等。陶瓷是由晶粒和晶界所組成的燒結(jié)體。納米陶瓷功能材料的產(chǎn)生有望克服陶瓷材料的上述缺點，使陶瓷具有像金屬一樣的柔韌性和可加工性。 大量研究表明，納米陶瓷功能材料具有超塑性。其原因是在較低溫度下，納米陶瓷晶粒很小，使材料中的內(nèi)在氣孔或缺陷尺寸大大減少，材料不易造成穿晶斷裂，有利于提高材料的斷裂韌性；同時又使晶界數(shù)量大大增加，有助于晶粒間的滑移，使材料具有很高的擴散蠕變速率，當受到外力后能迅速做出反應，造成品界方向的平移，使納米陶瓷表現(xiàn)出獨特的超塑性。上海硅酸鹽研究所研究發(fā)現(xiàn)，摻雜YzO：的四方氧化結(jié)多晶體納米陶瓷功能材料，當晶粒尺寸為150nm時，材料可在1250℃下呈現(xiàn)超塑性，且起始應變速率達到3lo—2s—1，壓縮應變量達380％，并從斷口側(cè)面觀察到了大量通常出現(xiàn)在金屬斷口的滑移線。納米Si20‘陶瓷在1300℃下即可產(chǎn)生200％以上的形變。納米陶瓷功能材料的硬度和強度也明顯高于普通材料。 雖然納米陶瓷功能材料還有許多關鍵技術需要解決，但其優(yōu)良的室溫和高溫力學性能、抗彎強度、斷裂韌性，使其在切削刀具、軸承、汽車發(fā)動機部件等諸多方面都有廣泛的應用，并在許多超高溫、強腐蝕等苛刻的環(huán)境下起著其他材料不可替代的作用，具有廣闊的應用前景。聚合物微粒尺寸減少到納米量級后使高分子的特性發(fā)生了很大的變化，主要表現(xiàn)在表面效應和體積效應兩方面。 井新利以Tritonx—100為乳化劑、正己醇為助乳化劑，得到了以苯胺鹽酸鹽為水相、正己烷為分散介質(zhì)的反相微乳液，然后再以過硫酸銨為氧化劑，合成了導電聚苯胺納米粒子。 (3)非金屬納米復合功能材料 目前，納米復合功能材料已成為開發(fā)功能材料的主導方向，納米微粒在光纖、壓電、形狀記憶、永磁材料、磁致伸縮、傳導聚合物、可調(diào)介電等方面，尤其是在仿生材料的開發(fā)方面，已經(jīng)顯示出深厚的發(fā)展?jié)摿Α? ①聚合物基納米復合功能材料 聚合物／無機納米粒子復合材料的制備方法主要有溶膠—凝膠法、溶液共混法、嵌入法和熔融共混法或直接分散法四種。用傳統(tǒng)的增韌材料——有機彈性體增韌材料時，在提高抗沖擊性能的同時會造成諸如拉伸強度等相關性能的下降。一般納米微粒的加入量在10份以下，沖擊強度增幅最高可達5倍以上，而且增韌與增強同步進行。為使納米微粒在基體中分散均勻，必須加入分散處理劑。聚合物／戳土類納米復合材料也是一類研究較為廣泛的有機—無機納米復合材料，它在無機物含量遠少于常規(guī)填充復合材料的情況下就可以具有較好的力學性能、阻隔性能和熱穩(wěn)定性等，并且具有阻燃性和各向異性。而在塑料中添加某些納米材料，如納米Si02與TiOz適當混配的產(chǎn)物就能大大延緩材料的老化。 納米材料的出現(xiàn)，也為新型功能性材料的制備提供了強有力的技術手段。又如國家超細粉末工程中心研制的FUMAT—T108超細抗茵粉體，它可賦予樹脂制品抗菌能力。另外，還可以作為密封膠，膠教劑的添加劑，以提高其固化速率，改善粘接效果。例如納米S匯彌散到Si：Nd基體中形成的納米復合材料，其韌性常數(shù)X％為4．5—7．5MPal／2，斷裂強度69為850一1400MPa，最高工作溫度可達1200—1500℃。 1．2 納米非金屬功能材料的研究進展1．2．1 合成非金屬納米功能材料1．2．1．1 合成非金屬納米功能材料的應用 (1)在生物醫(yī)學工程中的應用 ①在生物材料和人工器官方面 納米碳纖維不僅具有低密度、高比模量、高比強度、高導電性等優(yōu)良性能，而且還具有缺陷數(shù)量極少、比表面積大、結(jié)構(gòu)致密等特點。納米陶瓷材料在人工器官制造和臨床應用方面也有著廣泛的應用前景。而納米聚合物粒子，尤其是那些具有親水性表面的粒子，對非特異性蛋白的吸附量很小，已作為新型的標記物載體使用。10nm以下的粒子比紅細胞(6—9捍m)小得多，可以在血管中自由運動，因此，如果將各種對機體無害的納米粒子注入到血液中，輸送到人體的各個部位，可以作為監(jiān)測和診斷疾病的手段。若把藥物復合到無毒的磁性納米顆粒上，這種藥物可在外磁場作用下集中于病灶部位，提高藥效。 納米粒子具有較高的膠體穩(wěn)定性和優(yōu)異的吸附性能，并能較快地達到吸附平衡，這可以直接用于生物物質(zhì)的吸附分離。在血液凈化方面。納米微粒還為細胞染色技術提供了新途徑。同細胞一樣大小的納米顆粒在控制分裂、發(fā)酵、分離等工程上的應用也正在開發(fā)之中。例如通過納米TiOz的光催化反應，可將廢水中難以生物降解或有毒有害物分解為C0H20和HCl等無毒或易生物降解的物質(zhì)。有人預計納米顆粒催化劑將成為21世紀催化劑的主角。用鎳的納米材料做火箭固體燃料反應催化劑，燃燒效率提高100倍；納米鉑黑作催化劑可以使乙烯氫化反應從600℃降至室溫；用納米Ti02從硫化氫中除去硫的量比用傳統(tǒng)TiOz的增加近5倍，可用于環(huán)保用廢氣轉(zhuǎn)換器?！狥ezO：并鑲嵌在樹脂孔道中，用其