【正文】 ............................................. 15 7總結(jié) ........................................................................................................ 17 參考文獻(xiàn)： ............................................................................................... 18 致謝 ........................................................................................................... 19 4 5 前言： 納米材料科學(xué)是一門新興的并正在迅速發(fā)展的材料科學(xué)。 早在 1959年，著名物理學(xué)家 Richard Feynman[3]在美國物理學(xué)會(huì)年會(huì)的講演中首次提出了 “What would happen if we could arrange the atoms one by one the way we want them?”的思想，日本科學(xué)家 Kubo[4]在 1962年就對納米粒子的量子 尺寸效應(yīng) 進(jìn)行了理論上的研究，而日本名古屋大學(xué)上田良二教授則定義納米微粒是用透射電鏡 TEM 能看到的微粒；但直至 80 年代中期，隨著介觀物理的發(fā)展完善和實(shí)驗(yàn)觀測技術(shù)的進(jìn) 步，納米材料科學(xué)才得到迅速的發(fā)展。 由于納米微粒尺寸小、比表面積大，表面原子數(shù)、表面能和表面張力隨粒徑的下降急劇增大，表現(xiàn)出小 尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等特點(diǎn)，從而使納米粒子出現(xiàn)了許 多不同于常規(guī)固體的新奇特性，展示了廣闊的應(yīng)用前景；同時(shí)它也為常規(guī)的復(fù)合材料的研究 增添了新的內(nèi)容，含有納米單元相的納米復(fù)合材料 [5]通常以實(shí)際應(yīng)用為直接目標(biāo) ，是納米材料工程的重要組成部分，正成為當(dāng)前納米材料發(fā)展的新動(dòng)向，其中高分子納米復(fù)合材料由于高分子基體具有易加工、耐腐蝕等優(yōu)異性能，且能抑止納米單 元的氧 化和團(tuán)聚，使體系具有較高的長效穩(wěn)定性，能充分發(fā)揮納米單元的特異性能，而尤受 廣大研究人員的重視。 1 1 納米技術(shù)的發(fā)展 當(dāng)今時(shí)代的科學(xué)界普遍認(rèn)為，納米技術(shù)是 21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)增長的一臺主要的發(fā)動(dòng)機(jī)，其作用可使微電子學(xué)在 21 世紀(jì)后半葉對世界的影響相形見絀，納米技術(shù)將給醫(yī)學(xué)、材料、信息通行、和制造業(yè)等行業(yè)帶來革命性的變革。 由于納米技術(shù)對一個(gè)國家未來經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展及國防安全具有重大意義，世界各國 (地區(qū) )紛紛將納米技術(shù)的研發(fā)作為 21 世紀(jì)技術(shù)創(chuàng)新的主要驅(qū)動(dòng)器，相繼制定了發(fā)展戰(zhàn)略和計(jì)劃，以指 導(dǎo)和推進(jìn)本國納米科技的發(fā)展。部分國家雖然沒有專項(xiàng)的納米技術(shù)計(jì)劃，但其他計(jì)劃中也包含了與納米技術(shù)相關(guān)的項(xiàng)目研發(fā)。 2020年 11 月，美國國會(huì)又通過了《 21世紀(jì)納米技術(shù)研究開發(fā)法案》，這標(biāo)志著納米技術(shù)已成為聯(lián)邦的重大研發(fā)計(jì)劃，從基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究到研究中心、基礎(chǔ)設(shè)施的建立以 及人才的培養(yǎng)等全面展開。第二期科學(xué)技術(shù)基本計(jì)劃將生命科學(xué)、環(huán)境技術(shù)、信息通信和納米技術(shù)作為 4大重點(diǎn)研發(fā)領(lǐng)域，并制定了多項(xiàng)措施確保這些領(lǐng)域所需戰(zhàn)略資源 (人才、資金、設(shè)備 )的落實(shí)。 歐盟在 2020～ 2020年實(shí)施的第六個(gè)框架計(jì)劃也對納米技術(shù)給予了空前的重視。歐盟委員會(huì)還力圖制定歐洲的納米技術(shù)戰(zhàn)略，目前已確定了促進(jìn)歐洲納米技術(shù)發(fā)展的 5個(gè)關(guān)鍵措施： ① 增加研發(fā)投入，形成勢頭； ② 加強(qiáng)研發(fā)基礎(chǔ)設(shè)施； ③ 從質(zhì)和量方面擴(kuò)大人才資源； ④ 重視工業(yè)創(chuàng)新，將知識轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品和服務(wù)； ⑤ 考慮社會(huì)因素，趨利避險(xiǎn)。 韓國、中國臺灣等新興工業(yè)化經(jīng)濟(jì)體，意識到納米技術(shù)將會(huì)給人類社會(huì)帶來巨大的影響，為了保持競爭優(yōu)勢，也紛紛 制定納米科技發(fā)展戰(zhàn)略。韓國政府的政策目標(biāo)是：融合信息技術(shù)、生物技術(shù)和納米技術(shù) 3個(gè)主要技術(shù)領(lǐng)域，以提升前沿技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)的水平。 中國臺灣自 1999 年開始，相繼制定了《納米材料尖端研究計(jì)劃》、《納米科技研究計(jì)劃》，這些計(jì)劃以人才和核心設(shè)施建設(shè)為基礎(chǔ)，以追求 “學(xué)術(shù) 卓越 ”和 “納米科技產(chǎn)業(yè)化 ”為目標(biāo)，意在引領(lǐng)臺灣知識經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建立產(chǎn)業(yè)競爭優(yōu)勢。中國政府在 2020年 7月就發(fā)布了《國家納米科技發(fā)展綱要》，并先后建立了國家納米科技指導(dǎo)協(xié)調(diào)委員會(huì)、國家納米科學(xué)中心和納米技術(shù)專門委員會(huì)。鑒于未來最有 可能的技術(shù)浪潮是納米技術(shù)，南非科技部正在制定一項(xiàng)國家納米技術(shù)戰(zhàn)略，在 2020 年度執(zhí)行。 2 納米技術(shù)與高分子的概述 高分子材料：以高分子化合物為基礎(chǔ)的材料。高分子是生命存在的形式，所有的生命體都可以看作是高分子的集合。 1981年掃描隧道顯微鏡發(fā)明后，誕生了一門以 100納米長度為研究分子世界，它的最終目標(biāo)是直接以原子或分子來構(gòu)造具有特定功能的 3 產(chǎn)品 [6]。 納米技術(shù)是一門交叉性很強(qiáng)的綜合學(xué)科，研究的內(nèi)容涉及現(xiàn)代科技的廣闊領(lǐng)域。這七個(gè)相對獨(dú)立又相互滲透的學(xué)科和納米材料、納米器件、納米尺度 的檢測與表征這三個(gè)研究領(lǐng)域。其中，納米物理學(xué)和納米化學(xué)是納米技術(shù)的理論基礎(chǔ)，而納米電子學(xué)是納米技術(shù)最重要的內(nèi)容。從廣義上來說，高分子基納米復(fù)合材料，只要其組分中的某一相，至少有維一的尺寸處在納米尺度范圍，就可以將其視為高分子基納米復(fù)合材料。這也是世界各國發(fā)展研究的必要趨勢。由于顆粒尺寸進(jìn)入納米量級后 , 其結(jié)構(gòu)與常規(guī)材料相比發(fā)生了很大的變化 , 使其在催化、光電、磁性、熱、力學(xué)等方面表現(xiàn)出許多奇異的物理和化學(xué)性能 , 具有許多重要的應(yīng)用價(jià)值。 納米微粒比表面積大 , 位于表面的原子占相當(dāng)大的比例 ( 如表 11 所示 ) , 表面能高 [7]。由于表面原子缺少鄰近配位的原子和具有高的表面能 , 使得表面原子具有很大的化學(xué)活性 , 從而使納米粒子表現(xiàn)出強(qiáng)烈的表面效應(yīng)。 (2）小尺寸效應(yīng)。如銀的熔點(diǎn)為 900 e , 而納米銀粉的熔點(diǎn)僅為 100 e ( 一般納米材料的熔點(diǎn)為其原來塊體材料的 30% ~ 50%) 。 (3) 量子尺寸效應(yīng)。其結(jié)果使納米材料具有高度光學(xué)非線性、特異性催化和光催化性質(zhì)等。 納米粒子的表面改性 納米粒子粒徑小 , 表面能大 , 易于團(tuán)聚 , 在制備納米粒子 / 聚合物復(fù)合材料時(shí) , 用通常的共混法難以得到納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。主要是降低粒子的表面能態(tài)， 消除粒子的表面 電荷 , 提高納米粒子有機(jī)相的親和力 , 減弱納米粒子的表面極性等。 利用表面活性劑覆蓋于納米粒子表面 , 賦予粒子表面新的性質(zhì)。 運(yùn)用粉碎、摩擦等方法 , 利用機(jī)械應(yīng)力作用對納米粒子表面進(jìn)行激活 , 以改變表面晶體結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)結(jié)構(gòu)。 在納米粒子表面均勻地包覆一層其它物質(zhì)的膜 , 使粒子表面性質(zhì)發(fā)生變化； （ 4）局部活性改性。 利用高能電暈放電、紫外線、等離子射線等對納米粒子表面改性； （ 6）利用沉淀反應(yīng)進(jìn)行表面改性。 在以上方法中 , 最簡單和最常用的方法是添加界面改性劑 , 即分散劑、偶聯(lián)劑等。偶聯(lián)劑則可和基體有強(qiáng)的相互作用。 普通填料填充后的復(fù)合材料一般拉伸強(qiáng)度都有明顯下降 , 而采用納米材料填充的復(fù)合材料 , 其拉伸強(qiáng)度會(huì)有所增加 , 并在一定范圍出現(xiàn)極值。 （ 2） 對復(fù)合材料斷裂伸長率的影響。 （ 3） 對納米聚合物復(fù)合材料楊氏模量的影響。產(chǎn)生這種結(jié)果的原因是納米材料 , 比表面積大 , 表面原子所占比例大 , 易于與聚合物充分地吸附、鍵合所致。這是 由于不同粒子的官能團(tuán)種類、數(shù)目及表層厚度不同 , 在粒子與基體作用的同時(shí) , 粒子之間也相互吸附 , 從而表現(xiàn)出協(xié)同效應(yīng)。 4 高分子基納米復(fù)合材料的制備方法及特性： 高分子基納米復(fù)合材料來的制備方法 高分子基納米復(fù)合材料的制備方法一般有：插層復(fù)合法、原位復(fù)合法、溶膠 凝膠法、納米粒子直接分散法 、 LB膜法、微乳液聚合法 等。許多無機(jī)化合物，如磷酸鹽類、硅酸鹽類粘土、石墨、二硫化物、金屬氧化物等具有典型的層狀結(jié)構(gòu)作為主體，將有機(jī)高聚物作為客體插入主體的層間，從而可以制備高分子基納米復(fù)合材料。利用聚合時(shí)放出的大量熱量，克 服硅酸鹽片層間的庫侖力而使其剝離，從而使納米尺度硅酸鹽片層與高分子物基體以化學(xué)鍵的方式結(jié)合。中國科學(xué)院化學(xué)研究所對尼龍 6/蒙脫土體系進(jìn)行了研究，并首創(chuàng)了 “一步法 ”復(fù)合方法，即將蒙脫土層間陽離子交換、單體插入層間以及單體聚合在同一步中完成。該方法需要合適的溶劑來同時(shí)溶解高分子和分散粘土，而且大量的溶劑不易回收，對環(huán)境不利。 Furuichi[10]等用疏水性綠土（ SAN）（季胺鹽交換處理）與聚丙?。?PP）的甲苯溶液共混，經(jīng)加熱可以獲得 PP/SAN 納米復(fù)合材料。 7 溶體插層法是將高分子物加熱到熔融狀態(tài)下，在靜止或剪切力的作用下直接插入片層間，制得高分子基納米復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)表明，溶體插層法、溶液插層法和插層聚合法所得到的復(fù)合材料具有相同的結(jié)構(gòu)。他們通過熔體插層法制備了 PS/粘土、 PEO/粘土高分子基納米復(fù)合材料 [11]。由于液晶分子有易于自發(fā)取向的特點(diǎn)，液晶微區(qū)沿外力方向取向形成微纖結(jié)構(gòu)，在熔體冷卻時(shí)這種微纖結(jié)構(gòu)被原位固定下