聚合物基纳米复合材料.ppt

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1、高性能高分子材料高性能高分子材料袁新华袁新华第四章第四章第四章第四章 聚合物基纳米复合材料聚合物基纳米复合材料聚合物基纳米复合材料聚合物基纳米复合材料概述概述概述概述聚合物聚合物聚合物聚合物/无机纳米微粒复合材料无机纳米微粒复合材料无机纳米微粒复合材料无机纳米微粒复合材料聚合物聚合物聚合物聚合物/蒙脱土纳米复合材料蒙脱土纳米复合材料蒙脱土纳米复合材料蒙脱土纳米复合材料聚合物聚合物聚合物聚合物/无机物纳米复合材料进展无机物纳米复合材料进展无机物纳米复合材料进展无机物纳米复合材料进展主主主主要要要要内内内内容容容容聚合物纳米复合材料：聚合物纳米复合材料：聚合物纳米复合材料：聚合物纳米复合材料：各种

2、纳米单元与有机聚合物以各种方式各种纳米单元与有机聚合物以各种方式各种纳米单元与有机聚合物以各种方式各种纳米单元与有机聚合物以各种方式复合制成的复合材料，只要其中某一组成相至少有一维的尺复合制成的复合材料，只要其中某一组成相至少有一维的尺复合制成的复合材料，只要其中某一组成相至少有一维的尺复合制成的复合材料，只要其中某一组成相至少有一维的尺寸处在纳米尺度的范围内。寸处在纳米尺度的范围内。寸处在纳米尺度的范围内。寸处在纳米尺度的范围内。纳米粒子作结构单元：纳米粒子作结构单元：纳米粒子作结构单元：纳米粒子作结构单元：0-00-0复合型、复合型、复合型、复合型、0-20-2复合型、复合型、复合型、复合

3、型、0-30-3复合型复合型复合型复合型 纳米丝作结构单元：纳米丝作结构单元：纳米丝作结构单元：纳米丝作结构单元：1-21-2复合型和复合型和复合型和复合型和1-31-3复合型复合型复合型复合型 纳米膜为结构单元：纳米膜为结构单元：纳米膜为结构单元：纳米膜为结构单元：2-32-3复合型复合型复合型复合型 多层纳米复合材料、介孔纳米复合材料等多层纳米复合材料、介孔纳米复合材料等多层纳米复合材料、介孔纳米复合材料等多层纳米复合材料、介孔纳米复合材料等分分分分类类类类一、概述一、概述一、概述一、概述纳米粉末与高分子粉末、高分子膜、高分子形体材料复合纳米粉末与高分子粉末、高分子膜、高分子形体材料复合纳

4、米粉末与高分子粉末、高分子膜、高分子形体材料复合纳米粉末与高分子粉末、高分子膜、高分子形体材料复合高分子纳米纤维增强薄膜和形体复合材料高分子纳米纤维增强薄膜和形体复合材料高分子纳米纤维增强薄膜和形体复合材料高分子纳米纤维增强薄膜和形体复合材料Polymer Polymer nanocompositesnanocomposites聚合物基纳米复合材料：聚合物基纳米复合材料：聚合物基纳米复合材料：聚合物基纳米复合材料：聚合物为基体的纳米复合材料，不聚合物为基体的纳米复合材料，不聚合物为基体的纳米复合材料，不聚合物为基体的纳米复合材料，不 包括聚合物为分散相的情况。包括聚合物为分散相的情况。包括聚合

5、物为分散相的情况。包括聚合物为分散相的情况。聚合物聚合物聚合物聚合物/聚合物：聚合物：聚合物：聚合物：分子复合、原位复合分子复合、原位复合分子复合、原位复合分子复合、原位复合 聚合物聚合物聚合物聚合物/非聚合物纳米粒子：非聚合物纳米粒子：非聚合物纳米粒子：非聚合物纳米粒子：橡胶橡胶橡胶橡胶/炭黑增强体炭黑增强体炭黑增强体炭黑增强体系系系系 聚合物聚合物聚合物聚合物/无机纳米粒子无机纳米粒子无机纳米粒子无机纳米粒子分分分分类类类类常归为聚合物共混常归为聚合物共混常归为聚合物共混常归为聚合物共混也可将嵌段共聚物和接枝共聚物归入也可将嵌段共聚物和接枝共聚物归入也可将嵌段共聚物和接枝共聚物归入也可将嵌

6、段共聚物和接枝共聚物归入微乳液制备的聚合物乳液与与一般聚合物乳液复合微乳液制备的聚合物乳液与与一般聚合物乳液复合微乳液制备的聚合物乳液与与一般聚合物乳液复合微乳液制备的聚合物乳液与与一般聚合物乳液复合聚合物聚合物聚合物聚合物/颗粒状纳米无机粒子颗粒状纳米无机粒子颗粒状纳米无机粒子颗粒状纳米无机粒子聚合物聚合物聚合物聚合物/层片状纳米无机粒子层片状纳米无机粒子层片状纳米无机粒子层片状纳米无机粒子二、聚合物二、聚合物二、聚合物二、聚合物/无机纳米微粒复合材料无机纳米微粒复合材料无机纳米微粒复合材料无机纳米微粒复合材料聚合物聚合物聚合物聚合物/无机纳米微粒复合材料：无机纳米微粒复合材料：无机纳米微粒

7、复合材料：无机纳米微粒复合材料：无机纳米粒无机纳米粒无机纳米粒无机纳米粒子分散于聚合物基体中的复合体系子分散于聚合物基体中的复合体系子分散于聚合物基体中的复合体系子分散于聚合物基体中的复合体系改善改善改善改善塑料力学性能和物理性能：用于塑料的塑料力学性能和物理性能：用于塑料的塑料力学性能和物理性能：用于塑料的塑料力学性能和物理性能：用于塑料的增强、增韧和提高耐热性增强、增韧和提高耐热性增强、增韧和提高耐热性增强、增韧和提高耐热性利用无机纳米粒子的某些功能制备利用无机纳米粒子的某些功能制备利用无机纳米粒子的某些功能制备利用无机纳米粒子的某些功能制备功能材料功能材料功能材料功能材料无机纳米粒子改性

8、塑料的最大无机纳米粒子改性塑料的最大无机纳米粒子改性塑料的最大无机纳米粒子改性塑料的最大优点优点优点优点：可同时提高：可同时提高：可同时提高：可同时提高冲击强冲击强冲击强冲击强度和拉伸强度、模量和热变形温度度和拉伸强度、模量和热变形温度度和拉伸强度、模量和热变形温度度和拉伸强度、模量和热变形温度橡胶增韧塑料时模量和拉伸强度会下降橡胶增韧塑料时模量和拉伸强度会下降橡胶增韧塑料时模量和拉伸强度会下降橡胶增韧塑料时模量和拉伸强度会下降 无机纳米粒子作为塑料的非弹性体增韧剂受到越来越多的无机纳米粒子作为塑料的非弹性体增韧剂受到越来越多的无机纳米粒子作为塑料的非弹性体增韧剂受到越来越多的无机纳米粒子作为

9、塑料的非弹性体增韧剂受到越来越多的重视重视重视重视 无机纳米粒子：无机纳米粒子：无机纳米粒子：无机纳米粒子：CaCOCaCO3 3、MgCOMgCO3 3、SiOSiO2 2、TiOTiO2 2等等等等 几乎所有的热塑性树脂（几乎所有的热塑性树脂（几乎所有的热塑性树脂（几乎所有的热塑性树脂（通用塑料通用塑料通用塑料通用塑料和和和和工程塑料工程塑料工程塑料工程塑料）都可用无机纳）都可用无机纳）都可用无机纳）都可用无机纳米粒子改性，提高力学性能、加工性能和米粒子改性，提高力学性能、加工性能和米粒子改性，提高力学性能、加工性能和米粒子改性，提高力学性能、加工性能和尺寸稳定性尺寸稳定性尺寸稳定性尺寸稳

10、定性 塑料增强和增韧塑料增强和增韧塑料增强和增韧塑料增强和增韧纳米纳米纳米纳米SiOSiO2 2改性改性改性改性PMMAPMMA，拉伸强度提高，拉伸强度提高，拉伸强度提高，拉伸强度提高1010倍倍倍倍PVC/CPEPVC/CPE中加入中加入中加入中加入5%-12%5%-12%CaCOCaCO3 3纳米微粒，缺口冲击强度提高纳米微粒，缺口冲击强度提高纳米微粒，缺口冲击强度提高纳米微粒，缺口冲击强度提高1 1倍倍倍倍无机纳米粒子具有较大的无机纳米粒子具有较大的无机纳米粒子具有较大的无机纳米粒子具有较大的比表面积比表面积比表面积比表面积和和和和表面能表面能表面能表面能，且有，且有，且有，且有刚性刚性

11、刚性刚性粒径粒径粒径粒径10nm10nm的的的的TiOTiO2 2粉与粉与粉与粉与PPPP熔融共混复合，冲击强度提高熔融共混复合，冲击强度提高熔融共混复合，冲击强度提高熔融共混复合，冲击强度提高40%40%，弯曲，弯曲，弯曲，弯曲模量提高模量提高模量提高模量提高20%20%，热变形温度提高，热变形温度提高，热变形温度提高，热变形温度提高70%70%5wt%5wt%的纳米粒子的纳米粒子的纳米粒子的纳米粒子SiC/SiSiC/Si3 3N N4 4与与与与LDPELDPE熔融共混复合，冲击强度和拉熔融共混复合，冲击强度和拉熔融共混复合，冲击强度和拉熔融共混复合，冲击强度和拉伸强度提高伸强度提高伸强

12、度提高伸强度提高一倍一倍一倍一倍。塑料增强和增韧塑料增强和增韧塑料增强和增韧塑料增强和增韧聚合物基体加入纳米粉体，聚合物基体加入纳米粉体，聚合物基体加入纳米粉体，聚合物基体加入纳米粉体，耐冲击强度耐冲击强度耐冲击强度耐冲击强度、拉伸强度拉伸强度拉伸强度拉伸强度、热热热热变形温度变形温度变形温度变形温度都有较大幅度提高都有较大幅度提高都有较大幅度提高都有较大幅度提高例如例如例如例如纳米粉体具有纳米粉体具有纳米粉体具有纳米粉体具有特殊的物理化学特殊的物理化学特殊的物理化学特殊的物理化学特性，但难于特性，但难于特性，但难于特性，但难于加工成型加工成型加工成型加工成型成制品，聚合物为基成制品，聚合物为

13、基成制品，聚合物为基成制品，聚合物为基体，纳米粉分散其中，可体，纳米粉分散其中，可体，纳米粉分散其中，可体，纳米粉分散其中，可最大程度地发挥最大程度地发挥最大程度地发挥最大程度地发挥纳米粉的功能特性纳米粉的功能特性纳米粉的功能特性纳米粉的功能特性光学特性及应用光学特性及应用光学特性及应用光学特性及应用功能材料功能材料功能材料功能材料1 1、聚合物、聚合物、聚合物、聚合物/无机纳米微粒复合材料的无机纳米微粒复合材料的无机纳米微粒复合材料的无机纳米微粒复合材料的光吸收荧光效应光吸收荧光效应光吸收荧光效应光吸收荧光效应 稀土荧光材料与复合物复合，可制成透明性很高的薄膜，具有很高转光稀土荧光材料与复合

14、物复合，可制成透明性很高的薄膜，具有很高转光稀土荧光材料与复合物复合，可制成透明性很高的薄膜，具有很高转光稀土荧光材料与复合物复合，可制成透明性很高的薄膜，具有很高转光性质，可将有害紫外线转移成可见光，作性质，可将有害紫外线转移成可见光，作性质，可将有害紫外线转移成可见光，作性质，可将有害紫外线转移成可见光，作农膜可大幅提高蔬菜产量农膜可大幅提高蔬菜产量农膜可大幅提高蔬菜产量农膜可大幅提高蔬菜产量 TiOTiO2 2、FeFe2 2OO3 3、AlAl2 2OO3 3、SiOSiO2 2、ZnOZnO等纳米无机粒子能吸收紫外光，复合等纳米无机粒子能吸收紫外光，复合等纳米无机粒子能吸收紫外光，复

15、合等纳米无机粒子能吸收紫外光，复合后可制成后可制成后可制成后可制成紫外光吸收膜紫外光吸收膜紫外光吸收膜紫外光吸收膜半导体器件中的半导体器件中的半导体器件中的半导体器件中的紫外线过滤器紫外线过滤器紫外线过滤器紫外线过滤器、防晒化妆品防晒化妆品防晒化妆品防晒化妆品、具紫外吸收能力的、具紫外吸收能力的、具紫外吸收能力的、具紫外吸收能力的油漆油漆油漆油漆 纳米微粒尺寸远小于红外波长，对红外光透过率高，纳米微粒尺寸远小于红外波长，对红外光透过率高，纳米微粒尺寸远小于红外波长，对红外光透过率高，纳米微粒尺寸远小于红外波长，对红外光透过率高，反射小，用作反射小，用作反射小，用作反射小，用作红外光吸收材料红外

16、光吸收材料红外光吸收材料红外光吸收材料 纳米微粒比表面积大，对电磁波吸收强，纳米微粒比表面积大，对电磁波吸收强，纳米微粒比表面积大，对电磁波吸收强，纳米微粒比表面积大，对电磁波吸收强，吸收电磁波吸收电磁波吸收电磁波吸收电磁波隐身材料隐身材料隐身材料隐身材料方面具有重要应用前景方面具有重要应用前景方面具有重要应用前景方面具有重要应用前景功能材料功能材料功能材料功能材料人体释放人体释放人体释放人体释放6-14nm6-14nm红外波，易被灵敏检测器发现，红外波，易被灵敏检测器发现，红外波，易被灵敏检测器发现，红外波，易被灵敏检测器发现，TiOTiO2 2、FeFe2 2OO3 3、AlAl2 2OO

17、3 3、SiOSiO2 2、ZnOZnO等纳米粉加入纤维中可制成具有隐身功能军服，且有保暖作用。等纳米粉加入纤维中可制成具有隐身功能军服，且有保暖作用。等纳米粉加入纤维中可制成具有隐身功能军服，且有保暖作用。等纳米粉加入纤维中可制成具有隐身功能军服，且有保暖作用。雷达发射电磁波可检测飞机。雷达发射电磁波可检测飞机。雷达发射电磁波可检测飞机。雷达发射电磁波可检测飞机。9191年海湾战争中，美年海湾战争中，美年海湾战争中，美年海湾战争中，美F117AF117A型机身包覆了红外型机身包覆了红外型机身包覆了红外型机身包覆了红外与微波的隐身材料，不被伊拉克雷达发现。与微波的隐身材料，不被伊拉克雷达发现。

18、与微波的隐身材料，不被伊拉克雷达发现。与微波的隐身材料，不被伊拉克雷达发现。F117A“F117A“蝙蝠侠蝙蝠侠蝙蝠侠蝙蝠侠”隐形轰炸机隐形轰炸机隐形轰炸机隐形轰炸机F22“F22“猛禽猛禽猛禽猛禽”隐形轰炸机隐形轰炸机隐形轰炸机隐形轰炸机2 2、聚合物、聚合物、聚合物、聚合物/无机纳米微粒复合材料的无机纳米微粒复合材料的无机纳米微粒复合材料的无机纳米微粒复合材料的非线性光学效应非线性光学效应非线性光学效应非线性光学效应功能材料功能材料功能材料功能材料 纳米半导体颗粒具有较强的非线性光学性质，但其稳定性较差，加工纳米半导体颗粒具有较强的非线性光学性质，但其稳定性较差，加工纳米半导体颗粒具有较强

19、的非线性光学性质，但其稳定性较差，加工纳米半导体颗粒具有较强的非线性光学性质，但其稳定性较差，加工性差，性差，性差，性差，纳米半导体纳米半导体纳米半导体纳米半导体-聚合物复合膜聚合物复合膜聚合物复合膜聚合物复合膜是理想的非线性光学材料。是理想的非线性光学材料。是理想的非线性光学材料。是理想的非线性光学材料。阳离子交换树脂阳离子交换树脂阳离子交换树脂阳离子交换树脂NafionNafion与表面修饰的半导体纳米粒子与表面修饰的半导体纳米粒子与表面修饰的半导体纳米粒子与表面修饰的半导体纳米粒子CdSCdS进行复合，进行复合，进行复合，进行复合，得到三阶非线性光学性质明显的得到三阶非线性光学性质明显的

20、得到三阶非线性光学性质明显的得到三阶非线性光学性质明显的膜型纳米复合材料膜型纳米复合材料膜型纳米复合材料膜型纳米复合材料。聚合物基体材料的结构与性质可以控制半导体粒子的聚合物基体材料的结构与性质可以控制半导体粒子的聚合物基体材料的结构与性质可以控制半导体粒子的聚合物基体材料的结构与性质可以控制半导体粒子的尺寸和分布尺寸和分布尺寸和分布尺寸和分布，而，而，而，而共聚物和共混聚合物的微相分离有利于半导体共聚物和共混聚合物的微相分离有利于半导体共聚物和共混聚合物的微相分离有利于半导体共聚物和共混聚合物的微相分离有利于半导体团簇的分散与稳定团簇的分散与稳定团簇的分散与稳定团簇的分散与稳定。决定了非线性

21、光学增强效应决定了非线性光学增强效应决定了非线性光学增强效应决定了非线性光学增强效应材料受到入射光（如激光）照射后，吸收的能量仍以光的形式材料受到入射光（如激光）照射后，吸收的能量仍以光的形式材料受到入射光（如激光）照射后，吸收的能量仍以光的形式材料受到入射光（如激光）照射后，吸收的能量仍以光的形式放出放出放出放出的过程的过程的过程的过程蓝移蓝移蓝移蓝移3 3、聚合物、聚合物、聚合物、聚合物/无机纳米微粒复合材料的无机纳米微粒复合材料的无机纳米微粒复合材料的无机纳米微粒复合材料的光致发光效应光致发光效应光致发光效应光致发光效应功能材料功能材料功能材料功能材料红移红移红移红移荧光荧光荧光荧光多数

22、情况多数情况多数情况多数情况纳米光致发光材料纳米光致发光材料纳米光致发光材料纳米光致发光材料 液体相液体相液体相液体相TiOTiO2 2晶体晶体晶体晶体77K77K才显示光致发光，最大光强度在才显示光致发光，最大光强度在才显示光致发光，最大光强度在才显示光致发光，最大光强度在500nm500nm Self-Self-recognizationrecognization制备的纳米复合膜层厚制备的纳米复合膜层厚制备的纳米复合膜层厚制备的纳米复合膜层厚3nm3nm时，即能观察到光时，即能观察到光时，即能观察到光时，即能观察到光致发光现象，最大光强度在致发光现象，最大光强度在致发光现象，最大光强度在致

23、发光现象，最大光强度在475nm475nm，发生，发生，发生，发生蓝移蓝移蓝移蓝移为为为为提高提高提高提高高分子结构材料的性能高分子结构材料的性能高分子结构材料的性能高分子结构材料的性能常需加入常需加入常需加入常需加入增强添加剂增强添加剂增强添加剂增强添加剂，如炭黑、黏土、硅胶等，如炭黑、黏土、硅胶等，如炭黑、黏土、硅胶等，如炭黑、黏土、硅胶等功能材料功能材料功能材料功能材料4 4、聚合物、聚合物、聚合物、聚合物/无机纳米微粒复合材料的无机纳米微粒复合材料的无机纳米微粒复合材料的无机纳米微粒复合材料的透光性质及应用透光性质及应用透光性质及应用透光性质及应用影响制品影响制品影响制品影响制品透明性

24、透明性透明性透明性和和和和色彩色彩色彩色彩添加添加添加添加纳米尺寸纳米尺寸纳米尺寸纳米尺寸的增强添加剂的增强添加剂的增强添加剂的增强添加剂颗粒的纳米尺寸低于可见光波长，对可见光有颗粒的纳米尺寸低于可见光波长，对可见光有颗粒的纳米尺寸低于可见光波长，对可见光有颗粒的纳米尺寸低于可见光波长，对可见光有绕射行为绕射行为绕射行为绕射行为高分子纳米复合材料高分子纳米复合材料高分子纳米复合材料高分子纳米复合材料提高产品力学性能提高产品力学性能提高产品力学性能提高产品力学性能，同时能，同时能，同时能，同时能保持良好透明性保持良好透明性保持良好透明性保持良好透明性纳米粒子粒径小，纳米粒子粒径小，纳米粒子粒径小

25、，纳米粒子粒径小，比表面积大比表面积大比表面积大比表面积大，表面，表面，表面，表面活性中心数量多活性中心数量多活性中心数量多活性中心数量多纳米级高分子复合材料纳米级高分子复合材料纳米级高分子复合材料纳米级高分子复合材料发挥纳米粒子的高催化发挥纳米粒子的高催化发挥纳米粒子的高催化发挥纳米粒子的高催化活性和选择性活性和选择性活性和选择性活性和选择性聚合物可阻止纳米微粒团聚而具有聚合物可阻止纳米微粒团聚而具有聚合物可阻止纳米微粒团聚而具有聚合物可阻止纳米微粒团聚而具有长效稳定性长效稳定性长效稳定性长效稳定性催化活性及其应用催化活性及其应用催化活性及其应用催化活性及其应用功能材料功能材料功能材料功能材

26、料1 1、聚合物纳米复合催化剂、聚合物纳米复合催化剂、聚合物纳米复合催化剂、聚合物纳米复合催化剂纳米金属粒子：贵金属纳米金属粒子：贵金属纳米金属粒子：贵金属纳米金属粒子：贵金属铂、铑、银、钯铂、铑、银、钯铂、铑、银、钯铂、铑、银、钯等等等等纳米过渡金属粒子：纳米过渡金属粒子：纳米过渡金属粒子：纳米过渡金属粒子：镍、铁、钴镍、铁、钴镍、铁、钴镍、铁、钴等等等等金属氧化物金属氧化物金属氧化物金属氧化物 纳米半导体的量子尺寸效应导致其价带与到带间能隙增大，纳米微纳米半导体的量子尺寸效应导致其价带与到带间能隙增大，纳米微纳米半导体的量子尺寸效应导致其价带与到带间能隙增大，纳米微纳米半导体的量子尺寸效应

27、导致其价带与到带间能隙增大，纳米微粒的粒的粒的粒的氧化还原能力氧化还原能力氧化还原能力氧化还原能力更强。更强。更强。更强。电子电子电子电子-空穴的转移传递与复合失活是空穴的转移传递与复合失活是空穴的转移传递与复合失活是空穴的转移传递与复合失活是一对竞争一对竞争一对竞争一对竞争，光生电荷扩散到半导，光生电荷扩散到半导，光生电荷扩散到半导，光生电荷扩散到半导体纳米微粒表面的速率远快于体相催化剂和电子体纳米微粒表面的速率远快于体相催化剂和电子体纳米微粒表面的速率远快于体相催化剂和电子体纳米微粒表面的速率远快于体相催化剂和电子-空穴复合速度。空穴复合速度。空穴复合速度。空穴复合速度。半导体微粒于高分子

28、复合后，可防止纳米微粒团聚和光腐蚀分解，半导体微粒于高分子复合后，可防止纳米微粒团聚和光腐蚀分解，半导体微粒于高分子复合后，可防止纳米微粒团聚和光腐蚀分解，半导体微粒于高分子复合后，可防止纳米微粒团聚和光腐蚀分解，增加使用寿命增加使用寿命增加使用寿命增加使用寿命。2 2、聚合物纳米复合材料的、聚合物纳米复合材料的、聚合物纳米复合材料的、聚合物纳米复合材料的光催化活性光催化活性光催化活性光催化活性及应用及应用及应用及应用功能材料功能材料功能材料功能材料纳米微粒具有表面积大，表面活性高，对周围纳米微粒具有表面积大，表面活性高，对周围纳米微粒具有表面积大，表面活性高，对周围纳米微粒具有表面积大，表面

29、活性高，对周围环境敏感环境敏感环境敏感环境敏感，复合后纳米粒子，复合后纳米粒子，复合后纳米粒子，复合后纳米粒子在基体中聚集结构也会发生变化，引起在基体中聚集结构也会发生变化，引起在基体中聚集结构也会发生变化，引起在基体中聚集结构也会发生变化，引起粒子协同性能的变化粒子协同性能的变化粒子协同性能的变化粒子协同性能的变化 ，故可望利用，故可望利用，故可望利用，故可望利用纳米粒子制成敏感度高的纳米粒子制成敏感度高的纳米粒子制成敏感度高的纳米粒子制成敏感度高的小型化、低能耗、多功能传感器小型化、低能耗、多功能传感器小型化、低能耗、多功能传感器小型化、低能耗、多功能传感器3 3、聚合物纳米复合催化体系在

30、、聚合物纳米复合催化体系在、聚合物纳米复合催化体系在、聚合物纳米复合催化体系在化学敏感器化学敏感器化学敏感器化学敏感器的应用的应用的应用的应用功能材料功能材料功能材料功能材料温度、气氛、光、湿度等的变化会引起纳米粒子温度、气氛、光、湿度等的变化会引起纳米粒子温度、气氛、光、湿度等的变化会引起纳米粒子温度、气氛、光、湿度等的变化会引起纳米粒子电学、光学电学、光学电学、光学电学、光学等行为的等行为的等行为的等行为的变变变变化化化化，可制作，可制作，可制作，可制作气体传感器气体传感器气体传感器气体传感器、红外线传感器红外线传感器红外线传感器红外线传感器、压电传感器压电传感器压电传感器压电传感器、温度

31、传感器温度传感器温度传感器温度传感器和和和和光传感器光传感器光传感器光传感器很多重金属本身就具有消毒杀菌作用，纳米化之后，由于外表面积的扩很多重金属本身就具有消毒杀菌作用，纳米化之后，由于外表面积的扩很多重金属本身就具有消毒杀菌作用，纳米化之后，由于外表面积的扩很多重金属本身就具有消毒杀菌作用，纳米化之后，由于外表面积的扩大，其大，其大，其大，其杀菌能力会成倍提高杀菌能力会成倍提高杀菌能力会成倍提高杀菌能力会成倍提高。TiOTiO2 2是一种光催化剂，是一种光催化剂，是一种光催化剂，是一种光催化剂，紫外线紫外线紫外线紫外线照射时会产照射时会产照射时会产照射时会产生杀菌性自由基；生杀菌性自由基；

32、生杀菌性自由基；生杀菌性自由基；纳米化的纳米化的纳米化的纳米化的TiOTiO2 2 ，只要有，只要有，只要有，只要有可见光可见光可见光可见光，就能产生自由基。，就能产生自由基。，就能产生自由基。，就能产生自由基。生物活性及其应用生物活性及其应用生物活性及其应用生物活性及其应用功能材料功能材料功能材料功能材料1 1、聚合物纳米复合材料的、聚合物纳米复合材料的、聚合物纳米复合材料的、聚合物纳米复合材料的消毒杀菌消毒杀菌消毒杀菌消毒杀菌作用作用作用作用纳米二氧化钛与不同高分子复合，可以得到具有杀菌性能的纳米二氧化钛与不同高分子复合，可以得到具有杀菌性能的纳米二氧化钛与不同高分子复合，可以得到具有杀菌

33、性能的纳米二氧化钛与不同高分子复合，可以得到具有杀菌性能的涂料、涂料、涂料、涂料、塑料、纤维塑料、纤维塑料、纤维塑料、纤维等材料，形成制品后，可见光照射时可杀死表面细菌等材料，形成制品后，可见光照射时可杀死表面细菌等材料，形成制品后，可见光照射时可杀死表面细菌等材料，形成制品后，可见光照射时可杀死表面细菌 靶向药物中最重要的是靶向药物中最重要的是靶向药物中最重要的是靶向药物中最重要的是毫微米制剂毫微米制剂毫微米制剂毫微米制剂，是药物与高分子的复合物，粒径，是药物与高分子的复合物，粒径，是药物与高分子的复合物，粒径，是药物与高分子的复合物，粒径大小介于大小介于大小介于大小介于10-1000nm1

34、0-1000nm。实现实现实现实现定向给药，副作用小定向给药，副作用小定向给药，副作用小定向给药，副作用小。纳米微粒作为异物被巨噬细胞吞噬，到达。纳米微粒作为异物被巨噬细胞吞噬，到达。纳米微粒作为异物被巨噬细胞吞噬，到达。纳米微粒作为异物被巨噬细胞吞噬，到达网状内皮系统分布集中的肝、脾、肺、骨髓、淋巴等部位定点释放。网状内皮系统分布集中的肝、脾、肺、骨髓、淋巴等部位定点释放。网状内皮系统分布集中的肝、脾、肺、骨髓、淋巴等部位定点释放。网状内皮系统分布集中的肝、脾、肺、骨髓、淋巴等部位定点释放。纳米粒子的粒径纳米粒子的粒径纳米粒子的粒径纳米粒子的粒径允许肠道吸收允许肠道吸收允许肠道吸收允许肠道吸

35、收，可做成口服制剂。，可做成口服制剂。，可做成口服制剂。，可做成口服制剂。纳米毫微粒可以纳米毫微粒可以纳米毫微粒可以纳米毫微粒可以增加对生物膜的透过性增加对生物膜的透过性增加对生物膜的透过性增加对生物膜的透过性，有利于药物的透皮吸收和提，有利于药物的透皮吸收和提，有利于药物的透皮吸收和提，有利于药物的透皮吸收和提高细胞内药物浓度。高细胞内药物浓度。高细胞内药物浓度。高细胞内药物浓度。2 2、高分子纳米、高分子纳米、高分子纳米、高分子纳米靶向药物制剂靶向药物制剂靶向药物制剂靶向药物制剂使药物按照一定速率释放于特定器官（使药物按照一定速率释放于特定器官（使药物按照一定速率释放于特定器官（使药物按照

36、一定速率释放于特定器官（器官靶向器官靶向器官靶向器官靶向）、组）、组）、组）、组织（织（织（织（组织靶向组织靶向组织靶向组织靶向）和特定细胞（）和特定细胞（）和特定细胞（）和特定细胞（细胞靶向细胞靶向细胞靶向细胞靶向）功能材料功能材料功能材料功能材料常用金、银、铜等金属或者炭黑，某些金属氧化物也有应用常用金、银、铜等金属或者炭黑，某些金属氧化物也有应用常用金、银、铜等金属或者炭黑，某些金属氧化物也有应用常用金、银、铜等金属或者炭黑，某些金属氧化物也有应用可由多种可由多种可由多种可由多种导电粉体导电粉体导电粉体导电粉体材料与高分子材料复合制备，如导电胶、导电涂料等材料与高分子材料复合制备，如导电

37、胶、导电涂料等材料与高分子材料复合制备，如导电胶、导电涂料等材料与高分子材料复合制备，如导电胶、导电涂料等功能材料功能材料功能材料功能材料高分子导电材料高分子导电材料高分子导电材料高分子导电材料 纳米级银粉代替微米级，相同导电能力下，银粉用量可大大减少，降低纳米级银粉代替微米级，相同导电能力下，银粉用量可大大减少，降低纳米级银粉代替微米级，相同导电能力下，银粉用量可大大减少，降低纳米级银粉代替微米级，相同导电能力下，银粉用量可大大减少，降低材料密度。材料密度。材料密度。材料密度。半导体氧化物纳米微粒半导体氧化物纳米微粒半导体氧化物纳米微粒半导体氧化物纳米微粒TiOTiO2 2、FeFe2 2O

38、O3 3、CrCr2 2OO3 3、ZnOZnO与高分子材料复合，与高分子材料复合，与高分子材料复合，与高分子材料复合，可制成具有良好静电屏蔽能力的涂料。可制成具有良好静电屏蔽能力的涂料。可制成具有良好静电屏蔽能力的涂料。可制成具有良好静电屏蔽能力的涂料。化纤制品中加入金属纳米粒子可解决抗静电问题。化纤制品中加入金属纳米粒子可解决抗静电问题。化纤制品中加入金属纳米粒子可解决抗静电问题。化纤制品中加入金属纳米粒子可解决抗静电问题。少量碳纳米管制成的聚合物复合材料用于汽车车体，有利于静电喷漆。少量碳纳米管制成的聚合物复合材料用于汽车车体，有利于静电喷漆。少量碳纳米管制成的聚合物复合材料用于汽车车体

39、，有利于静电喷漆。少量碳纳米管制成的聚合物复合材料用于汽车车体，有利于静电喷漆。插主插主插主插主（hosthost）属于纳米属于纳米属于纳米属于纳米插层复合材料插层复合材料插层复合材料插层复合材料，由，由，由，由层状无机物层状无机物层状无机物层状无机物与与与与嵌入物质嵌入物质嵌入物质嵌入物质构成构成构成构成 石墨石墨石墨石墨 天然层状硅酸盐，如滑石、云母、黏土（高岭天然层状硅酸盐，如滑石、云母、黏土（高岭天然层状硅酸盐，如滑石、云母、黏土（高岭天然层状硅酸盐，如滑石、云母、黏土（高岭土、蒙脱土、泥质石）土、蒙脱土、泥质石）土、蒙脱土、泥质石）土、蒙脱土、泥质石）人工合成层状硅酸盐、云母，如层状

40、沸石、锂人工合成层状硅酸盐、云母，如层状沸石、锂人工合成层状硅酸盐、云母，如层状沸石、锂人工合成层状硅酸盐、云母，如层状沸石、锂蒙脱石、氟锂蒙脱石蒙脱石、氟锂蒙脱石蒙脱石、氟锂蒙脱石蒙脱石、氟锂蒙脱石 层状金属氧化物，如层状金属氧化物，如层状金属氧化物，如层状金属氧化物，如V V2 2OO5 5、MoOMoO3 3、WOWO3 3等等等等 过渡金属二硫化物、硫代亚磷酸盐、磷酸盐过渡金属二硫化物、硫代亚磷酸盐、磷酸盐过渡金属二硫化物、硫代亚磷酸盐、磷酸盐过渡金属二硫化物、硫代亚磷酸盐、磷酸盐三、聚合物三、聚合物三、聚合物三、聚合物/蒙脱土纳米复合材料蒙脱土纳米复合材料蒙脱土纳米复合材料蒙脱土纳米

41、复合材料客体客体客体客体（guestguest）无机小分子无机小分子无机小分子无机小分子 离子离子离子离子 有机小分子有机小分子有机小分子有机小分子 有机大分子有机大分子有机大分子有机大分子Polymer-clay nanocompositesPolymer-clay nanocomposites客体客体客体客体（guestguest）小分子：小分子：小分子：小分子：利用小分子与夹层的特殊作用，使插主附加导电、导热、催利用小分子与夹层的特殊作用，使插主附加导电、导热、催利用小分子与夹层的特殊作用，使插主附加导电、导热、催利用小分子与夹层的特殊作用，使插主附加导电、导热、催化、发光等功能化、发光

42、等功能化、发光等功能化、发光等功能 有机大分子：有机大分子：有机大分子：有机大分子：利用大分子基体与层状插主材料之间的作用，使插层材利用大分子基体与层状插主材料之间的作用，使插层材利用大分子基体与层状插主材料之间的作用，使插层材利用大分子基体与层状插主材料之间的作用，使插层材料综合插主与客体的功能，如在高分子成分上附加或改善某些性能，料综合插主与客体的功能，如在高分子成分上附加或改善某些性能，料综合插主与客体的功能，如在高分子成分上附加或改善某些性能，料综合插主与客体的功能，如在高分子成分上附加或改善某些性能，强度、耐热性、阻燃性等强度、耐热性、阻燃性等强度、耐热性、阻燃性等强度、耐热性、阻燃

43、性等19871987年日本丰田中央研究院首先报道尼龙年日本丰田中央研究院首先报道尼龙年日本丰田中央研究院首先报道尼龙年日本丰田中央研究院首先报道尼龙-6/-6/蒙脱土纳米复合材料，蒙脱土纳米复合材料，蒙脱土纳米复合材料，蒙脱土纳米复合材料，并用于汽车零部件制造，随后引起研究热潮。并用于汽车零部件制造，随后引起研究热潮。并用于汽车零部件制造，随后引起研究热潮。并用于汽车零部件制造，随后引起研究热潮。开发出环氧树脂、不饱和聚酯、聚酰亚胺、聚丙烯、聚氨酯等黏土纳开发出环氧树脂、不饱和聚酯、聚酰亚胺、聚丙烯、聚氨酯等黏土纳开发出环氧树脂、不饱和聚酯、聚酰亚胺、聚丙烯、聚氨酯等黏土纳开发出环氧树脂、不饱

44、和聚酯、聚酰亚胺、聚丙烯、聚氨酯等黏土纳米复合材料，云母、高岭土、石墨插层聚合物也有报道。米复合材料，云母、高岭土、石墨插层聚合物也有报道。米复合材料，云母、高岭土、石墨插层聚合物也有报道。米复合材料，云母、高岭土、石墨插层聚合物也有报道。蒙脱土是研究的主流。蒙脱土是研究的主流。蒙脱土是研究的主流。蒙脱土是研究的主流。蒙脱土（蒙脱土（蒙脱土（蒙脱土（monotmorillonitemonotmorillonite，MMTMMT）是一种）是一种）是一种）是一种层状硅酸盐层状硅酸盐层状硅酸盐层状硅酸盐蒙脱土的结构和性能蒙脱土的结构和性能蒙脱土的结构和性能蒙脱土的结构和性能整个片层厚约整个片层厚约整

45、个片层厚约整个片层厚约1nm1nm，长宽各，长宽各，长宽各，长宽各100nm100nm，每层包含，每层包含，每层包含，每层包含三个亚层三个亚层三个亚层三个亚层两个两个两个两个硅氧四面体硅氧四面体硅氧四面体硅氧四面体亚层夹一个亚层夹一个亚层夹一个亚层夹一个铝氧四面体铝氧四面体铝氧四面体铝氧四面体亚层，两亚层，两亚层，两亚层，两层之间通过通过层之间通过通过层之间通过通过层之间通过通过共用氧原子共用氧原子共用氧原子共用氧原子以共价键连接以共价键连接以共价键连接以共价键连接部分铝原子部分铝原子部分铝原子部分铝原子被低价原子取代，片层带有被低价原子取代，片层带有被低价原子取代，片层带有被低价原子取代，片

46、层带有负电荷负电荷负电荷负电荷，靠游离于层间的，靠游离于层间的，靠游离于层间的，靠游离于层间的NaNa+、CaCa2+2+、MgMg2+2+等等等等阳离子阳离子阳离子阳离子平衡平衡平衡平衡易与烷基季铵盐或其他有机阳离子进行易与烷基季铵盐或其他有机阳离子进行易与烷基季铵盐或其他有机阳离子进行易与烷基季铵盐或其他有机阳离子进行交换反应交换反应交换反应交换反应，生，生，生，生成成成成有机化蒙脱土有机化蒙脱土有机化蒙脱土有机化蒙脱土，层间距增大，可进一步使单体渗入，层间距增大，可进一步使单体渗入，层间距增大，可进一步使单体渗入，层间距增大，可进一步使单体渗入并聚合，或使聚合物熔体渗入形成纳米复合材料并

47、聚合，或使聚合物熔体渗入形成纳米复合材料并聚合，或使聚合物熔体渗入形成纳米复合材料并聚合，或使聚合物熔体渗入形成纳米复合材料蒙脱土的结构和性能蒙脱土的结构和性能蒙脱土的结构和性能蒙脱土的结构和性能蒙脱土的结构图蒙脱土的结构图蒙脱土的结构图蒙脱土的结构图蒙脱土的结构和性能蒙脱土的结构和性能蒙脱土的结构和性能蒙脱土的结构和性能膨胀性膨胀性膨胀性膨胀性，黏土片层间存在碱金属离子，可被水溶胀，亦称膨润土。，黏土片层间存在碱金属离子，可被水溶胀，亦称膨润土。，黏土片层间存在碱金属离子，可被水溶胀，亦称膨润土。，黏土片层间存在碱金属离子，可被水溶胀，亦称膨润土。晶层之间的阳离子可交换晶层之间的阳离子可交换

48、晶层之间的阳离子可交换晶层之间的阳离子可交换，通过与其他有机或无机阳离子的，通过与其他有机或无机阳离子的，通过与其他有机或无机阳离子的，通过与其他有机或无机阳离子的交换交换交换交换，可，可，可，可改变黏土层间的微环境以适应不同的要求。改变黏土层间的微环境以适应不同的要求。改变黏土层间的微环境以适应不同的要求。改变黏土层间的微环境以适应不同的要求。黏土等矿物颗粒可分离成层片，径黏土等矿物颗粒可分离成层片，径黏土等矿物颗粒可分离成层片，径黏土等矿物颗粒可分离成层片，径/厚比达厚比达厚比达厚比达10001000，故，故，故，故比表面积极高比表面积极高比表面积极高比表面积极高，赋予复合材料优异的增强性

49、能。赋予复合材料优异的增强性能。赋予复合材料优异的增强性能。赋予复合材料优异的增强性能。蒙脱土的重要性质蒙脱土的重要性质蒙脱土的重要性质蒙脱土的重要性质阳离子交换量（阳离子交换量（阳离子交换量（阳离子交换量（CECCEC）来表征，）来表征，）来表征，）来表征，100g100g干土吸附阳离子的摩尔数。干土吸附阳离子的摩尔数。干土吸附阳离子的摩尔数。干土吸附阳离子的摩尔数。太低：片层剥离推动力太小；太低：片层剥离推动力太小；太低：片层剥离推动力太小；太低：片层剥离推动力太小；太高：层内库仑引力极高，使层间作太高：层内库仑引力极高，使层间作太高：层内库仑引力极高，使层间作太高：层内库仑引力极高，使层

50、间作用力太大，不利于有机分子插入。用力太大，不利于有机分子插入。用力太大，不利于有机分子插入。用力太大，不利于有机分子插入。蒙脱土类黏土，蒙脱土类黏土，蒙脱土类黏土，蒙脱土类黏土，CECCEC值取值值取值值取值值取值60-120meq/100g60-120meq/100g黏土黏土黏土黏土蒙脱土的有机改性蒙脱土的有机改性蒙脱土的有机改性蒙脱土的有机改性蒙脱土硅酸盐片层与片层之间的坑道都是蒙脱土硅酸盐片层与片层之间的坑道都是蒙脱土硅酸盐片层与片层之间的坑道都是蒙脱土硅酸盐片层与片层之间的坑道都是亲水而亲水而亲水而亲水而疏油疏油疏油疏油的，与多数聚合物及其单体的，与多数聚合物及其单体的，与多数聚合物