复合材料结构与性能.ppt

《复合材料结构与性能.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《复合材料结构与性能.ppt（201页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、复合材料结构与性能复合材料结构与性能化学化工学院化学化工学院Chemistry&Chemical Engineering 朱爱萍朱爱萍主要内容主要内容概述概述聚合物基复合材料聚合物基复合材料聚合物与纳米科学（自学）聚合物与纳米科学（自学）复合体系的界面结合特性复合体系的界面结合特性一、概述一、概述复合是自然界的基本规律复合是自然界的基本规律生命体是多层次意义上的复合体系：生命体基本单位-细胞，是细胞膜、细胞基质、细胞核的复合体，各自担任营养、信息表达和力学支撑的作用。即使细胞膜也是有磷脂双分子层，蛋白质组成的复合功能体系。一、概述一、概述复合是科学的基本思想复合是科学的基本思想材料的复合化是材

2、料发展的基本趋势材料的复合化是材料发展的基本趋势复合材料可经设计，即通过对原材料的选择、各组份分布的设计和工艺条件的保证等，使原组份材料优点互补优点互补，因而呈现出呈现出色的综合性能。色的综合性能。一、概述一、概述从材料学角度来说，骨是由无机矿物与生物大分子规则排列所组成的复合材料。骨的有机成分主要是型胶原纤维，约占总重量的24%，是由三股螺旋结构的多肽链相互缠绕而形成，无机成分主要是磷酸钙盐，约占总重量的65%；其余为水。骨中的矿物质呈片状，尺寸约为5nm20nm40nm，位于原胶原分子的间隙孔之内，晶体的C轴平行与胶原纤维，这样就构成骨的基本结构。一、概述一、概述一、概述一、概述水凝胶类人

3、工皮又称冻胶，是亲水性聚合水凝胶类人工皮又称冻胶，是亲水性聚合物或水溶胀性聚合物，其粘附性能较好物或水溶胀性聚合物，其粘附性能较好。例如例如,氧化乙烯氧化乙烯-氧化丙烯的共聚物凝胶可氧化丙烯的共聚物凝胶可先制成溶液；将溶液涂在创面上于先制成溶液；将溶液涂在创面上于体温下体温下固化为人工皮。这种凝胶含水量达固化为人工皮。这种凝胶含水量达80%，能帮助维持体液平衡，加入消炎药和维生能帮助维持体液平衡，加入消炎药和维生素等药物后还能促进创面愈合。素等药物后还能促进创面愈合。一、概述一、概述人造皮肤人造皮肤一、概述一、概述1、复合材料、复合材料ISO定义为是：两种或两种以上物理和定义为是：两种或两种以

4、上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。料。复合材料应满足下面三个条件复合材料应满足下面三个条件（1）组元含量大于）组元含量大于5%；（2）复合材料的性能显著不同于各组元的）复合材料的性能显著不同于各组元的性能；性能；（3）通过各种方法混合而成。）通过各种方法混合而成。一、概述一、概述2、复合材料的特点：、复合材料的特点：1）由两种或多种不同性能的组分通过宏观或）由两种或多种不同性能的组分通过宏观或微观微观复合在一起的新型材料，组分之间存复合在一起的新型材料，组分之间存在着明显的界面。在着明显的界面。2）各组分保持各自固有特性的同时可最大

5、限）各组分保持各自固有特性的同时可最大限度地发挥各种组分的优点，赋予单一材料度地发挥各种组分的优点，赋予单一材料所不具备的优良特殊性能。所不具备的优良特殊性能。3）复合材料具有可设计性。）复合材料具有可设计性。一、概述一、概述3、复合材料的基本结构模式、复合材料的基本结构模式复合材料由基体和增强剂两个组分构成：基体：基体：构成复合材料的连续相；增强剂（增强相、增强体）：增强剂（增强相、增强体）：复合材料中独立的形态分布在整个基体中的分散相，这种分散相的性能优越，会使材料的性能显著改善和增强。增强剂（相）一般较基体硬，强度、模量较基体大，或具有其它特性。可以是纤维状、颗粒状或弥散状。增强剂（相）

6、与基体之间存在着明显界面。明显界面。一、概述一、概述4、复合材料的分类、复合材料的分类(1)按性能分类：普通复合材料：普通复合材料：普通玻璃、合成或天然纤维增强普通聚合物复合材料，如玻璃钢、钢筋混凝土等。先进复合材料：先进复合材料：高性能增强剂（碳、硼、氧化铝、SiC纤维及晶须等）增强高温聚合物、金属、陶瓷和碳（石墨）等复合材料先进复合材料的比强度和比刚度应分别达到400MPa/(g/cm3)和40GPa/(g/cm3)以上。一、概述一、概述(2)按基体材料分类：按基体材料分类：聚合物复合材料(+)金属基复合材料陶瓷基复合材料碳碳复合材料水泥基复合材料一、概述一、概述(3)按用途分类按用途分类

7、结构复合材料结构复合材料功能复合材功能复合材结构结构/功能一体化复合材料功能一体化复合材料一、概述一、概述(4)按增强剂分类按增强剂分类颗粒增强复合材颗粒增强复合材晶须增强复合材料晶须增强复合材料短纤维增强复合材料短纤维增强复合材料连续纤维增强复合材料连续纤维增强复合材料混杂纤维增强复合材料混杂纤维增强复合材料三向编织复合材料三向编织复合材料二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料1、聚合物基复合材料的分类聚合物基复合材料的分类2、聚合物基复合材料的性能、聚合物基复合材料的性能3、聚合物基复合材料的制备工艺、聚合物基复合材料的制备工艺4、复合材料成型固化工艺、复合材料成型固化工艺（1）工艺性工

8、艺性（2）复合材料的固化工艺过程复合材料的固化工艺过程二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料5、PMC的界面的界面（1）PMC的界面特点的界面特点（2）PMC的界面表征的界面表征（3）PMC的界面作用机理的界面作用机理（4）PMC的界面设计的界面设计6、纤维增强聚合物复合材料的力学性能纤维增强聚合物复合材料的力学性能（1)静态力学性能静态力学性能（2)疲劳性能疲劳性能(3)冲击和韧性冲击和韧性二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料高分子复合材料高分子复合材料高分子复合材料是高分子和其他材料的交叉科学，材料科学的目的就是制备性能完美，功能更多，价格更便宜的材料。二、聚合物基复合材料二、聚合物

9、基复合材料聚合物基聚合物基复合材料复合材料聚合物基聚合物基宏观复合材料宏观复合材料聚合物基聚合物基纳米复合材料纳米复合材料通常所说的聚合物通常所说的聚合物基复合材料基复合材料二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料5.2.1概述聚合物聚合物-玻璃纤维复合材料：玻璃纤维复合材料：20世纪世纪50年代年代碳纤维复合材料：碳纤维复合材料：20世纪世纪60年代年代聚合物聚合物-有机纤维复合材料：有机纤维复合材料：20世纪世纪70年代年代航空航天领域广泛应用航空航天领域广泛应用二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料类型及特点纤维增强制品液晶分子复合制品纳米复合制品二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材

10、料5.2.2增强剂主要品种:玻璃纤维;碳纤维;硼纤维;芳纶纤维;金属纤维;液晶高分子（LCP）;超高分子量聚乙烯纤维;纳米插层剂;天然纤维等二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料高性能复合材料的玻璃纤维主要有:高强度玻璃纤维、石英玻璃纤维和高硅氧玻璃纤维等.高强度玻璃纤维复合材料不仅应用在军用方面，近年来民用产品也有广泛应用，如防弹头盔、防弹服、直升飞机机翼、预警机雷达罩、各种高压压力容器、民用飞机直板、体育用品、各类耐高温制品以及近期报道的性能优异的轮胎帘子线等。石英玻璃纤维及高硅氧玻璃纤维属于耐高温的玻璃纤维，是比较理想的耐热防火材料，用其增强酚醛树脂可制成各种结构的耐高温、耐烧蚀的复合

11、材料部件，大量应用于火箭、导弹的防热材料。二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料碳纤维具有强度高、模量高、耐高温、导电等一系列性能，首先在航空航天领域得到广泛应用，近年来在运动器具和体育用品方面也广泛采用。据预测，土木建筑、交通运输、汽车、能源等领域将会大规模采用工业级碳纤维。19972000年间，宇航用碳纤维的年增长率估计为31%，而工业用碳纤维的年增长率估计会达到130%。我国的碳纤维总体水平还比较低，相当于国外七十年代中、末期水平，与国外差距达20年左右。国产碳纤维的主要问题是性能不太稳定且离散系数大、无高性能碳纤维、品种单一、规格不全、连续长度不够、未经表面处理、价格偏高等。二、聚合

12、物基复合材料二、聚合物基复合材料芳纶纤维20世纪80年代以来，荷兰、日本、前苏联也先后开展了芳纶纤维的研制开发工作。日本及俄罗斯的芳纶纤维已投入市场，年增长速度也达到20%左右。芳纶纤维比强度、比模量较高，因此被广泛应用于航空航天领域的高性能复合材料零部件（如火箭发动机壳体、飞机发动机舱、整流罩、方向舵等）、舰船（如航空母舰、核潜艇、游艇、救生艇等）、汽车（如轮胎帘子线、高压软管、摩擦材料、高压气瓶等）以及耐热运输带、体育运动器材等。二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料超高分子量聚乙烯纤维超高分子量聚乙烯纤维的比强度在各种纤维中位居第一，尤其是它的抗化学试剂侵蚀性能和抗老化性能优良。它还具

13、有优良的高频声纳透过性和耐海水腐蚀性，许多国家已用它来制造舰艇的高频声纳导流罩，大大提高了舰艇的探雷、扫雷能力。除在军事领域，在汽车制造、船舶制造、医疗器械、体育运动器材等领域超高分子量聚乙烯纤维也有广阔的应用前景。该纤维一经问世就引起了世界发达国家的极大兴趣和重视。二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料5.2.3聚合物基体聚酰胺酰亚胺;聚醚醚酮;聚芳砜;聚苯硫醚;聚烯烃;酚醛树脂;环氧树脂;不饱和聚酯;硅树脂;聚酰亚胺树脂;聚乳酸;乙烯基酯树脂;PP、PE、PA、PBT、PEI、PC、PES、PEEK、PI、PAI等热塑性工程塑料二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料环氧树脂的特点是具有

14、优良的化学稳定性、电绝缘性、耐腐蚀性、良好的粘接性能和较高的机械强度，广泛应用于化工、轻工、机械、电子、水利、交通、汽车、家电和宇航等各个领域。酚醛树脂具有耐热性、耐磨擦性、机械强度高、电绝缘性优异、低发烟性和耐酸性优异等特点，因而在复合材料产业的各个领域得到广泛的应用。二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料乙烯基酯树脂是20世纪60年代发展起来的一类新型热固性树脂，其特点是耐腐蚀性好，耐溶剂性好，机械强度高，延伸率大，与金属、塑料、混凝土等材料的粘结性能好，耐疲劳性能好，电性能佳，耐热老化，固化收缩率低，可常温固化也可加热固化。二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料5.2.4制造及成型方

15、法层压及卷管成型缠绕成型(缠绕管)夹层结构制造罐生产线、拉挤工艺生产线、连续制板机组、树脂传递模塑(RTM)成型、喷射成型技术、树脂注射成型技术及渔竿生产线等二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料5.2.5界面界面的形成与界面结构界面的作用界面作用机理二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料聚合物复合材料的表界面性能及改性，界面对宏观性能的影响以及表面与界面的表征。基本概念:表面张力、表面自由能、润湿现象、吸附现象高分子材料的表界面:表面张力与温度的关系、表面张力与分子结构的关系、状态方程、高分子材料表面张力的测试方法二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料聚合物合金的界面聚合物-聚合物体系

16、的相容性、相图；改善聚合物体系的相容性的方法。复合材料界面理论浸润性理论、化学键理论、过度层理论、摩擦理论、扩散理论、静电理论、酸碱作用理论等。二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料复合材料界面力学性能的表征偶联剂:有机硅烷偶联剂、有机铬偶联剂、钛酸脂类偶联剂玻璃纤维、碳纤维及有机纤维复合材料的界面玻璃纤维、碳纤维及有机纤维的结构和组成；玻璃纤维、碳纤维及有机纤维的表面处理二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料金属基及陶瓷基复合材料的表界面金属及陶瓷材料的表界面性能；表面改性；金属基及陶瓷基复合材料界面性能。二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料6、性能及应用举例性能及应用举例复合效果弹

17、性模量强度耐热性能其他性能二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料硅烷提高复合材料机械性能、电气性能、透光性能，特别是能大幅度提高复合材料的湿态性能。二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料ZH-570主要用于不饱和聚脂复合材料中，可以提高复合材料机械性能、电气性能、透光性能，特别是能大幅度提高符合材料的湿态性能。（1）用（含该偶联剂的）浸润处理玻纤，可提高玻纤增强复合材料湿态的机械强度和电气性能。（2）电线电缆行业，用该偶联剂处理陶土填充过氧化物交联的EPDM体系，可以改善消耗因子及比电感容抗。（3）与醋酸乙烯和丙烯酸或甲基丙烯酸单体共聚，得到的聚合物广泛用于涂料、胶粘剂和密封剂中，提供优异

18、的粘合力和耐久性二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料高性能热塑性树脂基复合材料以注射件居多，基体以PP、PA为主。产品有管件（弯头、三通、法兰）、阀门、叶轮、轴承、电器及汽车零件、挤出成型管道、GMT模压制品（如吉普车座椅支架）、汽车踏板、座椅等。玻璃纤维增强聚丙烯在汽车中的应用包括通风和供暖系统、空气过滤器外壳、变速箱盖、座椅架、挡泥板垫片、传动皮带保护罩等。二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料采用磨盘型力学化学反应器制备PA6、PP混合微粉并与SBS共混制备复合材料，用SEM、TEM研究不同温度下材料的相结构变化。结果表明，随PA、PP填充量

19、增加，低温下，塑料相从均匀分散到聚集态形成。在高温下、塑料颗粒相熔融合并使其分散相结构发生变化直至形成链状连续相。二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料滑石粉填充的PP具有高刚性、高强度、极好的耐热老化性能及耐寒性。滑石粉增强PP在车内装饰方面有着重要的应用，如用作通风系统零部件，仪表盘和自动刹车控制杠等，例如美国HPM公司用20%滑石粉填充PP制成的蜂窝状结构的吸音天花板和轿车的摇窗升降器卷绳筒外壳。二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料界面改性剂：PP-g-MAHPP-g-MAH/PP/滑石粉复合材料复合材料性能的缺口冲击强度、弯曲强度和拉伸强度均有增强作用;机理：相界面的改善.二、聚

20、合物基复合材料二、聚合物基复合材料云母复合材料具有高刚性、高热变形温度、低收缩率、低挠曲性、尺寸稳定以及低密度、低价格等特点，利用云母/聚丙烯复合材料可制作汽车仪表盘、前灯保护圈、挡板罩、车门护栏、电机风扇、百叶窗等部件，利用该材料的阻尼性可制作音响零件，利用其屏蔽性可制作蓄电池箱等。二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料界面相容剂：PP-g-MMA/MAH/BA复合体系PP/云母可提高体系的拉伸强度、弯曲强度、维卡软化点及表面极性,并降低制品的成型收缩率;同时,体系的加工性能也得到改善.二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料以纳米改性塑料，可使塑料的聚集态及结晶形态发生改变，从而使之具有

21、新的性能，在克服传统材料刚性与韧性难以相容的矛盾的同时，大大提高了材料的综合性能。二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料碳纳米管-聚合物复合材料网站二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料Figure1:Afield-emissionSEMimageofthefracturesurfaceatthebrokenendofapolycarbonatecompositeloadedat1wt%withZPM-processedSWNTs.TheSWNTsappearhereaswhitefibersretainedinthematrix.二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料Figure 2:

22、Electrical conductivity of polystyrene/SWNT composites.二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料7、我国复合材料的发展潜力和热点、我国复合材料的发展潜力和热点复合材料创新复合材料创新包括复合材料的技术发展、复合材料的工艺发展、复合材料的产品发展和复合材料的应用，具体要抓住树脂基体发展创新、增强材料发展创新、生产工艺发展创新和产品应用发展创新。二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料有些聚合物复合材料质地非常坚硬，质量却很轻，它的强度/重量比大约是一般金属的10倍。据澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）的研究员乔纳森霍奇金博士介绍，虽

23、然这种材料具有优越的性能，但到目前为止大多数生产厂家还没有能力制造。二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料这种材料可以制成隐形战斗机和豪华赛车。但是，在材料的制造过程中却存在很多技术问题。该复合材料价格昂贵、耗工时，每个部件都需要在高温高压锅中加工达16个小时。这给材料生产带来很大的困难。二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料针对这种情况,澳大利亚新开发的新型“快步”（Quickstep）工艺改变了这种高档复合材料加工难的局面。快步工艺是一种快速制造方法，该工艺无需使用高压炉就能制造出质量很高的复合材料产品（可达到航天工业标准）。快步工艺已于今年4月23-28日在德国的汉诺威会议上发表。二

24、、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料该技术利用流体（如水）的热传导生产出航天工业标准的环氧基树脂复合材料，而生产时间却由过去的24小时减到现在的约1小时，如果制造AAA级别汽车及船舶复合材料则生产时间更短。另外，与传统生产方法相比，该工艺所需的设备造价要低得多。二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料快步工艺通过流体震动，采用一种独特的、充液的、压力平衡的流动塑造技术，来生产高级的增强型玻璃纤维复合材料部件。二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料快步工艺实现了具有优良性能的大型部件的快速制造。工艺的工作压力为l4磅/平方英寸，而高压炉的工作压力则为60一200磅平方英寸。与传统工艺相比，不

25、仅工艺工作压力低，而且劳动成本也低。流体系统环境意味着；注塑和部件制造是由流体支持的，而不需高压条件。二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料该技术已经对多种聚合物纤维系统进行了测试，这其中包括环氧基树脂/碳纤维和乙烯基酯/玻璃纤维。经该工艺制造而成的复合材料纤维含量都很高，通常可超过70%，而且材料孔隙含量极少，已经达到航天工业的质量水平。二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料到2007年，亚洲占世界复合材料总销售量的比例将从18%增加到25%，目前亚洲人均消费量仅为0.29kg，而美国为6.8kg，亚洲地区具有极大的增长潜力。二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料(2)聚丙烯腈基纤维发

26、展我国碳纤维工业发展缓慢，从CF发展回顾、特点、国内碳纤维发展过程、中国PAN基CF市场概况、特点、“十五”科技攻关情况看，发展聚丙烯腈基纤维既有需要也有可能。二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料性能：聚丙烯晴基炭纤维的拉伸强度，拉伸模量，内部的炭颗粒排列；孔洞、皮芯结构等缺陷。结构：CF的微晶尺寸(Lc)，层面间距(d002)制备工艺：张力炭化温度二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料(3)玻璃纤维结构调整我国玻璃纤维70%以上用于增强基材，在国际市场上具有成本优势，但在品种规格和质量上与先进国家尚有差距，必须改进和发展纱类、机织物、无纺毡、编织物、缝编织物、复合毡，推进玻纤与玻钢两行

27、业密切合作，促进玻璃纤维增强材料的新发展。二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料。英文原名为：glassfiber。玻璃纤维是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺。二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料玻璃纤维增强复合材料可作为保温、保冷及其它工程的外护材料。玻璃纤维增强复合材料广泛应用于石油、化工、电力、轻工、纺织、冶金、机械建材等工矿企业及民用供热、制冷系统。在保温工程中使用AFC外护材料后，可使表面温度降低3-4，使用玻璃纤维增强复合材料外护材料每100m2,每年可少热损失折合标准煤4-5吨，用以取代铝、镀锌铁皮，可以节约大

28、量金属材料。二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料(4)开发能源、交通用复合材料市场一是:清洁、可再生能源用复合材料二是:汽车、城市轨道交通用复合材料三是:民航客机用复合材料四是:船艇用复合材料二、聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料1、分析采用新型热塑性玻纤增强复合材料为、分析采用新型热塑性玻纤增强复合材料为什么可以使汽车更安全；什么可以使汽车更安全；2、长玻纤增强、长玻纤增强PET复合材料的制备及力学性复合材料的制备及力学性能能3、讨论碳纤维、讨论碳纤维/环氧树脂的制备、性能特点环氧树脂的制备、性能特点及其应用及其应用4、聚丙烯发泡材料制备技术、聚丙烯发泡材料制备技术三、聚合物与纳米科学

29、三、聚合物与纳米科学高分子材料的纳米化:要求在分子层次上调控和实现高分子的功能.即采用化学与物理等方法,利用温度场、磁场、微重力场等外场的作用，在一确定的空间或环境中像运积木块一样移动分子，采用自构筑（self-organization）、自合成（self-synthesis）或自组装（self-assembly)）等方法，靠分子间弱相互作用，构建具有特殊形态结构的分子聚集体。或进一步在分子聚集体中引发成键，得到具有高度准确的多级结构的高分子。三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学应用前景：1）集成光学器件2）集成光电器件以及微型光电机械中3）定向传输纳米尺度上的电、光、磁或热等信号4）催化

30、5）生物医学等三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学 新技术 thermal laser vaporization aerosol techniqueschemical vapor depositionSputtering 4.2聚合物与纳米科学1）共聚物自构筑结构纳米粒子的组装2）聚电解质多层的微胶囊制备金属复合物3）自构筑胶体纳米粒子4)表面改性三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学共聚物1)结构三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学BlockcopolymerGraftcopolymer三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学Diblock;triblock;fourarmstar

31、block;randommultiblock三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学2)共聚物的自聚集两亲性的共聚物因亲水链段与疏水链段的类型、比例等因素可以聚集成不同形貌的纳米粒子。Sphere,vesicles,rods,lamellas,tubes,large compound micelles,and large compound vesicles.（如下图）三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学Morphologies of the PEO-b-PS Micelles in Water三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学洋葱形貌三、聚合物

32、与纳米科学三、聚合物与纳米科学PEO-b-PSccmcccgccmc:criticalmicelleconcentrationcgc:criticalgelconcentration三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学3）影响聚集性质的因素：A）共聚单体的类型B）链长C）嵌段的比例三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学4）两亲性聚电解质的聚集行为 Poly(methacrylic acid-block-ethyl acrylate)(P(MAA-b-EA)copolymer.The polymer exists as spherical micelle containing 60 pol

33、ymer chains.The micelle consists of a hydrophobic EA core surrounded by a hydrophilic MAA shell,which expands when the MAA segments are ionized.TEMmicrographofP(MAA-b-EA)micelleunderhighermagnificationProposedmicellarstructureoftheP(MAA-b-EA)polymerTEMimageofP(MAA-b-EA)micelles(samplepreparedfrom0.1

34、wt%aqueousofP(MAA-b-EA)at=0.15)三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学During the course of neutralization,the particle size increases from22 nm at=0 to 30 nm at=0.15,thereafter it decreases to a minimum of 12 nm at=0.29,suggesting that the polymer undergoes a structural change(expansion-dissociation)upon ionization.Wh

35、en Rexceeds 0.6,the micelles completely disintegrate into single polymer chains.三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学D）两亲性聚电解质的聚集行为的影响因素Their characteristics may respond to external stimuli such as pH or addition of neutral salt.The self-assembling of polyelectrolyte block copolymers is mainly controlled by hydropho

36、bic interaction and electrostatic repulsion.In aqueous solution,the nonionic(usually hydrophobic)moieties form the core of the micelle surrounded by a corona composed of the ionic blocks.三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学Morphologies of the PAA-b-PS Micelles三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学5）两亲性共聚物的应用A）nanoreactorsB）solubiliz

37、ation of drugs in controlled drug deliveryC）DNA carriers三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学CatalyticHydrogenationwithPd-AuNPinPS-b-P4VPMicelles三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学Drug delivery三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学4.2.2 金属-聚合物复合纳米粒子三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学Metallation of PEO-b-P4VP Micelles三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学Hybrids

38、 of Amphiphilic Block Copolymer Micelles with Surfactants三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学Fe2O3 Nanoparticles in triblock copolymer cylinders三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学TEM Images of Fe2O3 Triblock Copolymer Cylinders三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学4.2.3 聚电解质胶囊化纳米粒子三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学TEM of microcapsules三、聚合物与纳

39、米科学三、聚合物与纳米科学SEM of nanocapsules三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学Encapsulation of Nanoparticles in Microcapsules三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学Microcapsules Aligned in Magnetic Field三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学4.2.4 纳米粒子的表面改性A)概述纳米粒子由于van der Waals引力而具有很强的聚集倾向.研究稳定纳米粒子的方法至关重要,目的是抵抗引力.Particles in a colloid(A)uncharged particles ar

40、e free to collide and agglomerate and(B)charged particles repel each other.Electrostatic stabilization三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学B)稳定机理三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学 Steric stabilization of metal colloid particles by polymers:(A)entropic effect,(B)osmotic effect.Steric stabilizationC)方法I)Template-Assisted Surface co

41、nfinement provided by liquid droplets has been used to assemble colloidal particles or microfabricated building blocks into spherical objects.三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学In this process,patterned arrays of templates are fabricated in thin films of photoresists(for example,spin-coated on

42、glass,silicon wafer,or quartz substrates),using conventional photolithography techniques used in microelectronics or printing processes.三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学Control over the number of particles in each such template is governed by the size of the particles and the size and shape of the templates.Patt

43、erned arrays of relieves on solid substrates have also been exploited to grow colloidal crystals with unusual crystalline order and orientations.SEMofaPScolloidalcrystal(A);LowMagnificationSEMofasingleparticleof3DOMtitania(B);HighmagnificationSEM(C);TEM(D)(A)AFMimageofthetemplate(aparallel2D-arrayof

44、trenchesthatwere150and150nminwidthanddepth,respectively),whichwasfabricatedusingnear-fieldopticallithography.(B)SEMimageofthelinearchainsthatwereformedbytemplating150-nmPSbeadsagainstthattrenches三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学Fabrication based on this approach is remarkable for its simplicity,and for its fidel

45、ity in transferring the structure from the template to the replica.The size of the pores and the periodicity of the porous structures can be precisely controlled and readily tuned by changing the size of the colloidal spheres.There is no doubt that a similar approach is extendible to other materials

46、.三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学The only requirement seems to be the availability of a precursor that can infiltrate into the void spaces among colloidal spheres without significantly swelling or dissolving the template(usually made of polystyrene beads or silica spheres).(35 nm)三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学II)Electros

47、tatic Complexation with Charged Langmuir MonolayersThe air-water interface has been recognized to be an excellent media for organization of inorganic cations using charged amphiphilic monolayers(Langmuir films).三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学This approach has been extended to assemble large inorganic anions an

48、d biological macromolecules.三、聚合物与纳米科学三、聚合物与纳米科学Colloidal particles can apparently be trapped at the liquid surface as a result of the electrostatic and surface tension forces.The interaction between the ions/macromolecules in solution and charged lipid Langmuir monolayers drives the organization at

49、 the air-water interface.The nanoparticles organized in this fashion by the LangmuirBlodgett(LB)method can then be transferred into appropriate substrates,for example,carboxylic-derivatized silver nanoparticles can be immobilized at octadecylamine(ODA)Langmuir monolayer surfaces.(A)TEMimageofgoldcol

50、loidsinthepores,Boththeupperandlowerwallswereremovedbysectioning;(B)Schematicrepresentationillustratingthesituation III)Chemically Patterned SubstratesStripes and channels with alternating wetability can also be produced by using wetting instabilities during the LB film transfer that has long been u