1納米材料的特性當材料的尺寸進人納米級，材料本身便會呈現許多奇怪的簇新的物理性能1：小尺寸效應4超輕微粒的尺寸9光波波長，德布羅意波長以及超導態的相干長度或投射深度等物理特征尺寸相當或更小時，晶體間期性的邊境條件將被毀壞；非晶態納米微粒的顆粒外表附近原子密度減小，招致聲、光電、磁學、熱學、力學等特性呈現新的小尺寸效應納米微粒的小尺寸效應使其具有共同的物理化學性能若將納米粒子添加到聚合物中，不但能夠全面改善聚合物材料的力學性能，還nj賦予材料新的功能外表效應隨著納米粒子粒徑的減小。其外表積增大，外表原子所占比例急劇增加，當粒徑為1nm時，納米材料簡直全副由單層外表原子組成由丁外表原子數增多，原子配位缺乏以及高的外表能使這畔外表原子具有高的活性，極不穩定，很容易5其它原子聯合，若將納米粒子添加到聚合物中，這些具有不飽和性質的外表子就很容易同聚合物分子鏈段發作物理化學作用這樣兩者不但能夠通過范德華作用力相聯合，而且納米粒子還4同聚合物分子鏈段上的活性點發作化學反饋而聯合。

　　正是由于納米材料本身所具有的奇特性質，使其在光、電、磁、力學等方面表現出許多奇怪的物理和化學性能，在許多方面具有重要的應用價值。

　　2工程塑料/納米粒子復合材料將納米材料與高聚物相復合。可制得聚合物/納米粒子復合材料采納通用塑料與納米材料相復合的鉆研非常寬泛，技術也比較成熟1，這里不再贅述。

　　將納米材料與工程塑料相復合可制得工程塑料/納米粒子復合材料-該類復合材料可將程塑料的各項優良性能勺納米材料的一咚特異性質如導電性、導磁性、電磁波吸收性等完滿地聯合，從而獲得性能更加優良，價格更加合理、應用領域更多的一類新型材料2.1工程塑料/納米粘土復合材料將聚合單體或聚合物分子與粘土、云母等層間距為納米級的層狀無機物復合，不只可形成“嵌人納米復合材料”，而且可使片層物均勻地分散于聚合物中形成“層離納米復合材料'目前對納米粘土類復合材料的鉆研最多，成績應用也較廣。依據插層模式的不同，可分為下列幾種：插層聚合插層聚合又稱為原位插層聚合，將聚合物單體先嵌人片層中，再在熱、光引發劑等作用下聚合，有層膨脹化處置和處置后粘土與聚合物單體的聚合分為兩步停止：A.Lsuld等：7.‘采納”二步法“制備了尼龍（PA）6/納米粘土復合材料，其辦法是先用1218烷基氨基酸作插層劑對納米蒙脫土停止陽離子替換處置，然將陽離子替換后的蒙脫土與e-己內酰胺混合在常規條件下聚合而制得聚合過程中，納米蒙脫土的均勻粒徑由原來的50pm解離為40ni，均勾分散丁PA6體屮該法的毛病，-是粘七的膨脹化處置過程：增加設施，消耗大量的間和能量，招致消費本錢回升，屯產效率>-降；二適處置P的粘十與聚合物熔體的混合物缺乏活動性，使得粘土不易均勾分散在聚合物單體中，從而招致熔體縮聚丁藝較難及材料性能的下降為了進步無機填料與聚合物基體之間的互相作用，并抵達納米尺度的分散，漆宗能等：8開發了”一步法“制備聚合物/納米粘土復合材料的辦法，即將粘土陽離子替換反饋、聚合物單體插層后的粘土與聚合物單體共聚合在反饋器內一次完成，使粘土通過庫侖力與聚合物基體聯合并以納米尺度均勻地分散在聚合物基體中，從而制成高性能的聚合物/納米粘復合材料。

　　溶液或乳液插層通過溶液或乳液將聚合物嵌人片層中。GuillmrmJimenez等：9：將聚己內酰溶于氯仿中制得溶液，再加人納米蒙脫土，使聚己內酰胺分子嵌入蒙脫土片層中，制得了聚己內酰胺/納米蒙脫土復合材料該辦法的關鍵是尋找適宜的單體和相容的聚合物粘土礦溶劑體系。

　　關于一些特種工程塑料如聚苯硫醚（PPS）很難找到溶劑，因而此法對這些聚合物有一定的局限性。

　　熔體插層將插層劑插人到準二維硅酸鹽粘土片層間，使粘土片層撐開，進而依靠分子鏈與插層劑有機基團間的互相作用以及螺桿的剪切力，使高分子鏈插人到粘土片層間并將片層解離，使粘土抵達納米尺度的均勻分散，形成篼聚物/納米粘土復合材料。與插層聚合法相比，該法不需溶劑、耗時短、操作簡略、效率高、合適大多數聚合物、易于工業化應用，且性能與原位插層聚合材料相當。戈亮堂通過鉆研證明聚甲醛（POM）的分子鏈中帶有氧基團，能夠與蒙脫土中的羥基形成氫鍵，所以對蒙脫土不用停止有機化處置，可直接與POM熔融共混形成納米復合材料。但在對聚醚酰亞胺（PEI）/納米粘土復合材料的鉆研過程中，A.B.Morgan等認為，為提篼納米粘土與聚合物的相容性而對納米粘土停止的有機化處置不能承受熔體插層的高溫，因而熔體插層對PEI類特種工程塑料是不適用的。此法是否適用于其它高熔點聚合物尚有待深人鉆研。

　　插層法工藝簡略、原料來源豐碩、價廉。該法的關鍵技術是對片層插層前的處置，利用插層劑建設納米粘土與高聚物的連貫橋梁。不同的聚合物應選用不同的插層劑，最常用的插層劑為烷基銨鹽，也有用其它有機鹽或中性分子類衍生物的。此外，不同的加工辦法所選用的插層粘土也是有區別的。值得留神的是，制備納米蒙脫土的膨潤土中蒙脫石含量應大于95%，而自然界很難找到這樣的原礦，須要經過提純。

　　上述辦法制得的工程塑料/納米粘土復合材料的件能比普通樹脂基復合材料有了很大進步，表如今1：13：：①密度小，只需參與很少質量分數的納米材料即可具有高強度、高韌性及高阻隔性能，而常規纖維、礦物填充的復合材料須要填充高得多的用量，且各項性能指標不能兼顧；②具有優良的熱穩定性及尺寸穩定性；③力學性能優于纖維加強聚合物體系，因為層狀硅酸鹽能夠在二維方向上起到加強作用，無需特殊的層壓處置；④由于硅酸鹽片層平面取向，因而有優良的阻隔性能，有可能取代聚合物/金屬箔復合材料，且容易回收；⑤納米蒙脫土的加人可進步結晶性聚合物如P0M、熱塑性聚酯（PET、PBT）等的結晶速率，起到了異相成核的作用，在結晶過程中納米蒙脫土與P0M等互相作用，使分子鏈在結晶運動中排列鏈段所需的能量降低。

　　值得留神的是，美國空軍在對聚聯二苯醚三苯磷酸酯（PBETP）的納米材料改性鉆研中，發現少量納米粘土能夠顯著扭轉超高性能聚合物的性質，但這是以降低基體樹脂的其它一些優良性能為代價的。關于通過分子設計獲得的超高性能聚合物，其性能已非常優良，如何進一步進步其性能而不犧牲其它優良性能，是今后工作面臨的挑戰。

　　聚合物/納米粘土復合材料優良的性能使其獲得了寬泛的應用。1987年日本豐田公司研制了PA6/納米粘土復合材料并逐步商品化，已應用于汽車工業；1998年GE公司與Motell公司合作開發的聚合物/有機納米粘土復合材料也已用作汽車部件；最近Eastman公司研制了一種具有超高阻隔性的PA/納米粒子復合材料Imperm，其阻隔性能為普通PA的3 -6倍，因而用Imperm成型的包裝制品的存儲工夫明顯延長，使該材料能夠寬泛地應用于多種容器的制造。中科院化學鉆研所采納天然蒙脫土作為分散相，將硅酸鹽原有構造解離成厚度為1nra、長寬各約為100nm的片層，使之均勻分散在聚合物中，實現了納米粘土片層在聚合物中的納米級分散，成功地開發了PA6/納米粘土復合材料及PET/納米粘土復合材料，所得材料的各項性能比原基體樹脂均有很大的進步；同時，PA6/納米粘土復合材料也在岳陽石化總廠鉆研院中試開車成功，產品性能指標均抵達國外同類產品水平，這標明我國納米技術在工程塑料方面的應用獲得了很大停頓。

　　2.2工程塑料/剛性納米粒子復合材料用剛性納米粒子對有一定脆性的工程塑料增韌是改善其力學性能的另一種可行的辦法。隨著無機粒子微細化技術和粒子外表處置技術的開展，特別是近年來納米級無機粒子的呈現，塑料的增初改性徹底沖破了以往在塑料中加人橡膠類彈性體的做法，因為這種用彈性體增韌是以犧牲材料的剛性、尺寸穩定性和耐熱性為代價的。

　　從復合材料的觀點動身，若粒子剛硬且與基體樹脂聯合良好，剛性無機粒子也能承受拉應力，起到增韌加強作用。

　　關于超微無機粒子增韌改性機理，L.Mascia及李東明等停止過較深人的鉆研W，關于剛性粒子增鈿聚合物的鉆研，已有了不少成功的經歷如弗吉尼亞高分子技術鉆研所等采納溶膠-凝膠法將化的PA-聚酰亞胺（PI）與納米TiO：復合制備了納米復合材料何春霞等：2<>1鉆研了不同納米材料如納米Si02、Ti02、Al203、ZiO2等填充的聚四氟乙烯（PTFE），發現納米A1203含量為10%時PTFE的拉伸強度及斷裂伸長率最大，磨損量最小，耐磨性最好，其綜合力學性能抵達最佳；而納米Si02的加人會使PTFE變為典型的脆性材料，其硬度也顯著增大，其主要起因是A120，與PTFE的相容性最好，當Al：03含量為10%時與基體協同作用最好；而納米SiO：與PTFE的相容性最差。

　　李小兵等通過溶膠-凝膠法制備了不同納米02含量的PI/納米5；02復合材料。鉆研標明，該納米復合材料具有比PI更高的熱穩定性和彈性模量，其熱膨脹系數顯著降低，拉伸強度和斷裂伸長率隨納米《02含量而變遷，當納米Si02的質量分數別離為10%和30%時呈現最大值，各為基體的1.5倍和3倍。

　　納米212復合材料，能改善PEEK的摩擦行為，所得材料具有低摩擦系數和磨損率221.總之，采納納米剛性粒子填充工程塑料不只會使材料的韌性和強度得到進步，而且其性能價格比也得到了較大進步，并為消費中降低本錢提供了一種新的伎倆：由于T程塑料價格較高，人們希望盡量利用回收料，但熱塑性樹脂經二次加工后其性能均會有不同水平的下降，而利用剛性納米粒子對回收料停止改性可有效進步熱塑性程塑料的廢料利用率和降低本錢，從而緩解資源短缺，并減少環境污染問題。

　　2.3工程塑料/破納米管復合材料碳納米管于1991年由S.jmia發現，其直徑比碳纖維小數千倍，而性能遠優于經常用作加強材料的玻璃纖維。

　　碳納米管可分為單壁型和多壁型兩類。盡管兩者非常類似，但其制作辦法和性能卻不盡雷同，其構造決定了它們具有金屬性還是具有半導體性質。碳納米管的力學性能相當突出，多壁納米管的均勻彈性模M為1800GPa，拉伸強度（實驗值）為305GPa.層間剪切強度高達500MPa，比碳纖維加強環氧樹脂高一個數量級。只管碳納米管的拉伸強度如此之高，但它們并不象碳纖維那樣跪，碳纖維在變形約1%時就會斷裂，而碳納米管在變形約18%時才會斷裂在電性能方面，將碳納米管用作聚合物的填料具有共同的劣勢。參與少量碳納米管即可大幅度進步材料的導電性。

　　與導電性炭黑相比，碳納米管有高的長徑比，多壁碳納米管的均勻長徑比可達1000，因而其體積分數可比球狀炭黑減少很多，加之碳納米管的本身長度極短且柔曲性好，用它填充聚合物基體時不會斷裂而堅持其高長徑比。愛爾蘭都柏林Trinity學院231停止的鉆研標明，在塑料中加人2%3%的多壁碳納米管可使其電導率進步14個數量級，即從HT12S/m提篼到102S/m.胡平等鉆研了超高分子量聚乙烯（UHMWPE）/碳納米管復合材料的電件能，發現摻入微量碳納米管就能顯著降低其電阻率利用碳納米管改善UHM-WPE的導電性充分體現出低含量、高效率的長處用于航天T.業的玻璃纖維加強塑料在11行往汴因外部氣流與加強塑料之間產生的摩擦引起靜電而十擾無線通訊，而用碳納米管加強的工程塑料可在大幅度進步材料力學性能的同時處置這一問題。碳納米管已經在一些國家獲得了實際應用，例如美國國家航空與宇宙航行局（NASA）和休斯敦的Rice大學TF.準備將碳納米管與T.程塑料復合首批應用于航天領域；美國RTP公司開發了一系列碳納米管配混料，目前可供配混的T.程塑料杳PA、聚碳酸酯（PC）、PC/ABS合金、PET（PBT）、PPS、PEI和PEEK，其它工程塑料的配混料也在開發之中：，2.4工程塑料/金屬（金屬氧化物）納米粉復合材料⑴金屬或金屬氧化物納米粉往往具有常規材料所沒有的特性。假如用這種納米材料與T程塑料復合將會得到具有特異光電功能的特種T程塑料，將其用于各種高技術產業會有廣大的開展空間，金屬納米粉體對電磁波有特殊的吸收作用鐵、鈷、氧化鋅粉末及碳包金屬粉末可用作軍用高性能毫米波隱形材料、可見光-紅外線隱形材料和構造式隱形材料，以及手機輻射屏蔽材料。另外，鐵、鈷、鎳等的納米粉有相當好的磁性能；銅納米粉有優良的導電性。用這些金屬（金屬氧化物）納米粉與工程塑料復合可予工程塑料許多新的功能，使其能更寬泛地應用于軍事、航空航天、電子等高、精、尖產業。

　　3現狀與展望目前在對工程塑料/納米粒子復合材料的鉆研中存在的主要問題是，由于工程塑料一般性能較高，熔體粘度較大且加工溫度較篼，這就給已有很大外表能的納米粒子在基體中的分散形成了艱難。國外對這方面的鉆研已開展了近20年，并在一些方面獲得了很大的停頓，尤其是對PA、PI、PET（PBT）等的改性已有了較為成熟的科技成績并已逐步商品化，但對特種T程塑料或高性能樹脂如PPS、PEEK等的納米材料改性鉆研尚有待深刻，一旦在該領域獲得突破，將會進一步進步和豐碩特種T程塑料的優良性能，促進特種工程塑料和納米復合材料的開展，我國對納米材料的鉆研起步雖晚，但開展很快，與國外相比，某些方面的鉆研工作如漆宗能等對聚合物/納米粘土復合材料的鉆研，黃銳等利用剛性粒子對聚合物改性的鉆研都在學術界極有影響，處于世界先進水平。另外，王琪等開發的磨盤法制備聚合物/納米粒子復合材料也是一種很有開展前景的制備伎倆。

　　對納米材料的鉆研只管非常熱門，但由于其構造復雜、微區尺寸小，加之有量子效應、外表效應等因素，使人們對其構造、形態特征與材料性能的關系尚未完全判明，合成辦法也大多基于合成宏觀材料的改進，存在著一定的局限性，未來如能借鑒自然界生物材料的合成辦法，對納米材料的開展會有很大的促進作用u但無可否定，隨著便宜納米材料的一直開發、應用，粒子外表處置技術的一直進步，納米材料加強、增韌聚合物機理鉆研的一直完善，用納米材料改性的T程塑料將逐步向T.業化的方向開展，其向用前景會更加誘人