納米複合材料

納米複合材料是以樹脂、橡膠、陶瓷和金屬等基體為連續相，以納米尺寸的金屬、半導體、剛性粒子和其他無機粒子、纖維、納米碳管等改性為分散相，通過適當的製備方法將改性劑均勻性地分散於基體材料中，形成一相含有納米尺寸材料的複合體系，這一體系材料稱之為納米複合材料。

複合材料由於其優良的綜合性能，特別是其性能的可設計性被廣泛應用於航空航天、國防、交通、體育等領域，納米複合材料則是其中最具吸引力的部分，近年來發展很快，世界發達國家新材料發展的戰略都把納米複合材料的發展放到重要的位置。該研究方向主要包括納米聚合物基複合材料、納米碳管功能複合材料、納米鎢銅複合材料。

在納米聚合物基複合材料方面，主要採用同向雙螺桿擠出方法分散納米粉體，分散水平達到納米級，得到了性能符合設計要求的納米複合材料。我們製備的納米蒙脫土/PA6複合材料中，納米蒙脫土的層間距為1.96nm，處於國內同類材料的領先水平（中國科學院為1.5~1.7nm），蒙脫土複合到尼龍基體中后完全剝離成為厚度1~1.5nm的納米微粒，其複合材料的耐溫性能、阻隔性能、抗吸水性能均非常優秀，此材料已經實現了產業化；正在開發的納米TiO2/聚丙烯複合材料具有優良的抗菌效果，納米TiO2粉體在聚丙烯中分散達到60nm以下，此項技術正在申報發明專利。

由於納米聚合物複合材料的成型工藝不同於普通的聚合物，本方向還積極開展新的成型方法研究，以促進納米複合材料產業化的進行。

碳納米管是上個世紀九十年代初發現的一種新型的碳團簇類纖維材料，具有許多特別優秀的性能。

我們在碳納米管取得的研究成果主要包括：

1）大規模生產多壁碳納米管的技術，生產出的碳納米管的質量處於世界先進水平，生產成本也很低，為碳納米管的工業應用創造了條件。

2）開發了製造碳納米管為電極材料的雙電層大容量電容器的技術。

3）開發了製造具有軟基底定向碳納米管膜的技術。

鎢銅複合材料具有良好的導電導熱性、低的熱膨脹係數而被廣泛地用作電接觸材料、電子封裝和熱沉材料。採用納米粉末製備的納米鎢銅複合材料具有非常優越的物理力學性能，我們採用國際前沿的金屬複合鹽溶液霧化乾燥還原技術成功製備了納米鎢銅複合粉體和納米氮化鎢－銅複合粉體，目前正在加緊其產業化應用研究。

本書系統論述了近幾年來聚合物/天然硅酸鹽黏土納米複合材料研究領域的主要研究成果，內容包括天然硅酸鹽蒙脫土、累托石等的結構與性能，黏土的有機改性，聚合物基黏土納米複合材料的製備、結構與性能，黏土在聚合物中解離的熱力學、動力學問題，黏土對熱固性樹脂固化反應動力學的影響，黏土對聚合物熔體流變性、結晶性、力學性能、熱機械性能等的影響，論述並建立了黏土納米複合材料微觀力學模型。書中的大部分內容為作者課題組近幾年來的研究成果，另外還包括國際、國內相關學者的最新研究成果。

本書可供高分子科學與工程及相關領域的研究者閱讀，也可作為高等院校材料學及高分子化學與物理等相關專業師生的參考用書。

前言

第1章　硅酸鹽黏土礦物的晶體結構及性能

1.1　離子化固體結構

1.1.1　最緊密堆積與原子間空隙

1.1.2　離子晶體結構

1.2　層狀硅酸鹽晶體結構與礦物類型

1.2.1　黏土礦物層型

1.2.2　黏土礦物的分類

1.3　層狀硅酸鹽表面官能團及Lewis酸鹼性

1.4　層狀硅酸鹽帶電錶面

1.5　硅酸鹽膠粒的雙電層及電動電位

1.5.1　雙電層的形成及電荷分佈

1.5.2　電勢及其計算

1.6　聚合物改性用納米硅酸鹽黏土

1.6.1　蒙脫土

1.6.2　累托石

1.6.3　海泡石

參考文獻

第2章　聚合物基黏土納米複合材料的製備

2.1　黏土的有機改性

2.1.1　有機改性劑的選擇原則

2.1.2　幾種有機黏土的結構與性能

2.1.3　有機黏土的分散性

2.2　黏土在聚合物中的插層與解離

2.2.1　黏土插層/解離的熱力學基礎

2.2.2　黏土插層/解離的動力學條件

2.3　黏土/聚合物納米複合材料的製備

2.3.1　原位插層聚合法製備黏土/聚合物納米複合材料

2.3.2　溶液共混法製備黏土/聚合物納米複合材料

2.3.3　熔融共混法製備黏土/聚合物納米複合材料

參考文獻

第3章　黏土/熱塑性聚合物納米複合材料的形貌

3.1　黏土在聚合物中解離的規律

3.1.1　有機蒙脫土在極性聚合物中的解離

3.1.2　有機蒙脫土在非極性聚合物中的解離

3.1.3　有機蒙脫土在共聚物中的解離

3.1.4　熔融共混工藝與黏土的解離狀態

3.1.5　黏土在納米複合材料中分散與解離狀態的表徵方法

3.2　黏土/聚合物納米複合材料的結晶形貌

3.2.1　聚丙烯納米複合材料的結晶形貌

3.2.2　有機蒙脫土對尼龍結晶性能的影響

3.3　黏土對共混體系形貌的影響

3.3.1　有機累托石在聚丙烯/聚烯烴彈性體體系的分散與解離

3.3.2　POE在複合材料中的分佈

3.3.3　改性體系的結晶形貌

3.4　黏土納米複合材料的界面相互作用

3.4.1　複合材料的界面相互作用

3.4.2　界面研究方法概述

3.4.3　反氣相色譜法研究納米複合材料界面相互作用

3.4.4　理論模擬方法研究納米複合材料界面相互作用

參考文獻

第4章　黏土/熱塑性聚合物納米複合材料的性能

4.1　概論

4.2　聚氨酯黏土納米複合材料

4.2.1　有機累托石對聚氨酯熔融流變性能的影響

4.2.2　有機累托石對聚氨酯硬度的影響

4.2.3　複合材料的靜態力學性能

4.2.4　力學性能與微觀結構

4.2.5　複合材料的動態力學性能

4.2.6　複合材料的耐介質性能

4.2.7　複合材料的熱性能

4.3　聚丙烯黏土納米複合材料

4.3.1　黏土對聚丙烯等溫結晶性能的影響

4.3.2　有機累托石對聚丙烯非等溫結晶性能的影響

4.3.3　納米複合材料的靜態力學性能

4.3.4　納米複合材料的動態力學性能

4.4　黏土/聚烯烴共混體系納米複合材料

4.4.1　有機累托石改性聚丙烯/聚烯烴彈性體體系的性能

4.4.2　有機蒙脫土改性的熱塑性聚烯烴

4.5　有機蒙脫土/尼龍納米複合材料

4.6　有機蒙脫土/EVA納米複合材料

4.6.1　EVA黏土納米複合材料的機械性能

4.6.2　納米複合材料的微觀力學模型

參考文獻

第5章　黏土複合凝膠聚合物電解質的結構與性能

第6章　黏土/熱固性樹脂納米複合材料的形貌與性能

參考文獻