纳米复合材料论文

纳米复合材料论文题目：纳米复合材料学院：材料科学工程学院专业：材料科学与工程班级：09—1班学生姓名：聂占立学号：310906010121电子邮箱：[e-mail]2012年6月13日第2页共10页纳米复合材料0摘要复合材料由于其优良的综合性能，特别是其性能的可设计性被广泛应用于航空航天、国防、交通、体育等领域，纳米复合材料则是其中最具吸引力的部分，近年来发展很快，世界发达国家新材料发展的战略都把纳米复合材料的发展放到重要的位置。关键字：纳米复合材料定义发展分类制备应用前景现状1定义1、1复合材料的定义复合材料是由两种或两种以上性质不同的材料，通过各种工艺手段组合而成的复合体。复合材料由于各组成材料的协同作用，因而兼具刚度大、强度高、质量轻等单一材料无法比拟的优异性能。复合材料的结构是以一个相为连续相（称为基体），而另一相是以一定的形态分布于连续相中（称为增强体）。1、2纳米复合材料的定义纳米复合材料是以树脂、橡胶、陶瓷和金属等基体为连续相，以纳米尺寸的金属、半导体、刚性粒子和其他无机粒子、纤维、纳米碳管等改性为分散相，通过适当的制备方法将改性剂均匀性地分散于基体材料中，形成一相含有纳米尺寸材料的复合体系，这一体系材料称之为纳米复合材料。第3页共10页2纳米科技（材料）的发展大致可以划分为3个阶段：第一阶段(1990年以前)主要是在实验室探索：用各种手段制备各种材料的纳米颗粒粉体，合成块体(包括薄膜)，研究评估表征的方法。第二阶段(1994年前)人们关注的热点是根据奇特物理、化学和力学性能，设计纳米复合材料：纳米微粒与纳米微粒复合(0-0复合)，纳米微粒与常规块体复合(0-3复合)，复合纳米薄膜(0-2复合)。第三阶段(从1994年到现在)纳米组装研究。它的基本内涵是以纳米颗粒以及纳米丝、管为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系的研究。3纳米材料的分类根据材料中是否含有聚合物及聚合物的种类将纳米复合材料进行简单的分类，主要分为非聚合物纳米复合材料与聚合物纳米复合材料。其中非聚合物纳米复合材料又包括：(1)金属一金属纳米复合材料；(2)氧化物一氧化物纳米复合材料；(3)金属一氧化物纳米复合材料。而聚合物纳米复合材料包括聚合物一聚合物纳米复合材料与聚合物一无机纳米复合材料。其中聚合物一聚合物纳米复合材料又分为分子复合与聚合物原位复合，而聚合物一无机纳米复合材料又分为无机材料基和聚合物基。聚合物一无机纳米复合第4页共10页材料采用高分子的复合作用使无机纳米组分复合于聚合物中，利用纳米材料与机体的相作用产生新的效应，可以实现两者的优势互补，开发性能优异的新功能材料。4纳米复合材料的制备4、1物理方法（1）机械法：利用气流粉碎机、离心振动磨等设备，使小粒子粘附在大粒子表面上??若小粒子熔点低，则可加热使小粒子熔化而形成包膜；若大粒子熔点低??则加热使小粒子嵌入而覆盖牢靠。（2）液相法：从水溶液中迅速析出金属盐。它是将溶解度高的盐的水溶液雾化成小液滴??使其中盐类呈球状均匀地析出，可以通过加热干燥使水分迅速蒸发，或采用冷冻干燥法使其脱水，最后将这些微细的粉末盐类加热分解，即可得氧化物微粉。（3）物理气相沉积（PVD）：即在10-3～10-4Pa的压力下，采用各种形式的热能转化方式，使材料蒸发成细微颗粒的气相粒子，冷凝在收集器上收集。4、2化学方法（1）气相法：将化合物气化后，在气相中通过化学反应，形成构成物质的基本粒子-分子、原子和离子等，经过成核生长两个阶段，合成薄膜??微粒、晶须和晶体等固体材料的工艺过程。（2）液相法：一般分为沉淀法和溶剂蒸发法两类。沉淀法包括溶胶-凝胶法、水解法、醇盐水解法、共沉淀法等。剂蒸发法可分为喷雾干燥法、喷雾热分解法和冷冻干燥法。（3）固相法：固体盐的气体还原法，即边还原边分解，最终得到金属及金属氧化物??是目前很多陶瓷粉末产业化的制备方法。5纳米复合材料的应用最新发布的一项报告显示，2009年全球聚合物纳米复合材料营业收入达2.23亿美元，应用范围包括航空航天、汽车、食品、医药和电子产品包装、体育用品以及电子电气产品。由于预期市场需求将继续快速增长，到2017年，全球聚合物纳米复合材料营业收入可达约10.4亿美元。黏土纳米复合材料所占市场份额最大，2009年销售收入达8965万美元，其应用包括包装、阻燃剂以及航空航天市场。2009年纳米复合材料的最大应用市场是塑料和包装，其次为航天航空和汽车5、1包装上的应用高的比表面积使得NPs（纳米颗粒）在包装材料中只需要很小(约5%,w/w)的比例就可以显著提高包装材料的物理机械性能，如塑料包装的柔韧性,气体阻隔性,温度和湿度稳定性,纸质包装的抗紫外线辐照,防火性能和抗拉伸性等.纳米Ag复合食第5页共10页品包装/接触材料可以通过抑制细菌和微生物生长来保证食品安全,延长食品的保质期.例如,纳米Ag可以在烹饪炊具和餐具上NPs-聚合物涂层的形式得到应用,起到抗菌和杀菌的作用。全球纳米复合食品包装材料的种类已经从2003年的不足40种发展到2006年的400余种,预计在未来的10年内,纳米复合包装材料将会占到整个食品包装产值的四分之一,销售额将达到1000亿美元。5、2在制鞋领域应用鞋内的温度、潮湿的环境利于真菌生长，鞋中的酵母菌和霉菌含量比抽水马桶要高100倍。纳米抗菌技术应用到运动鞋上，可以有效地减少微生物繁殖引起的恶臭，主动抗菌，持续抑菌。5、3在汽车上的应用美国通用汽车公司继续纳米复合材料在汽车上的应用,现在每年用量己超过24.5T,用于载货板,装饰件、中心架、翼板和箱式导轨护架等,公司认为,这些聚合物纳米复合材料部件质轻,在高温下保持形状不变,而且由于加入助剂和填料,容易实现回收再利用。5、4隐身技术中的在应用纳米磁性粒子与高分子材料或其他材料复具有良好的微波吸收特性和宽频带红外吸收性能。20世纪末，美国研制出的“超黑粉”纳米材料，对雷达波吸收率达99%，并应用于F-22上。5、5在细胞分离方面的应用磁性微球作为不溶载体，在其表面接上具有生物活性的吸附剂或其他配体(如抗体、荧光物质、外源凝结素等)活性物质，利用它们与指定细胞的特异性结合，在外加磁场的作用下将细胞分离、分类，以及对其种类和数量分布进行研究。我们知道，癌症、肿瘤手术后要进行放射辐射，以杀死残余的癌细胞，但与此同时大面积辐射也会使正常细胞受到伤害，尤其是会使对生命极端重要的具有造血功能和免疫系统的骨髓细胞受到损害，所以在治疗前需将骨髓抽出，辐射后再重新注入。此种病人较多情况下癌细胞已扩散到骨髓中，把癌细胞从骨髓液中分离是至关重要的，否则将含有癌细胞的骨髓液注回人体还会旧病复发。利用磁性纳米微球可以分离，临床实验已取得成功。最近伦敦的儿童医院、挪威工科大学、和美国喷气推进研究所利用纳米级Fe3O4聚苯乙烯微球成功进行了人体骨髓液癌细胞的分离来治疗患者。6国内外纳米技术发展现状6、1国内纳米科技发展进展6、1、12010年纳米科技发展的“三大目标”中国科学技术部2003.8.26组织召开国家纳米科技工作会议，并具体提出2010年第6页共10页中国纳米科技发展的三大目标：1纳米科学前沿领域，要以纳米电子学、纳米尺度的加工及组装技术、纳米生物和医学、纳米材料学等前沿理论和方法为重点，建立、完善国际先进的国家纳米科技发展公用平台和重点实验室系统，加强纳米科技信息网络和科研开发网络建设，构筑国家纳米科技创新体系。2纳米技术开发及其应用方面，要在纳米材料的制备、纳米器件制造工艺及装备、微型计算机和信息系统、环境和能源、医疗与卫生、生物和农业、航天和航空以及国防建设领域，攻克一批重大关键技术，取得一批对未来产业有重大影响的知识产权，为纳米科技成果的应用与产业化奠定技术基础。3形成纳米科技骨干队伍方面，吸引多学科专家参与纳米科技的研究与开发，培养和引进懂科技、懂经营、懂管理的复合型人才，为纳米科技的产业化提供力量。6、1、2发展现状◆政府重视我国已经将发展纳米技术载入十五届五中全会的报告列入十五规划列入“863”、“973”计划。◆科研投入我国对纳米科技的资金投入虽呈逐年上升的趋势。但因基数太小，根本不能和美、日、欧盟等技术大国相比。◆主要研发力量我国纳米技术研发力量表面相对集中，实际上仍很分散，难以形成规模优势。研发力量主要集中在高等院校和科研院所。企业介入纳米技术的研发领域占5%，力量薄弱且层次不高。80%的研发力量集中于金属和无机物非金属纳米材料，高分子和化学合成材料等方面。但在较低层次的纳米材料领域，就集中了一半以上的研发力量，在纳米核心技术——纳米电子、纳米机械、纳米生物、医药、纳米检测等重要领域，力量薄弱。◆科研成果尽管我国对纳米技术研究投入严重不足，但在过去10年中我国科学家还是取得了非凡的成绩。在国内外学术刊物上共发表有关纳米材料和纳米结构的论文2400篇，其中多篇发表在《自然》和《科学》等世界顶级学术杂志上。◆技术人才国内有50多所高等学校、科研院所、４５００名纳米科研人员。◆产业化状况据调查，全国共有纳米企业323家，其中以“纳米”注册的企业共57家。但大多数企业尚处初创期，技术尚不成熟，处在微利或亏损的状态。6、1、3存在问题◆空有计划虚有组织第7页共10页虽然有关部门制定了我国纳米技术发展的十年规划，并成立了国家纳米技术指导小组，但因种种原因使我国纳米技术发展几乎空有计划、虚有组织，发挥不了应有的强大作用。◆科研投入严重不足，迄今为止，尚无有关纳米技术的国家预算规划出台。◆项目重复投资由于我国传统的科研体制和社会分工的不合理，造成在科研经费严重不足的情况下，有相当一部分科研项目属于重复投资。例如纳米隐身涂料，需求的领域专业性很强，但全国就有40多家科研单位在搞。根本原因在于：�传统科研体制的条块分割；�后计划经济的弊端，信息不对称；◆尚未形成跨学科、跨领域的联合研发体制传统的科研体制和教育体制决定了科研工作往往表现为各自为战，单打独斗，不能形成科研领域的强强联合。而纳米技术的跨学科、跨领域等特点恰恰要求建立联合研发体制，这严重制约了纳米技术的进一步发展。◆没有纳米技术权威检测机构造成市场上狂炒“纳米”热的主要原因，就是国家没有建立一个权威的纳米技术及材料的检测机构。不能对纳米技术及其产品进行检测、鉴别，客观真实地评价纳米技术对新产品、新材料所带来的性能等方面根本性的提升和改变。◆缺乏专业人才尽管我国有4500多人的纳米技术研究队伍，但以传统分门别类的教育体制培养的“专业人才”，不适合也远远不适应纳米技术发展需要；据初步测算，为推动我国纳米技术的发展，近期就至少需要1万名复合型的纳米科研人员，而目前我国从事纳米技术研究的科研人员大都是从其它领域转到或延伸到纳米领域的，在知第8页共10页识结构和知识面上存在着一定缺陷，人才缺口非常明显，但每年还有大量的人才流失。◆原创性成果少文章数量多，高档次少，专利少；已经转化的技术中，还有很多是不成熟的。这不仅造成了企业的损失，而且也给纳米技术的发展造成了严重的影响。我国与世界各技术大国在纳米技术上的差距不仅仅在技术本身，更重要的是机制和体制上以及政府部门的支持力度上。因此，政府有必要支持建立一个强大的、跨学科的、开放的、流动的、市场化的、综合的研发平台，推动研发工作在联合中竞争，在竞争中联合，并以此作为研究机构与企业之间的纽带。6、2别的国家的纳米科技6、2、1英国1.成立组织为促进大学、产业界和国家纳米技术发展，英国政府早在1997年就建立了——英国纳米技术研究院，主要负责：组织国内各研发机构共同从事纳米技术研发；提供教育及培训；为企业提供可供产业化的纳米技术；组织英国与其他国家的在纳米技术领域的联合攻关。最近英国与韩国共同签署了在纳米技术方面的合作协议，该协议涉及八个方面，组织了英国和韩国的多家大学和科研机构共同完成。2.制定计划英国1998年创立纳米技术联系计划（LINK）。3.投入巨资除了LINK计划每年的资助外，政府投入逐年增加：（亿美元）6、2、2德国1.德国科学技术部曾经对纳米技术未来市