納米復合材料技術發(fā)展及前景

　　在我們平凡無奇的學生時代，是不是聽到知識點，就立刻清醒了？知識點也可以通俗的理解為重要的內(nèi)容。哪些才是我們真正需要的知識點呢？下面是小編幫大家整理的納米復合材料技術發(fā)展及前景，僅供參考，歡迎大家閱讀。

　　一、 納米材料的特性

　　當材料的尺寸進入納米級，材料便會出現(xiàn)以下奇異的物理性能：

　　1、尺寸效應

　　當超細微粒的尺寸與光波波長、德布羅意波長以及超導態(tài)的相干長度或投射深度等物理特征尺寸相當或更小時，晶體的邊界條件將被破壞，非晶態(tài)納米微粒的顆粒表面附近原子密度減小，導致聲、光電、磁、熱、力學等特性呈現(xiàn)出新的小尺寸效應。如當顆粒的粒徑降到納米級時，材料的磁性就會發(fā)生很大變化，如一般鐵的矯頑力約為80A/m，而直徑小于20nm的鐵，其矯頑力卻增加了1000倍。若將納米粒子添加到聚合物中，不但可以改善聚合物的力學性能，甚至還可以賦予其新性能。

　　2、表面效應

　　一般隨著微粒尺寸的減小，微粒中表面原子與原子總數(shù)之比將會增加，表面積也將會增大，從而引起材料性能的變化，這就是納米粒子的表面效應。

　　納米微粒尺寸d（nm） 包含總原子表面原子所占比例（%）103×1042044×1034022.5×1028013099從表1中可以看出，隨著納米粒子粒徑的減小，表面原子所占比例急劇增加。由于表面原子數(shù)增多，原子配位不足及高的表面能，使這些表面原子具有高的活性，很容易與其它原子結合。若將納米粒子添加到高聚物中，這些具有不飽和性質(zhì)的表面原子就很容易同高聚物分子鏈段發(fā)生物理化學作用。

　　3、量子隧道效應

　　微觀粒子貫穿勢壘的能力稱為隧道效應。納米粒子的磁化強度等也具有隧道效應，它們可以穿越宏觀系統(tǒng)的勢壘而產(chǎn)生變化，這稱為納米粒子的宏觀量子隧道效應。它的研究對基礎研究及實際應用，如導電、導磁高聚物、微波吸收高聚物等，都具有重要意義。

　　二、高聚物/納米復合材料的技術進展

　　對于高聚物/納米復合材料的研究十分廣泛，按納米粒子種類的不同可把高聚物/納米復合材料分為以下幾類：

　　1、高聚物/粘土納米復合材料

　　由于層狀無機物在一定驅(qū)動力作用下能碎裂成納米尺寸的結構微區(qū)，其片層間距一般為納米級，它不僅可讓聚合物嵌入夾層，形成“嵌入納米復合材料”，還可使片層均勻分散于聚合物中形成“層離納米復合材料”。其中粘土易與有機陽離子發(fā)生交換反應，具有的親油性甚至可引入與聚合物發(fā)生反應的官能團來提高其粘結。其制備的技術有插層法和剝離法，插層法是預先對粘土片層間進行插層處理后，制成“嵌入納米復合材料”，而剝離法則是采用一些手段對粘土片層直接進行剝離，形成“層離納米復合材料”。

　　2、高聚物/剛性納米粒子復合材料

　　用剛性納米粒子對力學性能有一定脆性的聚合物增韌是改善其力學性能的另一種可行性方法。隨著無機粒子微細化技術和粒子表面處理技術的發(fā)展，特別是近年來納米級無機粒子的出現(xiàn)，塑料的增韌徹底沖破了以往在塑料中加入橡膠類彈性體的做法。采用納米剛性粒子填充不僅會使韌性、強度得到提高，而且其性價比也將是不能比擬的。

　　3、高聚物/碳納米管復合材料

　　碳納米管于1991年由S.Iijima 發(fā)現(xiàn)，其直徑比碳纖維小數(shù)千倍，其主要用途之一是作為聚合物復合材料的增強材料。

　　碳納米管的力學性能相當突出�，F(xiàn)已測出碳納米管的強度實驗值為30－50GPa。盡管碳納米管的強度高，脆性卻不象碳纖維那樣高。碳纖維在約1%變形時就會斷裂，而碳納米管要到約18%變形時才斷裂。碳納米管的層間剪切強度高達500MPa，比傳統(tǒng)碳纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料高一個數(shù)量級。

　　在電性能方面，碳納米管作聚合物的填料具有獨特的優(yōu)勢。加入少量碳納米管即可大幅度提高材料的導電性。與以往為提高導電性而向樹脂中加入的碳黑相比，碳納米管有高的長徑比，因此其體積含量可比球狀碳黑減少很多。同時，由于納米管的本身長度極短而且柔曲性好，填入聚合物基體時不會斷裂，因而能保持其高長徑比。愛爾蘭都柏林Trinity學院進行的研究表明，在塑料中含2%－3%的多壁碳納米管使電導率提高了14個數(shù)量級，從10-12s/m提高到了102s/m。

　　三、前景與展望

　　在高聚物/納米復合材料的研究中存在的主要問題是：高聚物與納米材料的分散缺乏專業(yè)設備，用傳統(tǒng)的設備往往不能使納米粒子很好的分散，同時高聚物表面處理還不夠理想。我國納米材料研究起步雖晚但發(fā)展很快，對于有些方面的研究工作與國外相比還處于較先進水平。如：漆宗能等對聚合物基粘土納米復合材料的研究；黃銳等利用剛性粒子對聚合物改性的研究都在學術界很有影響；另外，四川大學高分子科學與工程國家重點實驗室發(fā)明的磨盤法、超聲波法制備聚合物基納米復合材料也是一種很有前景的手段。盡管如此，在總體水平上我國與先進國家相比尚有一定差距。但無可否認，納米材料由于獨特的性能，使其在增強聚合物應用中有著廣泛的前景，納米材料的應用對開發(fā)研究高性能聚合物復合材料有重大意義。特別是隨著廉價納米材料不斷開發(fā)應用，粒子表面處理技術的不斷進步，納米材料增強、增韌聚合物機理的研究不斷完善，納米材料改性的聚合物將逐步向工業(yè)化方向發(fā)展，其應用前景會更加誘人。

　　參考文獻：

　　［1］ 李見主編.新型材料導論.北京：冶金工業(yè)出版社，1987.

　�。�2］都有為.第三期工程科技論壇——‘納米材料與技術’報告會.

　　［3］rohlich J，Kautz H，Thomann R［J］．Polymer，2004，45(7)：2155-2164.

　　1、納米材料與技術專業(yè)簡介

　　納米材料與技術專業(yè)著重于納米材料制備、納米結構及性能表征、納米材料加工技術和應用等技術方面的培養(yǎng)，滿足微電子和光電子材料與器件、新型功能材料、高性能結構材料等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)領域中從事與納米相關的技術開發(fā)、工藝和設備設計、技術改造及經(jīng)營管理等工作的卓越工程師的用人需求，并為納米科技領域的高層次人才培養(yǎng)打下堅實基礎。

　　2、納米材料與技術專業(yè)就業(yè)方向

　　納米材料與技術專業(yè)畢業(yè)生一般都可以在科研院校及納米材料、黏合劑、涂料、電鍍、陶瓷等相關領域從事相關產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)和檢測等工作。與材料專業(yè)方面的學生基本有著相似的職業(yè)發(fā)展道路。

　　從事行業(yè)：

　　畢業(yè)后主要在新能源、石油、學術等行業(yè)工作，大致如下：

　　1 新能源

　　2 石油/化工/礦產(chǎn)/地質(zhì)

　　3 學術/科研

　　4 原材料和加工

　　5 政府/公共事業(yè)

　　6 電子技術/半導體/集成電路

　　7 教育/培訓/院校

　　8 家居/室內(nèi)設計/裝潢

　　從事崗位：

　　畢業(yè)后主要從事研發(fā)工程師、材料工程師等工作，大致如下：

　　1 研發(fā)工程師

　　2 材料工程師

　　工作城市：

　　畢業(yè)后，深圳、北京、上海等城市就業(yè)機會比較多，大致如下：

　　1 深圳

　　2 北京

　　3 上海

　　4 蘇州

　　5 無錫

　　6 廈門

　　7 廣州

　　8 武漢

　　3、納米材料與技術專業(yè)就業(yè)前景

　　以目前納米科技整體發(fā)展狀況而言，歐、美、日已大力發(fā)展多年，而我國的納米科技研究尚處在起步階段，無論是科研水平或市場契合度，與歐、美、日均有一定差距。但是差距大也意味著潛力大、空間大，一旦納米技術進入日常生活，該專業(yè)人才的需求量肯定會急劇上升。

　　納米材料與技術專業(yè)的畢業(yè)生具有扎實的材料科學以及與納米材料相關的數(shù)學、物理、化學、微電子、計算機應用等方面的基礎知識和技能。適應于高科技發(fā)展需要，可從事材料領域高科技研究和高新技術應用等工作。

　　畢業(yè)生主要在相關的科研機構、高等院校從事科學研究、教學工作，或者在電子信息、新能源、航空航天、儀器儀表、生物醫(yī)藥等高科技企業(yè)從事新材料研制、新產(chǎn)品開發(fā)及新技術工藝研究等高科技含量的工作。

　　納米技術雖然在科研領域比較熱門，但產(chǎn)業(yè)化程度不高。目前，該專業(yè)畢業(yè)生最理想的就業(yè)方向以研究單位和高校居多，也有很多人選擇進一步深造，進入國內(nèi)外著名高校攻讀碩士、博士。

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