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无机材料以及有机高分子材料在材料科学领域中占有重要的地位,它们各有特点。无机物具有高强度、高刚性、高硬度作为结构材料,受到人们的青睐 。 无机物还具有性能稳定好,使用寿命长等优点,但它同时也存在着加工成型较难的缺点。有机高分子材料自本世纪初以来得到了迅猛的发展,广泛地应用在众多的领域中,与无机材料相比,一个突出的优势就是加工成型容易,高分子材料具有结构可设计性以及综合的力学强度。但存在热稳定性不好,电子光谱谱线宽,无法完全满足光、电、磁等功能材料的要求。
无机材料与有机高分子材料形成的杂化材料,可以集两种材料的优点于一体,近年来在制备与应用领域引起了学者们的广泛关注。杂化纳米材料其结构和性能与具有较大微相尺寸的传统复合材料相比有明显的区别,所以表现出独特的尺寸效应、局域场效应、量子效应等,在力学、热学、光学、电磁学和生物学等方面有着广泛的用途,因而成为材料学科研究的热点。针对材料需要的性能和功能进行材料结构设计,这是科学界和工业界共同追求的境界。有机/无机杂化材料(Organic/inorganic Hybrid Materials 简称(OIHMS)是纳米材料的一个热门研究领域,具有广泛的应用价值。
杂化材料的制备方法
一、溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶(sol-gel)法是制备超细无机粉末材料的传统方法。其基本原理为:使用烷氧金属或金属盐等先躯物和有机聚合物的共溶剂,在聚合物存在的前提下,在共溶剂体系中使先驱物水解和聚合。如果条件控制得当,在凝胶形成与干燥过程中与聚合物形成“分子水平复合”。通过溶胶-凝胶法制备的杂化材料,克服了纳米材料中相分离的可能性,在材料的结构上具有均一的特点,将有机与无机相有机地结合在一起,而且溶胶-凝胶技术制备条件温和,通过控制前驱物的组成、制备工艺条件来调节水解-缩合的速率以及调节溶胶-凝胶化过程,从而实现材料的表面与界面性能可控。利用溶胶-凝胶法可以制备出无机包埋有机相、有机填充无机相和化学键合的有机相与无机相三类有机/无机杂化材料。
二、自组装法
所谓自组装是指分子及纳米粒子等结构单元在平衡条件下,通过共价键或非共价键相互作用,自发的缔结成热力学上稳定的、结构上确定的、性能上特殊的聚集体的过程。其特点是原子、离子、分子、纳米离子等结构单元通过协同作用自发的排列成有序结构,即使是比较复杂的体系通常也不需要借助外力作用。
三、原位分散聚合法
原位分散聚合法是先使纳米粒子在聚合物单体中均匀分散,再引发单体聚合的方法。该法可一次聚合成型,适于各类单体及聚合方法,并且能够保持杂化材料良好的性能。但由于此法中,使用的纳米粒子很容易发生团聚,因此,在杂化前需对纳米粒子进行表面处理。
四、共混法
共混法是制备杂化材料最简单的方法,类似于聚合物的共混改性,是有机物与无机纳米粒子的共混,适合于各种形态的纳米粒子。共混法基本可归为三步:制备纳米粒子—合成聚合物—均匀混合两种物系。根据共混方式,共混法大致可分以下五种:溶液共混法、乳液共混法、溶胶-聚合物共混法、熔融共混法及机械共混法。
五、插层法
插层复合法是制备高性能新型有机无机杂化纳米材料的一种重要方法,它是将有机聚合物插进层状无机物层间,进而破坏无机物片层结构,并使其均匀分散在无机物基体中,从而实现有机高分子与无机物在纳米尺度上的复合。适用于有机聚合物和典型的层状结构无机物纳米复合材料的制备 。
参考文献
[1] 刘晓蕾,刘孝波.高分子材料科学与工程,2004,20(2):28.
[2] 刘晓蕾,刘孝波.高分子材料科学与工程,2004,20(2):28.
[3] 李旭华等.功能高分子学报,2000,13(2):211.
[4] 张道洪,刘传军,吴璧耀.高分子材料科学与工程,2003,19(5):191.
[5] 李莹,于建,郭朝霞.工程塑料应用,2002,30(9):7.
无机材料与有机高分子材料形成的杂化材料,可以集两种材料的优点于一体,近年来在制备与应用领域引起了学者们的广泛关注。杂化纳米材料其结构和性能与具有较大微相尺寸的传统复合材料相比有明显的区别,所以表现出独特的尺寸效应、局域场效应、量子效应等,在力学、热学、光学、电磁学和生物学等方面有着广泛的用途,因而成为材料学科研究的热点。针对材料需要的性能和功能进行材料结构设计,这是科学界和工业界共同追求的境界。有机/无机杂化材料(Organic/inorganic Hybrid Materials 简称(OIHMS)是纳米材料的一个热门研究领域,具有广泛的应用价值。
杂化材料的制备方法
一、溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶(sol-gel)法是制备超细无机粉末材料的传统方法。其基本原理为:使用烷氧金属或金属盐等先躯物和有机聚合物的共溶剂,在聚合物存在的前提下,在共溶剂体系中使先驱物水解和聚合。如果条件控制得当,在凝胶形成与干燥过程中与聚合物形成“分子水平复合”。通过溶胶-凝胶法制备的杂化材料,克服了纳米材料中相分离的可能性,在材料的结构上具有均一的特点,将有机与无机相有机地结合在一起,而且溶胶-凝胶技术制备条件温和,通过控制前驱物的组成、制备工艺条件来调节水解-缩合的速率以及调节溶胶-凝胶化过程,从而实现材料的表面与界面性能可控。利用溶胶-凝胶法可以制备出无机包埋有机相、有机填充无机相和化学键合的有机相与无机相三类有机/无机杂化材料。
二、自组装法
所谓自组装是指分子及纳米粒子等结构单元在平衡条件下,通过共价键或非共价键相互作用,自发的缔结成热力学上稳定的、结构上确定的、性能上特殊的聚集体的过程。其特点是原子、离子、分子、纳米离子等结构单元通过协同作用自发的排列成有序结构,即使是比较复杂的体系通常也不需要借助外力作用。
三、原位分散聚合法
原位分散聚合法是先使纳米粒子在聚合物单体中均匀分散,再引发单体聚合的方法。该法可一次聚合成型,适于各类单体及聚合方法,并且能够保持杂化材料良好的性能。但由于此法中,使用的纳米粒子很容易发生团聚,因此,在杂化前需对纳米粒子进行表面处理。
四、共混法
共混法是制备杂化材料最简单的方法,类似于聚合物的共混改性,是有机物与无机纳米粒子的共混,适合于各种形态的纳米粒子。共混法基本可归为三步:制备纳米粒子—合成聚合物—均匀混合两种物系。根据共混方式,共混法大致可分以下五种:溶液共混法、乳液共混法、溶胶-聚合物共混法、熔融共混法及机械共混法。
五、插层法
插层复合法是制备高性能新型有机无机杂化纳米材料的一种重要方法,它是将有机聚合物插进层状无机物层间,进而破坏无机物片层结构,并使其均匀分散在无机物基体中,从而实现有机高分子与无机物在纳米尺度上的复合。适用于有机聚合物和典型的层状结构无机物纳米复合材料的制备 。
参考文献
[1] 刘晓蕾,刘孝波.高分子材料科学与工程,2004,20(2):28.
[2] 刘晓蕾,刘孝波.高分子材料科学与工程,2004,20(2):28.
[3] 李旭华等.功能高分子学报,2000,13(2):211.
[4] 张道洪,刘传军,吴璧耀.高分子材料科学与工程,2003,19(5):191.
[5] 李莹,于建,郭朝霞.工程塑料应用,2002,30(9):7.