納米復(fù)合材料技術(shù)發(fā)展及前景

納米復(fù)合材料技術(shù)發(fā)展及前景

　　在我們平凡無奇的學(xué)生時(shí)代，是不是聽到知識(shí)點(diǎn)，就立刻清醒了？知識(shí)點(diǎn)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(shí)點(diǎn)呢？下面是小編幫大家整理的納米復(fù)合材料技術(shù)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(dāng)材料的尺寸進(jìn)入納米級(jí)，材料便會(huì)出現(xiàn)以下奇異的物理性能：

　　1、尺寸效應(yīng)

　　當(dāng)超細(xì)微粒的尺寸與光波波長(zhǎng)、德布羅意波長(zhǎng)以及超導(dǎo)態(tài)的相干長(zhǎng)度或投射深度等物理特征尺寸相當(dāng)或更小時(shí)，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(dǎo)致聲、光電、磁、熱、力學(xué)等特性呈現(xiàn)出新的小尺寸效應(yīng)。如當(dāng)顆粒的粒徑降到納米級(jí)時(shí)，材料的磁性就會(huì)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(xué)性能，甚至還可以賦予其新性能。

　　2、表面效應(yīng)

　　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(huì)增加，表面積也將會(huì)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(yīng)。

　　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(jié)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(xué)作用。

　　3、量子隧道效應(yīng)

　　微觀粒子貫穿勢(shì)壘的能力稱為隧道效應(yīng)。納米粒子的磁化強(qiáng)度等也具有隧道效應(yīng)，它們可以穿越宏觀系統(tǒng)的勢(shì)壘而產(chǎn)生變化，這稱為納米粒子的宏觀量子隧道效應(yīng)。它的研究對(duì)基礎(chǔ)研究及實(shí)際應(yīng)用，如導(dǎo)電、導(dǎo)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(fù)合材料的技術(shù)進(jìn)展

　　對(duì)于高聚物/納米復(fù)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(fù)合材料分為以下幾類：

　　1、高聚物/粘土納米復(fù)合材料

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

　　2、高聚物/剛性納米粒子復(fù)合材料

　　用剛性納米粒子對(duì)力學(xué)性能有一定脆性的聚合物增韌是改善其力學(xué)性能的另一種可行性方法。隨著無機(jī)粒子微細(xì)化技術(shù)和粒子表面處理技術(shù)的發(fā)展，特別是近年來納米級(jí)無機(jī)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(huì)使韌性、強(qiáng)度得到提高，而且其性價(jià)比也將是不能比擬的。

　　3、高聚物/碳納米管復(fù)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(fù)合材料的增強(qiáng)材料。

　　碳納米管的力學(xué)性能相當(dāng)突出。現(xiàn)已測(cè)出碳納米管的強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)值為30－50GPa。盡管碳納米管的強(qiáng)度高，脆性卻不象碳纖維那樣高。碳纖維在約1%變形時(shí)就會(huì)斷裂，而碳納米管要到約18%變形時(shí)才斷裂。碳納米管的層間剪切強(qiáng)度高達(dá)500MPa，比傳統(tǒng)碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料高一個(gè)數(shù)量級(jí)。

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

　　三、前景與展望

　　在高聚物/納米復(fù)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(shè)備，用傳統(tǒng)的設(shè)備往往不能使納米粒子很好的分散，同時(shí)高聚物表面處理還不夠理想。我國(guó)納米材料研究起步雖晚但發(fā)展很快，對(duì)于有些方面的研究工作與國(guó)外相比還處于較先進(jìn)水平。如：漆宗能等對(duì)聚合物基粘土納米復(fù)合材料的研究；黃銳等利用剛性粒子對(duì)聚合物改性的研究都在學(xué)術(shù)界很有影響；另外，四川大學(xué)高分子科學(xué)與工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室發(fā)明的磨盤法、超聲波法制備聚合物基納米復(fù)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(guó)與先進(jìn)國(guó)家相比尚有一定差距。但無可否認(rèn)，納米材料由于獨(dú)特的性能，使其在增強(qiáng)聚合物應(yīng)用中有著廣泛的前景，納米材料的應(yīng)用對(duì)開發(fā)研究高性能聚合物復(fù)合材料有重大意義。特別是隨著廉價(jià)納米材料不斷開發(fā)應(yīng)用，粒子表面處理技術(shù)的不斷進(jìn)步，納米材料增強(qiáng)、增韌聚合物機(jī)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(yīng)用前景會(huì)更加誘人。

　　參考文獻(xiàn)：

　　［1］ 李見主編.新型材料導(dǎo)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(shù)’報(bào)告會(huì).

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

　　1、納米材料與技術(shù)專業(yè)簡(jiǎn)介

　　納米材料與技術(shù)專業(yè)著重于納米材料制備、納米結(jié)構(gòu)及性能表征、納米材料加工技術(shù)和應(yīng)用等技術(shù)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(jié)構(gòu)材料等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中從事與納米相關(guān)的技術(shù)開發(fā)、工藝和設(shè)備設(shè)計(jì)、技術(shù)改造及經(jīng)營(yíng)管理等工作的卓越工程師的用人需求，并為納米科技領(lǐng)域的高層次人才培養(yǎng)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

　　2、納米材料與技術(shù)專業(yè)就業(yè)方向

　　納米材料與技術(shù)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(guān)領(lǐng)域從事相關(guān)產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)和檢測(cè)等工作。與材料專業(yè)方面的學(xué)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(xué)術(shù)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(xué)術(shù)/科研

　　4 原材料和加工

　　5 政府/公共事業(yè)

　　6 電子技術(shù)/半導(dǎo)體/集成電路

　　7 教育/培訓(xùn)/院校

　　8 家居/室內(nèi)設(shè)計(jì)/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(jī)會(huì)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(shù)專業(yè)就業(yè)前景

　　以目前納米科技整體發(fā)展?fàn)顩r而言，歐、美、日已大力發(fā)展多年，而我國(guó)的納米科技研究尚處在起步階段，無論是科研水平或市場(chǎng)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(shù)進(jìn)入日常生活，該專業(yè)人才的需求量肯定會(huì)急劇上升。

　　納米材料與技術(shù)專業(yè)的畢業(yè)生具有扎實(shí)的材料科學(xué)以及與納米材料相關(guān)的數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、微電子、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等方面的基礎(chǔ)知識(shí)和技能。適應(yīng)于高科技發(fā)展需要，可從事材料領(lǐng)域高科技研究和高新技術(shù)應(yīng)用等工作。

　　畢業(yè)生主要在相關(guān)的科研機(jī)構(gòu)、高等院校從事科學(xué)研究、教學(xué)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(shù)工藝研究等高科技含量的工作。

　　納米技術(shù)雖然在科研領(lǐng)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(jìn)一步深造，進(jìn)入國(guó)內(nèi)外著名高校攻讀碩士、博士。

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