高分子基纳米复合材料的应用简介

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一、 高性能工程塑料

   高分子物与硅酸盐形成高分子基纳米复合材料后，由于其纳米粒子的表面与界面效应使得复合材料具有高耐热性、高强度、高模量和低的膨胀系数，但密度仅为一般复合材料的65%~75%，因此可作为高性能工程塑料，广泛应用于航空、汽车等行业。高分子物加入层状无机物实现纳米复合后，能使机械性能大大提高[27]。PA6/蒙脱上纳米复合材料与PA6/蒙脱土一般共混物材料，以及纯PA6材料的性能对比见表1。PA6中仅加入4W1%的粘土，因为实现了纳米复合，拉伸强度提高了50%，拉伸模量提高近100%，而且冲击强度基本不降低。不仅强度、模量提高幅度大，而且克服了一般复合材料强度、模量提高伴随任性下降的问题。热变形温度提高约90°C，热膨胀减少。日  本丰田公司已将它用于制造汽车部件，如皮带罩等。

   二、电子产品材料

   利用不同电学特性的高分子物（如绝缘高分子物、高聚物电解质、导电高聚物）与不同电学特性的层状无机物（如绝缘体、半导体等）制得的高分子基纳米复合材料具有多种新的电性能，可以作为各种电气、电子及光电子产品材料。PEO/Na4蒙脱土或PEO/Li4蒙脱土的导电率与PEO盐电解质接近，但热稳定性更好，在更宽的温度范围保持良好的离子导电，而且还克服了PEO盐电解质存在的形成离子对问题，可用于固体电池中作高聚物电解质。PEO与电子导电型层状无机物复合（PEO/V2O5xerogel）。成为离子电子混合导电材料，开拓了新的使用领域。对导电高分子物聚苯胺、聚吡咯与各类层状硅酸盐、磷酸盐、过度金属氧化物形成的高分子基纳米复合材料也已展开了许多研究，材料表现出各种导电性能。绝缘高分子物PS/MoS2纳米复合材料的各向异性电学特性也非常引人关注。Niwa等以PVC为基体，用电导率在10-1~10s•cm-1之间。

   三、解决微机械领域里的润滑问题

   计算机微型化和微机械的发展，对薄膜材料提出了越来越高的要求。都要求对微机械提供超精细和纳米级的保护和润滑。利用LB膜法制备高分子基纳米超薄复合膜,是解决超薄润滑问题一条可行的途径。

   四、高效催化材料

   以高分子物/半导体微粒纳米复合材料作催化剂，可提高半导体微粒的光催化活性。Krishnan等采用高分子物原位合成纳米颗粒的方法，将Nafion树脂用Cd离子交换后暴露于H2S气体中，制得纳米复合催化剂。

   五、改进聚合物加工性能

   超高分子量聚乙稀的加工流动性很差，熔体流动指数为零。所以不能采用常用的热塑性塑料加工方法来进行挤出或注射成型，而采用原位复合技术制得的液晶聚合物与其共混。液晶聚合物刚性棒状分子在加工过程中，在外力作用下发生取向而生成微纤，微纤易于平行滑动，因而带动基体分子一起滑动，高效地增加了材料的加工流动性。因此可以采用常用的加工设备进行挤出、注射成型。

   六、高性能复合材料

   利用纳米粒子的表面与界面效应、量子效应等特性引起的一系列特异的声、光、热、电等性能，可以制得具有特殊功能的高分子基纳米符合材料。例如：金属等纳米粒子与高分子物形成的复合材料，能吸收和衰减电磁波、减少反射和散射，在电磁隐身方面有着重要的应用。某些生物类物质，例如蛋白质，可以封存到孔状的Sol-Gel玻璃中，而形成生物凝胶体，可以控制生物反应，在生物技术、酶工程中有着重要的用途。

   七、高效润滑剂

   华中科技大学关文超等利用C60合成的纳米复合材料作为高效润滑剂。张彦保等用聚合法合成的PS纳米微球和具有核壳结构的PS/PMMA纳米微球作润滑油添加剂，在四球试验机上研究了它的摩擦学行为，结果表明聚合物纳米微球具有良好的减磨抗摩性能。

   八、包装材料

   高分子基纳米复合材料的隔阻性能比纯高聚物及一般共混物都有显著提高。利用这一性能，可以将这种材料用作包装材料。美国康耐尔大学等重点关心此方面特性，用作包装材料。利用这一特性，日  本宇部工业集团与丰田也开发了包装材料。

   九、电致发光材料

   　　Colvin等对电致发光材料进行了研究，他们用纳米CdSe与聚苯撑乙烯（PPV）制得一种有机-无机复合发光装置，随着纳米颗粒大小的改变，发光的颜色可以在红色到黄色间变化（量子尺寸效应）。