（紡織工程專業(yè)論文）用溶液共混法研究納米sio2在pet中的分散.pdf

摘要 摘要 題目：用溶液共混法研究納米s i 0 2 在p e t 中的分散 姓名：陳紅霞 導(dǎo)師：葛明橋教授 專業(yè)：紡織f ：程 納米粒子岡其獨(dú)特的性質(zhì)，近年來已經(jīng)成為材料科學(xué)研究的熱點(diǎn)。利用不同功能的納米 材料與各種聚合物恰當(dāng)匹配能制造出一類多功能、高性能的復(fù)合材料。但是納米粒子比表面 積大、表面能高，易團(tuán)聚，因此提高它在聚合物基體中的分散性是制備聚合物，納米復(fù)合材 料的關(guān)鍵。本課題的主要研究內(nèi)容是采用溶液共混法將納米s i 0 2 粉體添加到聚酯p e t 中， 以制成p e t 納米s i 0 2 復(fù)合材料。 首先通過物理、化學(xué)方法對納米s i 0 2 粉體進(jìn)行表面改性。以降低粉體的團(tuán)聚。通過選 用不同的偶聯(lián)劑、表面活性劑以及偶聯(lián)劑與表面活性荊按一定的比例復(fù)合使用等方法對納米 s i 0 2 粉體進(jìn)行表面改性；并采用分光光度法、粒度分析法、烘箱法和s e m 表征了改性后的 分散效果。結(jié)果表明，改性劑的種類、用量對改性后的分散效果影響很大，同時也發(fā)現(xiàn)了選 用偶聯(lián)劑和表面活性劑按一定的比例復(fù)合使用，改性后的分散效果更好。 然后將改性后的納米s i 0 2 加入到有機(jī)溶劑苯酚四氯乙烷中，充分?jǐn)嚢韬蟪暦稚?，?后將p e t 加熱溶解在該有機(jī)溶劑中，真空干燥去除溶劑，制成p 剛納米s i 0 2 復(fù)臺材料。通 過特性粘度和熔點(diǎn)的測試，掃描電鏡分析、紅外光譜分析、熱重分析和x 射線衍射分析等 方法研究了該復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)、性能以及納米s i 0 2 在復(fù)合材料中的分散情況。結(jié)果表明， 溶液共混法不改變p e t 的化學(xué)結(jié)構(gòu)，并且經(jīng)溶液共混改性后的p e t 由無定形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶 高聚物；當(dāng)納米s i 0 2 含量在l 3 時。納米s i 0 2 在p e t 中的分散較好，納米s i 0 2 粒子呈 納米尺度分布在p e t 中，同時p e t 納米s i 0 2 復(fù)合材料的特性粘度、熔點(diǎn)上升。耐熱性增強(qiáng)。 關(guān)鍵詞納米s i 0 2 ；表面改性；分散；p e t ；溶液共混法；p e t 納米s i 0 2 復(fù)合材料 a b s t r a ( 玎 a b s t r a c t b p * a u s eo ft h e $ p e c i a lc h a 豫c t e r so fn a n o p a r t i c l e s t h es t u d yo fn a n o p a r t i c l e sh a sb e e nt h e h o t s p o to fm a t e r i a ls u b i e c tr e s e a r c hi nr e c e n ty e a r s t h ec o m p o s i t em a t e r i a lw h i c hh a sm a n y f u n c t i o n sa n dh i g i ip e r f o r m a n c ec a l lb em a n u f a c t u r eb ya p p r o p r i a t ep r o p o r t i o n i n go fa l l s o r t so f n a n o p a r t i c l e sa n da l lk i n d so f p o l y m e r o na c c a 3 t m to f t h es p e c i f i cs u r f a c ea r e ao f n a n o p a r t i c l e si s b i ga n dt h es u e n e r g yo f n a n o p a r t i c l ei sh i g h , t h en a n o p a r t i c l e sa l ee a s yt or e u n i t e t h e r e f o r e , a d v a n c i n gt h ed i s p e r s eo ft h en a n o p a r t i c l e sb l e n d e dw i t hp o l y m e ri st h ek e yt op r e p a r e n a n e c o m p o s i t e s i nt h i ss t u d y ，n a n o m e t e rs i 0 2p a r t i c l e sw h i c hh a v et h ef a n t a s t i cp h y s i c a la n d c h e m i cc h a r a c t e r sw e r eb l e n d e dw i t hp e tb ys o l u t i o nb l e n d i n g t h es u r f a c eo fn a n o m e t e rs i 0 2p o w d e r sw e r em o d i f i e db yu s i n gd i f f e r e n tc o u p l i n ga g e n t s s u r f a c ea c t i v e a g e n t sa n du s i n g t h e c o u p l i n ga g e n ta n ds u r f a c ea c t i v ea g e n tb l e n d e d s p e c t r o p h o t o m e t e r , n a n o m e t e rd i a m e t e r , e v e n i n ga n ds e mm e t h o d sw e r ea d o p t e dt ot o k e nt h e d i $ p e r s e de f f e c to f n a n o m e t e rs i 0 2p o w d e r s r e s u l t ss h o wt h a tt h ed i f f e r e n to f t h er e a g e n ts p e c i e s a n da m o u n ti sl a r g e l yi n f l u e n t i a lt ot h ed i s p e r s e de f f e c t t h ed i s p e r s e de f f e c ti sm o r eo b v i o u s w h i c hc a nb ea c h i e v e db yu s i n gt h ec o u p l i n ga g e n ta n ds m f a c ea c t i v ea g e n t t h em o d i f i e ds i 0 2n a n o c o m p o s l t e sw e r eb l e n d e dw i t hp e tb ys o l u t i o nb l e n d i n gt op r e p a r e p e t n a n o - s i 0 2c o m p o s i t e s t h ee f f e c to f c o u p l e rc o n t e n to nt h em o r p h o l o g ya n dp r o p e r t i e so f t h e p e t n a n o - s i 0 2c o m p o s i t e sa n dt h ed i s p e r s eo ft h en a r l a - s i 0 2i nt h ep e t n a n o - s i o zc o m p o s i t e s w a si n v e s t i g a t e db yu s i n gi n t r i n s i cv i s e o s i 壩m e l t i n gp o i n t , s e m ，f t - i r t ga n dx r d t h er e s u l t s s h o w e dt h a tt h ec h e m i c a lc o m p o s i f i o no fp e tw a sn o tc h a n g e db yt h es o l u t i o nb l e n d i n g , t h e m o d i f i e dp e th a sc h a n g e di n t oc r y s t a l l i n ep o l y m e r w h e nt h ec o n t e n to fs i 0 2n a n o p a r t i c e l sw a s 1 3 ( 霄t ) 。s i 0 2n a n o c o m p o s i t e sw e r ep r e f e r a b l ed i s p e r s e di nt h ep e ta n ds i 0 2n a n o c o m p o s i t e s w e 佗s e p a r a t e db yn a n o - s i z ei nt h ep e t t h ei n t r i n s i cv i s c o s i t y , m e l t i n gp o i n ta n dt h e r m a ls t a b i l i l y o f t b ep e t n a n o - s i 0 2c o m p o s i t e sg o e si l p k e y w o r d s ：s i 0 2n a n o p a r t i c e l s , s u r f a c em o d i f i c a t i o n ；d i s p e r s e ：p e t , s o l u t i o nb l e n d i n g , p e t n a n o - s i 0 2c o m p o s i t e s 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工 作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地 方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含 本人為獲得江南大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。 與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明 確的說明并表示謝意。 簽名： ：匭2 垂二日期：- 。7 年7 月f 珀 關(guān)于論文使用授權(quán)的說明 本學(xué)位論文作者完全了解江南大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī) 定：江南大學(xué)有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和 磁盤，允許論文被查閱和借閱，可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編 入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、 匯編學(xué)位論文，并且本人電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。 保密的學(xué)位論文在解密后也遵守此規(guī)定。 簽名：強(qiáng)壘2 疊導(dǎo)師簽名：要! ：坐五 日期：r 7 年- 月加日 第一章緒論 第一章緒論 納米材料科學(xué)是一門新興的并正在迅速發(fā)展的材料科學(xué)。由于納米材料具有許多獨(dú)特的 性質(zhì)，應(yīng)用前景廣闊，而且涉及到原子物理，凝聚態(tài)物理。膠體化學(xué)，配位化學(xué)，化學(xué)反應(yīng) 動力學(xué)和表面界面科學(xué)，因此在實(shí)際應(yīng)用和理論上都具有極大的研究價值，是近年來材料科 學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一，被譽(yù)為“2 1 世紀(jì)最有前途的材料”。而其中納米復(fù)合材料由于其優(yōu) 良的綜合性能已經(jīng)成為納米材料 = 程的重要組成部分。納米復(fù)合材料尤其是有機(jī)一無機(jī)分子 存在相互作用的復(fù)合材料由于其優(yōu)越性能和廣泛的應(yīng)用前景已成為當(dāng)今納米材料學(xué)研究的 熱點(diǎn)之一。但是納米顆粒具有極大的比表面積和較高的表面能，處于熱力學(xué)非穩(wěn)定狀態(tài)，極 易聚集成團(tuán)不易與有機(jī)聚合物充分混合，在高分子材料中難于均勻分散，從而大大影響納 米顆粒發(fā)揮優(yōu)勢，失去納米粒子所具有的功能，岡此如何將納米顆粒均勻分散在高分子材料 中，以提高高分子材料的各項(xiàng)性能是眾多科學(xué)家面臨的一項(xiàng)難題 1 1 納米材料簡介 1 1 1 納米材料的定義 納米c r y ) 是一種長度單位，l n m 約等于1 0 個氫原子的直徑，它代表著人們對自然界 物質(zhì)認(rèn)識的一個新的層次，即從微米進(jìn)入到納米。 納米材料，泛指由納米的結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的任何類型的材料，如金屬、陶瓷、 聚合物、半導(dǎo)體、玻璃和復(fù)合材料等，而這些材料的結(jié)構(gòu)單元，如納米粒子( 零維結(jié)構(gòu)體系。 o d ) ( 也稱超微粒子) 、納米層( 二維結(jié)構(gòu)體系，2 d ) 和碳納米管( 一維結(jié)構(gòu)體系，1 d ) 等， 又是由原子和分子組成的。通過控制納米結(jié)構(gòu)單元的大小，控制內(nèi)部和表面的化學(xué)性質(zhì)?？?制它們的組合，就能設(shè)計(jì)材料的特性和功能。 1 1 2 納米材料的特性i 。, 2 1 1 ) 表面與界面效應(yīng) 納米顆粒表面原子與總原子數(shù)之比隨納米顆粒尺寸的減小而大幅度增加，粒子的比表 面積、表面能及表面張力也隨之增加。這些原子表面存在著大量的缺陷和許多懸掛鍵，具有 高度的不飽和性質(zhì)，因而具有很高的化學(xué)反應(yīng)活性。此外，由于納米微粒表面原子的畸變也 引起表面電子自旋構(gòu)象和電子能譜的變化，所以納米材料具有新的光學(xué)及電學(xué)性質(zhì) 2 ) 體積效應(yīng)( 小尺寸效應(yīng)) 當(dāng)納米材料的尺寸與光波、傳導(dǎo)電子的德布羅意波長以及超導(dǎo)態(tài)的相干長度或透射深 度尺寸相當(dāng)或更小時，周期性的邊界條件將被破壞，非晶態(tài)納米微粒的顆粒表面層原子密度 減小。引起材料物理、化學(xué)性質(zhì)的變化，導(dǎo)致聲、光、電磁、力學(xué)、熱力學(xué)性質(zhì)等的改變。 這種特異效應(yīng)為納米材料的應(yīng)用開拓了廣闊的新領(lǐng)域 3 ) 量子尺寸效應(yīng) 納米粒子尺寸下降到一定值時，費(fèi)米能級附近的電子能級由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散能級的現(xiàn)象 和半導(dǎo)體微粒存在不連續(xù)的最高被占據(jù)分子軌道和最低被占據(jù)的分子軌道能級、能隙變寬現(xiàn) 象均稱為量子尺寸效應(yīng)。當(dāng)能級間距大于熱能、磁能、靜磁能、靜電能、光子能量或超導(dǎo)態(tài) 的凝聚能時，量子尺寸效應(yīng)導(dǎo)致納米微粒磁、光、聲、熱、電以及超導(dǎo)電性與宏觀特性有著 江南大學(xué)碩士學(xué)位論文 顯著的不同。 4 ) 宏觀量子隧道效應(yīng) 所謂隧道效應(yīng)是指微觀粒子具有貫穿勢壘的能力，肖微小粒子在一定情況下能穿過物 體時，則猶如里面有了隧道可以通過的現(xiàn)象。一些宏觀量如微粒的磁化強(qiáng)度、量子相干器件 中的磁通量等也具有隧道效應(yīng)，它們可以穿越宏觀體系的勢壘而產(chǎn)生變化，故稱之為宏觀的 量子隧道效應(yīng)。宏觀量子隧道效應(yīng)的研究對基礎(chǔ)研究及使用有著重要的意義它限定了采用 磁帶、磁盤進(jìn)行信息儲存的最短時間 5 ) 介電限域效應(yīng) 介電限域是納米顆粒分散在異質(zhì)介質(zhì)中由于界面引起的體系介電增強(qiáng)的現(xiàn)象，這種介電 增強(qiáng)通常稱為介電隈域，主要來源于微粒表面和內(nèi)部局域場強(qiáng)的增 強(qiáng)。當(dāng)介質(zhì)的折射率相差較大時，產(chǎn)生了折射率邊界這就導(dǎo)致了微粒表面和內(nèi) 部的場強(qiáng)比入射場強(qiáng)明顯增加，這種局域場強(qiáng)的增強(qiáng)稱為介電隈域。 1 1 3 納米s i 0 2 的制備方法 納米s i 0 2 的制備方法主要有千法和濕法兩種，千法包括氣相法和電弧法，濕法包括沉 淀法和凝膠法。目前采用較多的是氣相法和沉淀法州。 氣相法又稱熱解法或燃燒法，分為四氯化硅分解法，硅砂和焦碳的電弧加熱法。有機(jī) 硅化臺物分解法等。目前，r 業(yè)上廣為采用的是四氯化硅氫氧焰水解制備納米s i q 的技術(shù) 該法是將精制的氫氣、空氣和硅化物蒸氣按一定的比例進(jìn)入水解爐進(jìn)行高溫水解，生成s i 0 2 氣溶膠，經(jīng)聚集體收集而得到納米s i 0 2 粒子。 氣相法s j 0 2 的初級粒子尺寸為5 4 0 n m 。 沉淀法是由可溶性硅酸鹽以酸分解，制得不溶性的二氧化硅。沉淀法制備的納米s i 0 2 初級粒子的尺寸為3 0 4 5 n m 氣相法和沉淀法生產(chǎn)的二氧化硅有一定差別：前者粒徑小，有效量高，氫氧含量低： 后者粒徑大。結(jié)構(gòu)空隙大。存在毛細(xì)管現(xiàn)象，堿性強(qiáng)。制備聚合物納米s i 0 2 復(fù)合材料通常 采用氣相法s i 0 2 ，這是因?yàn)槌恋矸╯ i q 通常粒徑較大，表面羥基多，其原始粒子在表面羥 基作用下很易形成聚集體顆粒而產(chǎn)生微米級結(jié)構(gòu)，因而無法表現(xiàn)出納米材料獨(dú)有的特性。而 氣相法s i 0 2 表面的羥基含量較少。在聚合物基體的分散狀態(tài)優(yōu)于沉淀法s i 0 2 ，并且氣相法 納米s j 0 2 粒子粒徑小，表面積大，其制備的復(fù)合材料能夠從真正意義上體現(xiàn)出納米材料的 特性 1 1 4 氣相法納米s i 0 2 的性質(zhì) 氣相法納米s i 0 2 為白色無定形絮狀半透明固體膠狀粒子，外觀為蓬松的白色粉末( 指 其團(tuán)聚體) 。其顆粒尺寸小( 一3 5 n m ) ，比表面積大( 4 0 0 m 2 g ) 。表面存在不飽和殘鍵及 不同鍵合狀態(tài)的羥基，表面還含有許多納米極介孔結(jié)構(gòu)。無毒無味，除了氫氟酸和熱苛性堿 外，不與任何酸堿反應(yīng)，也不與有機(jī)溶劑反應(yīng)，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐高溫，耐腐蝕、耐磨。韌 性高，不燃燒，具有很高的電絕緣性 1 1 5 氣相法納米s i 0 2 的結(jié)構(gòu)和特性 納米s i 如表面存在不飽和的殘鍵及不同鍵合狀態(tài)的羥基，其分子狀態(tài)呈三維鏈狀結(jié)構(gòu) ( 或稱三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)) 1 9 ：o l ，如l 鳘il l 。由于氣相法納米s i 0 2 是由四氯化硅水解再縮聚而得 到的，因此還殘留有許多硅羥基在- 二氧化硅表面以及聚集體內(nèi)部，其活性比較高對產(chǎn)品的 2 第一章緒論 性能影響很大。硅羥基一般以孤立、相鄰和雙重等兒種形式存在于氣相法納米s j 0 2 的表面， 見圖l 一2 。由于納米s i 0 2 的蕈子尺寸效應(yīng)、宏觀鼙子隧道效廊和它的特殊力、電、光學(xué)特 性、吸收、高磁阻現(xiàn)象、1 線性電阻現(xiàn)象以及高溫卜仍具有的高強(qiáng)、高韌、穩(wěn)定性好等奇異 特性，己使納米s i0 2 廣泛應(yīng)_ l j 丁二各個領(lǐng)域。 軸 圖l 一1 氣相法納米s i 0 2 的三維結(jié)構(gòu)圖1 2 氣相s t 0 2 的表面結(jié)構(gòu) = 氧化硅穿過s i - o 鍵形成三維網(wǎng)格的原子晶體，其空間結(jié)構(gòu)示意圖如圖i - - 3 所示在 此晶體中。每個s i 原子采取s p7 雜化以四個共價鍵與四個氧原子結(jié)合，而許多四面體義通 過頂點(diǎn)的氧原子連成一個整體，即每個氧原子為兩個四面體所共有。因此，從總體上看，s i ：0 2 = l ：2 ，所以二氧化硅的最簡式為s i 0 2 圖1 3 納米s i 0 2 空間結(jié)構(gòu)圖示意圖 當(dāng)二氧化硅的粒徑由宏觀尺寸降至納米級時，比表面積急劇增大，表面能急劇增加，使 納米s i 0 2 具有許多效應(yīng)，如小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等。 這些效應(yīng)使納米s i 0 2 具有宏觀s i 0 2 材料所不具備的許多奇異的物理、化學(xué)性質(zhì)。將納米s i 0 2 用于復(fù)合材料中，以提高高分子材料性能的研究也日益活躍，并取得了許多可觀的成果。 納米s i o ，的小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)使其產(chǎn)生淤滲作用可以深入到材料的不 飽和鍵附近，并和不飽和鍵的電子云發(fā)生作用，進(jìn)而與材料的大分子互相結(jié)合形成立體網(wǎng)狀 結(jié)構(gòu)，從而大幅度提高材料的強(qiáng)度、彈性、耐磨性，耐水性、光穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。 但是氣相法納米s i 0 2 表面存在的活性硅羥基、吸附水及制備過程導(dǎo)致的表面酸區(qū)，使 氣相法納米s i 0 2 呈親水性，難于在有機(jī)相中浸潤和分散。 3 赫8 6 _ 呈 l h u 硼蒯。迎 _矗蕾，坩u，l髓n讎0吖削那nvjl嗣小搬。如 戤?罐玨n、鼯只舢 江南大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 2 聚合物納米復(fù)合材料簡介 1 2 1 聚合物納米復(fù)合材料的研究進(jìn)展 納米復(fù)合材料( n a n o c o m p o s i t e s ) 一詞是8 0 年代初由r o y 和k o m a r n e n i 提出來的。與 單一相組成的納米晶體材料和納米相材料不同，它是由兩種或兩種以上的吉布斯固相至少在 一個方向以納米級大小( 1 l o o n m ) 復(fù)合麗成的復(fù)合材料。這些崮相可以是非晶質(zhì)、晶質(zhì)或 者兼而有之。而且可以是無機(jī)物、有機(jī)物或二者兼有。納米營合材料構(gòu)成可示意如下t 一e 廣聚合物基 i l 無機(jī)材料基 由于納米復(fù)合材料的尺寸介于分子和體相尺寸之間，屬于介觀系統(tǒng)，因此它不僅具有 納米材料的表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)等性質(zhì)，而且將無機(jī)物的剛性，尺寸穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性 與聚合物的韌性、加工性及介電性能糅合在一起，從而產(chǎn)生許多特異的性能。 但是，由于納米粒予表面能很大粒子間的白聚集能力很強(qiáng)，用現(xiàn)有的共混技術(shù)很難 獲得納米尺度上的均勻分散。另一方面，混合的不均勻性使現(xiàn)有的材料改性技術(shù)難以完全消 除填料與聚合物基體間的界面張力，從而實(shí)現(xiàn)理想的界面粘接。囡此如何將納米材料均勻分 散于聚合物中，充分發(fā)揮納米材料的特異性能是本領(lǐng)域中的技術(shù)難點(diǎn)，也是近年來的一個研 究熱點(diǎn)。 1 2 2 聚合物納米復(fù)合材料的制備方法”i 1 ) 直接生成法 直接生成法是制備聚合物納米復(fù)合材料的方法中應(yīng)用最廣的一種。主要分為：( 1 ) 納 米粒子分散在聚合物粉體、溶液或熔體中，通過機(jī)械共混、溶液共混或熔融共混制得：( 2 ) 納米粒子可以分散在聚合反應(yīng)單體中，然后進(jìn)行本體聚合、溶液聚合、乳液聚合、分散聚合 和縮聚反應(yīng)，將納米粒子包覆在聚合物中。利用直接生成法制備納米復(fù)合材料，首先要解決 千態(tài)納米粒子在各種體系中的分散。由于納米粒子具有親水的強(qiáng)極性表藏，表面能大，很容 易團(tuán)聚成幾百納米甚至微米尺度，從而喪失納米粒子的特有功能和作用，因此必須對納米粒 子進(jìn)行表面改性處理以降低表面能 2 ) 原位聚合法 原位聚合法是指先制備適當(dāng)?shù)母呔畚?，利用聚合物特有的官能團(tuán)對金屬離子的絡(luò)合吸 附及基體對反應(yīng)物運(yùn)動的空間位阻，或是基體提供了納米級的空間限制t 從而原位生成納米 4 屬瓷瓷金陶陶 、 屬屬瓷金金陶 r，l 始始讎子位纖分原微 、-。l 第一章緒論 微粒構(gòu)成復(fù)合材料。常用于制備納米金屬、納米硫化物和納米氧化物等納米單元復(fù)合的功能 材料。 3 ) 溶膠一凝膠法 溶膠一凝膠法是將烷氧金屬化合物或金屬鹽等水溶性鹽或油溶性醇鹽溶于水或有機(jī)溶 劑形成均質(zhì)溶液，溶質(zhì)發(fā)生水解生成納米粒子成溶膠，再與聚合物縮聚形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的 凝膠，經(jīng)干燥、燒結(jié)等后處理，最后制得納米復(fù)合材料。該技術(shù)的關(guān)鍵是獲得穩(wěn)定的溶膠和 凝膠。 4 ) 插層復(fù)合法 插層復(fù)合法是利用層狀無機(jī)物作為主體，將有機(jī)高聚物作為客體插入主體的層間，從 而制得有機(jī)無機(jī)納米復(fù)合材料。層狀無機(jī)物主要有層狀硅酸鹽( 粘土等) ，以及磷酸鹽、過 渡金屬氧化物等。 5 ) 微乳液法 微乳液法是指作為分散相的納米粒子和作為基體的聚合物在制備的同一過程中生成 的。一般有表面活性劑、助表面活性劑( 脂肪醇) 、有機(jī)溶劑( 一般為烷烴和環(huán)烷烴) 等組 成，是一種熱力學(xué)穩(wěn)定的分散體系，由大小均勻的、粒徑為l o 2 0 n m 的小液滴組成，當(dāng)體 系穩(wěn)定后，液滴的粒徑保持定值，在液滴內(nèi)可增溶各種不同的化合物，微乳液的小液滴特別 適合作反應(yīng)介質(zhì)。 6 ) 包裹沉淀法 在分散的納米顆粒外層包裹一層基質(zhì)組元( 或其前驅(qū)體) 或其他組元，可保證納米相 在混合以及其后的燒結(jié)過程中不再團(tuán)聚，采用此法可以制備納米包團(tuán)結(jié)構(gòu)。 7 ) 機(jī)械合金化法 采用研磨機(jī)對兩種或兩種以上的納米粒子進(jìn)行研磨復(fù)合，通過研磨過程中介質(zhì)與粒子、 粒子與粒子間的擠壓、剪切、沖擊等作用達(dá)到復(fù)合的目的。通過機(jī)械研磨的方法可以制備納 米晶金屬和金屬間化合物材料以及非晶材料等。 1 2 3 聚合物納米復(fù)合材料在高分子材料改性中的應(yīng)用現(xiàn)狀 數(shù)百萬年前，大自然即已制造出優(yōu)異的納米復(fù)合材料。諸如骨骼、珠母貝殼等。但是， 直到最近的十幾年科學(xué)家們才開始懂得如何制備納米復(fù)合材料，并探索在各方面的應(yīng)用。由 于納米復(fù)合材料中的結(jié)構(gòu)模塊都是在納米范圍內(nèi)，具有很大的表面積，岡此在兩個混和相之 間有很人的界面，界面上的相互作用產(chǎn)生許多新的物理現(xiàn)象，岡此就產(chǎn)生許多新的性能。隨 著納米結(jié)構(gòu)模塊范圍的擴(kuò)人，納米復(fù)合材料的研究義星熱點(diǎn)，新材料，新性能和新用途的報 道不斷出現(xiàn)。從納米復(fù)合材料的發(fā)展動態(tài)看，分子生物學(xué)和仿生學(xué)對材料科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展 起著推動作用。科學(xué)技術(shù)的前沿常常出現(xiàn)在學(xué)科的邊緣和界面上，多學(xué)科的交叉和合作的重 要性越來越大，合成生物體材料常常是研究開發(fā)的主要目標(biāo)”3 i 1 ) 納米復(fù)合塑料 納米復(fù)合塑料是指無機(jī)填充物以納米尺寸分散在塑料基體中形成納米復(fù)合塑料。由于分 散性的納米尺寸效應(yīng)、大比表面積和強(qiáng)界面結(jié)合，納米材料對塑料起增強(qiáng)增韌作用，可以改 善塑料的抗老化性，賦予塑料的功能性( 如抗菌殺菌復(fù)合塑料、抗靜電復(fù)合塑料、自清潔納 米復(fù)合塑料等) 等。納米復(fù)合塑料具有一般工程塑料所不具備的優(yōu)異性能，具有廣闊的商業(yè) 開發(fā)和應(yīng)用前景。 2 ) 納米復(fù)合催化劑 納米微粒由于尺寸小，表面原子數(shù)多，表面的鍵態(tài)和電子態(tài)與顆粒內(nèi)部不同，表面原 子配位不全等導(dǎo)致表面的活性點(diǎn)增加，而且隨著粒徑的減小表面光滑程度變差，形成了凹 凸不平的原子臺階，因此有很好的催化性能。有人預(yù)計(jì)。超微粒子催化劑在下一世紀(jì)很可能 5 江南大學(xué)碩上學(xué)位論文 成為催化反應(yīng)的主要角色。 3 ) 納米復(fù)合橡膠 由連續(xù)相橡膠基體和分散相尺寸在1 一l o o n m 的無機(jī)粒子構(gòu)成的復(fù)合材料，稱之為納米 復(fù)合橡膠。納米分散相能夠增強(qiáng)復(fù)合橡膠的力學(xué)性能，提高橡膠的拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度，加 強(qiáng)橡膠的硬度；納米微粒在橡膠基體中，受外力作用時，具有定向排列的功能，在排列方向 形成一道屏蔽，阻礙氣體的滲入，從而使橡膠表現(xiàn)出高氣密性和阻燃性，納米復(fù)合橡膠表現(xiàn) 出電學(xué)性。 4 ) 納米復(fù)合涂料 所謂納米復(fù)合涂料就是將納米粉體用于涂料中所得到的類具有抗輻射、耐老化與剝 離強(qiáng)度高或具有某些特殊功能的涂料。納米復(fù)合涂料可分為納米改性涂料和納米結(jié)構(gòu)涂料 納米改性涂料是傳統(tǒng)涂料的進(jìn)一步發(fā)展，它豐富了涂料的品種，使涂料的品質(zhì)有了很大的改 善和提高。納米結(jié)構(gòu)涂料是新發(fā)展的功能性涂料，主要用于軍事隱形涂料、電磁涂料、紅外 線吸收涂料、電絕緣涂料、空氣凈化涂料等。在成功開發(fā)出的納米復(fù)合涂料品種中，越來越 表現(xiàn)出這種新型復(fù)合涂料的卓越性。 5 ) 納米復(fù)合纖維 將納米材料應(yīng)用到合成纖維中即可得到納米復(fù)合纖維。采用納米技術(shù)開發(fā)的面料，通 過應(yīng)用納米技術(shù)處理的織物，提高了織物的防水、防油污功能，也使其具有殺菌、防輻射、 防霉等特殊效果。納米粉體材料應(yīng)用于合成纖維時，先將納米粉體制作成納米復(fù)合纖維母料， 然后與紡絲原料混合紡絲。添加這種納米粉體制造的纖維面料的附加值更高，更能適應(yīng)現(xiàn)代 消費(fèi)要求。 6 ) 納米復(fù)合生物材料 作為仿生材料，高分子基納米復(fù)合材料主要應(yīng)用于牙齒替代材料和骨質(zhì)仿生材料。實(shí) 際上自然界生物的某些器官就是天然的高分子納米復(fù)合材料，在生物上認(rèn)識天然的納米復(fù)合 材料和利用人：i = 合成的納米復(fù)合材料，是非常有現(xiàn)實(shí)意義的。 7 ) 光學(xué)材料 納米材料的發(fā)光為設(shè)計(jì)新的發(fā)光體系、發(fā)展新型發(fā)光材料提出了一個新的思路，納米復(fù) 合很有可能為開拓新型發(fā)光材料提供了一個途徑 8 ) 用于化妝品工業(yè)的納米復(fù)合材料 利用納米復(fù)合技術(shù)，將滑石、云母、t i 0 2 等包覆于化妝品基體上，不僅降低了化妝品 的生產(chǎn)成本，而且使化妝品具有良好的潤濕性、延展性、吸汗油性及抗紫外線輻射等性能 1 3 納米材料開發(fā)應(yīng)用中存在的問題 在納米材料的加工和應(yīng)用中都存在一個比較棘手的問題，即納米顆粒的聚集問題。納米 顆粒的高表面能使其易于團(tuán)聚分散性差，這是納米材料在實(shí)際應(yīng)用過程中存在的一個普遍 問題。納米顆粒團(tuán)聚的原因主要有以下幾個方面： 分子間力、氫鍵、靜電作用等引起的顆粒聚集。 由于顆粒間的量子隧道效應(yīng)、電荷轉(zhuǎn)移和界面原子的相互耦合、使顆粒極易通過界 面發(fā)生相互作用和固相反應(yīng)而團(tuán)聚。 由于納米粒子的比表面積巨大。其與空氣或各種介質(zhì)接觸后極易吸附氣體、介質(zhì) 或與之作用而失去原來的表面性質(zhì)，導(dǎo)致粘連與團(tuán)聚。 其表面能極高，接觸界面較大，這使得晶粒生長的速度加快，因而顆粒尺寸很難保 持不變。 在制備聚合物納米復(fù)合材料的過程中，采用共混法在熔融過程中將納米粒子添加到 6 第一章緒論 高聚物中，由于高聚物的粘度很高，納米粒子很容易團(tuán)聚。 對固體顆粒分散行為的研究表明，超細(xì)微粒由_ f 具有較大的表面能和活性而暑現(xiàn)聚集的 傾向。這種聚集在被外力作用下打開成獨(dú)立的原生粒子或較小的聚集體后，應(yīng)及時對顆粒表 面進(jìn)行處理，以使其穩(wěn)定而不再發(fā)生聚集，以免影響使用效果。此外，納米材料在制備、保 存、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)中仍存在許多問題，至于如何使納米微粒更均勻地分散劍目標(biāo)物中仍是目前 納米材料應(yīng)用的研究熱點(diǎn)之一。 1 4 本課題研究的主要內(nèi)容和意義 1 4 1 本課題研究的目的和意義 本課題應(yīng)用無機(jī)納米氧化物材料( s i 0 2 ) 的獨(dú)特效應(yīng)，如界面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子 尺寸效應(yīng)以及宏觀量子隧道效應(yīng)等獨(dú)特的性能。采用溶液共混法研究納米s i 0 2 在聚酯p 盯 中的分散。 在制備聚合物納米復(fù)合材料的過程中，通常采用共混法，即在熔融過程中將納米粒子 添加到高聚物中，但是一方面由于納米s i 仉的粒徑小，表面存在著人量的羥基基團(tuán)，呈極 性、親水性強(qiáng)，眾多的顆粒相互聯(lián)結(jié)形成由聚集體組成的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在這種立體網(wǎng)狀結(jié) 構(gòu)中分子問作用力很強(qiáng)，另一方面高聚物在熔融過程中的粘度很高，因此納米粒子很容易團(tuán) 聚，顆粒的納米效應(yīng)很難發(fā)揮出來。根據(jù)物質(zhì)在溶液尤其是低濃度溶液中的分散程度比在固 體中的高出許多的原理可知，若將納米粒子與高聚物p e t 的混合過程置于溶液介質(zhì)中，必將 使分散度得到極大的提高。為此首先對納米s i 0 2 進(jìn)行表面改性，然后將改性的納米s i 0 2 加 入到有機(jī)溶劑苯酚一四氯乙烷中，充分?jǐn)嚢韬蟪暦稚?，將p e t 切片溶解在該有機(jī)溶劑中 真空干燥除去溶劑，制得p e t 納米s i 0 2 復(fù)合材料，最后對復(fù)合材料的性能和納米s i 如在復(fù) 合材料中的分散性進(jìn)行研究，探索一種解決納米粒子在高聚物中的團(tuán)聚問題的新方法。 1 4 2 本課題研究的主要內(nèi)容 本課題選用納米s i 0 2 粉體作為研究用納米材料，首先通過物理方法和化學(xué)方法對納米 s i 0 2 進(jìn)行表面改性，然后通過溶液共混法將改性后的納米s i 0 2 粉體添加劍高粘度的p e t 切 片中，去除溶劑制成p e l 納米s i 0 2 復(fù)合材料，最后研究該復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)、性能以及納米 s i 0 2 在復(fù)合材料中的分散情況。具體研究內(nèi)容如下： 1 、納米s i 0 2 的表面改性：通過物理方法和化學(xué)方法對納米s i 0 2 進(jìn)行表面改性，并采 用分光光度法、粒度分析法、烘箱法和s e m 表征改性后納米s i 0 2 的分散效果。 2 、p e t ，納米s i 0 2 復(fù)合材料的制備：將改性后的納米s i 0 2 加入到苯酚一四氯乙烷 ( 1 ：l 、v t ) 溶劑中，充分?jǐn)嚢韬蟪暦稚?，再將p e t 切片加熱溶解在溶劑中，真空干燥除 去溶劑，制得p e t 納米s i 0 2 復(fù)合材料。 3 、納米s i 0 2 在復(fù)合材料中分散效果的評價：采用現(xiàn)代精密分析儀器對p e t 納米s i 0 2 復(fù)合材料進(jìn)行分析。研究添加納米s i 0 2 前后p e t 性能的變化。評價納米s i 0 2 在p e t 納米 s i 0 2 中的分散效果。 江南大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 5 實(shí)驗(yàn)原料與儀器 1 5 1 實(shí)驗(yàn)原料 氣相法納米s i 0 2 粉體，粒徑3 5 n m ，比表面積4 0 0 m 2 g ；江蘇河海納米材料有限公司； 聚對苯二甲酸乙二醇酯( p e t ) ，工業(yè)級；硅烷偶聯(lián)劑k h 一5 7 0 ，鈦酸酯偶聯(lián)劑n d z - 1 3 0 ， 南京康普頓曙光有機(jī)硅化工有限公司；六偏磷酸鈉，十二烷基硫酸鈉，氯化鉀，苯酚、l ，1 , 2 , 2 一四氯乙烷，乙醇( 9 5 ) ，無水乙醇，冰乙酸，正己烷。 1 5 2 實(shí)驗(yàn)儀器 a b 2 0 4 - n 電子分析天平；f a 2 1 0 4 s 萬分之一天平；超聲波發(fā)生器；p h s - 2 5 酸度計(jì)；l i j i 磁力攪拌器；8 0 一1 離心機(jī)；y 8 0 2 a 八籃恒溫烘箱；n a n o - z s 9 0 納米粒度及z e t a 電位分 析儀；7 2 1 分光光度計(jì)；s k 3 2 0 0 l h 超聲波清洗機(jī)；y g 2 5 2 a - 1 熔點(diǎn)儀；烏氏粘度計(jì)。毛細(xì) 管直徑o 8 0 9 r a m ；7 6 一l 玻璃恒溫水?。? d x c 富里埃紅外光譜分析儀；q u a n t a 2 0 0 掃描 電子顯微鏡( s e m ) ；d m a x2 5 5 0 v b 3 + p c x 射線衍射儀；t g a s d t a 8 5 1 e 熱重分析。 8 第二章納米s i 0 2 粉體的表面改性及分散效果研究 第二章納米s i 0 2 粉體的表面改性及分散效果研究 納米顆粒表面改性，或稱為納米顆粒表面修飾，是納米顆粒材料制備與應(yīng)用中的重要 問題，也是納米材料科學(xué)與工程領(lǐng)域十分重要的研究內(nèi)容。近年來納米顆粒表面改性已形成 了一個研究領(lǐng)域。納米顆粒表面改性的目的一般在于以下幾個方面： 改善或改變納米顆粒的分散性。 提高顆粒表面活性。 使納米顆粒表面獲得新的物理、化學(xué)、機(jī)械性能及新的功能 改善納米顆粒與其他物質(zhì)的相容性。 2 1 納米顆粒的團(tuán)聚機(jī)理 所謂納米顆粒的團(tuán)聚是指原生的納米粉體顆粒在制備、分離處理及存放過程中相互連 接、由多個顆粒形成較大的顆粒團(tuán)簇的現(xiàn)象i j “。納米顆粒的團(tuán)聚一般分為軟團(tuán)聚和硬團(tuán)聚。 軟團(tuán)聚主要是由顆粒間的范德華力和庫侖力所導(dǎo)致，由于作用力較弱可以通過一些化學(xué)作用 或施加機(jī)械能的方式來消除：硬團(tuán)聚是由顆粒問的范德華力和庫侖力以及化學(xué)鍵合作用力等 多種作用力所引起，另外與顆粒的制備工藝及過程控制也有關(guān)，因此硬團(tuán)聚只通過一般的化 學(xué)作用是不夠的，必須采用大功率的超聲波或球磨等商能機(jī)械方式來解聚。 2 2 納米顆粒表面改性方法 近年來，隨著納米顆粒材料制備技術(shù)的發(fā)展，新的納米顆粒材料體系不斷被開發(fā)出來， 納米顆粒材料在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用不斷擴(kuò)大。為此，納米顆粒的表面改性技術(shù)也隨之獲得發(fā) 展l t 2 , 1 3 。 2 2 1 納米顆粒表面物理改性 納米顆粒表面物理改性是改性物質(zhì)與納米顆粒表面不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而是通過物理的相 互作用( 如超聲空化作用，機(jī)械應(yīng)力、范德華力，沉積包覆等) 達(dá)到改變或改善納米顆粒表 面特性的目的。 1 ) 超聲波作用 超聲分散是降低納米顆粒團(tuán)聚的有效方法，利用超聲空化時產(chǎn)生的局部高溫、高壓或強(qiáng) 沖擊波和微射流等。弱化納米顆粒間的納米作用能，以對其進(jìn)行表面改性。 2 ) 機(jī)械作用 機(jī)械作用通常被認(rèn)為是簡單的物理分散，其借助外界剪切力或撞擊力等機(jī)械能對納米 顆粒進(jìn)行表面激活，改變其表面的晶體結(jié)構(gòu)，使分子晶格發(fā)生位移，內(nèi)能增大等以對其進(jìn) 行表面改性。事實(shí)上。固液體系在機(jī)械力作用下，活性介質(zhì)會在固體顆粒表面產(chǎn)生化學(xué)變化， 形成有機(jī)化合物支鏈或保護(hù)層，使納米顆粒更易分散。 3 ) 表面活性劑吸附 表面活性劑改性是在范德華力作用下，將改性劑作用吸附在納米顆粒表面，達(dá)到納米 顆粒分散和穩(wěn)定懸浮等目的。表露活性劑分子中含有兩類性質(zhì)截然不同的官能團(tuán)，一個是極 9 江南大學(xué)碩士學(xué)位論文 性基團(tuán)，具有親水性；另一個是非極性官能團(tuán)，具有親油性。在水溶液中分散無機(jī)納米顆粒 時，表面活性劑中的非極性親油基團(tuán)吸附在納米顆粒表面極性的親水基團(tuán)與水相容，從而 達(dá)到納米顆粒在水中良好分散的目的。在油性介質(zhì)中則剛好相反。采用表面活性劑作為改性 劑主要是利用表面活性劑在固液表面上的吸附作用，能在顆粒表面形成一層分子膜阻礙顆粒 之間相| 且接觸，同時增大了顆粒間距。避免架橋羥基和真正化學(xué)鍵的形成。表面活性劑還可 以降低表面張力，從而減小毛細(xì)管吸附力。加入高分子表面活性劑還可以起到一定的空間位 阻作用。 4 ) 表面沉積包覆法 表面沉積包覆法是將一種物質(zhì)( 改性劑) 沉積在納米顆粒表面，形成與顆粒表面無化學(xué) 結(jié)合的一個異質(zhì)包覆殼層來實(shí)現(xiàn)納米顆粒表面改性的目的。該改性劑與納米顆粒表面未發(fā)生 化學(xué)反應(yīng)，其界面結(jié)合為非化學(xué)結(jié)合，而是物理結(jié)合。采用這種方法，可以根據(jù)需要在納米 顆粒表面沉積包覆陶瓷材料和金屬。 2 2 2 納米顆粒表面化學(xué)改性 納米顆粒表面化學(xué)改性是通過改性劑與納米顆粒表面之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而改變納米顆 粒表面的結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分及電化學(xué)特性等，達(dá)到表面改性的目的 1 ) 偶聯(lián)劑法 偶聯(lián)劑具有兩性結(jié)構(gòu)，其分子中的一部分基團(tuán)可與顆粒表面的各種官能團(tuán)反應(yīng)。形成強(qiáng) 有力的化學(xué)鍵合；另一部分可與有機(jī)高聚物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或物理纏繞，使無機(jī)填料和有機(jī)高 聚物分子之間產(chǎn)生具有特殊功能的“分子橋”。經(jīng)偶聯(lián)劑處理后的顆粒，既抑止了顆粒本身 的團(tuán)聚，又增強(qiáng)了納米顆粒與有機(jī)介質(zhì)的相溶性。使其能較好的分散在有機(jī)基體中，增大了 納米顆粒的填充量，從而改善制品的綜合性能 2 ) 酯化反應(yīng) 金屬氧化物與醇的反應(yīng)稱為酯化反應(yīng)。利用酯化反應(yīng)對納米顆粒表面改性，最重要的 是使原來親水疏油的表面變成親油疏水的表面，這種表面功能的改性在實(shí)際應(yīng)用中十分重 要酯化反應(yīng)表面改性，對于表面為弱酸性和中性的納米粒子最有效，如，a 1 2 0 3 ，s i o z 等 3 ) 表面接校改性 表面接枝改性是利用在大分子的末端基團(tuán)與納米顆粒表面基團(tuán)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，將聚合 物高分子鏈接枝到無機(jī)納米顆粒表面上。增強(qiáng)納米粒子的可分散性。這種方法可分為三種類 型：聚合與表面接枝同時進(jìn)行法。顆粒表面聚合生長接枝法。偶聯(lián)接枝法 2 3 納米顆粒表面改性劑 納米顆粒的表面改性，主要是依靠改性劑在其顆粒表面吸附、反應(yīng)、包覆或成膜等來 實(shí)現(xiàn)的。因此，表面改性劑的種類及性質(zhì)對納米顆粒表面改性或表面處理的效果具有決定性 的作用”l 。 1 ) 偶聯(lián)劑 偶聯(lián)劑按其化學(xué)結(jié)構(gòu)可以分為硅烷類、鈦酸酯類、鋯鋁酸鹽及絡(luò)合物等幾種。在眾多 的偶聯(lián)劑中，最常用的是硅烷偶聯(lián)劑和鈦酸酯偶聯(lián)劑。硅烷偶聯(lián)劑的通式為y r s i x 3 ， 其中y 是可以與有機(jī)化合物反應(yīng)的基團(tuán)，如乙烯基、氨基、環(huán)氧基等；r 是短鏈烷撐基；x 是可以發(fā)生水解反應(yīng)并生成s i o h 的基團(tuán)，s i _ o h 基團(tuán)與納米顆粒表面的不飽和羥基之 間發(fā)生氫鍵作用，使得偶聯(lián)荊與納米顆粒緊密的聯(lián)接起來。鈦酸酯偶聯(lián)劑通式一般為( r o ) 翔( o r ) 4 一n 常為3 ，t i 為原子中心，o r ，) 可水解，t i 能與無機(jī)納米顆粒表面羥基起反應(yīng) l o 第二章納米s i 0 2 粉體的表面改性及分散效果研究 形成化學(xué)鍵。r o 為長鏈脂肪烴類，可與有枧高聚物發(fā)生纏繞。從而達(dá)到偶聯(lián)的目的。 2 ) 表面活性劑 表面活性劑可分為陽離子、陰離子和非離子型等。高級脂肪酸及其鹽、醇類、胺類及 酯類等表面活性劑也是主要的表面改性劑之一。其分子的一端為長鏈烷烴。結(jié)構(gòu)與聚合物分 子結(jié)構(gòu)相近，因而與有機(jī)物有一定的相容性。分子的另一端為羧基、醚基、氨基等極性基團(tuán)， 可與納米顆粒表面發(fā)生物理吸附或化學(xué)反麻，覆蓋丁納米顆粒表面。因此表面活性劑處理納 米顆粒類似于偶聯(lián)劑的作用，可提高納米顆粒與聚合物分子的相容性 3 ) 有機(jī)聚合物 有機(jī)聚合物與有機(jī)高聚物的基質(zhì)具有相同或相似的分子結(jié)構(gòu)，根據(jù)相似相容的原理， 可提高納米顆粒與高聚物之間的相容性。如：聚丙烯和聚乙烯蠟作為納米顆粒的表面改性劑。 可應(yīng)用于含納米顆粒的聚烯烴類復(fù)合材料中。 4 ) 超分散劑 超分散劑是一種新型的聚合物分散助劑，主要用于提高納米顆粒填料在非水介質(zhì)，如 涂科及陶瓷等中的分散性。超分散劑的相對分子質(zhì)鼉般在1 0 0 0 2 0 0 0 之間，其分子結(jié)構(gòu) 中的一部分錨同基團(tuán)通過離子對、氫鍵、范德華力等作用吸附或覆蓋在納米顆粒表面另一 部分聚合物長鏈與介質(zhì)相容。 5 ) 金屬化合物及其鹽 氧化鈦，氧化鉻、氧化鐵、氧化锫等金屬氧化物及其鹽( 如硫酸氧鈦等) 可用于云母 的表面改性以及制備珠光云母。a 1 2 0 3 、s i 0 2 等通過表面沉積包覆法可用于納米1 1 0 2 等的 表面處理。 6 ) 有機(jī)硅 高分子有機(jī)硅又稱硅油或硅表面活性劑，是以硅氧鍵鏈( s 卜o s i ) 為骨架，硅原子 上接有有機(jī)基團(tuán)的一類聚合物。其無機(jī)骨架有很高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和使有機(jī)側(cè)基呈低表面取向 的柔曲性。覆蓋于無機(jī)骨架外的有機(jī)基團(tuán)則決定了其分子的表面活性和其他功能。 2 4 實(shí)驗(yàn)用主要設(shè)備的基本原理 1 ) 超聲波清洗機(jī) 超聲分散是降低納米顆粒團(tuán)聚的有效方法。超聲波是一種頻率超出人類聽覺范圍1 7 i q i z 以上的聲波，能折射、聚焦和反射，超聲波主要具有機(jī)械效應(yīng)、熱效應(yīng)和空化效應(yīng)。其中空 化效應(yīng)是聲化學(xué)的應(yīng)用理論基礎(chǔ)，也最為重要?？栈沙珊?、微泡生長、空腔塌陷三步組成。 在反應(yīng)體系中，液體內(nèi)存在張力弱區(qū)，即液體內(nèi)溶有氣體或在塵埃的液捌界面上存在氣體一 作為氣核，在超聲波作用下，氣核膨脹長大，并為周圍的液體蒸氣或氣體充滿，由于內(nèi)外 壓力懸殊使空腔塌陷、破裂。把集中的盧場能量在極短的時間利極小的空間內(nèi)釋放出來，使 介質(zhì)局部形成幾百到幾千k 的高溫和超過數(shù)百個大氣壓的高壓環(huán)境，并產(chǎn)生出很大的沖擊 力，起到激烈攪拌的作用，同時生成大量微泡。它們又作為新的氣核，使該循環(huán)繼續(xù)下去， 這就是空化效應(yīng)?？栈饔每梢援a(chǎn)生局部的高溫高壓，并且產(chǎn)生巨大的沖擊力和微射流。納 米粉體在其作用下，表面能被削弱，可以有效地防止顆粒的團(tuán)聚便之充分分散”j 2 ) 分光光光度計(jì) 分光光度分析是基于不同分子結(jié)構(gòu)的物質(zhì)對電磁輻射的選擇性吸收而建立起來的方法。 它以分子吸收某一波長的光為基礎(chǔ)，表現(xiàn)為分子的吸光度值( a ) 或透光率( t ) 與波長( ) 的函數(shù)關(guān)系。將吸光度或透光率對波長作圖。即得吸收曲線或透射曲線。其中最大吸收波長 表示物質(zhì)對輻射的特征吸收或選擇吸收，它與分子中價電子的結(jié)構(gòu)( 或成鍵、非鍵和反鍵電 子) 有關(guān)。物質(zhì)分子的電子能級、振動能級和轉(zhuǎn)動能級都是量子化的，只有當(dāng)輻射光子的能 江南大學(xué)碩士學(xué)位論文 量恰等于兩個能級之間的能量差時，分子才能吸收能量，而其外層電子由一個能級躍遷至另 一個能級。 3 ) 納米粒度及z e t a 電位分析儀 激光在傳播過程中，波前受到與波長尺度相當(dāng)?shù)南犊谆蝾w粒的限制，以受限波前處各元 波為源的發(fā)射在空聞干涉而產(chǎn)生衍射和散射，衍射和散射的光能的空間( 角度) 分布與光波 波長和隙孔或顆粒的尺度有關(guān)。用激光做光源，光為波長一定的單色光，則衍射和散射的光 能的空間( 角度) 分布就只與粒徑有關(guān)。對顆粒群的衍射，各顆粒級的多少決定著對應(yīng)各特 定角處獲得的光能