《雜化納米復(fù)合材料》PPT課件

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1、雜化納米復(fù)合材料分散體系與溶膠凝膠的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)聚合物溶膠與凝膠雜化復(fù)合材料的制備方法雜化復(fù)合材料的形成原理SiO2雜化復(fù)合材料TiO2雜化復(fù)合材料Al2O3雜化復(fù)合材料雜化復(fù)合材料的基本概念雜化納米復(fù)合材料是通過(guò)溶膠-凝膠技術(shù)制造的。溶膠-凝膠技術(shù)是指有機(jī)或無(wú)機(jī)化合物經(jīng)過(guò)溶液、溶膠、凝膠固化,再經(jīng)熱處理而得到氧化物或其它化合物的方法。雜化復(fù)合材料的基本概念19世紀(jì)中葉,正硅酸乙酯水解形成的SiO2呈玻璃態(tài)。20世紀(jì)30~70年代,化學(xué)家、礦物學(xué)家、陶瓷學(xué)家、玻璃學(xué)家等分別通過(guò)溶膠-凝膠技術(shù)制備出了各自的研究對(duì)象,核化學(xué)家利用溶膠

2、-凝膠技術(shù)制備了核燃料,避免了危險(xiǎn)粉塵的產(chǎn)生。雜化復(fù)合材料的基本概念20世紀(jì)80年代是溶膠-凝膠技術(shù)發(fā)展的高峰時(shí)期,發(fā)展了膠體溶膠-凝膠過(guò)程、無(wú)機(jī)聚合物溶膠-凝膠過(guò)程、復(fù)合溶膠-凝膠過(guò)程等3種主要溶膠-凝膠技術(shù),合成了許多可工業(yè)化的溶膠-凝膠前驅(qū)體,不僅有無(wú)機(jī)前驅(qū)體,也有大量的有機(jī)前驅(qū)體。主要用于制備粉體材料、薄膜材料、塊體材料、纖維材料等。雜化復(fù)合材料的基本概念用溶膠-凝膠技術(shù)將有機(jī)功能分子或聚合物摻入到無(wú)機(jī)網(wǎng)絡(luò)中,可克服陶瓷、玻璃的缺陷,有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料;將無(wú)機(jī)組分引入到有機(jī)聚合物中,制備了無(wú)機(jī)-有機(jī)基雜化材料,可克服聚合

3、物易老化和熱穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。雜化復(fù)合材料的基本概念溶膠-凝膠綜合了聚合物科學(xué)、物理學(xué)、物理化學(xué)、膠體化學(xué)、配位化學(xué)、金屬有機(jī)化學(xué)等有關(guān)學(xué)科的基本知識(shí)與基本理論,逐步發(fā)展成為一門獨(dú)立的“溶膠-凝膠”科學(xué)與技術(shù)。在納米復(fù)合材料的發(fā)展中,溶膠-凝膠技術(shù)成為有目的、有意識(shí)自行設(shè)計(jì)、制備和剪裁納米復(fù)合材料的主要方法之一。雜化復(fù)合材料的基本概念要做到對(duì)復(fù)合材料超微結(jié)構(gòu)的控制、分子水平設(shè)計(jì),使制備的復(fù)合材料重復(fù)性和可靠性均好,應(yīng)加強(qiáng)基礎(chǔ)理論研究工作,如前驅(qū)體化學(xué)、溶膠-凝膠分級(jí)團(tuán)簇化、高聚物網(wǎng)絡(luò)理論與凝膠化等方面的工作。分散體系與溶膠分散體系

4、是指一種或幾種物質(zhì)以一定分散度分散在另一種物質(zhì)中形成的體系。以顆粒分散狀態(tài)存在的不連續(xù)相稱為分散相,這種分散的顆粒稱為分散質(zhì);分散質(zhì)在某個(gè)方向上的線度介于1~100nm時(shí),這種分散體系,簡(jiǎn)稱膠體。分散體系與溶膠溶膠的三個(gè)主要研究領(lǐng)域:1、分子溶膠:又稱親液溶膠,聚合物在溶液中呈分子無(wú)規(guī)線團(tuán)狀態(tài)存在,線團(tuán)與溶劑之間沒(méi)有清晰的界面。溶解分散過(guò)程是一個(gè)自發(fā)過(guò)程:此時(shí)體系中分散介質(zhì)的混合熵和聚合物分子鏈的構(gòu)象熵的增加可使體系總自由能降低,整個(gè)體系是熱力學(xué)穩(wěn)定體系。分子溶膠在納米材料和雜化納米復(fù)合材料的制備中應(yīng)用較廣泛。分散體系與溶膠2、

5、締合溶膠:表面活性劑分子在溶液中形成膠束,進(jìn)而構(gòu)成所謂的微乳液或液晶,也是熱力學(xué)穩(wěn)定體系。分散體系與溶膠3、憎溶膠:分散質(zhì)與分散介質(zhì)之間存在明顯界面的體系,是由微小的固體顆粒懸浮分散在液相中構(gòu)成,分散顆粒不停地進(jìn)行布郎運(yùn)動(dòng),屬于多相熱力學(xué)不穩(wěn)定體系。分散體系與溶膠溶膠的制備-一般條件凝聚法:由分子或離子凝聚而成分散法:由粉體物質(zhì)分散而成分散體系與溶膠溶膠的制備的一般條件親液溶膠通過(guò)加熱和攪拌就可以在分散介質(zhì)中緩慢溶解而形成,如果高分子聚合物在分散介質(zhì)中僅溶漲而不溶解,則不能形成溶膠,親液溶膠形成的條件是分散質(zhì)在分散介質(zhì)中可溶解,

6、分散質(zhì)和分散劑沒(méi)有明顯的界面。分散體系與溶膠溶膠的制備的一般條件締合溶膠的分散質(zhì)是表面活性劑,受機(jī)械攪拌、電分散或者超聲作用在分散劑中溶解分散達(dá)到一定程度后形成的微乳液或者液晶體系,其形成條件是分散質(zhì)在分散介質(zhì)中僅有較小的溶解度。分散體系與溶膠溶膠的制備的一般條件憎液溶膠的分散質(zhì)必須是小于100nm的質(zhì)點(diǎn),與分散介質(zhì)具有一定的界面,在分散介質(zhì)中不溶或僅有較低的溶解度。這種分散質(zhì)可以是分子或離子凝聚而成,也可以是粉體物質(zhì)受外力作用機(jī)械分散而成。分散體系與溶膠溶膠的制備-方法分散法:可以將納米微粒在強(qiáng)力機(jī)械作用下,或在超聲波作用下,

7、在有機(jī)化合物中可以形成溶膠。這是因這納米粒子表面具有對(duì)有機(jī)化合物的親和性,例如,納米SiO2,在其表面效應(yīng)作用下,以其表面的諸多羥基與雜環(huán)化合物作用而容易形成溶膠。但這種溶膠很不穩(wěn)定,會(huì)很快轉(zhuǎn)化為凝膠。分散體系與溶膠溶膠的制備-方法凝聚法:通過(guò)體系中各組合間的化學(xué)變化,形成具有一定粒子大小的分散質(zhì)的溶膠體系。在制備納米復(fù)合材料時(shí),更多的是通過(guò)分子間的化學(xué)變化而形成溶膠,例如,將有機(jī)硅烷溶解在強(qiáng)極性有機(jī)化合物中,可以很快形成穩(wěn)定的溶液,如果有礦物酸的作用,有機(jī)硅烷催化水解形成穩(wěn)定的有機(jī)硅溶膠,目前已知的納米復(fù)合材料前驅(qū)溶膠還有有機(jī)

8、鈦溶膠、有機(jī)鎘溶膠。分散體系與溶膠溶膠的性質(zhì)-光學(xué)性質(zhì)為溶膠高度分散性和不均勻性的反映。當(dāng)光線入射到溶膠體系時(shí),有部分能自由通過(guò),另一部分被吸收、反射或散射。分散體系與溶膠溶膠的性質(zhì)-光學(xué)性質(zhì)由于溶膠粒子的尺寸小于入射光的波長(zhǎng),就會(huì)產(chǎn)生散射,從而出現(xiàn)Tyndal

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