納米材料 玻璃及高分子課件

納米材料

小組成員：三維納米結(jié)構(gòu)（3Dnanostructure）是指由零維、一維、二維中的一種或多種基本結(jié)構(gòu)單元組成的復(fù)合材料，其中包括：橫向結(jié)構(gòu)尺寸小于100nm的物體；納米微粒與常規(guī)材料的復(fù)合體；粗糙度小于100nm的表面；納米微粒與多孔介質(zhì)的組裝體系等。它包括：

(1)納米玻璃

(2)納米陶瓷

(3)納米介孔材料

(4)納米金屬

(5)納米高分子三維納米材料納米玻璃

一.定義：

納米玻璃屬于無機(jī)非晶質(zhì)材料，它是指在透明玻璃連續(xù)相中周期排列著納米尺寸的第二相(微粒子、分相、結(jié)晶或氣孔)的玻璃材料。玻璃的特點(diǎn)是透明、熱或光化學(xué)穩(wěn)定性好，并具有無定形結(jié)構(gòu)能容納不同晶格常數(shù)的納米尺度量子點(diǎn)而產(chǎn)生較少界面缺陷，是比較理想的基體材料。納米功能顆粒與玻璃相之間通過相的復(fù)合，可以獲得具有一系列特殊性能的功能材料，根據(jù)玻璃中納米粒子的粒度大小，納米玻璃的研究內(nèi)容分為3個研究層次。納米玻璃

研究層次(3)高次結(jié)構(gòu)控制技術(shù)(數(shù)10nm以上)：利用無機(jī)-有機(jī)復(fù)合析出各向異性的晶體和控制其界面狀態(tài)等，進(jìn)行高次異型結(jié)構(gòu)、周期規(guī)則結(jié)構(gòu)形成技術(shù)的研究，進(jìn)一步研究可能用于太陽電池、運(yùn)輸機(jī)械、等的超輕質(zhì)、高強(qiáng)度玻璃基板材料。

納米玻璃的制備方法1.熔融熱處理法2.溶膠-凝膠法3.離子注入法4.離子交換法5.氣相沉積法6.輔助電場法7.光誘導(dǎo)熱處理晶化法

納米玻璃的制備方法

熔融熱處理法

熔融熱處理法，也稱共熔法，是將基礎(chǔ)玻璃料與摻雜物混合（一般同時）引入還原劑，如Sb2O3、SnO2等，干燥后高溫熔融，再冷卻成型。利用熔融熱處理工藝可制備在硅酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽玻璃系統(tǒng)中摻雜納米金屬Au、Ag、Cu或部分半導(dǎo)體材料的復(fù)合玻璃。此法工藝簡單，成本低廉，可制備大尺寸和各種形狀的玻璃材料，但需要高溫熔制，一般為1200-1500℃。熔融法制備時還必須注意熱處理氣氛。摻雜物的低溶解度和易揮發(fā)或氧化使得摻入質(zhì)量分?jǐn)?shù)（10-1％~10-4％）少，且不易控制，易出現(xiàn)雜相。

溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法（sol-gel）通常將半導(dǎo)體顆粒原料或金屬鹽直接引入溶膠制成干膠后進(jìn)行熱處理析出納米顆粒。該工藝合成溫度低，并能用氣氛保護(hù)，能制備具有特殊組成的玻璃，適用于制備薄膜材料的樣品。樣品成分完全可以按照其原始配方和化學(xué)計量比較準(zhǔn)確獲得，并且具有高的純度和良好的均勻型。優(yōu)點(diǎn)：具有摻雜濃度高、粒徑分布窄等優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn):不易形成多組分玻璃，有時還會產(chǎn)生其他產(chǎn)物。

納米玻璃的制備方法

納米玻璃的應(yīng)用

納米微粒具有獨(dú)特的小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、介電限域效應(yīng)等,使納米玻璃具有獨(dú)特的性能，從而為其帶來廣泛的應(yīng)用。1.光學(xué)功能材料

近年來理論和實驗的研究發(fā)現(xiàn)，納米功能顆粒(金屬和半導(dǎo)體)摻雜玻璃在吸收限附近的強(qiáng)光作用下有很大的光學(xué)非線性，且具有快的光響應(yīng)速度等特性，在光計算、光通訊、光信息處理和電光效應(yīng)的器件方面具有很重要的應(yīng)用前景，是當(dāng)前國際光學(xué)功能材料研究的熱點(diǎn)之一。3.高性能過濾器用玻璃

在通過激發(fā)而分相、晶化的玻璃中，如能形成周期性的、控制在幾納米以下的氣孔，就能高效地除去環(huán)境激素等有害物質(zhì)，制成納米過濾器元件。......

納米玻璃的應(yīng)用納米高分子

納米高分子（Nano-polymer），全稱納米結(jié)構(gòu)的自組裝高分子，包括小分子間通過非共價鍵形成的高分子以及高分子間通過非共價鍵形成的高分子聚集體。納米高分子不僅有鏈狀聚合物，還有梳狀聚合物，星狀聚合物，樹枝狀聚合物。1.螺旋結(jié)構(gòu)高分子在主鏈沒有不對稱碳的聚合物中引入有光學(xué)活性側(cè)鏈的聚異氰酸鹽或者聚異氰化物等手征型高分子，它們雖然沒有氫鍵那樣的支持鍵，卻能夠在溶液中保持穩(wěn)定的螺旋結(jié)構(gòu)。不僅如此，還可以把這種螺旋結(jié)構(gòu)進(jìn)一步凝聚，構(gòu)建出超螺旋的或者棒狀的納米結(jié)構(gòu)。納米高分子

2.嵌段共聚物在嵌段共聚物中，大部分自組裝利用的是不同嵌段的親疏水效應(yīng)，將兩條不相容的分子鏈通過共價鍵連接起來，這樣既阻止了鏈段完全分離，同時又實現(xiàn)了相分離，可以獲得分子鏈段周期性有序的片狀、圓柱狀和球狀等相。納米高分子

3.樹枝狀高分子樹枝狀高分子是單分散性的大分子，這種分子有規(guī)則地高度支化成三維分子構(gòu)架，是從一點(diǎn)出發(fā)伸展開的結(jié)構(gòu)。納米高分子

納米高分子的應(yīng)用

將高分散性納米粉體或者納米纖維與有機(jī)物充分分散、混合，就能夠達(dá)到納米分體對有機(jī)物的改性作用。常用的納米粉體材料有：氧化硅、氧化鋅、碳酸鈣、氧化鈦等可被填充的材料有：橡膠、纖維、塑料2.納米塑料大部分的納米塑料是在塑料中加入無機(jī)納米粒子形成復(fù)合材料。常用的納米無機(jī)填料主要有納米SiO2和納米CaCO3，其硬度分別為7和9.納米SiO2對塑料不僅能起補(bǔ)強(qiáng)作用，而且還有一些新的特性。利用它粒度小的特性，可使塑料變得更加致密，是塑料薄膜的透明度、強(qiáng)度和韌性等大大提高。聚氯乙烯塑料中添加少量納米SiO2，生產(chǎn)出來的塑鋼門窗其硬度，抗老化性能均大幅度提高，表面粗糙度下降。

納米高分子的應(yīng)用納米抗菌塑料是近年來應(yīng)用最多的納米塑料，特別是家電產(chǎn)品上。納米抗菌塑料主要是在塑料中或表面加入納米抗菌劑，例如，二氧化鈦、氧化鋅和沸石等制得納米抗菌塑料。例如，用于冰箱，洗衣機(jī)，衛(wèi)生潔具等。

納米高分子的應(yīng)用抗菌防污涂料納米TiO2具有很高的光催化性能，是一種光催化半導(dǎo)體抗菌殺菌劑。納米ZnO