納米復(fù)合材料 石家莊鐵大

納米復(fù)合材料葉的實(shí)現(xiàn)自清潔的過程：右圖為荷葉表面的電子顯微鏡照片，其表面由很多密集排列的直徑10～20μm左右“乳突”所組成，它們之間存在納米級(jí)空隙，而每一個(gè)微米級(jí)乳突上還存在很多直徑200nm左右的小乳突。形成微納米雙重結(jié)構(gòu)的乳突，使空氣填充其間。水在荷葉上，由于表面張力和乳突間空氣的阻力的作用，水的表面總是趨向于盡可能縮小成球狀，接觸角可達(dá)170度左右，幾乎完全不浸潤。荷葉使水和塵埃在其表面的接觸面積比一般材料減少了90％多，水滴極易滾動(dòng)，在水滴滾動(dòng)的同時(shí)，就帶走了葉子上的塵埃和細(xì)菌，從而實(shí)現(xiàn)自清潔的功能。

納米科技研究的眼和手3國內(nèi)納米界領(lǐng)軍人物

第一位

姓名：張立德

貢獻(xiàn)：把納米概念引入中國的第一人

單位：中科院物理所點(diǎn)評(píng)：張先生是真正意義上最早把納米概念引入中國的本土科學(xué)家，

他和牟教授合著的《納米材料學(xué)》和《納米材料和納米結(jié)構(gòu)》是中國僅有的兩本綜合性的納米教材，指引了眾多青年學(xué)生和科技工作者走向納米領(lǐng)域。他近年來致力于納米材料的產(chǎn)業(yè)化，對(duì)推動(dòng)納米材料和納米技術(shù)在中國的發(fā)展居功至偉，是當(dāng)之無愧的中國納米專家第一人。第二位錢逸泰生年：1941單位：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授,博士生導(dǎo)師院士點(diǎn)評(píng)：錢先生是溶劑熱合成的發(fā)明者之一，是溶劑相合成納米材料的國際級(jí)專家。上世紀(jì)90年代后期在合成金剛石和立方氮化鎵方面的工作受到廣泛關(guān)注，乘此東風(fēng)成為中國第一位納米院士，可謂幸運(yùn)星。第三位：白春禮

【所在單位】：中國科學(xué)院副院長、中國科協(xié)副主席。中國科學(xué)院院士、第三世界科學(xué)院院士。國家納米科技指導(dǎo)協(xié)調(diào)委員會(huì)首席科學(xué)家、中國科學(xué)院納米中心學(xué)術(shù)委員會(huì)主任。

近年來，在從事納米科技研究的同時(shí)，白春禮院士積極推動(dòng)著我國納米科技事業(yè)的發(fā)展，參與國家納米科技發(fā)展規(guī)劃的制定，作為納米科技領(lǐng)域有影響的代表人物，積極推動(dòng)社會(huì)對(duì)納米科技內(nèi)涵的全面理解，促進(jìn)納米科技研究與產(chǎn)業(yè)化在我國的健康發(fā)展。3國內(nèi)納米界領(lǐng)軍人物第四位

姓名：盧柯生年：1965單位：沈陽金屬所

2003年任中國科學(xué)院金屬研究所所長、博士生導(dǎo)師，中國科學(xué)院院士（年僅38歲）；

貢獻(xiàn)：非晶晶化法制備納米材料的始創(chuàng)者

點(diǎn)評(píng)：盧先生是當(dāng)今國際上公認(rèn)的三種納米材料制備技術(shù)之一的非晶晶化法的創(chuàng)造者，從出道以來一直工作在納米研究的國際前沿，而且研究方向自始至終很專一，因而很有深度。被譽(yù)為未來的中國納米第一人！3國內(nèi)納米界領(lǐng)軍人物第五位江雷2009選為院士

生年：19652012年當(dāng)選發(fā)展中國家科學(xué)院（TWAS）院士貢獻(xiàn)：親雙疏界面材料微觀機(jī)制

點(diǎn)評(píng)：江先生是親雙疏界面材料研究較早的科學(xué)家之一，首次從微觀上澄清了親雙疏的本質(zhì)。最近幾年來在此領(lǐng)域做出了不錯(cuò)的工作，得到同行的贊揚(yáng)。俗話說一招鮮吃遍天，盡管他的研究領(lǐng)域比較狹窄，但是有一定深度，也是值得稱道的。盡管年紀(jì)輕，如今已是國家納米中心的首席科學(xué)家之一。3國內(nèi)納米界領(lǐng)軍人物楊培東,加利福尼亞州大學(xué)伯克利分校華裔化學(xué)家、納米技術(shù)領(lǐng)域?qū)＜?多次獲得各種科學(xué)獎(jiǎng)金和榮譽(yù),成為納米研究領(lǐng)域閃亮的明星。

2003年被美國“技術(shù)評(píng)論”雜志列入“世界100位頂尖青年發(fā)明家”行列；研究領(lǐng)域半導(dǎo)體納米線及納米器件1.3國外知名華裔納米界著名人士

王中林，美籍華裔，材料科學(xué)家現(xiàn)任佐治亞理工學(xué)院終身教授，中國科學(xué)院外籍院士，中科院研究生院博士生導(dǎo)師。

王中林主要從事材料科學(xué)和納米科學(xué)研究。他在納米材料可控生長、表征和應(yīng)用等多方面取得了多項(xiàng)有國際重要影響力的原創(chuàng)性研究成果。2006年發(fā)明了納米發(fā)電機(jī)長期進(jìn)行氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的研究，使得氧化鋅成為除碳納米管和硅納米線外納米技術(shù)中又一重要材料體系。1.3國外知名華裔納米界著名人士納米科技融介觀體系物理、量子力學(xué)等現(xiàn)代科學(xué)為一體，研究1～100nm尺度內(nèi)原子、分子的行為與規(guī)律，并與超微細(xì)加工、計(jì)算機(jī)、掃描隧道顯微鏡等先進(jìn)工程技術(shù)手段相結(jié)合，是基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開發(fā)緊密結(jié)合的多學(xué)科交叉體系。納米科技在材料科學(xué)、凝聚態(tài)物理學(xué)、機(jī)械制造、信息科學(xué)、電子技術(shù)、生物遺傳、高分子化學(xué)以及國防和空間技術(shù)等眾多領(lǐng)域都有著廣闊的應(yīng)用前景，因而對(duì)它的研究在全世界范圍內(nèi)都引起了高度重視。科學(xué)家普遍認(rèn)為，在新的世紀(jì)內(nèi)，信息科學(xué)和生命科學(xué)是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的主流，納米科學(xué)技術(shù)是信息和生命科學(xué)能夠進(jìn)一步發(fā)展的共同基礎(chǔ)。納米科技必將成為21世紀(jì)的主導(dǎo)新技術(shù)之一。1納米材料與其他學(xué)科的交叉、滲透根據(jù)納米科學(xué)技術(shù)的研究內(nèi)涵和特點(diǎn)，其發(fā)展歷史大致可劃分為三個(gè)階段:第一階段(1990年以前)主要是在實(shí)驗(yàn)室探索用各種手段制備各種材料的納米顆粒粉體，合成塊體(包括薄膜)，研究評(píng)估表征的方法，探索納米材料不同于常規(guī)材料的特殊性能。第二階段(1994年前)人們關(guān)注的熱點(diǎn)是如何利用納米材料已挖掘出來的奇特物理、化學(xué)和力學(xué)性能，設(shè)計(jì)納米復(fù)合材料。第三階段(從1994年到現(xiàn)在)納米結(jié)構(gòu)的組裝體系越來越受到人們的關(guān)注，更強(qiáng)調(diào)按人們的意愿設(shè)計(jì)、組裝、創(chuàng)造新的體系，更有目的地使該體系具有人們所希望的特性。由于納米微粒尺寸處于微觀粒子和宏觀物質(zhì)交界的過渡區(qū)，具有許多既不同于微觀粒子又不同于宏觀物質(zhì)的特性，由于極細(xì)的晶粒，大量處于晶界和晶粒內(nèi)缺陷的中心原子以及其本身具有的量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等，納米材料與同組成的微米晶體（體相）材料相比，在催化、光學(xué)、磁性、力學(xué)等方面具有許多奇異的性能，因而成為材料科學(xué)和凝聚態(tài)物理領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)。納米復(fù)合材料是納米材料的一種，指分散相尺度至少有一維小于100nm的復(fù)合材料，從基體和分散相的粒徑大小關(guān)系，可分為微米-納米、納米-納米的復(fù)合納米復(fù)合材料是納米科學(xué)技術(shù)的一個(gè)重要的發(fā)展方向。納米材料被美國材料學(xué)會(huì)譽(yù)為“21世紀(jì)最有前途的材料”。2納米科技的研究歷史和發(fā)展趨勢(shì)超聲波分散是利用超聲技術(shù)來達(dá)到弱化納米粒子間的納米作用能，實(shí)現(xiàn)分散的。若停止震蕩，這有可能使納米粒子再度團(tuán)聚。其對(duì)極細(xì)小的納米顆粒分散效果也不理想。 機(jī)械攪拌分散是借助外力的剪切作用使納米粒子分散在介質(zhì)中。在機(jī)械攪拌下納米粒子的特殊結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，形成有機(jī)化合物支鏈或保護(hù)層，使納米粒子更易分散。分散劑分散；

1.加入反絮凝劑形成雙電層。選擇適當(dāng)?shù)碾娊赓|(zhì)作為分散劑，使納米粒子表面形成雙電層，通過雙電層之間的庫倫排斥作用使納米粒子分散。

2.加界面活性劑包裹微粒。加入適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣?，吸附在粒子表面，形成微胞，由于活性劑的存在而產(chǎn)生粒子間的排斥力，防止團(tuán)聚體的產(chǎn)生。

然而，分散劑添加時(shí)間的不同使保護(hù)效果不同，在反應(yīng)前將分散劑分散在溶液中效果最好，隨著分散劑添加量的增加，粒子的粒徑變小，由于納米顆粒度很小，比表面積大很多，在濃度大時(shí)易發(fā)生“聚集長大”從而降低了分散效果。此外分散劑黏度較大時(shí)，其保護(hù)作用明顯，而且由于黏度大而使顆粒不易聚集。影響因素；

1.顆粒的表面性質(zhì)，如表面官能團(tuán)的類型、酸堿性、比表面積等。

2.表面改性劑的種類、用量及方法

3.工藝設(shè)備及操作條件，如設(shè)備性能、物料的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或機(jī)械對(duì)物料的作用方式、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間等?；瘜W(xué)改性分散是利用聚合反應(yīng)等在納米粒子表面進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，在納米粒子表面構(gòu)成聚合物層，從而達(dá)到表面改性。納米復(fù)合粒子的復(fù)合通常是在納米粒子與微米級(jí)、亞微米級(jí)及納米級(jí)粒子間的復(fù)合。粒徑較大的稱作母粒子或核心粒子，較小粒徑的納米粒子稱為子粒子或包裹粒子。子、母粒子的平均粒徑之比一般小于1/5，最好能小于1/10。如果其平均粒徑之比大于1/5，則子、母粒子之間的復(fù)合穩(wěn)定性將會(huì)很差。納米粉體的制備納米粉體的制備常用的制備納米粉體的物理法有1.惰性氣體冷凝法制備納米粉體（制備清潔界面納米粉的主要方法之一）2.高能球磨法制備納米粉體（是一種完全依賴機(jī)械能使大經(jīng)理經(jīng)球磨變成納米晶來之輩納米粉的方法）3.共混法制備納米粉體（最原始的復(fù)合方法之一）4.異相凝聚法制備納米粉體(帶有不同表面電荷的粒子會(huì)相互吸引而凝聚，形成納米復(fù)合粒子。當(dāng)介質(zhì)中含有兩種帶有不同典型的粒子混合時(shí)，小粒子就會(huì)吸附在大粒子表面形成復(fù)合粒子。)納米粉體的制備常用的制備納米粉體的化學(xué)法有1.溶膠-凝膠法（該方法是制備納米粒子及納米納米復(fù)合粒子的最早方法之一）2.濕化學(xué)法制備納米粉體（主要方法：共沉淀法、乳濁液法、水熱法等。）3.水熱法（主要利用水熱沉淀和水熱氧化反映合成納米粉）4.微乳溶液法（微乳液是兩種不互溶的液體形成的熱力學(xué)穩(wěn)定的、各項(xiàng)同性的、外觀透明或半透明的分散體系，微觀上由表面活性劑使界面穩(wěn)定的一種或兩種液體組成。

）5.化學(xué)氣相沉積法（以揮發(fā)性金屬化合物或有機(jī)金屬化合物等蒸汽為原料，通過化學(xué)反映生成所需要的物質(zhì)，在保護(hù)氣體還進(jìn)下快速冷凝，從而制備出各種納米顆粒）6.溶劑蒸發(fā)法（將溶液先制成微笑液滴，再加熱使溶劑蒸發(fā)、用之析出，即得到所需納米粒子。

）物理復(fù)合法總結(jié)在物理復(fù)合法中，物理和化學(xué)反映是同時(shí)或分階段進(jìn)行的，不能嚴(yán)格分開。對(duì)物理復(fù)合法，最重要的是要求復(fù)合粒子穩(wěn)定。對(duì)粒子之一為載體的，要求作用粒子與載體不易分離。對(duì)希望獲得子、母粒子的協(xié)同效應(yīng)或綜合性能的，要求粒子最好能均勻分散與母粒子內(nèi)部及表面?；瘜W(xué)復(fù)合法總結(jié)對(duì)化學(xué)復(fù)合法，粒子復(fù)合通常較物理法要穩(wěn)定，其生成的復(fù)合粒子最好能粒度小且均勻。對(duì)某些復(fù)合法還需要考慮對(duì)生成的復(fù)合粒子的收集問題。物理化學(xué)復(fù)合法共同存在的問題無論是物理法還是化學(xué)法，總會(huì)存在粒度不均的情況，因此，在復(fù)合前后采用一些分級(jí)設(shè)備對(duì)粒子進(jìn)行分級(jí)處理。納米復(fù)合材料納米復(fù)合材料涉及范圍較寬，種類繁多。

分為4大類：1、0-0復(fù)合：即不同成分，不同相或者不同種類的納米粒子復(fù)合而形成納米固體，這種復(fù)合體的納米粒子可以是金屬與金屬、金屬與陶瓷、金屬與高分子、陶瓷與陶瓷、陶瓷和高分子等構(gòu)成的納米復(fù)合體。2、0-3復(fù)合：即把納米粒子分散到常規(guī)的三維固體中；

例如：把金屬納米粒子彌散到另一種金屬或合金中，或者加入常規(guī)的陶瓷材料或高分子中，納米陶瓷粒子（氧化物、氮化物）放入常規(guī)的金屬。高分字及陶瓷中。3、0-2復(fù)合:即把納米材料分散到二維的薄膜材料中，這種復(fù)合材料又可分為均勻彌散和非均勻彌散兩類。

均勻彌散：納米粒子在薄膜中均勻分布，人們可根據(jù)需要控制納米粒子的粒徑及粒間距。

非均勻彌散：指納米粒子隨機(jī)地混亂地分散在薄膜基體中納米復(fù)合材料4、納米層狀復(fù)合：即由不同材質(zhì)交替形成的組分或結(jié)構(gòu)交替變化的多層膜，各層膜的厚度均為納米級(jí)。例如：Ni/Cu多層膜，Al/Al2O3納米多層膜等。其中第三種和第四種可統(tǒng)稱為納米復(fù)合薄膜材料納米固體復(fù)合材料

納米復(fù)合材料為發(fā)展高性能的新材料和改善現(xiàn)有材料性能提供了新的途徑。納米復(fù)合材料的合成：惰性氣體凝聚原位加壓成型法、機(jī)械合金化、非晶晶化法、溶膠-凝膠。

而納米復(fù)合材料的制備，德國斯圖加特金屬研究所和中國上海硅酸鹽研究所都成功的制備了納米復(fù)合材料，這種材料具有高強(qiáng)，高韌，優(yōu)良的熱和化學(xué)穩(wěn)定性。納米固體材料的制備方法有：

（1）直接高壓合成г-Al2O3和SiO2納米材料

為了避免燒結(jié)過程中晶粒生長，Gallas等采用超高壓技術(shù)獎(jiǎng)納米陶瓷粉直接壓成高密度陶瓷材料，獲得堅(jiān)硬、無裂紋的透明SiO2凝膠型納米材料和半透明г-Al2O3納米材料。高壓和室溫條件相結(jié)合的工藝可能有于有機(jī)物質(zhì)和無機(jī)基體之間的合成。此外還可以避免由于溫度變化引起的材料相變。（2）制備納米SiC陶瓷

Mitomo等用平均粒徑為90nm的SiC粉為起始原料，加適當(dāng)?shù)奶砑觿〢l2O3、Y2O3和CaO，在1750℃熱壓可獲得致密納米SiC陶瓷。（3）制備納米TiO2陶瓷

Siegel等用氣相凝聚法以及隨后的原位壓來制備超細(xì)納米TiO2材料為了獲得更致密的結(jié)構(gòu)可在900℃燒結(jié)14h，其密度超過理論密度的90％，但晶粒增長過快。（4）制備納米晶ZrO2-3％Y2O3陶瓷

用混合硝酸鹽經(jīng)化學(xué)沉淀法得到無定形或多晶ZrO2-3％（質(zhì)量）Y2O3粉末。納米層狀材料層狀化合物的結(jié)構(gòu)具有特殊性，其本身是一種特殊的納米結(jié)構(gòu)，同時(shí)又可作為制備無機(jī)-無機(jī)、無機(jī)-有機(jī)，納米復(fù)合詞、納米復(fù)合材料的母體材料特點(diǎn)；

1.其層間距一般為幾個(gè)納米，處于分子水平；