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第十章纳米高分子材料
概述
高分子/无机纳米杂化材料
高分子自组装纳米材料
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概述
纳米材料的分类
无机纳米粒子的特性
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纳米材料的分类
纳米材料
小分子
大分子纳米材料
无机纳米材料
有机纳米材料
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一系列特殊的效应
纳米粒子
介观相
宏观相
微观相
无机纳米粒子的特性
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表面效应
应用
——表面原子易与某些大分子发生键合作用,提高分子间的键合力,从而使纳米复合材料的强度、韧性大幅度提高。
纳米微粒
比表面积很大
表面原子所占比例相当大
表面能高
缺少临近的配位原子
化学活性高
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小尺寸效应
——随着颗粒尺寸的量变,在一定条件下会引起颗粒性质的质变;由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。
——对超微颗粒而言,尺寸变小的同时,其比表面积显著增加,从而产生一系列新奇的性质。
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特殊的光学性质
金属被细分到小于光波波长的尺寸时,对光的反射率很低,通常可低于l%,大约几微米的厚度就能完全消光;以至于金属超微颗粒会失去原有的金属光泽而呈黑色;而且尺寸越小,颜色愈黑,
例如:银白色的铂(白金)变成铂黑,金属铬变成铬黑。
应用
作为高效率的光热、光电等转换材料,可以高效率地将太阳能转变为热能、电能;
可能应用于红外敏感元件、红外隐身技术等。
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特殊的热学性质
举例——银的常规熔点为900℃,而超微银颗粒的熔点可低于100℃。
应用
超细银粉制成的导电浆料可以进行低温烧结,此时元件的基片不必采用耐高温的陶瓷材料,甚至可用塑料。
固态物质
大尺寸
小尺寸
熔点固定
熔点显著降低
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特殊的磁学性质
应用——高贮存密度的磁记录磁粉,大量应用于磁带、磁盘、磁卡以及磁性钥匙等;用途广泛的磁性液体。
生物体——鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂
超微磁性颗粒
在地磁场导航下能辨别方向
1厘米
1微米
100纳米
10纳米
1纳米

块体铁材料
银白色金属光泽
导体
铁磁性
铁纳米相材料
无金属光泽,黑色
矫顽力增大
电阻增大
铁磁性消失
(超顺磁性)
绝缘体
Fe
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特殊的力学性质
陶瓷材料在通常情况下呈脆性,然而由纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷材料却具有良好的韧性。
纳米材料具有大的界面,界面的原子排列是相当混乱的,原子在外力变形的条件下很容易迁移,因此表现出甚佳的韧性与一定的延展性,使陶瓷材料具有新奇的力学性质。
研究表明,人的牙齿之所以具有很高的强度,是因为它是由磷酸钙等纳米材料构成的。
呈纳米晶粒的金属要比传统的粗晶粒金属硬3~5倍。至于金属——陶瓷等复合纳米材料则可在更大的范围内改变材料的力学性质,其应用前景十分宽广。
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