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1、182橡膠工業(yè)2004年第51卷納米材料的特性和制備方法及應(yīng)用12陳月輝,趙光賢(1.上海工程技術(shù)大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,上海200065;2.上海市膠鞋研究所,上海200051)摘要:概述納米材料的特性、制備方法及其應(yīng)用。納米材料具有表面與界面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)。納米材料的制備方法有氣相法(包括氣體中蒸發(fā)法、化學(xué)氣相反應(yīng)法、化學(xué)氣相凝聚法和濺射法)、液相法和固相法;納米復(fù)合材料的制備方法有溶膠-凝膠法、就地合成法、層間插入法和共混法。納米材料用于橡膠工業(yè)中可起到補(bǔ)強(qiáng)、活化、交聯(lián)、滅菌、
2、耐老化、增白、抗靜電、防震等作用。關(guān)鍵詞:納米材料;納米復(fù)合材料;納米效應(yīng);功能橡膠中圖分類號(hào):TB383;TQ330.38文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1000-890X(2004)03-0182-07早在納米科學(xué)誕生之前,在橡膠工業(yè)中就已機(jī)-無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料,目前正成為一個(gè)新興的、[2]經(jīng)使用炭黑和白炭黑這兩種納米材料了。但當(dāng)時(shí)極富生命力的研究領(lǐng)域。它是由無(wú)機(jī)相和有只知其然(補(bǔ)強(qiáng)效果與其粒徑和比表面積有關(guān)),機(jī)相在納米至亞微米范圍內(nèi)結(jié)合形成的,兩相界而不知其所以然(未能從原子、分子和量子的角度面之間存
3、在著較強(qiáng)或較弱的化學(xué)鍵(范德華力、氫加以解釋)。本文概述了納米材料的特性、制備方鍵)。其中有機(jī)相可以是橡膠、錦綸、有機(jī)玻璃、塑法及其應(yīng)用。料等;無(wú)機(jī)相可以是金屬、氧化物、陶瓷、半導(dǎo)體等。納米復(fù)合材料集無(wú)機(jī)、有機(jī)、納米粒子的諸多1基本概念特性于一身。1.1納米材料1992年國(guó)際納米材料會(huì)議對(duì)納米材料定義2納米材料的特性如下:一相任一維的尺寸達(dá)到100nm以下的材2.1表面與界面效應(yīng)[1]料為納米材料。由此可知,納米材料的幾何形固體顆粒的比表面積與其粒徑的關(guān)系可由下?tīng)罴瓤梢允橇叫∮?00nm的零維納米
4、粉末,式表示:也可以是徑向尺寸小于100nm的一維納米纖維Sw=K/ρD或二維納米膜、三維納米塊體等。納米材料的材式中Sw———粒子的比表面積;質(zhì)可以是金屬或非金屬;相結(jié)構(gòu)可以是單相或多K———形狀因子(球形和立方體粒子的K相;原子排列可以是晶態(tài)或非晶態(tài)。當(dāng)物質(zhì)進(jìn)入為6);納米級(jí)后,其在催化、光、電、熱力學(xué)等方面都出現(xiàn)ρ———粒子的理論密度;特異化,這種現(xiàn)象被稱為“納米效應(yīng)”。D———粒子的平均直徑。橡膠工業(yè)常用的納米材料以非金屬類為主,由上式可知,粒子的比表面積隨著其粒徑的可分為金屬氧化物(如氧化
5、鋅、三氧化二鋁、二氧減小而增大,從而導(dǎo)致處于表面的原子個(gè)數(shù)越來(lái)化鈦、三氧化二鐵等)和無(wú)機(jī)鹽類(如輕質(zhì)碳酸鈣越多。當(dāng)粒子粒徑分別為10,4,2和1nm時(shí),表和陶瓷)。面原子所占比例分別為20%,40,80%和99%。1.2納米復(fù)合材料此時(shí)表面效應(yīng)所帶來(lái)的作用不可忽略。納米粒子納米復(fù)合材料在橡膠工業(yè)中應(yīng)用較多的是有所具有的大比表面積使鍵態(tài)嚴(yán)重失配,出現(xiàn)許多作者簡(jiǎn)介:陳月輝(1951-),男,浙江紹興人,上海工程技術(shù)大活性中心,表面臺(tái)階和粗糙度增加,出現(xiàn)非化學(xué)平學(xué)副教授,碩士,從事高分子材料的科研與教學(xué)工
6、作。衡、非整數(shù)配位的化學(xué)鍵,從而導(dǎo)致納米體系的化第3期陳月輝等.納米材料的特性和制備方法及應(yīng)用183學(xué)性質(zhì)與化學(xué)平衡的體系有很大差異。若用高倍可以高效地將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎碗娔堋４送?電子顯微鏡對(duì)金屬超微粒進(jìn)行觀察,會(huì)發(fā)現(xiàn)這些還可用于紅外敏感元件、紅外隱身技術(shù)等。又如顆粒沒(méi)有固定的形態(tài),且隨著時(shí)間的變化而自動(dòng)顆粒的磁化率和比熱容隨著所含電子的奇偶性會(huì)變成各種形狀,它既不同于一般固體,又不同于液產(chǎn)生光譜線的頻移、介電常數(shù)的變化等現(xiàn)象。近體,可視為一種準(zhǔn)固體。在電子顯微鏡的電子束年來(lái),人們還發(fā)現(xiàn)納米微粒
7、在含有奇數(shù)或偶數(shù)電[3][6]照射下,表面原子仿佛進(jìn)入了“沸騰”狀態(tài)。因子時(shí)顯示出不同的催化性質(zhì)。此納米粒子具有極高的活性,很容易與其它原子2.3宏觀量子隧道效應(yīng)相結(jié)合而出現(xiàn)一些非常規(guī)現(xiàn)象,如金屬的納米粒微觀粒子如電子具有波粒二象性,因而存在[7]子在空氣中會(huì)燃燒,無(wú)機(jī)納米粒子暴露在空氣中隧道效應(yīng)。近年來(lái),人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀物理會(huì)吸附氣體,并與氣體發(fā)生反應(yīng)等。量,如微顆粒的磁化強(qiáng)度、量子相干器件中的磁通2.2量子尺寸效應(yīng)量等也顯示出隧道效應(yīng),通常稱之為宏觀量子隧隨著顆粒尺寸的減小,在一定條件下會(huì)引起道
8、效應(yīng)。量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)將是顆粒性質(zhì)的變化。一般而言,如果某種結(jié)構(gòu)的某未來(lái)微電子器件的基礎(chǔ),或者說(shuō)它確立了現(xiàn)存微一方向的線度小于費(fèi)米面上的德布羅意波的波電子器件進(jìn)一步微型化的極限。如在制造半導(dǎo)體長(zhǎng),則在該方向上的量子尺寸效應(yīng)非常明顯。由集成電路時(shí),當(dāng)電路的尺寸接近波長(zhǎng)時(shí),電子借助于納米材料的尺寸小到與物理特征量相差不多,隧道效應(yīng)而溢出器件,器件便無(wú)法工作。經(jīng)典電即可與電子的德布羅意波長(zhǎng)、超導(dǎo)相干波長(zhǎng)、磁場(chǎng)路的物理極限尺寸大約為0.25μm。目前研制的穿透深
