有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合材料

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1、.有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合材料一、有機(jī)、無(wú)機(jī)復(fù)合材料的定義復(fù)合材料是指結(jié)合兩種或兩種以上不同有機(jī)、無(wú)機(jī)相的物質(zhì)以物理方式結(jié)合而成，擷取各組成成分的優(yōu)點(diǎn)，以構(gòu)成需要之結(jié)構(gòu)材。往往以一種材料為基體，另一種材料為增強(qiáng)體組合而成的材料。各種材料在性能上互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。高聚物基復(fù)合材料PMCS最先得到發(fā)展，已有半個(gè)多世紀(jì)的歷史，在工業(yè)、民用、航天航空、生態(tài)、智能等領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用[1]。有機(jī)、無(wú)機(jī)復(fù)合材料即用有機(jī)材料與無(wú)機(jī)材料通過(guò)某種方式結(jié)合而成的全新材料。

2、復(fù)合后的新材料具有有機(jī)、無(wú)機(jī)材料的各自優(yōu)點(diǎn)，并且可以在力學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)和生物學(xué)等方面賦予材料許多優(yōu)異的性能，正在成為材料科學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。目前，國(guó)內(nèi)外這方面的研究成果正不斷見諸報(bào)道[2,3]。二、有機(jī)、無(wú)機(jī)復(fù)合材料的特點(diǎn)復(fù)合材料中以纖維增強(qiáng)材料應(yīng)用最廣、用量最大。其特點(diǎn)是比重小、比強(qiáng)度和比模量大。例如碳纖維與環(huán)氧樹脂復(fù)合的材料，其比強(qiáng)度和比模量均比鋼和鋁合金大數(shù)倍，還具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、減摩耐磨、自潤(rùn)滑、耐熱、耐疲勞、耐蠕變、消聲、電絕緣等性能。石墨纖維與樹脂復(fù)合可得到膨脹系數(shù)幾乎等于零的材料。

3、纖維增強(qiáng)材料的另一個(gè)特點(diǎn)是各向異性，因此可按制件不同部位的強(qiáng)度要求設(shè)計(jì)纖維的排列。以碳纖維和碳化硅纖維增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料，在500℃時(shí)仍能保持足夠的強(qiáng)度和模量。碳化硅纖維與鈦復(fù)合，不但鈦的耐熱性提高，且耐磨損，可用作發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片。碳化硅纖維與陶瓷復(fù)合，使用溫度可達(dá)1500℃，比超合金渦輪葉片的使用溫度（1100℃）高得多。碳纖維增強(qiáng)碳、石墨纖維增強(qiáng)碳或石墨纖維增強(qiáng)石墨，構(gòu)成耐燒蝕材料，已用于航天器、火箭導(dǎo)彈和原子能反應(yīng)堆中。非金屬基復(fù)合材料由于密度小，用于汽車和飛機(jī)可減輕重量、提高速度、節(jié)約能源。用碳纖維

4、和玻璃纖維混合制成的復(fù)合材料片彈簧，其剛度和承載能力與重量大5倍多的鋼片彈簧相當(dāng)。三、有機(jī)、無(wú)機(jī)復(fù)合材料的應(yīng)用1有機(jī)一無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料納米復(fù)合材料是一類新墊復(fù)合材料，它是指一種或多種組分以納米量級(jí)的微粒，即接近分子水平的微粒復(fù)合于基質(zhì)中構(gòu)成一種復(fù)合材料．納米復(fù)合材料因其分散相尺寸介于宏觀與微觀之間的過(guò)渡區(qū)域，將給材料的物理和化學(xué)性質(zhì)帶來(lái)特殊的變化，正日益受到關(guān)注．納米材料被譽(yù)為21世紀(jì)最有前途的材料”，該類材料研究的種類已經(jīng)涉及到無(wú)機(jī)物、有機(jī)物和非晶態(tài)材料等．有機(jī)一無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料因其綜合了有機(jī)物和無(wú)機(jī)物各

5、自的優(yōu)點(diǎn)，并且可以在力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)和生物學(xué)等方面賦予材料許多優(yōu)異的性能，正在成為材料科學(xué)研究的熱點(diǎn)之一．<1>有機(jī)一無(wú)機(jī)納米復(fù)合技術(shù)最先制得的納米復(fù)合材料是無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料，如金屬、非金屬．陶瓷和石英玻璃等．目前，納米復(fù)......合材料研究的種類已涉及到有機(jī)物和非晶態(tài)材料等．各國(guó)首先著重于納米復(fù)合材料制備方法的研究，特別是薄膜制備法的研究．納米復(fù)合方法常用的有三種：溶膠一凝膠法、嵌入法和納米微粒填充法．其中溶膠一凝膠法較早用于制備有機(jī)一無(wú)機(jī)分子雜化材料或納米復(fù)合材料；嵌入法在分子材料領(lǐng)域表現(xiàn)出很

6、好的前景，特別是將不同的性能綜合到單一的材料中去．<1.1>溶膠一凝膠法(Sol—GelProcess)在l8世紀(jì)中期,Ebelman和GrahmanC在對(duì)二氧化硅凝膠的研究中，產(chǎn)生了用溶膠一凝膠工藝制備無(wú)機(jī)陶瓷和玻璃的興趣．溶膠一凝膠產(chǎn)品最早出現(xiàn)在50年代，除了粉末材料外，多孔固體、纖維、涂層和薄膜也相繼被制備．溶膠一凝膠工藝的基本過(guò)程是液體金屬烷氧化物M(OR)(M為si、T等元素，R為cH、CIHs等烷基)與醇和水混合，在催化劑作用下發(fā)生如下水解一縮合反應(yīng)：水解反應(yīng)TEOS+4H2O—Si(OH)4+

7、4EtOH縮合反應(yīng)Si(OH)4+Si(OH)4J→(HO)3Si—O—Si(OH)3+H2O當(dāng)另外的-=Si-OH四配位體互相鏈接，則發(fā)生如下縮聚反應(yīng)，并最終形成三維的siO。凝膠網(wǎng)絡(luò)．(OH)3Si-O-Si(OH)3+6Si(OH)4→((HO)3Si-O)3Si-O-Si(O—Si(OH)3)3+6H2O凝膠的結(jié)構(gòu)取決于水解反應(yīng)速率和縮合反應(yīng)速率。影響速率的因素包括：溫度、溶劑的性質(zhì)、烷氧化物先驅(qū)體的性質(zhì)、電解質(zhì)(酸、堿)的性質(zhì)和濃度、R比值(H2O]／[TEOS])和壓力等．近年來(lái)，利用金屬烷氧化

8、物的溶膠一凝膠反應(yīng)與聚合反應(yīng)巧妙的組合，制備有機(jī)一無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料已成為材料科學(xué)新的熱點(diǎn)．通過(guò)選擇不同的原料和控制合成反應(yīng)，可以制備出具有不同性能和滿足廣泛需要的有機(jī)一無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料[4]．溶膠一凝膠法已被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用到電子陶瓷、光學(xué)、熱學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)以及復(fù)合材料等鋇域．<1.2>嵌入法(IntercalationProcess)嵌入法是將客體嵌人到層狀結(jié)構(gòu)的主體中去的復(fù)合方法，它包括：(1)將有機(jī)單體分