有机高分子材料的特性范文

有机高分子材料的特性篇1

关键词：高分子材料；纳米技术；功能高分子；航天；可降解生物

中图分类号：K477 文献标识码： A

一、高分子材料改性中纳米技术的应用

一般，纳米技术被认为是对纳米材料的性质和纳米结构的设计的一项研究技术。当任何材料用高科技手段被细化到纳米量级时，该材料的物化性能就会发生巨大的变化，产生出一些奇异的物化现象，呈现出与常规材料完全不同的新的性质。而且如果将拥有特殊性能的纳米粒子与高分子材料复合时，纳米粒子可以显著改变或者增强该高分子材料的某些性能。因此，在高分子材料改性中应用的纳米技术主要是包括两大类：第一，纳米粒子与高分子材料的复合；第二，对高分子材料进行纳米结构的设计和制作。其中第一类占主要地位。

例如，于苯乙烯一丙烯酸醋IPN/MMT纳米复合阻尼材料的研究，就是利用纳米粒子与高分子材料复合，提高原材料由于粘弹性而具有的抗震消声性能。并且研究表明，纳米粒子特别是二维纳米片均匀分散于聚合物基体中之后，将能大大改进和提高材料原有的应用性能，同时还能赋予基体材料其他新的性能：增强增韧性能、耐磨性能、阻透性能、抗菌性能、抗老化性能及防紫外线性能。再如，将纳米无机粘土粒子通过咪唑类有机改性剂有机化后得到的纳米粒子片层，跟尼龙6材料复合后，所得复合材料的阻燃性能显著提高。

利用纳米材料和纳米结构的种种特有性能，可以帮助我们合成制造出更多更适用的新材料。因此，开发纳米高分子复合材料，是改造传统聚合物工业技术的最有效途径，具有巨大研究价值和市场潜力。

二、功能高分子材料发展

功能高分子材料是指与常规聚合物相比具有明显不同的物理化学性质，并具有某些特殊功能（如电学、光学等方面的特殊功能）的聚合物大分子（主要指全人工和半人工合成的聚合物）。功能高分子是高分子材料的一个特殊领域，泛指性能特殊、有某些特殊功能、用量少但能产生重要新技术的一类特殊高分子材料。随着经济和科学技术的发展，新能源开发、交通和宇航技术、微电子技术、生物医药等各个领域的发展和进步都迫切需要相应的功能高分子材料作为基础。高分子材料的功能设计的主要途径是：1）通过分子设计合成新功能，如非晶质光盘（APO）的研制；2）通过特殊加工赋予材料功能特性，如功能高分子膜和塑料光纤；3）通过两种或两种以上具有不同功能或性能的材料复合获得新功能，如层积复合填料复合的EMI/RFI屏蔽导电塑料和高分子磁性体；4）通过对材料进行各种表而处理以获得新功能，如表面处理法，EMI/RFI屏蔽导电塑料进行功能设计的思想，贯穿了功能高分子材料发展的各领域，代表着当今功能高分子材料的发展方向。在生物医药材料领域，就有人模仿自然骨成分和形成过程，利用电化学反应为胶原分子自组装和矿化提供反应动力和微环境，获得了成分和结构与骨组织相似的生物活性涂层，并且可以可控的释放生物活性因子调控促进骨生长，是增强医用移植体材料生物活性，加快早起治愈速度的理想方法。特种与功能高分子材料之所以能成为国内外材料学科的重要研究热点之一，最主要的原因在于它们具有独特的“性能”和“功能”，可用于替代其他功能材料，并提高或改进其性能，使其成为具有全新性质的功能材料。因此，功能高分子的发展是没有固定学科边界的。而我国更应该加大对功能高分子材料研究的重视，加强国际交流，努力提高自主研发水平，跻身世界高精尖技术行列。

三、生物可降解高分子材料的发展

生物可降解高分子材料是指在一定的时间和一定的条件下，能被微生物或其分泌物在酶或化学分解作用下发生降解的高分子材料。生物可降解的机理大致有以下三种方式：生物的细胞增长使物质发生机械性破坏；微生物对聚合物作用产生新的物质；酶的直接作用，即微生物侵蚀高聚物从而导致裂解。一般认为，高分子材料的生物可降解是经过两个过程进行的。首先，微生物向体外分泌水解酶和材料表面结合，通过水解切断高分子链，生成分子量小于500的小分子量的化合物；然后，降解的生成物被微生物摄入人体内，经过种种的代谢路线，合成为微生物体物或转化为微生物活动的能量，最终都转化为水和二氧化碳。因此，生物可降解并非单一机理，而是一个复杂的生物物理、生物化学协同作用，相互促进的物理化学过程。到目前为止，有关生物可降解的机理尚未完全阐述清楚。除了生物可降解外，高分子材料在机体内的降解还被描述为生物吸收、生物侵蚀及生物劣化等。生物可降解高分子材料的降解除与材料本身性能有关外，还与材料温度、酶、PH值、微生物等外部环境有关。

四、先进高分子材料在航天工业领域的应用

新中国成立以来，以两弹一星为代表的航天产品的研制带动了我国许多关键新材料项目的启动和开展。改革开放以来，我国载人航天、探月工程等重点工程的开展需要众多新材料的支撑，也促使我国在许多关键新材料领域的研制工作取得了突破。其中，先进高分子材料是我国航天工业赖以支撑的重要配套材料，主要包括橡胶、工程塑料、胶黏剂及密封剂、涂料等。

作为理想的密封及阻尼材料，橡胶的应用非常广泛。我国航天工业建立伊始，为了满足当时的迫切需求，我国开展了大量特种橡胶材料的研制攻关工作；随着我国工业的发展，高性能橡胶材料及应用技术也取得了长足进步。工程塑料是指可作为结构材料，在较宽的温度范围内承受机械应力，在较苛刻的化学物理环境中使用的高性能高分子材料。其结构特点是主链由苯环、萘环、氮杂环等通过醚基、砜基、酮基等连接而成，具有重量轻、强度高、耐热性好和耐辐射性好等优良特性，已经逐步取代金属材料，用于装备中大量次结构件的制造。目前，在国防装备上获得应用的工程塑料主要有聚酰胺（PA）、聚氨酯（PU）、聚苯硫醚（PPS）、聚酰亚胺（PI）、聚醚醚酮（PEEK）、聚四氟乙烯（PTFE）等。航天产品广泛采用轻合金、蜂窝结构和复合材料，因此，胶黏剂及胶接技术应用普遍，但航天产品使用环境苛刻，要承受高温、烧蚀、温度交变、高真空、超低温、热循环、紫外线、带电粒子、微陨石、原子氧等环境考验。航天材料及工艺研究所研制了百余种特种胶黏剂及密封剂，主要包括聚氨酯类、酚醛树脂类、环氧树脂类、有机硅类、丙烯酸酯类、有机硼类胶黏剂等，其中绝大多数已应用于我国运载火箭、卫星及飞船等航天产品。

结语

高分子材料也叫做聚合物材料，通常是指由千万个小分子化合物以化学键联结而成的大分子化合物。我们生活中应用的高分子材料主要就是指合成塑料、合成橡胶、合成纤维等合成高分子材料。然而至20世纪60年代，高分子材料工业已基本完善，解决了人们的衣着、日用品和工业材料等需求。因此，在未来的高分子材料研究领域，高分子材料的三个钟头发展方向将会是高分子材料功能化、纳米高分子材料复合应用以及可生物降解高分子材料研发。

参考文献

[1]王周玉,岳松,蒋珍菊,芮光伟,任川宏.可生物降解高分子材料的分类及应用[J].四川工业学院学报,2003,S1:145-147.

[2]陈志祥,张政委,田华,高林.生物降解高分子材料在医药领域中的应用[J].化学推进剂与高分子材料,2005,01:31-34.

有机高分子材料的特性篇2

【关键词】高分子；化学；发展；方向

中图分类号： F407 文献标识码： A

一、前言

我国高分子化学一直都是我国发展的重点，这项技术对于很多相关产业非常有帮助，高分子化学是高分子材料的研究基础，已经涉及到了机械行业，建筑行业等多个行业，因此发展高分子化学对于我国高分子材料行业是非常有帮助的。

二、现如今高分子化学的发展情况和应用范围

自从20世纪到现在，随着工业技术的快速发展，天然资源已经露出了疲态，科学家们已经开始使用高分子化学进行材料的合成。有数字表明，在之前的40年中，使用材料的速度正在以每10年五倍增长，人类三大合成材料，其中包括塑料、橡胶、纤维，在使用过程中表现出了令人惊讶的增长速度。新型的材料，特别表现在合成材料，在工业、建筑、农业、电子技术方面都被广泛使用，极大的支撑着人类的日常生活，是使国民经济持续发展的必要动力源泉。

相对分子质量和物质的性质是密切相关的，是决定物质性质的一个重要因素。只有相对分子质量高的化合物才有一定的机械力学性能，才能作为材料使用。例如乙烷、辛烷、廿烷、聚乙烯、超高分子量聚乙烯，都是直链的烷烃化合物，但是分子量变化很大，其机械力学性能因而也有极大的区别。

三、高分子化学与高科技的结合

当今社会，人们将能源、信息和材料并列为新科技革命的三大支柱，而材料又是能源和信息发展的物质基础。自从合成有机高分子材料的那一天起，人们始终在不断地研究、开发性能更优异、应用更广泛的新型材料，来满足计算机、光导纤维、激光、生物工程、海洋工程、空间工程和机械工业等尖端技术发展的需要。高分子材料向高性能化、功能化和生物化方向发展，出现了许多产量低、价格高、性能优异的新型高分子材料。

随着生产和科学技术的发展，许多具有特殊功能的高分子材料也不断涌现出来，如分离材料、光电材料、磁性材料、生物医用材料、光敏材料、非线性光学材料等等。功能高分子材料是高分子材料中最活跃的领域，下面简单介绍特种高分子材料：功能高分子是指当有外部刺激时，能通过化学或物理的方法做出相应反应的高分子材料；高性能高分子则是对外力有特别强的抵抗能力的高分子材料。它们都属于特种高分子材料的范畴；特种高分子材料是指带有特殊物理、力学、化学性质和功能的高分子材料，其性能和特征都大大超出了原有通用高分子材料（化学纤维、塑料、橡胶、油漆涂料、粘合剂）的范畴。

第一，力学功能材料：强化功能材料，如超高强材料、高结晶材料等；)弹材料，如热塑性弹性体等。

第二，化学功能材料：分离功能材料，如分离膜、离子交换树脂、高分子络合物等；反应功能材料，如高分子催化剂、高分子试剂；生物功能材料，如固定化酶、生物反应器等。

第三，生物化学功能材料：人工脏器用材料，如人工肾、人工心肺等；高分子药物，如药物活性高分子、缓释性高分子药物、高分子农药等；生物分解材料，如可降解性高分子材料等。

可以预计，在今后很长的历史时期中，特种与功能高分子材料研究将代表了高分子材料发展的主要方向。

四、高分子材料化学的应用

材料是人类社会文明发展阶段的标志，是人类赖以生存和发展的物质基础。它是指经过某种加工，具有一定结构、组分和性能，并可应用于一定用途的物质。上世纪半导体硅、高集成芯片、高分子材料的出现和广泛应用，把人类由工业社会推向信息和知识经济社会。可以说某一种新材料的问世及其应用，往往会引起人类社会的重大变革，材料是人类文明的重要标志。如果说现在人人离不开高分子材料，家家离不开高分子材料，处处离不开高分子材料，是一点也不过分的。高分子化合物的最主要的应用是以高分子材料的形式出现的，高分子材料包括了塑料、纤维、橡胶三大传统合成材料，另外许多精细化工材料也都是高分子材料。

第一，塑料：一类是通用塑料，如容器、管道、家具、薄膜、鞋底与泡沫塑料等等；另一类叫工程塑料，其强度大，如汽车零部件、保险杠、洗衣机内的滚筒、电器的外壳等。

第二，纤维：人们开发出聚酯、尼龙、腈纶、维尼纶等高分子化合物，通过不同的加工，生产出了各种纤维制品，极大地满足着人类的需要。

第三，橡胶：天然橡胶的种类和品质都受到很大的限制，于是科学家们不断开发出了各种人造橡胶，如丁苯橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶、氟橡胶、硅橡胶等。

第四，精细化工：比如使得我们的世界变得丰富多彩的各种涂料产品，如家具漆、内外墙乳胶漆、汽车漆、飞机漆等。女孩子用的指甲油，使牙齿变白的增白剂也都是涂料。还有万能胶、建筑用胶、医用胶、结构胶等黏合剂，以及各种吸水树脂等都是高分子产品。

五、高分子化学的发展方向

1、使地球更加绿色化

在现在很多工业发达的城市，天空中都会飘着非常浓郁的黑烟，对人们的日常生活有非常严重的污染。绿色，在现在被认为是没有污染、再生性或者可以循环使用。在没有污染方面，我们需要做的就是减少工业废弃物的排放、相对的减少污染源。现在的情况表明，化学行业中具有污染和治理两个方面的性质，可以对绿色使用材料进行研究，也可以继续对环境造成恶化。例如：在研制的过程中使用的催化剂、溶解剂、中间物品等，在生产过程中产生的废气、废渣、废弃液体等都是对环境造成影响的主要元凶，若长期的进行排放，会对环境造成严重的影响，甚至会导致不可逆转的事情发生。

2、减少的自然资源的使用依赖

目前研究的高分子合成材料对石油具有很强的依赖性，众所周知，石油是经过地球非常漫长孕育才出现的，另外，石油也是现如今人类社会非常重要的能源，石油资源现在正在快速的减少，而且不能快速的进行补充，所以人们现在非常急切的找到可以代替石油使用的资源，这已经成为现在高分子化学研究中非常重要的课题。在对物质中原子和分子的比率进行调节，对物质的微观特性、宏观特性以及表面性质进行加强控制，也许这种物质就会满足一些行业的使用要求，当这种情况出现的时候就可以把这种物质作为材料使用。所以，在对材料进行配置的时候就会减少对不可再生资源的依赖程度，并对使用材料和环境进行相互协调，这是现如今化学研究当中非常重要的领域。现在很多高分子合成材料都非常依赖石油资源。想要解决目前的情况，可以对天然高分子进行利用，这其中也应该包含对无机高分子的不断探索和研究。

现在由石油合成的高分子材料，主要因为原子中以碳为主要元素，其中还含有少量的氮、氧等原子，所以被称为有机高分子。无机高分子是因为主链上的组成原子中不含碳。根据元素的性质进行判断，大约有40～50种元素可以成为长链分子。现在引起科学家高度重视的一种无机高分子，它的主链上都是硅原子，并且含有有机侧链的聚硅烷。

3、使高分子材料不断纳米化

现在很多高分子化学反应中的原子经过重新排列组合之后的反应空间要比原子的大小大出很多，所以，化学反应的研究要在一个受限空间之中进行。若在有限的空间中，像纳米量级的片层当中，小型分子由于和片层分子相互作用而且还在一个比较受限的空间内进行排列，之后产生单体聚合，聚合之后的产物的拓扑结构不会再受限的空间内进行全部的复制，这种情况和自由空间的结果完全不同。我们也许会在受限制空间内进行聚合反应的分子中提炼出高分子纳米化学的定义。化学的研究对象基本都是纳米量级的分子和原子，但是因为没有精细的方式，没有达到可以在纳米尺度上精确控制分子或者原子的程度，所以现如今很难做到对分子的精准设计，使化学的合成让人感觉非常的粗放。高分子化学在纳米程度上精要精确的按照分子设计，在此基础上确定分子链中的原子配比位置以及相互结合的方式，通过纳米技术对分子、原子和分子链进行非常精确的控制，达到对高分子各级结构的位置确定。这样就可以精确的控制新合成材料的功能和特性。

4、面向智能材料的高分子化学研究路线

20世纪的人类社会是以合成材料为标志的，在21世纪人类社会的标志将会是智能材料。高分子化学仍然是进入智能材料时期非常重要的组成部分。材料自身具有的功能可以根据外部条件的变化，有意识的进行调节和修复等一系列措施，这就是智能材料的基本定义。现在科学家已经了解高分子有软物质这一特征，简单说就是可以对外场具有反应。

六、结束语

综上所述，高分子化学已经发展到了非常不错的方向，在很多方面都有非常广阔的运用，目前高分子化学会朝着绿色以及环保方面进行发展，随着高分子化学不断取得突破，未来使用高分子材料的前景会更加的广阔。

参考文献

[1]王立艳.《高分子化学》理论与实践教学的整体优化研究[J].广州化工，2012，40（4）：108-109.

[2]张宏刚.新型高分子化学注浆材料在碱沟煤矿的应用[J].中国高新技术企业，2011（34）：63-64.

[3]何冰晶，王庆丰，刘维均，等.能量最低原理在高分子化学教学中的应用探索[J].高分子通报，2011（12）：141-144.

[4]董建华.从高分子化学与衣食住行到高科技发展[J].化学通报，2012，74（8）：675-682.

[5]冯新德.展望21世纪的高分子化学与工业[J]. 科学中国人,1997,(11)

有机高分子材料的特性篇3

关键词：高分子复合材料；多泥沙河流；水电机组；过流部件；应用

随着各个学者的不断研究，多年来，相继的出现了很多的防磨蚀的材料，其中比较常见的是环氧金刚砂的技术、尼龙的喷涂技术、金属的热喷涂技术以及高分子材料喷涂技术等等，这些技术和材料在一定的程度上也都取得了一些效果。试验表明：经过高分子材料进行喷涂的过流部件更加具有优良的防磨蚀性能，数据显示，它比不锈钢的防磨蚀性能要提高十倍以上。

1 高分子复合材料的制造技术特点

高分子复合材料是指用一种或者集中高分子材料作为基础原料，在必要的机械设备和特定的工艺条件下，使一种或多种的高分子材料在紧密的接触的情况下，增加它们的相容性，再通过一定的物理和化学作用，使其成为兼备其中多种材料特性的复合型高分子材料。

此种材料可以经过不同的填料以及特殊的生产工艺，制成不同的高分子材料，也可以根据不同的用户对于产品的性能、结构特点、生产数量、产品的价格以及使用寿命等特定的因素的要求，更加科学合理地来设计各种高分子复合材料的配方和生产工艺，从而可以保证生产出更加物美价廉和适用的产品，最终的目的是要使其更加的符合用户的实际生产的需要，提高高分子材料的利用率，并降低它的生产成本，使其的使用性能更加可靠。

那么，高分子复合材料在拟订配方的时候，主要是要遵循这样的原则：要根据高性能的通用机械产品和配件的实际应用情况、产品的结构、生产的数量、实际的成本等因素来综合考虑；一般要采用两种或者是两种以上的高分子材料作为它的基础原料，这样做的目的主要是通过发挥各个高分子材料本身的固有特性以及它们之间的相容性，并通过最佳的用量匹配和辅助原料的确定、有效的加工工艺等条件，来确定出最为合理的配方，这样制造出来的复合材料的综合物理机械性能才会更加的优良，制造出来的材料的密封制品才会具有耐磨损、长寿命，并适用于多种介质和温度等情况的特点。

2 水电机组过流部件的磨蚀机理

我们都知道，在多泥沙河流中，尤其是在动水的工况之下，高速并且含沙的水流的状态是非常稳定的，那么，水电机组的过流部件在含有泥沙等推移质的高速水流的冲击作用之下，它的腐蚀和磨损通常很容易在某一个固定的位置发生。过流的部件磨蚀的原因和磨损的情况往往是十分复杂的，而且很多情况之下，会出现几种磨蚀同时存在的情况。

其中比较常见的是化学腐蚀，它主要是由于过流部件的金属部件与介质发生的化学作用所产生的腐蚀，一般在这样的作用过程中是没有电流产生的。化学腐蚀往往是由于金属和水中的阴离子之间产生的化学反应。而电化学腐蚀则主要是由于金属的表面与介质所发生的电化学作用而产生的腐蚀，在电化学的作用过程当中会产生一个阴极区和一个阳极区，金属和介质中会有电流的流动产生。

另外，比较常见的还有冲刷磨蚀，它主要是液体的高速流动，使得过流部件与液体中的推移质发生的物理作用而产生的。这种磨蚀往往会在金属的表面上形成槽形、波浪形、峡谷状的凹槽，但一般是没有磨蚀的产物遗留的。

还有一种腐蚀现象是缝隙腐蚀，它一般是发生在处于流体中的金属表面或其他比较屏蔽部位，是一种较为严重的局部腐蚀。发生的主要部位是在金属表面的缝隙之中。

3 高分子复合材料在水电机组过流部件上的应用

3.1 高分子复合材料在水轮机叶片上的应用

如果用高分子复合材料在水轮机汽蚀磨损比较严重的部位进行涂覆，就会很容易的形成一层耐磨耐汽蚀的涂层，可以起到很好的保护水轮机叶片的作用，经验表明，这种效果还是比较优异的，也是很多的其他材料所不能比拟的。

在早期的时候，往往使用环氧金刚砂材料作为水轮机叶片的耐磨涂层，也起到了一定的效果，但是环氧金刚砂的最大缺点就是抗汽蚀的性能比较差，在水轮机叶片背面的比较严重的汽蚀区，就很难起到应有的效果。

3.2 高分子复合材料在水轮机导叶上的应用

高分子复合材料作为水轮机导叶的密封条，在很长的一段时间内基本上已经取代了之前所使用的橡胶密封条，这也是高分子复合材料的更加优异的机械性能及耐磨耐蚀的性能所决定的。经验表明，高分子复合材料在水轮机的导叶上，在水中浸泡五年以上，其性能的下降也不会超过10%，而在五十多年以后才有可能会发生分解。

3.3 高分子复合材料在水轮机底环和顶盖上的应用

水轮机的底环抗磨板和顶盖一般是用碳钢或者是不锈钢制造的，这样的材料在多泥沙的河流当中往往会受到比较严重的磨损和汽蚀。那么，为了避免这种情况的发生，在早期的时候，一般采用尼龙抗磨板来代替金属板，这样会使部件具有一定的抗磨强度，但是效果并不是很理想。高分子复合材料与其他的材料相比，抗磨板的效果更好，抗磨和抗汽蚀的性能也要优异得多，而且一般情况下会是金属抗磨板使用寿命的五倍以上。

4 结语

在多泥沙的河流当中，水电机组的过流部件的使用寿命主要是看其受到磨蚀的程度怎么样，实践表明：水电机组的过流部件在经过高分子复合材料的防磨蚀处理之后，明显的具有更加优良的抗磨蚀效果，成功的提高了过流部件的使用寿命，所以会逐渐的成为多泥沙河流上所运行的水电机组更加理想的新型的防磨蚀材料。

参考文献

[1] 班玉红，吴兆山，孔建等.聚醚醚酮复合材料的性能及在通用机械中的应用[J].流体机械，2009（5）.

有机高分子材料的特性篇4

关键词：高分子阻尼材料；减振降噪；环保

一、高分子阻尼材料的工作机理

高分子阻尼材料的工作机理是在交变应力等作用到聚合物时，由于因链状大分子必须花费一定时间去克服链段间的内摩擦阻力才能继续运动，在应力变化过程中，变形往往会更为缓慢，特别是在某种频率或温度下这种滞后表现的更为明显。这种变形滞后必须消耗更多的能量所以减小了振动体动能，最终实现减震的效果。

现如今，阻尼材料已经有了更多的发展，新型阻尼材料的出现让高分子阻尼材料的工作机理变得更为复杂，因此用传统的方式来解释是远远不够的。当代的学者为了更好的解释高分子阻尼材料的工作机理，试图从粘弹性性能和微观分子结构的关系来进行剖析。学者Fradlin是最早定义阻尼性能和分子结构关系的，他认为互穿网络聚合物具有协同效应，它可以使两聚合物之间相互交联而限制相区，促使分子水平混合，从而具有宽广的阻尼峰。Thomas指出，聚合物中各个分子基团对阻尼的贡献不仅与其分子结构有关，而且还与在聚合物分子中所处的位置有关，进而定量地提出了基团贡献分子理论。相关学者的分析，加深了对高分子阻尼材料的研究，让新型高分子阻尼材料能够应用的更为广泛，也扩宽了高分子阻尼材料的研发领域和设计水平。

二、高分子阻尼材料的结构性能

传统的高分子阻尼材料具有一定局限性，结构上呆板和单一的特性约束了使用者的使用需求，其主要包括离散型、约束型和自由型阻尼结构。最近这些年以来，随着科学技术的不断发展，高分子阻尼材料已经取得了更多的研究进展，在设计上取得了瞩目的成就，其中最值得关注的便是复合型高分子阻尼材料。它主要是通过简单物理组合来实现各种单一阻尼材料的混合，并转换其中的性能和结构从而衍生出具有更多性能的高分子阻尼材料。

（一）具有隔离层的复合阻尼结构

具有隔离层的复合阻尼结构在阻尼层和基本弹性层之间添加了一层隔离层，这是它和自由阻尼结构最大的区别点。隔离层的主要材质是铝蜂窝、纸蜂窝、硬质泡沫塑料等，具有高刚度、轻质的性能特点。在弯曲振动力作用于基本弹性层时，这个隔离层将拉压变形的力度增大，从而阻尼层材料的能效随之增加，类似于杠杆放大的作用，所以也叫扩变层。具有隔离层的复合阻尼结构如图1所示。

图1 具有隔离层的复合阻尼结构

（二）吸收低频振动的复合阻尼结构

吸收低频振动的复合阻尼结构和具有隔离层的复合阻尼结构结构存在一定相似之处，但是中间的聚氨酯泡沫不具备高刚度的物理特性，它呈现出的是柔软的特性。因此，吸收低频振动的复合阻尼结构往往在低频震动上具有更好的效果，如图2所示。

图2 吸收低频振动的复合阻尼结构

为适应低频振动，增加了泡沫层，该泡沫层就相当于一根很软的弹簧，而普通阻尼层就相当于一个质量块，故其本身就构成质量弹簧减振系统，根据隔振理论，其有效隔振频率k的范围为k≥ 2 P，式中P为质量弹簧系统的固有频率，可由下式求出：

式中m为上层普通阻尼材料的质量，k为泡沫层的刚度，只要泡沫层很软，就意味着P很小，有效隔振频率就更低。适当选择质量及弹簧，便可控制有效隔振频率范围。

（三）消声复合阻尼结构

消声复合阻尼结构的组成材料是对声音具有特定作用的，纤维型或是泡沫型阻尼材料内部有着空洞结构，在声波进入到这些空隙中时，孔壁和空气之间具备摩擦力，伴随空气间的粘性力，材料细纤维和空气产生振动，振动能随之降低，因此消声复合阻尼结构的消声效果较为明显。

（四）用于隔离地震的复合阻尼结构

用于隔离地震的复合阻尼结构，顾名思义是运用到地震灾害中去的阻尼材料。把建筑物同地震运动相隔离的主要条件，一是支承座既能确保建筑物和其地基在水平方向上柔性连接，又能在垂直方向上提供足够的支承刚度，二是支承座具有吸收振动能量的能力，图6即为其原理图。

图5 用于隔离地震的复合阻尼结构原理图

三、应用及发展趋势

随着社会的不断发展，高分子阻尼材料也得以展开深入研究，并应用到越来越多的领域中去。现如今的高分子阻尼材料主要呈现如下发展趋势。

一是高分子阻尼材料的宽温域和高性能。高性能阻尼材料的要求主要为材料在宽温域内应具备高损耗因子（tanδ）。互穿聚合物网络（IPN）由于网络间的相互贯穿、强迫互容、协同效应及特殊的细胞状结构、双相连续等形态特征，可有效拓宽高聚物的玻璃化转变温度（Tg），这已成为目前制备此类材料颇具前景的方法。

二是高分子阻尼材料需要对环境的负面影响小。由于当前社会环境压力不断增大，因此对于任何新型材料都要求具备较好的环保性能，因此高分子阻尼材料也朝着无溶剂型材料、高固体分、水性材料方向发展，从而具备环境友好性。

三是高分子阻尼材料的精细化和智能化。随着科技的发展，高分子阻尼材料已经朝着智能方向不断发展，也表现出更多的应用前景。在未来的研究工作中，改进智能材料成为了重中之重，只有这样才能符合科学技术不断发展的需要。

四、结语

现如今，高分子阻尼材料已经在全世界各地广泛应用开来，也形成了一定的产业规模，德国汉高便是行业里的重要代表。在未来的发展过程中，高分子阻尼材料已经朝着宽温域、高性能、环境友好型、精细化和智能化的方向不断发展，也成为了各个生产S家研发的重要考虑因素，特别是在开发环保型材料，水性材料和无溶剂材料方面成为了该领域研究中的重中之重。相信只要加快材料的绿色化进程，高分子阻尼材料将会表现出更为重要的应用作用，逐步缩小我国同国外材料发展的距离。

参考文献

[1]符刚. 高分子阻尼材料制备及约束阻尼结构的设计[D].浙江大学，2008.

[2]王奇观，钱鑫，王晓敏，郭浩，白阿敏，程晓雅，王恒朝，闫蒋磊，阴晨亮. 共价联结石墨烯/导电高分子复合材料的制备及性能研究进展[J]. 合成材料老化与应用，2015，02：99-104.

[3]张乾，梁森，梁天锡. 嵌入式共固化耐高温阻尼复合材料制备及老化前后力学性能[J]. 航空学报，2015，07：2468-2474.

[4]李华. 高分子阻尼材料的结构设计[J]. 河北轻化工学院学报，1990，01：80-86.

[5]赵云峰. 先进高分子材料在航天工业领域的应用[J]. 军民两用技术与产品，2013，06：8-12+38.

有机高分子材料的特性篇5

我们周围的物质材料一般都是热沸材料，随着温度的上升而依次呈现固、液、气、等离子体四态。宇宙之大，无奇不有，在宇宙空间中还存在着一种性质截然相反的冷沸材料，随着温度的下降而依次呈现固态、液态和气态。在月球的骨架材料中，就大量存在着这种由四极夸克构成的冷沸材料。

聚集态的冷沸材料在常温及高温为固态，在零下121摄氏度后变为液态，在绝对温度3K（约零下270摄氏度）变为气态（也称游离态）。冷沸材料的特殊性能在月球的特殊构造的形成过程中发挥了关键作用。月球的岩石构成极不均匀，一侧多是比重介于3.2～3.4克/立方厘米的月岩，另一侧4～6千米深的月球内部则含有大量的由四极夸克构成的天然冷沸材料，比重约为0.05克/立方厘米；在月球表面40～60千米以下的月核部分所含的冷沸材料的纯度更高。

聚集态的冷沸材料在常温和高温时则热而弥坚，愈热强度愈高，冷沸金属材料最高耐受温度可达10200摄氏度，在常温及高温时均可保持电超导和磁超导特性；冷沸非金属材料可耐7400摄氏度的高温，是优秀的耐磨和阻磁材料。2006年初英国剑桥大学的学者在对太阳周围的暗物质晕进行观察时发现，暗晕的温度可以高达一万多摄氏度，但更高的温度区域就不再存在暗物质晕了，该项观察结果印证了冷沸金属材料的高温极限。自然界中极少存在凝聚态的天然冷沸材料，只有象月球这样的冷星球的骨架材料中存在着四极凝聚态夸克（通常质子中的夸克都是三极的）可供采掘。

我们之所以把冷沸材料称为超级材料，是因为它具有一系列人类目前使用的热沸材料前所未有的超级性能：1.金属冷沸材料的最高耐温温度是10200摄氏度；非金属冷沸材料的最高耐温温度是7400摄氏度。相比之下，热沸材料中最耐温的金属材料钨的熔点是3380度，非金属材料中耐温的佼佼者金刚石的熔点约4000摄氏度。2.冷沸材料是超轻材料，它的比重为0.05克每立方厘米。相比之下，铁的比重为7.81克每立方厘米，而钨的比重则高达19.3克每立方厘米。3.金属冷沸材料是名副其实的高温电超导和磁超导材料，在数千度的高温下仍保有超导性能，而不像现在人类所谓的高温超导材料只能在在零下70摄氏度以下具有超导性能。4.非金属冷沸材料是优秀的耐磨材料和阻磁材料。5.同一种成分的冷沸材料可以随冷处理时效工艺的不同，在金属与非金属之间转换。6.冷沸材料在常温及高温均具有超强结构强度，既柔韧又坚硬，对其进行加工必须在低温下进行。在与适度比例的惰性热沸物质掺混后，合成材料也将获得优异低温性能，因而冷沸材料也是制造星际飞碟的主要材料。

从以上论述不难看出，冷沸材料的优异性能将为航空航天工程师和电子工程师提供空前未有的自由空间，去研制一系列空前未有的航空航天发动机和飞行器、超级机械和电子设备，引发新一轮的工业科技革命。

冷沸与强磁激发能材料的工业化生产及应用

如能将质子的内核夸克和的胶子分离，人工方法就可提取到夸克构成的冷沸材料，而利用介子射线器构成梯压振动心聚真空射浮分离技术，即可大批量分解质子、实现工业化生产冷沸材料的目的。

质子流被介子射线冲击轰炸而发生分解之后所产生的夸克－胶子等离子体可在电磁离心机上加以分离。重质量的夸克从离心机上甩出之后，保存在零下60度的环境中可呈游离态存在。继续降温到零下121度并予以压缩之后变为胶粘状，可进行塑性加工；再降温则呈现液态；当温度低于绝对温度3K之后，冷沸物质变成游离气态，这也是“冷沸”一词的来由。而只要向冷沸物质中渗入一定量的惰性气体，就可立即获得在超低温、低温、常温、高温以及超高温广阔温度范围内都具有超级强度的固态优质材料。

惰性气体属于热沸材料，与冷沸材料以适当比例掺合后，在零下121摄氏度到零下245摄氏度的范围内可结晶析出并形成性能各异的多种固态材料。随着惰性气体掺入比例的变化以及结晶体析出温度及时效冷处理时间的长短不同，会产生三角形、菱形、正方形、等六边蜂巢形等形状各异的微结晶体，从而使所得材料具备形形的性能以适应不同的需要。利用冷处理的时效作用，还可以改变已有材料的微结晶形状和性能，在金属与非金属之间转换，使冷沸材料具备金属特性或非金属特性。

使用介子发射器分解质子的过程中，除了能获得冷沸材料之外，还将获得一种比冷沸材料更珍贵的强磁激发能材料，在离心静电分离机的中心电极上吸附着的灰白色粉末状物质就是强磁激发能材料。强磁激发能材料的基本粒子称为纳子，是包围在轻夸克的晶基膜（壳）的构成粒子，夸克的胶子时刻围绕夸克（包括晶基膜）旋转，在轻夸克和重夸克之间又时刻进行着能量交换：轻夸克吸收外界能量，并将能量输送给重夸克；重夸克的能量饱和之后又向轻夸克输送能量，最终自己变为轻夸克，此时的晶基膜粒子称为纳子。纳子就是具有N极磁性的单磁子，也可称为巨磁粒子。纳子又是基础核能粒子，核能量就是纳子能量。强磁激发能材料有着众多人类连做梦也不敢奢望的奇异特性：

1.它是基础核能材料，可以实现百分之百的质能互换，达到李政道所说的“使物质的质量全部消失，完全转化为能量”。2.它是磁单极子，由它构成的磁性材料可以产生超强磁场。一段150毫米的强磁激发能材料所产生的磁场强度就可以和现在世界上最大的重达150吨的电磁铁一争高下；这段强磁激发能材料可把低速质子束迅速加速到3～8千米/秒的高速。3.强磁激发能材料的出现，将使远胜于激光射线器的无坚不摧的光磁（死光）射线器、不同于磁约束和惯性约束的真正可以实现的光磁射线控制的受控热核反应、用于星系飞行的反物质光子发动机、使飞船能在引力场中任意悬停和升降的反重力真空能发动机、无惯性力屏蔽舱、使飞碟在四维时空隐身消失进入更高维空间而实现虫洞飞行的关键装置——多维时空缠绕机、迷你型氢弹等新技术装置成为现实。

后记

有机高分子材料的特性篇6

关键词:纳米材料;化工领域;应用

纳米材料(又称超细微粒、超细粉末)是处在原子簇和宏观物体交界过渡区域的一种典型系统,其结构既不同于体块材料,也不同于单个的原子。其特殊的结构层次使它具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应等,拥有一系列新颖的物理和化学特性,在众多领域特别是在光、电、磁、催化等方面具有非常重大的应用价值。

纳米材料在结构、光电和化学性质等方面的诱人特征,引起物理学家、材料学家和化学家的浓厚兴趣。80年代初期纳米材料这一概念形成以后,世界各国对这种材料给予极大关注。它所具有的独特的物理和化学性质,使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的研究带来新的机遇。纳米材料的应用前景十分广阔。近年来,它在化工生产领域也得到了一定的应用,并显示出它的独特魅力。

一、纳米材料的特殊性质

(一)力学性质

高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低,位错滑移和增殖符合Frank-Reed模型,其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大,增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大,所以纳迷材料中位错滑移和增殖不会发生,这就是纳米晶强化效应。

(二)磁学性质

当代计算机硬盘系统的磁记录密度超过1.55Gb/cm2,在这情况下,感应法读出磁头和普通坡莫合金磁电阻磁头的磁致电阻效应为3%,已不能满足需要,而纳米多层膜系统的巨磁电阻效应高达50%,可以用于信息存储的磁电阻读出磁头,具有相当高的灵敏度和低噪音。

(三)电学性质

由于晶界面上原子体积分数增大,纳米材料的电阻高于同类粗晶材料,甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变(SIMIT)。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点,有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。

(四)热学性质

纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值,这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。

二、纳米材料在化工行业中的应用

(一)在催化方面的应用

催化剂在许多化学化工领域中起着举足轻重的作用,它可以控制反应时间、提高反应效率和反应速度。大多数传统的催化剂不仅催化效率低,而且其制备是凭经验进行,不仅造成生产原料的巨大浪费,使经济效益难以提高,而且对环境也造成污染。纳米粒子表面活性中心多,为它作催化剂提供了必要条件。纳米粒于作催化剂,可大大提高反应效率,控制反应速度,甚至使原来不能进行的反应也能进行。纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高10~15倍。

纳米微粒作为催化剂应用较多的是半导体光催化剂,特别是在有机物制备方面。分散在溶液中的每一个半导体颗粒,可近似地看成是一个短路的微型电池,用能量大于半导体能隙的光照射半导体分散系时,半导体纳米粒子吸收光产生电子——空穴对。在电场作用下,电子与空穴分离,分别迁移到粒子表面的不同位置,与溶液中相似的组分进行氧化和还原反应。

(二)在涂料方面的应用

纳米材料由于其表面和结构的特殊性,具有一般材料难以获得的优异性能,显示出强大的生命力。表面涂层技术也是当今世界关注的热点。纳米材料为表面涂层提供了良好的机遇,使得材料的功能化具有极大的可能。借助于传统的涂层技术,添加纳米材料,可获得纳米复合体系涂层,实现功能的飞跃,使得传统涂层功能改性。涂层按其用途可分为结构涂层和功能涂层。结构涂层是指涂层提高基体的某些性质和改性;功能涂层是赋予基体所不具备的性能,从而获得传统涂层没有的功能。结构涂层有超硬、耐磨涂层,抗氧化、耐热、阻燃涂层,耐腐蚀、装饰涂层等;功能涂层有消光、光反射、光选择吸收的光学涂层,导电、绝缘、半导体特性的电学涂层,氧敏、湿敏、气敏的敏感特性涂层等。在涂料中加入纳米材料,可进一步提高其防护能力,实现防紫外线照射、耐大气侵害和抗降解、变色等,在卫生用品上应用可起到杀菌保洁作用。在标牌上使用纳米材料涂层,可利用其光学特性,达到储存太阳能、节约能源的目的。在建材产品如玻璃、涂料中加入适宜的纳米材料,可以达到减少光的透射和热传递效果,产生隔热、阻燃等效果。日本松下公司已研制出具有良好静电屏蔽的纳米涂料,所应用的纳米微粒有氧化铁、二氧化钛和氧化锌等。这些具有半导体特性的纳米氧化物粒子,在室温下具有比常规的氧化物高的导电特性,因而能起到静电屏蔽作用,而且氧化物纳米微粒的颜色不同,这样还可以通过复合控制静电屏蔽涂料的颜色,克服炭黑静电屏蔽涂料只有单一颜色的单调性。纳米材料的颜色不仅随粒径而变,还具有随角变色效应。在汽车的装饰喷涂业中,将纳米TiO2添加在汽车、轿车的金属闪光面漆中,能使涂层产生丰富而神秘的色彩效果,从而使传统汽车面漆旧貌换新颜。纳米SiO2是一种抗紫外线辐射材料。在涂料中加入纳米SiO2,可使涂料的抗老化性能、光洁度及强度成倍地增加。纳米涂层具有良好的应用前景,将为涂层技术带来一场新的技术革命,也将推动复合材料的研究开发与应用。

(三)在精细化工方面的应用

精细化工是一个巨大的工业领域,产品数量繁多,用途广泛,并且影响到人类生活的方方面面。纳米材料的优越性无疑也会给精细化工带来福音,并显示它的独特畦力。在橡胶、塑料、涂料等精细化工领域,纳米材料都能发挥重要作用。如在橡胶中加入纳米SiO2,可以提高橡胶的抗紫外辐射和红外反射能力。纳米Al2O3,和SiO2,加入到普通橡胶中,可以提高橡胶的耐磨性和介电特性,而且弹性也明显优于用白炭黑作填料的橡胶。塑料中添加一定的纳米材料,可以提高塑料的强度和韧性,而且致密性和防水性也相应提高。

纳米科学是一门将基础科学和应用科学集于一体的新兴科学,主要包括纳米电子学、纳米材料学和纳米生物学等。21世纪将是纳米技术的时代,为此,国家科委、中科院将纳米技术定位为“21世纪最重要、最前沿的科学”。纳米材料的应用涉及到各个领域,在机械、电子、光学、磁学、化学和生物学领域有着广泛的应用前景。纳米科学技术的诞生,将对人类社会产生深远的影响,并有可能从根本上解决人类面临的许多问题,特别是能源、人类健康和环境保护等重大问题。

参考文献:

[1]张立德,牟季美,纳米材料和纳米结构,科学出版社,2001.

[2]严东生,冯端,材料新星?纳米材料科学,湖南科学技术出版社,1998年.

[3]H.Gleiter (德)着,崔平,方永,葛庭燧译,纳米材料,原子能出版社,1994年.

有机高分子材料的特性篇7

1纳米技术及纳米材料

1.1纳米技术

纳米技术是20世纪80年代末诞生且正在崛起的新技术，主要是在0.1-100nm尺度范围内，研究物质组成的体系中电子、原子和分子运动规律与相互作用，其研究目的是按人的意志直接操纵电子、原子或分子，研制出人们所希望的、具有特定功能的材料和制品。纳米科技将成为21世纪科学技术发展的主流，它不仅是信息技术、生物技术等新兴领域发展的推动力，而且因其具有独特的物理、化学、生物特性为涂料等领域的发展提供了新的机遇。

1.2纳米材料

纳米材料主要由纳米晶粒和晶粒界面两部分组成，其晶粒中原子的长程有序排列和无序界面成分的组成后有大量的界面（6×1025m3/10nm晶粒尺寸），晶界原子达15%～50%，且原子排列互不相同，界面周围的晶格原子结构互不相关，使得纳米材料成为介于晶态与非晶态之间的一种新的结构状态[1]。狭义上，纳米材料是指粒径在0.1-100nm范围内的或具有特殊物理化学性能的材料。广义上，纳米材料是指在三维空间中至少有一维长度在0.1-100nm范围内的或具有纳米结构的材料。按化学组成可分为:纳米金属、纳米晶体、纳米陶瓷、纳米玻璃、纳米高分子和纳米复合材料等。由于纳米材料具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应和一些奇异的光、电、磁等性能，将其用于涂料中后，除了可以改性传统涂料外，更为重要的是可以制备各种功能涂料，如具有抗辐射、耐老化、抗菌杀菌、隐身等特殊功能的涂料。

2纳米材料在涂料领域中的应用

现阶段纳米材料在涂料中的应用主要为两种情况[2]：（1）纳米材料经特殊处理后，添加到传统涂料中分散后制成的纳米复合涂料（Nanocompositecoating），使涂料的各项指标均得到了显著的提高。将纳米离子用于涂料中所得到的一类具有抗辐射、耐老化、具有某些特殊功能的涂料称为纳米复合涂料。（2）完全由纳米粒子和有机膜材料形成的纳米涂层材料，通常所说的纳米涂料均为有机纳米复合涂料。目前，用于涂料的纳米粒子主要是某些金属氧化物（如TiO2、Fe2O2、ZnO等）、纳米金属粉末（如纳米Al、Co、Ti、Cr、Nd等）、无机盐类（CaCO3）和层状硅酸盐（如一堆的纳米级粘土）[3]。

2.1纳米TiO2在涂料中的应用

2.1.1随角异色效应

由于纳米二氧化钛晶体的粒径大约是普通钛白粉的1/10，远远低于可见光的波长，本身具有透明性，又对可见光具有一定程度的遮盖，透射光在铝粉表面反射与在纳米二氧化钛表面反射产生了不同的视觉效果。到1991年，全世界已有11种含超细二氧化钛的金属闪光漆。目前，福特、克莱斯乐、丰田、马自达等许多著名的汽车制造公司都已使用含有超细二氧化钛的金属闪光漆[4]。

2.1.2抗老化性能

提高材料抗老化性能的传统方法是添加有机紫外线吸收剂，纳米TiO2粒子是一种稳定的、无毒的紫外光吸收剂。因为用作涂料基料的高分子树脂受到太阳中紫外线的长期照射会导致分子链的降解，影响涂膜的物理性能，因此若能屏蔽太阳光中的紫外线，就可大幅提高漆膜的耐老化性能。郭刚[5]等研究发现利用金红石型纳米TiO2优异的紫外线屏蔽性能改性传统耐候型聚酯——TGIC粉末涂料可以大幅度地提高其耐老化性能。

2.1.3抗菌杀毒

纳米TiO2有抗菌杀毒作用，用于涂料是涂料发展中的一个重大成就。纳米二氧化钛具有高的光催化性，在紫外光的照射下能分解出自由移动的带负电的电子e-和带正电的空穴h+形成电子——空穴对，该电子——空穴对能与空气中的氧和H2O发生作用，通过一系列化学反应形成原子氧（O）氢氧自由基（OH），这种原子氧和氢氧自由基具有很高的化学活性，能与细菌中的有机物反应生成二氧化碳和水，从而达到杀灭细菌的作用。[6]

纳米TiO2的抗菌杀毒作用已成为国内外关注的焦点。日本已有不少企业开发出纳米TiO2光催化涂料并实现了商业化生产。目前，由于国内对于纳米TiO2的研究大多还处于实验阶段，在涂料性能的提高和完善方面还有大量的工作要做，因此，对纳米涂料的研究要不断深入，以提高我国涂料的工业水平，推动纳米涂料的发展和应用。

2.2纳米SiO2在涂料中的应用

纳米SiO2具有三维网状结构，拥有庞大的比表面积，表现出极大的活性，能在涂料干燥时形成网状结构，同时增加了涂料的强度和光洁度，而且还提高了颜料的悬浮性，能保持涂料的颜色长期不变。在建筑内外墙涂料中，若添加纳米SiO2，可明显改善涂料的开罐效果，涂料不分层，具有触变性、防流挂、施工性能良好等优点，尤其是抗沾污性能大大提高，具有优良的自清洁能力和附着力。纳米SiO2还可与有机颜料配用，可获得光致变色涂料。

欲使纳米SiO2材料在涂料中真正地得到广泛应用，须解决纳米SiO2在涂料中的分散稳定性问题。通常的做法是加入表面活性剂包裹微粒或反絮凝剂形成双电层的措施。同时在分散时可配合使用超声波分散。

2.3纳米ZnO在涂料中的应用

纳米ZnO等由于质量轻、厚度薄、颜色浅、吸波能力强等优点而成为吸波涂料研究的热点之一。在阳光的照射下纳米ZnO在水和空气中具有极强的化学活性，能与多种有机物发生氧化反应（包括细菌中的有机物），从而把大多数细菌和病毒杀死。ZnO也具有良好的紫外线屏蔽作用，粒径60nm的ZnO对波长300-400nm的紫外线有良好的吸收和散射作用，因此可以作为涂料的抗老化添加剂。日本已经开发出用树脂包覆的片状ZnO紫外线屏蔽剂[7]。在涂料中添加纳米ZnO可改善它的抗氧化性能，使其具有抗菌性能。2.4纳米氧化铁在涂料中的应用

纳米氧化铁作为颜料无毒无味，具有很好的耐温、耐侯、耐酸、耐碱以及高彩度、高着色力、高透明度和强烈吸收紫外光的优良性能，可广泛用于高档汽车涂料、建筑涂料、防腐涂料、粉末涂料，是较好的环保涂料。紫外线分解木材中的木质素而破坏细胞结构导致木材老化，纳米氧化铁颜料分散于涂层中，由于颗粒直径小不会散射光线、涂层成透明状态且吸收紫外线辐射，起到保护木材的作用。左美祥[8]等研究发现:在树脂中掺入纳米级的TiO2（白色）、Cr2O3（绿色）、Fe2O3（褐色）、ZnO等具有半导体性质的粉体，会产生良好的静电屏蔽性能。日本松下电器公司研究所据此成功开发了适用于电器外壳的树脂基纳米氧化物复合的静电屏蔽涂料。与传统的树脂基碳黑复合的涂料相比，树脂基纳米氧化物复合涂料具有更为优异的静电屏蔽性能，而且后者在颜色选择方面也更为灵活。用纳米级Fe3O4与树脂复合制成了磁性涂料，目前这方面的制备工艺已有所突破而进入产业化阶段。

2.5纳米CaCO3在涂料中的应用

纳米CaCO3作为颜料填充剂，具有细腻、均匀、白度高、光学性能好等优点，随着纳米碳酸钙的粒子微细化，填料粒表面的原子数目占整个总原子数目的比例增大，使粒子表面的电子结构和晶体结构都发生变化，到了纳米级水平。填料粒子将成为有限个原子的集合体，表现出常规粒子所没有的表面效应和小尺寸效应，使纳米材料具有一系列优良的理化性能。它添加到涂料胶乳中，加强了透明性、触变性和流平性。触变性是纳米CaCO3改善胶乳涂料各项性能的主要因素。同时能对涂料形成屏蔽作用，达到抗紫外老化和防热老化的目的和增加涂料的隔热性。

杜振霞[9]等研究表明:在纳米CaCO3改性的涂料中，如果CaCO3固相体积分数达到20%时，涂料的粘度曲线存在低剪切稀化幂律特征区和高剪切牛顿两个区域，而且有明显的触变性。当乳胶漆聚合物乳液的粒径为10-100nm，表面张力非常低，有极好的流平性、流变性、润湿性与渗透性，表现超常规的特性。

2.6其它新型纳米涂料

纳米隐身涂料（雷达波吸收涂料）系指能有效地吸收入射雷达波并使其散射衰减的一类功能涂料。当将纳米级的羧基铁粉、镍粉、铁氧体粉末改性的有机涂料涂到飞机、导弹、军舰等武器装备上，可使这些装备具有隐身性能，使它们在很宽的频率范围内可以逃避雷达的侦察，同时也有红外隐身作用。美国研制的超细石墨纳米吸波涂料，对雷达波的吸收率大于99%，其他金属超细粉末如Al，Co，Ti，Cr，Nd，Mo等，也具有很好的潜力。法国研制出一种宽频微波吸收涂层，这种吸收涂层由粘结剂和纳米材料、填充材料组成，具有很好的磁导率，在50MHz-50GHz范围内具有良好的吸波性能。我国也有相关的研究，如不同粒径的Fe3O4在1-1000MHz频率范围对电磁波具有吸收性能，随着频率的增加，纳米Fe3O4吸收能效增加，且纳米粒径越小，吸收效能越高。

3纳米涂料研究中存在的技术问题

首先是纳米材料在涂料中的稳定分散问题。由于纳米粒子比表面积和表面张力都很大，容易吸附而发生团聚，在溶液中将其有效地分散成纳米级粒子是非常困难的。寻找合适的分散剂来分散纳米材料，并采用合适的稳定剂将良好分散的纳米材料粒径稳定在纳米级，是纳米技术在涂料改性中获得广泛应用必须解决的最关键问题。其次，纳米材料加入量的适度问题。一般而言，纳米材料的用量与涂料性能变化之间的关系曲线近似于抛物线，开始时随着纳米材料添加量的增加，涂料性能大幅度提高，到一定值后，涂料性能增幅趋缓，最后达到峰值：之后，随着纳米材料添加量的进一步增加，涂料的性能反而呈迅速下降的趋势，同时也增加了成本。因此，做好对比试验，选好纳米材料添加量也十分关键。最后，必须开展纳米涂料施工工艺的研究。纳米涂料就本身而言只是一个半成品，只有施工完毕后才真正成为最终产品，而现实情况是人们大都将注意力集中在纳米涂料产品本身，而忽略了施工工艺的研究，致使纳米涂料无法达到其应有的效果。

4纳米技术在涂料领域的应用展望

有机高分子材料的特性篇8

当材料的尺寸进入纳米级，材料便会出现以下奇异的物理性能：

1、尺寸效应

当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或投射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体的边界条件将被破坏，非晶态纳米微粒的颗粒表面附近原子密度减小，导致声、光电、磁、热、力学等特性呈现出新的小尺寸效应。如当颗粒的粒径降到纳米级时，材料的磁性就会发生很大变化，如一般铁的矫顽力约为80A/m，而直径小于20nm的铁，其矫顽力却增加了1000倍。若将纳米粒子添加到聚合物中，不但可以改善聚合物的力学性能，甚至还可以赋予其新性能。

2、表面效应

一般随着微粒尺寸的减小，微粒中表面原子与原子总数之比将会增加，表面积也将会增大，从而引起材料性能的变化，这就是纳米粒子的表面效应。

纳米微粒尺寸d（nm）包含总原子表面原子所占比例（%）103×1042044×1034022.5×1028013099从表1中可以看出，随着纳米粒子粒径的减小，表面原子所占比例急剧增加。由于表面原子数增多，原子配位不足及高的表面能，使这些表面原子具有高的活性，很容易与其它原子结合。若将纳米粒子添加到高聚物中，这些具有不饱和性质的表面原子就很容易同高聚物分子链段发生物理化学作用。

3、量子隧道效应

微观粒子贯穿势垒的能力称为隧道效应。纳米粒子的磁化强度等也具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统的势垒而产生变化，这称为纳米粒子的宏观量子隧道效应。它的研究对基础研究及实际应用，如导电、导磁高聚物、微波吸收高聚物等，都具有重要意义。

二、高聚物/纳米复合材料的技术进展

对于高聚物/纳米复合材料的研究十分广泛，按纳米粒子种类的不同可把高聚物/纳米复合材料分为以下几类：

1、高聚物/粘土纳米复合材料

由于层状无机物在一定驱动力作用下能碎裂成纳米尺寸的结构微区，其片层间距一般为纳米级，它不仅可让聚合物嵌入夹层，形成“嵌入纳米复合材料”，还可使片层均匀分散于聚合物中形成“层离纳米复合材料”。其中粘土易与有机阳离子发生交换反应，具有的亲油性甚至可引入与聚合物发生反应的官能团来提高其粘结。其制备的技术有插层法和剥离法，插层法是预先对粘土片层间进行插层处理后，制成“嵌入纳米复合材料”，而剥离法则是采用一些手段对粘土片层直接进行剥离，形成“层离纳米复合材料”。

2、高聚物/刚性纳米粒子复合材料

用刚性纳米粒子对力学性能有一定脆性的聚合物增韧是改善其力学性能的另一种可行性方法。随着无机粒子微细化技术和粒子表面处理技术的发展，特别是近年来纳米级无机粒子的出现，塑料的增韧彻底冲破了以往在塑料中加入橡胶类弹性体的做法。采用纳米刚性粒子填充不仅会使韧性、强度得到提高，而且其性价比也将是不能比拟的。

3、高聚物/碳纳米管复合材料

碳纳米管于1991年由S.Iijima发现，其直径比碳纤维小数千倍，其主要用途之一是作为聚合物复合材料的增强材料。

碳纳米管的力学性能相当突出。现已测出碳纳米管的强度实验值为30－50GPa。尽管碳纳米管的强度高，脆性却不象碳纤维那样高。碳纤维在约1%变形时就会断裂，而碳纳米管要到约18%变形时才断裂。碳纳米管的层间剪切强度高达500MPa，比传统碳纤维增强环氧树脂复合材料高一个数量级。

在电性能方面，碳纳米管作聚合物的填料具有独特的优势。加入少量碳纳米管即可大幅度提高材料的导电性。与以往为提高导电性而向树脂中加入的碳黑相比，碳纳米管有高的长径比，因此其体积含量可比球状碳黑减少很多。同时，由于纳米管的本身长度极短而且柔曲性好，填入聚合物基体时不会断裂，因而能保持其高长径比。爱尔兰都柏林Trinity学院进行的研究表明，在塑料中含2%－3%的多壁碳纳米管使电导率提高了14个数量级，从10-12s/m提高到了102s/m。

三、前景与展望