纳米技术在高分子材料中的应用

近年来,纳米技术已成为科学研究的热点。由于纳米材料具有许多新的特性,如特殊的磁学特性、光学特性、电学特性和化学活性等,利用纳米粒子的这些特性对高分子材料进行改性,可以得到具有特殊功能的高分子材料。这不仅使高分子材料的性能更加优异,使其更加广泛地应用于微电子、化工、国防、医学等各个领域,同时还为高分子改性理论体系的奠定提供了基础,拓宽了高分子改性的理论。

研究发现,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。对超微颗粒而言,尺寸变小,其比表面积则显著增加,从而产生特殊的光学、热学、磁学、力学化学、声学等一片列新的性质。另外,纳米粒子由于表面存在大量活性中心,在反应体系中可以起到高效催化的作用。

目前通常是将纳米微粒与聚合物基材进行复合,利用其特殊性质来开发新产品,这比研究全新的聚合物材料投资少,周期短,生产成本低。但是通常纳米微粒粒径小,易于团聚,为增加材料与聚合物的界面结合力,提高复合材料的性能,需要对纳米微粒进行表面改性处理。与普通改性材料不同,纳米粒子具有特殊的表面效应、体积效应、量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应等,这些效应的综合作用导致了改性后的高分子材料具有特殊性能。比如,纳米粒子巨大的比表面积产生的表面效应,可使经纳米粒子改性后的高分子材料的机械性能、热传导性、触媒性质、破坏韧性等均与一般材料不同,有的材料还具有了新的阻燃性和阻隔性。

利用纳米微粒的量子尺寸效应等可制成紫外线吸收材料。例如,防晒油等化妆品中现在普遍加入了纳米微粒,同时在具有强紫外吸收的纳米微粒表面包裹一层对身体无害的高聚物,这样既发挥了纳米颗粒的作用,又改善了防晒油的性能。再如,塑料制品在紫外线照射下很容易老化变脆,如果在塑料表面涂上一层含有纳米微粒的透明涂层吸收紫外线,这样就可以防止塑料老化。汽车、舰船的表面涂覆的油漆主要是由氯丁橡胶、双酚树脂或者环氧树脂为主要原料,在阳光的紫外线照射下很容易老化变脆,致使油漆脱落,如果在面漆中加入能强列吸收紫外线的纳米微粒就可起到保护底漆的作用。另外,将纳米微粒分散到树脂中制成膜,可用作半导体器件的紫外线过滤器。

在航空航天材料的加工生产中,纳米材料也有相当的优势,特别是由轻元素组成的纳米材料在航空隐身材料方面应用十分广泛。~些纳米复合粉体与高分子纤维结合,对中红外波段