纳米复合材料的应用现状及前景展望
第26卷第2期 唐山师范学院学报 2004年3月 Vol. 26 No.2 Journal of Tangshan Teachers College Mar. 2004
────────── 收稿日期：2002-04-02
作者简介：刘立华（1977-），女，河北唐山人，唐山师范学院化学系讲师，在读硕士。 - 13 -
纳米复合材料的应用现状及前景展望
刘立华
（唐山师范学院 化学系，河北 唐山 063000）
摘 要：介绍了纳米复合材料的分类和制备方法，论述了纳米复合材料的广阔的应用前景。 关键词：纳米材料；纳米复合材料；应用现状；前景展望
中图分类号：N49 文献标识码：D 文章编号：1009-9115（2004）02-0013-03
超细粒子（或纳米粒子）是指尺度介于原子、分子、离子与块状材料之间，粒径在1～100nm 范围以内的微小固体颗粒。随着物质的超细化，产生了块状材料不具有的表面效应、小尺寸效应、量子效应，从而使超细粒子与常规颗粒材料相比具有一系列优异的物理、化学性质。纳米粒子经压制、烧结或溅射组合而成的具有某些特定功能的结构即纳米材料。它断裂强度高、韧性好、耐高温，纳米复合同时也提高材料的硬度、弹性模量、Weibull 模数，并对热膨胀系数、热导率、抗热震性产生影响。 1 纳米复合材料
纳米复合主要指在微米级结构的基体中引入纳米级分散相。纳米复合材料（复合超微细颗粒）表现出许多与模板核本质不同的性质，如不同的表面组成、磁性、光学性能、稳定性及表面积等。纳米复合材料涉及的范围广泛，它包括纳米陶瓷材料、纳米金属材料、纳米磁性材料、纳米催化材料、纳米半导体材料、纳米聚合材料等。作为一种全新性能的先进复合材料，在微电子、信息、汽车、宇航、国防、冶金、机械、生物、医药、光学等诸多领域有极广泛的应用前景。 1.1 纳米复合材料的分类
纳米复合材料按组合形式可分为三种类型：（1）0-0复合：即不同成分、不同组成或不同种类的纳米粒子复合而成的纳米固体，通常采用原位压块、相转变等方法实现，结构具有纳米非均匀性，也称为聚集性；（2）0-2复合：即把纳米粒子分散到二维的薄膜材料中，它又可分为均匀弥散和非均匀弥散两类，称为纳米复合薄膜材料。（3）0-3复合：即纳米粒子分散在常规三维固体中。另外，介孔固体亦可作为复合母体通过物理或化学方法将纳米粒子填充在介孔中，形成介孔复合的纳米复合材料。
纳米复合材料还可以按材质分为：金属/金属、陶瓷/陶瓷和金属/陶瓷纳米复合物、有机聚合物/无机纳米玻璃复合材料、聚合物/聚合物分子复合材料、聚合物/无机纳米粒子
复合材料和有机陶瓷等。 1.2 纳米复合材料的制备 1.2.1 物理方法
（1）机械法：利用气流粉碎机、离心振动磨等设备，使小粒子粘附在大粒子表面上。若小粒子熔点低，则可加热使小粒子熔化而形成包膜；若大粒子熔点低，则加热使小粒子嵌入而覆盖牢靠。
（2）液相法：从水溶液中迅速析出金属盐。它是将溶解度高的盐的水溶液雾化成小液滴，使其中盐类呈球状均匀地析出，可以通过加热干燥使水分迅速蒸发，或采用冷冻干燥法使其脱水，最后将这些微细的粉末盐类加热分解，即可得氧化物微粉。
（3）物理气相沉积（PVD ）：即在10-3～10-4Pa 的压力下，采用各种形式的热能转化方式，使材料蒸发成细微颗粒的气相粒子，冷凝在收集器上收集。 1.2.2 化学方法
（1）气相法：将化合物气化后，在气相中通过化学反应，形成构成物质的基本粒子-分子、原子和离子等，经过成核生长两个阶段，合成薄膜、微粒、晶须和晶体等固体材料的工艺过程。
（2）液相法：一般分为沉淀法和溶剂蒸发法两类。沉淀法包括溶胶-凝胶法、水解法、醇盐水解法、共沉淀法等。溶剂蒸发法可分为喷雾干燥法、喷雾热分解法和冷冻干燥法。
（3）固相法：固体盐的气体还原法，即边还原边分解，最终得到金属及金属氧化物。是目前很多陶瓷粉末产业化的制备方法。
2 纳米复合材料的研究现状
超细TiO 2是优良的冶金、化工材料，复合TiO 2也有许多独特的性能，使得复合TiO 2的应用和制备方法成为研究的热点之一。由于氧化铝和二氧化钛复合陶瓷具有热膨胀系数小、熔点高、抗热震性好等优良性能，人们对TiO 2-Al 2O 3
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复合粒子的制备进行了大量研究，Okumura 等人利用烷氧基钛的水解反应在Al 2O 3粒子表面包覆TiO 2得到TiO 2-Al 2O 3复合粒子。李春忠等人开发了硫态化CVD 包覆技术，利用Ti(OC 4H 9)4的水解反应制备出TiO 2-Al 2O 3复合粒子。并研究了复合粒子结构和包覆过程特征。对成核包覆与成膜包覆之间的竞争问题作了初步探讨。M.Crisan 等人利用溶胶-凝胶法在Al 2O 3基体上沉积一层纳米级的TiO 2薄膜。
湖北大学以钛酸正丁脂、无水乙醇、冰醋酸为原料经溶胶-凝胶工艺制得TiO 2薄膜，用于制作介电层状电容器、氧传感器等。对TiO 2表面用钛酸丁脂进行预处理，经无皂乳液聚合形成具有核壳结构的TiO 2-PMMA 无机－有极复合粒子，用乙烯类单体可在TiO 2表面得到厚约10nm 的均匀聚合物膜，使TiO 2微胶囊化。
袁荞龙等在粒径为27nm 的硅溶胶表面包覆上10%（质量分数）的TiO 2，制得分散性好、润湿性佳的复合粒子，可用于制造化妆品、涂料添加剂以及制备精细陶瓷等。
目前液相反应包覆钛白方面研究较多的是云目钛珠光颜料。云目钛珠光颜料也是一种复合二氧化钛材料。它是由TiO 2包覆云母片形成的一种复合材料。
以云母为基底，在其表面上包覆一层高折射率的二氧化钛薄膜，通过光的干涉或反射产生出不同色彩的珠光光泽。1963年首先由杜邦公司开发出来，我国的研制工作从20世纪80年代中期起步，国内许多大学及研究单位投入了较大的精力和财力，并已取得了一些成果。
华东理工大学的周静红等、西北大学的郝红等人对多条液相包覆工艺及机理进行了研究，对反应体系的pH 值、反应物浓度、反应温度等操作参数对包覆材料的色相和光泽等外观及微观结构的影响规律作了一定的研究。丁明等提出了一条新的包覆路线——二步法纳米二氧化钛包覆技术，使二氧化钛的成核和生长过程分开进行，可以获得包膜均匀、致
密的产物。首先加入少量钛盐，使之水解形成二维层状成核，完成包膜的自生晶核过程。第二步即在已有均匀晶核的基础上进行包膜的颗粒生长过程。 3 纳米复合材料前景展望
纳米合成为发展新型材料提供了新的途径和新的思路。非平衡动态的材料工艺学在21世纪将会有新的突破。目前，世界上有近百万种材料，而自然的材料仅占1/20，这就说明人工材料在材料科学发展中占有重要的地位。纳米尺度的合成为人们设计新型材料，特别是为人类按照自己的意愿设计和探索所需要的新型材料打开了新的大门。例如，在传统相图中根本不共溶的两种元素或化合物，在纳米态下可形成固溶体，制造出新型的材料。铁铝合金、银铁和铜铁合金等纳米材料已在实验室获得成功。利用纳米微粒的特性，人们可以合成原子排列状态完全不同的两种或多种物质的复合材料。人们还可以把过去难以实现的有序相或无序相、晶态相和金属玻璃、铁磁相和反铁磁相、铁电相和顺电相复合在一起，制备出有特殊性能的新材料。
纳米材料的诞生也为常规的复合材料的研究增添了新的内容。把金属的纳米颗粒放入常规陶瓷中可大大改善材料的力学性质。如纳米氧化铝粒子放入橡胶中可提高橡胶的介电性和耐磨性，放入金属或合金中可以使晶粒细化，大大改善力学性质；纳米氧化铝弥散到透明的玻璃中既不影响透明度又提高了高温冲击韧性；半导体纳米微粒（砷化镓、锗、硅）放入玻璃中或有机高聚物中，提高了三阶非线性系数；极性的钛酸铅粒子放在环氧树脂中出现了双折射效应；纳米磁性氧化物粒子与高聚物或其它材料复合具有良好的微波吸收特性。最近，美国成功的把纳米粒子用于磁制冷上，8nm 钇铝铁石榴石新型制冷材料，使制冷温度达到20K 。纳米粒子与纳米粒子复合，受到世界各国极大的重视。
参考文献：
[1] 袁荞龙,罗宁.国内钛白粉生产、研究及应用进展[J].化工进展,1997,(5):5-7. [2] 周铭.纳米二氧化钛研究进展[J].涂料工业,1996,(4):36-39. [3] 孙琦,盛京.纳米材料的技术发展及应用[J].化工进展,1997,(1).
[4] 韩高荣,等.纳米复合薄膜的制备及其应用研究[J].材料科学与工程,1997,17(4):1-6. [5] 王宏志,等.纳米结构材料[J].硅酸盐通报,1999,(1):31-34. [6] 李小兵,刘竞超.纳米粒子与纳米材料[J].塑料,1999,(1).
[7] 倪永红.纳米材料制备研究的若干新进展[J].无机材料学报,2000,(1). [8] 王训,等.纳米TiO 2表面改性[J].化工进展,2000,(1):67-70. [9] 周铭.纳米二氧化钛研究进展[J].涂料工业,1996,(4).
[10] 祖庸.超细TiO 2的合成研究——溶胶—凝胶法[J].西北大学学报（自然科学版）,1998,28(1). [11] 杨松青,等.共沉淀法制备超细TiO 2－Al 2O 3[J].矿业工程,1997,17(1).
[12] Hiromichi Okamura, Eric A Barringer, and H. kent Bowen. Preparation and Sintering of Monosized Al 2O 3－TiO 2 Composite
Powder[J]. J.Am. Ceram.Soc. 1986, 69(2).
（下转第65页）
陈 超，石洪凌，李小六：丽格海棠的组织培养与快速繁殖
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报道，[1][2][3]但此杂交品种的组培研究尚未见报道。我们自2002年6月开始进行丽格海棠的组织培养与快速繁殖的研究，利用半年多时间筛选出适合其增殖生长及生根的培养基配方，摸清了快速繁殖的培养条件，并对炼苗移栽进行了系统的研究，使该项技术很快应用于生产之中。
参考文献：
[1] 戴策刚,谭文澄.竹节海棠的组织培养与液培快速繁殖[J].广西植物,1987,7(1):49-52. [2] 郑若仙.毛叶秋海棠叶片组织培养快速繁殖[J].云南植物研究,1985,7(1):125-127. [3] 刘玉贞.用组织培养快速繁殖球根海棠[J].植物生理学报通讯,1985,(3):30.
Tissue Culture and Plant Regeneration of Rieger Begonia
CHEN Chao, SHI Hong-Ling, LI Xiao-liu
(Biology Department, Tangshan Teachers College, Hebei Tangshan 063000, China)
Abstract: Callus induced, growth and differentiation, tublelet rooted, practise and transplant were done in Rieger Begonia and the significant of the rapid propragation was discussed.
Key words: Rieger Begonia ; rapid proprogation; tissue culture
责任编辑、校对：李春香
（上接第14页）
[13] A. Hanprasopwattana, S. Srinivasan. Titania Coating on Monodisperse Silica Spheres[J]. Langmuir, 1996, 12(13). [14] 李春忠,等.流态化CVC 制备TiO 2－Al 2O 3复合粒子[J].无机材料学报,1994,9(4).
[15] Maria Crisan, Maria Zaharescu, Luiza Simionescu. TiO 2 Membrane Obtained by Sol-Gel Method Deposited on Al 2O 3, Key
Eng[M]. Mater., 1997.
Application Conditions and Prospect Expectation of Nanometer
Compound Materials
LIU Li-hua
(Chemistry Department, Tangshan Teachers College, Hebei Tangshan 063000, China)
Abstract: This paper introduces the catalogues and preparations of nanometer compound materials, and dissertates their broad application prospects.
Key words: nanometer materials; nanometer compound materials; application conditions; prospect expectation
责任编辑、校对：李炳焕