材料科技的发展日新月异,通过科学家们的研究和实验,采用排列组合的方式,将各种不同性能的材料组合在一起,形成了一种种新型的优异性能的材料,创造出一个又一个新的应用领域,带动了新经济的发展。其中让人耳熟能详的纳米复合材料又是一种什么材料呢?且看看他的前世今生。
首先,看看复合材料是如何而来的。
复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。在复合材料中,通常有一相为连续相,称为基体;另一相为分散相,称为增强材料。分散相是以独立的相态分布在整个连续相中,两相之间存在着相界面。分散相可以是纤维状、颗粒状或是弥散的填料。复合材料中各个组分虽然保持其相对独立性,但复合材料的性质却不是各个组分性能的简单加和,而是在保持各个组分材料的某些特点基础上,具有组分间协同作用所产生的综合性能。由于复合材料各组分间“取长补短”,充分弥补了单一材料的缺点,产生了单一材料所不具备的新性能,开创了材料设计方面的新局面。这种1+1大于2的现象出现在材料复合领域中,是比较有意思的事情。强强联合,互补共赢的方式实现涅槃后的重生,科技见证神奇!
纳米复合材料又是什么东东?
纳米复合材料是由两种或两种以上的固相至少在一维以纳米级大小(1-100 nm)复合而成的复合材料。这些固相可以是非晶质、半晶质、晶质或者兼而有之,而且可以是无机物、有机物或二者兼有。纳米复合材料也可以是指分散相尺寸有一维小于100nm的复合材料,分散相的组成可以是无机化合物,也可以是有机化合物,无机化合物通常是指陶瓷、金属等,有机化合物通常是指有机高分子材料。当纳米材料为分散相,有机聚合物为连续相时,就是聚合物基纳米复合材料。纳米,是一个几何概念,很细微的几何级别。可以理解为材料精细化复合材料。
那么,这种精细级别复合的材料性能又有哪些特别之处呢?
纳米复合材料与常规的无机填料/聚合物体系不同,不是有机相与无机相的简单混合,而是两相在纳米尺寸范围内复合而成。由于分散相与连续相之间界面面积非常大,界面间具有很强的相互作用,产生理想的粘接性能,使界面模糊。作为分散相的有机聚合物通常是指刚性棒状高分子,包括溶致液晶聚合物、热致液晶聚合物和其它刚直高分子,它们以分子水平分散在柔性聚合物基体中,构成无机物/有机聚合物纳米复合材料。作为连续相的有机聚合物可以是热塑性聚合物、热固性聚合物。聚合物基无机纳米复合材料不仅具有纳米材料的表面效应、量子尺寸效应等性质,而且将无机物的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与聚合物的韧性、加工性及介电性能糅合在一起,从而产生许多特异的性能。这种多性能的优化组合产生的性能效应,让科学家们喜出望外。而且,不同材料的纳米级组合有不同的特性,这又为材料科学的发展开辟了新的广阔前景。其前景不可限量。