纳米复合材料

第十九节　纳米复合材料

纳米复合材料具有不同于宏观复合材料的许多优异性能，纳米复合技术为新材料的研究和制备提供了新方向和新途径，因此倍受世界各国重视。

中国科学院化学研究所工程塑料国家重点实验室漆宗能及其研究组，在多项国家自然科学基金的支持下，从事聚合物增强增韧的理论与应用研究，近年开展了以纳米片层为增强剂的聚合物复合材料研究，已取得可喜的成绩。

以聚合物为基体的有机/无机纳米复合材料研究，其难题之一是：若直接使用纳米颗粒及其他现有共混复合方法只能制得微米复合材料。

为了克服这一难题，他们在1995年和1998年获得国家自然科学基金委员会学部主任基金和重点项目的连续资助下，系统和深入地开展了聚合物/层状硅酸盐（蒙脱土）纳米复合材料的研究，在多种高分子（聚酰胺、聚酯、高抗冲聚苯乙烯、聚乙烯和聚丙烯等）纳米复合材料的研究中取得理论研究和工业化开发的突破性进展，引起了国内外同行及产业界的重视。他们研究成功了塑料、纤维、橡胶多种用途的纳米复合材料，有望用于航空、汽车、电子、食品或燃料包装和家用电器等方面。他们还将聚合物种类延伸到功能高分子材料，旨在研究这些材料光、电、磁等性能与纳米复合结构的关系并获得新材料。

漆宗能等科研人员采用插层复合法实现了高分子与层状硅酸盐片层在纳米尺度上的复合。复合过程中，如何将单体或聚合物插进蒙脱土层状硅酸盐片层之间，以形成厚度为1纳米，长、宽约为100纳米的片层并均匀分散在聚合物中是关键的一步。他们从对热力学原理的分析、蒙脱土结构的研究和蒙脱土表面的修饰人手，实现蒙脱土的有机化，成功地探索出了这种纳米复合材料的制备新方法。

更具有突破性的是：他们在聚苯乙烯/蒙脱土、聚对苯二甲酸乙二酯/蒙脱土等纳米复合材料的结构表征中，意外地发现了这些体系表现出液晶行为和自组装现象，而聚苯乙烯和聚对苯二甲酸乙二酯及蒙脱土各自均不具有液晶性、不表现出液晶行为。这一结果在世界上首次被我国学者发现并证实。此发现突破了已有的液晶分子结构理沦，对丰富和发展液晶高分子理论乃至受限空间高分子凝聚态理论具有重要的科学意义。

用这种纳米复合材料直接制备的新型管材，具有优异的综合性能，特别适合于江河疏浚等的泥浆和粉体输送，也可用于其他固态粉体、颗粒的输送，并且在工农业、市政工程中的高压送排水方面也有广阔的应用前景。

由此发展而来的插层复合法制备聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料，是制备“传统材料基础上的新一代高分子及其复合材料”的理想途径，被誉为21世纪初期聚合物材料领域的“超新星”，且蒙脱土在我国资源丰富、价格低廉。他们已将具有应用前景的成果以技术入股方式组建了“北京联科纳米有限公司”，有些成果已在多家大公司进行工业化实验，开始走向产业化。他们的成果也已引起日本积水化学管材中心、美国3M、德国巴斯夫和韩国三星等国外公司的极大兴趣，正在开展合作研究。由于科学基金资助所取得的成果显著，最近他们又相继获得了国家“八六三计划”和中国科学院重大项目的资助。

这一研究已申请十多项国家发明专利，为我国大幅度提高大品种聚合物性能和工业技术水平，改善聚合物材料的品种结构提供了新技术，对我国在该领域形成和发展自己的理沦、拥有自主知识产权具有重要意义。