无机_有机及其复合电介质的纳米尺寸效应及研究进展

无机、有机及其复合电介质的纳米尺寸效应及研究进展

李国荣,曾华荣,郑嘹赢,曾江涛,程丽红,赵坤宇,殷庆瑞

(中国科学院上海硅酸盐研究所,上海200050)

摘要 当电介质内的不均匀区域达到纳米级时,纳米尺度效应对介电性能的影响便不容忽视。分别以PMN 2

PT 弛豫铁电单晶、ZnO 压敏陶瓷、纳米SiO 2/环氧树脂复合材料为例,通过实验证明了在无机铁电单晶、半导体陶瓷

以及无机纳米/有机复合材料中存在的介电性能的纳米尺寸效应。

关键词

有机　无机　复合电介质　纳米尺寸效应R esearch and Development of N anoscale E ffects in Organic ,Inorganic and

Composite Dielectric Materials

L I Guorong ,ZEN G Huarong ,ZH EN G Liaoying ,ZEN G Jiangtao ,C H EN G Lihong ,

ZHAO Kunyu ,YIN Qingrui

(Shanghai Institute of Ceramics ,Chinese Academy of Sciences ,Shanghai 200050)

Abstract The nanoscale effects can not be ignored when the nanoscale inhomogeneous region exists in the die 2lectric materials.In order to confirm this effect in the inorganic ferroelectrics single crystals ,semiconductor ceramics and inorganic/organic nanocomposites ,the dielectric properties of PMN 2PT single crystals ,ZnO varistors and SiO 2/epoxy nanocomposites are measured and investigated.

K ey w ords organic ,inorganic ,dielectric composites ,nanoscale effects

　李国荣:男,1962年生,博士生导师,主要研究方向为有机铁电高分子、功能陶瓷和多层膜集成技术以及微结构器件

0　引言

固态电介质是一种物质内部的电极化对电场敏感的材料,主要包括以离子键为主的无机材料(包括单晶、多晶陶瓷、非晶玻璃)和以共价键为主的有机材料,以及这两类材料间共混的复合电介质

[1,2]

。

固态电介质的介电物理本质是电场作用下材料内部正、负电荷中心不重合程度(即电极化)。这种正、负电荷中心不

重合的微观形式是多样的,原子(离子)和电子(主要指束缚电子)、分子结构(如有机高分子基团)、晶体的内在结构(如极性微区)以及构成材料的显微结构(如多晶材料的晶粒和晶界)等不同层次的微观构造的电极化都会对介电性能产生影响。在离子和分子区域的尺度下,缺陷对电极化产生影响;在更大的区域内如纳米至亚微米尺度,不均匀电荷区域的存在对宏观介电性能都将产生影响。材料内部这种不均匀区域往往与晶体的局域取向(如同种晶体的极性微区、电畴)、多相复合材料以及完全不同材质(有机/无机二相复合)等非同相结构或材质相关联[3]。当这些区域的尺寸达到纳米量级时,就可能引起介电和电学性能的突变,这是目前国际上普遍关注的电介质纳米尺寸效应[4]。

低维电介质材料在微纳电子技术中得到重要的应用[5],而在弱电场以及工程电介质中,大量使用的仍然是以块体材料为主的固体电介质。本文将以无机铁电单晶、半导体陶瓷

以及纳米无机/有机复合材料为例来说明介电性能的纳米尺寸效应,为低维介电性能研究提供一些实验依据。

1　纳米电介质的纳米尺寸效应

1.1　无机单晶电介质

无机单晶材料的晶格结构完整,长程有序,通常不存在纳米尺寸效应。但是对于无机铁电单晶,由于极性区域(即所谓电畴)的存在,其介电和压电性能与电畴的尺寸有关。最近日本S.Wada 研究发现,Ba TiO 3单晶的压电和介电性能大幅度提高,结果如表1所示[6]。

表1　B a TiO 3单晶不同电畴尺寸在[111]方向

的压电和介电性能

Table 1　Piezoelectric and dielectric properties of Ba TiO 3

single crystal in [111]direction

电畴尺寸μm 介电系数εT

弹性系数

s 11E /(p m 2/N )压电系数d 31/(pC/N )机电耦合系数k 31/%

4021857.37-97.825.913.320877.68-134.735.76.524418.80-180.141.45.5

2762

9.58

-230.0

47.5

笔者所在实验室对PMN 2P T 弛豫铁电单晶进行了-10～

0℃的冷冻处理,然后用扫描探针显微镜(SPM )的压电模式

观察其微区的铁电畴结构,结果如图1所示。图1(a )、(b )

和(c )分别为PMN 2P T 单晶的表面形貌相,说明样品经不同

低温处理后所观察的微区位置相同。图1(d )、

(e )和(f )分别对应(a )、(b )和(c )的压电模式像。图1显示PMN 2P T 单晶经第一次低温处理后铁电畴结构基本不变,为弛豫铁电体典型的指纹型电畴结构,但当它反复经低温处理后,其电畴结构发生了突变,形成了非常均匀的亚微米尺寸的电畴。这种亚微米尺寸的电畴经多次低温处理后,电畴结构不变[7]

。

图1　PMN 2PT 单晶的表面形貌相和压电模式像Fig.1　The topography im ages and the corresponding

im ages of the PMN 234%PT single crystal 对PMN 2P T 单晶在不同低温处理后进行室温下的介电

系数测试,结果如表2所示,低温处理后的介电系数达到了10000以上,比低温处理前的介电系数(1962)提高了近5倍,这在已知的铁电材料中是非常少见的。

从目前的实验结果看,这种介电系数的突变仅仅是由于电畴结构趋于均匀细小化而引起的。由于电畴周围吸附着自由电子,因而亚微米尺寸电畴的存在意味着电荷分布趋于小尺寸。由这一结果可以预见,当电畴进一步趋于纳米尺寸,介电系数将以更大的比例增加,这为研究和开发高介电材料提供了一条新的研究思路。

表2　PMN 2PT 单晶在1kH z 下不同低温

处理的介电系数和损耗

Table 2　Dielectric constant and loss at room temperat ure

(1k Hz )for PMN 2P T single crystal annealed at low

temperat ure after first ,second and t hird processing

ε

tan δ/%

未低温处理1962 4.6第一次低温处理4010 2.8第二次低温处理11590 2.5第三次低温处理11580 2.5极化后样品

3850

6.7

1.2　陶瓷

陶瓷是由晶粒和晶界组成的多晶体,其电学性能通常可

以用如图2所示的等效电路模型来描述。晶粒和晶界都用电容和电阻并联表示,然后二者再串联[1,2]。图2中,R 1和C 1为晶粒的电阻和电容,R 2和C 2为晶界的电阻和电容。当晶粒为高介电属性时,晶界的电性能影响可以忽略,陶瓷的介电性能由晶粒决定;当晶粒为半导特性时,介电性能主要由晶界决定,因而,从陶瓷的显微结构看,陶瓷的介电纳米效

应可通过制备具有纳米尺度的晶粒和晶界来实现。

图2　晶粒2晶界的串并联等效电路

Fig.2　Equivalent circuit of grain and grain 2boundary 制备具有纳米晶粒的纳米陶瓷技术难度很大,首先必须制备出纳米粉体,然后在烧结制度上通过优化工艺获得细晶或纳米晶陶瓷。纳米粉体具有高烧结活性,因而致密化烧结温度附近晶粒生长迅速,其尺寸通常达到微米量级以上,因此,纳米晶陶瓷及其相关的介电纳米尺寸效应研究很少。最近,王晓惠等[8]利用二步法烧结技术获得了一系列纳米功能陶瓷,使得纳米晶陶瓷的介电纳米效应研究与应用成为可能[9]。Shan Lin 等[10]用铁电基本理论解释了纳米尺寸与介电性能的关系。

陶瓷的晶界宽度一般为几到几百纳米不等,且容易烧结出100nm 以下的晶界宽,因而利用晶界的纳米比晶粒纳米效应有着更长的研究和应用历史,只是早期未从晶界的纳米效应角度进行解释和说明。与陶瓷晶界纳米尺寸相关的主要有晶界电容器、热敏和压敏陶瓷[11-13],它们的晶界纳米尺寸效应显著,如ZnO 在晶界宽度大于100nm 时表现为半导特性;在晶界宽度为几十纳米时则表现为高绝缘特性。

笔者所在实验室最近的研究结果显示(见表3),改变晶界特性可以使ZnO 晶界击穿电压从普遍认为的3V 提高到16V ,发生了显著的变化,通过偏置电场下的电容性能测试,发现是由数十纳米处耗尽层到近100nm 耗尽层的电荷量变化引起的。

表3　Z nO压敏陶瓷的电性能与晶界特性参数

Table3　The electrical properties and grain

boundary characteristics in ZnO varistor

Y2O3/%00.050.100.15

D/μm 4.5 3.8 3.7 3.0

E b/(kV/cm)11.224.328.355.2

V gb/(V/gb) 5.039.2210.516.6α14.2 6.2 6.810.2

I L/(μA)32.814514159.1

Φ

B/eV0.480.530.520.50

ω/nm33.837.453.6102.9

N d(×1018/cm3)0.390.360.170.044 N IS/(×1012/cm2) 1.33 1.340.9190.458 1.3　无机纳米/有机复合电介质

在无机纳米/有机复合电介质中,无机纳米颗粒尺寸小,电子和晶格体系的自由度有限,表面缺陷多,表面不饱和键对其他基团的亲和力大,容易与聚合物有机基团直接产生化学键合,且比表面积大,往往表现出与传统粒子不同的特性。阮圣平等[14]采用硬脂酸凝胶法制备了纳米晶Ba TiO3,通过对材料介电性能的研究发现,纳米材料的静态介电常数远大于常规材料的介电常数,随着粒径的减小,纳米材料的介电常数先增大而后有所降低。无机纳米颗粒与有机材料复合,由于无机纳米颗粒表面的结构不易被破坏,因而无机纳米/有机聚合物的纳米尺寸效应(确切为界面效应)更明显于无机单晶和陶瓷。

无机纳米/有机聚合物复合材料的发展已有近20年的历史。早在1985年,为了改善聚合物材料的强度和韧性,日本和美国开始了无机纳米/有机聚合物复合材料的研究。通过添加无机纳米粒子得到的复合材料,其强度和韧性大大提高,软化温度也比单纯聚合物有所提高。

无机纳米/有机聚合物复合材料在工程电介质的研究与应用是近10年的事。在弱电应用的信息电子技术中,微纳电子产品的电容和低电耦合隔离层需要用到低介电和高介电无机纳米/有机聚合物复合材料。最近美国军方和日本企业都在研究高介电系数的无机纳米/有机聚合物复合材料,以制备出航空航天用的体积小、质量轻的高储能电容器。例如,高介电常数的柔性聚合物基电介质复合材料在电子工业领域可能有广阔的应用前景,可以被用来制作具有任意形状的多层片式电容器。党智敏[15]利用溶胶2凝胶法以及后续处理制备了锂钛共掺杂的氧化镍(L TNO)、锂单独掺杂的氧化镍(L NO),并利用化学沉淀法制备了纳米尺寸氧化锌(n2 ZnO),对它们分别与聚合物基体形成的复合材料的介电行为进行了研究。结果表明,复合材料的介电常数得到了一定的提高,但对于不同性质的导电或半导性填料而言,材料的介电常数不同,这些具有高介电常数的电介质材料有望用作柔性多层片式电容器的介质材料。

在工程强电介质绝缘材料应用方面,我国进口的高绝缘电气产品,其绝缘性能远超过国内的产品,经解剖发现,在绝缘材料中添加了TiO2无机纳米颗粒和微量金属材料,因而该绝缘材料可以被确认为无机纳米/有机聚合物复合绝缘材料,但是几乎未见国外发表相关的研究论文。我国学者通过将无机纳米粉体如TiO2、Al2O3、SiO2加入到环氧树脂、聚酯等绝缘聚合物中用于工程电工的绝缘电介质材料后发现,其绝缘性能、老化性能以及材料的耐大电流冲击能力提高了5～100倍。施利毅等[16]研制的无机纳米/有机聚合物的抗电压能力提高了7倍。曹晓珑[17]研究了金属纳米添加剂对聚合物击穿性能的影响,发现在金属Ag纳米添加剂含量为8%时,复合材料的击穿强度提高了15倍。江平开等[18]研究了金属与绝缘体复合材料的介电增强规律。

笔者所在实验室对无机纳米SiO2/Epoxy复合材料进行了研究并以此来说明无机纳米/有机复合电介质的纳米尺寸效应。图3(a)、(b)是添加量不同且SiO2纳米颗粒表面经偶联剂处理的无机纳米SiO2/Epoxy复合材料的介电温谱(10k Hz),图4(a)、(b)为纯Epoxy、填料表面未经偶联剂处理的以及填料表面经偶联剂处理的SiO2/Epoxy复合材料的介电温谱(10k Hz)。从图3中可以得出,添加100nm的SiO2纳米粉体,复合材料的介电行为无明显变化;而添加20nm的SiO2粉体,其介电系数大幅增加,说明纳米尺寸对介电系数有非常大的影响。从图4中可以得到,未进行表面偶联剂处理的复合电介质的介电系数反而低于纯Epoxy

的介电系数。

图3　填料添加量不同的SiO2/Epoxy复合

材料的介电温谱(10kH z)

Fig.3　Dielectric spectrum of nanocomposites f illed with

different contents of surface2modif ied

SiO2particles(at10kH z)

以上现象可以从环氧分子结构变化的角度来分析:所用环氧树脂是不含侧链的较短的直线链,而SiO2粒子很可能通过偶联剂分子与环氧树脂分子形成了紧密的结构,连接在分子链上的纳米SiO2粒子相当于增强了分子链的柔韧性,增长了极性基团的偶极矩,使得复合材料的介电常数变大

(室温下SiO 2粒子的介电常数为3.3)。添加了表面未处理的SiO 2粉体后,复合材料介电常数比纯的环氧固化材料小,

主要是由于未经表面处理的SiO 2纳米颗粒导致环氧树脂分子链纠缠明显,影响了分子链在电场下的转动。因此,纳米颗粒的表面特性(包括表面缺陷)以及纳米颗粒大的比表面

积对介电性能产生了显著影响。

图4　纯环氧树脂和填料表面处理前后的SiO 2/Epoxy

复合材料的介电温谱(10kH z)

Fig.4　Dielectric spectrum of pure epoxy and nanocomposites

using 0.5w t %modif ied and unmodif ied 20nm

SiO 2particles(at 10kH z)

2　结语

(1)块体材料的电介质纳米尺寸效应将使电介质材料在

储能等领域获得应用。

(2)无机纳米/有机复合纳米电介质比无机材料更容易获得纳米尺寸效应,从而作为电介质材料,因此,进一步深入研究块体材料的纳米尺寸效应对块体和低维电介质应用具有重要意义。

参考文献

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(责任编辑　曾文婷

)

高分子名词解释

第一章绪论（Introduction） 高分子化合物（High Molecular Compound）：所谓高分子化合物，系指那些由众多原子或原子团主要以共价键结合而成的相对分子量在一万以上的化合物。 单体（Monomer）：合成聚合物所用的-低分子的原料。如聚氯乙烯的单体为氯乙烯。重复单元（Repeating Unit）：在聚合物的大分子链上重复出现的、组成相同的最小基本单元。如聚 氯乙烯的重复单元为。 单体单元（Monomer Unit）：结构单元与原料相比，除了电子结构变化外，其原子种类和各种原子的个数完全相同，这种结构单元又称为单体单元。 结构单元（Structural Unit）：单体在大分子链中形成的单元。聚氯乙烯的结构单元为 。 聚合度（DP、X n）(Degree of Polymerization)：衡量聚合物分子大小的指标。以重复单元数为基准，即聚合物大分子链上所含重复单元数目的平均值，以表示；以结构单元数为基准，即聚合物 大分子链上所含结构单元数目的平均值，以表示。聚合物是由一组不同聚合度和不同结构形态的 同系物的混合物所组成，因此聚合度是一统计平均值，一般写成、。 聚合物分子量（Molecular Weight of Polymer）：重复单元的分子量与重复单元数的乘积；或结构单元数与结构单元分子量的乘积。 数均分子量(Number-average Molecular Weight)：聚合物中用不同分子量的分子数目平均的统计平 均分子量。， N i：相应分子所占的数量分数。

重均分子量（Weight-average Molecular Weight）：聚合物中用不同分子量的分子重量平均的统计 平均分子量。， W i：相应的分子所占的重量分数。 粘均分子量（Viscosity-average Molecular Weight）：用粘度法测得的聚合物的分子量。 分子量分布（Molecular Weight Distribution, MWD）：由于高聚物一般由不同分子量的同系物组成的混合物，因此它的分子量具有一定的分布，分子量分布一般有分布指数和分子量分布曲线两种表示方法。 多分散性（Polydispersity）：聚合物通常由一系列相对分子量不同的大分子同系物组成的混合物，用以表达聚合物的相对分子量大小并不相等的专业术语叫多分散性。 分布指数(Distribution Index)：重均分子量与数均分子量的比值。即。用来表征分子量分布的宽度或多分散性。 连锁聚合（Chain Polymerization）：活性中心引发单体，迅速连锁增长的聚合。烯类单体的加聚反应大部分属于连锁聚合。连锁聚合需活性中心，根据活性中心的不同可分为自由基聚合、阳离子聚合和阴离子聚合。 逐步聚合（Step Polymerization）：无活性中心，单体官能团之间相互反应而逐步增长。绝大多数缩聚反应都属于逐步聚合。 加聚反应（Addition Polymerization）：即加成聚合反应，烯类单体经加成而聚合起来的反应。加聚反应无副产物。 缩聚反应（Condensation Polymerization）：即缩合聚合反应，单体经多次缩合而聚合成大分子的反应。该反应常伴随着小分子的生成。 塑料（Plastics）：具有塑性行为的材料，所谓塑性是指受外力作用时，发生形变，外力取消后，仍能保持受力时的状态。塑料的弹性模量介于橡胶和纤维之间，受力能发生一定形变。软塑料接近橡胶，

环氧树脂复合材料

环氧树脂复合材料 复合材料是由基体材料和增强材料复合而成的多相体系固体材料。它充分发挥了各组分材料的特点和潜在能力，通过各组分的合理匹配和协同作用，呈现出原来单一材料(均质材料、单相材料)所不具有的优异的新性能，从而达到对材料某些性能的综合要求。复合材料的出现在材料发展史上具有划时代的意义。受到国内外的极大重视。其发展之迅猛在历史上是空前的。已在工业、农业、交通、军事、科学技术和人民生活等各个领域广为应用。尤其是在航空、航天等尖端技领域中已成为不可缺少的重要的结构材料。无怪乎有人认为21世纪将进入“复合材料时代”。 热固性树脂基复合材料是目前研究得最多、应用得最广的一种复合材料。它具有质量轻、强度高、模量大、耐腐蚀性好、电性能优异、原料来源广泛，加工成型简便、生产效率高等特点，并具有材料可设计性以及其他一些特殊性能，如减振、消音、透电磁波、隐身、耐烧蚀等特性，已成为国民经济、国防建设和科技发展中无法取代的重要材料。在热固性树脂基复合材料中使用最多的树脂仍然是酚醛树脂、不饱和聚酪树脂和环氧树脂这三大热固性树脂。这三种树脂阶性能各有特点：酚醛树脂的耐热性较高、耐酸性好、固化速度快，但较脆、需高压成型；不饱和聚酪树脂的工艺性好、价格最低，但性能较差；环氧树脂的粘结强度和内聚强度高，耐腐蚀性及介电性能优异，综合性能最好，但价格较贵。因此，在实际工程中环氧树脂复合材料多用于对使用性能要求高的场合，如用作结构材料、耐腐蚀材料、电绝缘材料及透波材料等。 1、环氯树脂复合材料的分类 环氧树脂复合材料(简称环氧复合材料，也有人称为环氧增强塑料)的品种很多，其名称、含义和分类方法也没有完全统一，但大体上讲可按以下方法分类。 (1)按用途可分为环氧结构复合材料、环氧功能复合材料和环氧功能型结构复合材料。结构复合材料是通过组成材料力学性能的复合，使之能用作受力结构材料，并能按受力情况设计和制造材料，以达到材料性能册格比的最佳状态。功能复合材料是通过组成材料其他性能(如光、电、热、耐腐蚀等)的复合，以得到具有某种理想功能的材料。例如环氧树脂覆铜板、环氧树脂电子塑封料、雷

(完整版)纳米抗菌材料国内外研究现状

1.国内外研究现状和发展趋势 （1）多尺度杂化纳米抗菌材料的国内外研究进展 Ag+、Zn2+和Cu2+等金属离子具有抗菌活性，且毒性小、安全性高而被广泛用作抗菌剂使用。但是，由于其存在易变色、抗菌谱窄、长效性差、耐热性和稳定性不好等缺点而成为其进一步发展的障碍。相比而言，纳米银、纳米金、纳米铜、纳米氧化锌等纳米材料则可以在一定程度上克服这些问题。例如纳米银，在抗菌长效性和变色性方面均比银离子（多孔纳米材料负载银离子）抗菌剂有显著改善，而且其毒性也更低（Adv. Mater. 2010）；关于其抗菌机理，被认为是纳米银释放出银离子而产生抗菌效果（Chem. Mater 2010，ACS Nano 2010）。纳米金也有类似的效果（Adv. Mater. Res.2012），尽管活性比纳米银稍差，但其对耐药菌株表现出良好的抗菌活性(Biomaterials 2012)。铜系抗菌材料可阻止“超级细菌”（NDM-1）的传播（Lancet Infec.Dis. 2010）。活性氧化物是使用时间最长、使用面最广泛的一类长效抗菌剂，其中氧化锌是典型代表，特别是近年来随着纳米技术的发展，一系列低维结构氧化锌的出现，为氧化锌系抗菌材料提供了极大的发展空间，由于其良好的安全性，氧化锌甚至可用于牙科等口腔材料（Wiley Znter Sci.，2010）。本项目相关课题组多年的研究发现，ZnO的形貌差异、结构缺陷和极化率等都会影响其抗菌活性（Phys. Chem. Chem. Phys. 2008）；锌离子还可以与多种成分杂化，产生协同抗菌活性而提高其抗菌性能（Chin. J. Chem. 2008, J. Rare Earths 2011）。 利用杂化纳米材料结构耦合所带来的协同作用提高纳米材料的抗菌活性是近年来的研究热点。例如：纳米铜与石墨烯杂化体系中存在显著的协同抗菌作用（ACS Nano2010）。用络氨酸辅助制备的Ag-ZnO杂化纳米材料，表现出良好的抗菌和光催化性能（Nanotechnology 2008）；但是Ag的沉积量过大，催化活性反而有所降低（J. Hazard. Mater. 2011）。以壳聚糖为媒质，通过静电作用合成得到均匀的ZnO/Ag纳米杂化结构，结果显示，ZnO/Ag纳米杂化结构比单独的ZnO 和单独纳米Ag的抗菌活性都高，表现出明显的协同抗菌作用（RSC Adv. 2012）。Akhavan等用直接等离子体增强化学气相沉积技术，结合溶胶-凝胶技术把锐钛

双酚A型环氧树脂的合成及复合材料制备(精)

双酚 A 型环氧树脂的合成及复合材料制备 姓名:贾训祥 学号:0840605115 专业:高分子材料与工程一、实验目的: 1. 了解逐步聚合预聚体的合成方法和环氧树脂的实验室制法。 2. 了解环氧树脂复合材料的制备方法。 3. 掌握复合材料样条的制备与其力学性能的测试过程。 二、实验原理: 环氧树脂是指那些分子中至少含有两个反应性的环氧基团的树脂化合物。环氧树脂经固化后有许多突出的优异性能, 如对各种材料特别是对金属的粘着力很强, 有卓越的耐化学腐蚀性,力学强度很高,电绝缘性好,耐腐蚀,等等。此外,环氧树脂可以在相当宽的温度范围内固化, 而且固化时体积收缩很小。环氧树脂的上述优异特性使它有着许多非常重要的用途。广泛用于粘合剂(万能胶 ,涂料、复合材料等方面。 合成环氧树脂的方法大致可分两类。一类是用含有环氧基团的化合物(如环氧氯丙烷或经化学处理后能生成环氧基的化合物(如 1.3-二氯丙醇和二元以上的酚(醇聚合而得。另一类是使含有双键的聚合物(如聚丁二烯或小分子(如二环戊二烯环氧化而得。双酚 A 型环氧树脂是环氧树脂中产量最大,使用最广的一个品种,它是由双酚 A 和环氧氯丙烷在氢氧化钠存在下反应生成的:

原料配比不同,反应条件不同(如反应介质,温度和加料顺序 ,可制得不同软化点, 不同分子量的环氧树脂。式中 n 一般在 0到 25之间。根据相对分子质量大小,环氧树脂可以分成各种型号。一般低相对分子质量环氧树脂的 n 平均值小于 2、软化点低于 50℃, 也称为软环氧树脂; 中等相对分子质量环氧树脂的 n 值在 2~5之间、软化点在 50℃~95℃之间; 而 n 大于 5的树脂(软化点在 100℃以上称为高分子量树脂。相对分子质量对软化点的影响见图 1。 图 1 在环氧树脂的结构中有羟基(>CH-OH 、醚基(-O -和极为活泼的环氧基存在。羟基、醚基有高度的极性, 使环氧分子与相邻界面产生了较强的分子间作用力, 而环氧基团则与介质表面, 特别是金属表面上的游离键起反应, 形成化学键。因而, 环

纳米尺寸效应

纳米尺寸效应 纳米是长度单位，原称毫微米，就是10^-9米（10亿分之一米）。纳米科学与技术，有时简称为纳米技术，是研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质和应用。纳米效应就是指纳米材料具有传统材料所不具备的奇异或反常的物理、化学特性，如原本导电的铜到某一纳米级界限就不导电，原来绝缘的二氧化硅、晶体等，在某一纳米级界限时开始导电。这是由于纳米材料具有颗粒尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子所占比例大等特点，以及其特有的三大效应：表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。 表面效应 球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积（表面积／体积）与直径成反比。随着颗粒直径变小，比表面积将会显著增大，说明表面原子所占的百分数将会显著地增加。对直径大于0.1微米的颗粒表面效应可忽略不计，当尺寸小于0.1微米时，其表面原子百分数激剧增长，甚至1克超微颗粒表面积的总和可高达100平方米，这时的表面效应将不容忽略。 超微颗粒的表面与大块物体的表面是十分不同的，若用高倍率电子显微镜对金超微颗粒（直径为2*10^-3微米）进行电视摄像，实时观察发现这些颗粒没有固定的形态，随着时间的变化会自动形成各种形状（如立方八面体，十面体，二十面体多李晶等），它既不同于一般固体，又不同于液体，是一种准固体。在电子显微镜的电子束照射下，表面原子仿佛进入了“沸腾”状态，尺寸大于10纳米后才看不到这种颗粒结构的不稳定性，这时微颗粒具有稳定的结构状态。超微颗粒的表面具有很高的活性，在空气中金属颗粒会迅速氧化而燃烧。如要防止自燃，可采用表面包覆或有意识地控制氧化速率，使其缓慢氧化生成一层极薄而致密的氧化层，确保表面稳定化。利用表面活性，金属超微颗粒可望成为新一代的高效催化剂和贮气材料以及低熔点材料。 小尺寸效应 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。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。对超微颗粒而言，尺寸变小，同时其比表面积亦显著增加，从而产生如下一系列新奇的性质。 （1）特殊的光学性质当黄金被细分到小于光波波长的尺寸时，即失去了原有的富贵光泽而呈黑色。事实上，所有的金属在超微颗粒状态都呈现为黑色。尺寸越小，颜色愈黑，银白色的铂（白金）变成铂黑，金属铬变成铬黑。由此可见，金属超微颗粒对光的反射率很低，通常可低于l％，大约几微米的厚度就能完全消光。利用这个特性可以作为高效率的光热、光电等转换材料，可以高效率地将太阳能转变为热能、电能。此外又有可能应用于红外敏感元件、红外隐身技术等。 （2）特殊的热学性质固态物质在其形态为大尺寸时，其熔点是固定的，超细微化后却发现其熔点将显著降低，当颗粒小于10纳米量级时尤为显著。例如，金的常规熔点为1064C℃，当颗粒尺寸减小到10纳米尺寸时，则降低27℃，2纳米尺寸时的熔点仅为327℃左右；银的常规熔点为670℃，而超微银颗粒的熔点可低于100℃。因此，超细银粉制成的导电浆料可以进行低温烧结，此时元件的基片不必采用耐高温的陶瓷材料，甚至可用塑料。采用超细银粉浆料，可使膜厚均匀，覆盖面积大，既省料又具高质量。日本川崎制铁公司采用0．1～

环氧树脂优缺点

热固性树脂基复合材料是目前研究得最多、应用得最广的一种复合材料。它具有质量轻、强度高、模量大、耐腐蚀性好、电性能优异、原料来源广泛，加工成型简便、生产效率高等特点，并具有材料可设计性以及其他一些特殊性能，如减振、消音、透电磁波、隐身、耐烧蚀等特性，已成为国民经济、国防建设和科技发展中无法取代的重要材料。在热固性树脂基复合材料中使用最多的树脂仍然是酚醛树脂、不饱和聚酪树脂和环氧树脂这三大热固性树脂。这三种树脂阶性能各有特点：酚醛树脂的耐热性较高、耐酸性好、固化速度快，但较脆、需高压成型；不饱和聚酪树脂的工艺性好、价格最低，但性能较差；环氧树脂的粘结强度和内聚强度高，耐腐蚀性及介电性能优异，综合性能最好，但价格较贵。因此，在实际工程中环氧树脂复合材料多用于对使用性能要求高的场合，如用作结构材料、耐腐蚀材料、电绝缘材料及透波材料等。 1、环氯树脂复合材料的分类 环氧树脂复合材料(简称环氧复合材料，也有人称为环氧增强塑料)的品种很多，其名称、含义和分类方法也没有完全统一，但大体上讲可按以下方法分类。 (1)按用途可分为环氧结构复合材料、环氧功能复合材料和环氧功能型结构复合材料。结构复合材料是通过组成材料力学性能的复合，使之能用作受力结构材料，并能按受力情况设计和制造材料，以达到材料性能册格比的最佳状态。功能复合材料是通过组成材料其他性能(如光、电、热、耐腐蚀等)的复合，以得到具有某种理想功能的材料。例如环氧树脂覆铜板、环氧树脂电子塑封料、雷达罩等。需要指出的是，无论使用的是材料的哪一种功能性，都必须具有必要的力学性能，否则再好的功能材料也没有实用性。已有些功能材料同时还要有很高的强度，如高压绝缘子芯棒，要求绝缘性和强度都很高，是一种绝缘性结构复合材料。 (2)按成型压力可分为高压成型材料(成型压力5—30MPa)，如环氧工程塑料及环氧层压塑料；低压成型材料(成型压力＜2．5MPa)，如环氧玻璃钢和高性能环氧复合材料。玻璃钢和高性能复合材料由于制件尺寸较大(可达几个㎡)、型面通常不是平面，所以不宜用高压成型。否则模具造价太高，压机吨位太大，因而成本太贵。 (3)按环氧复合材料阶性能、成型方法、产品及应用领域的特点，并照顾到习惯上的名称综合考虑可分为：环氧树脂工程塑料、环氧树脂层压塑料、环氧树脂玻璃钢(通用型环氧树脂复合材料)及环氧树脂结构复合材料。 3、环氧树脂复合材料的特性 (1)密度小，比强度和比模量高。高模量碳纤维环氧复合材料的比强度为钢的5倍、铝合金的4倍，钻合金的3．2倍。其比模量是钢、铝合金、钦合金的5．5—6倍。因此，在强度和刚度相同的情况下碳纤维环氧复合材料构件的重量可以大大减轻。这在节省能源、提高构件的使用性能方面，是现有任何金属材料所不能相比的。 (2)疲劳强度高，破损安全特性好。环氧复合材料在静载荷或疲劳载荷作用下，首先在最薄弱处出现损伤，如横向裂纹、界面脱胶、分层、纤维断裂等。然而众多的纤维和界面会阻

高分子名词解释

第一章绪论 高分子化合物：所谓高分子化合物，系指那些由众多原子或原子团主要以共价键结合而成的相对分子量在一万以上的化合物。 单体：合成聚合物所用的-低分子的原料。如聚氯乙烯的单体为氯乙烯。重复单元：在聚合物的大分子链上重复出现的、组成相同的最小基本单元。结构单元：单体在大分子链中形成的单元。单体单元：结构单元与原料相比，除了电子结构变化外，其原子种类和各种原子的个数完全相同，这种结构单元又称为单体单元。 聚合度：衡量聚合物分子大小的指标。以重复单元数为基准，即聚合物大分子链上所含重复单元数目的平均值；以结构单元数为基准，即聚合物大分子链上所含结构单元数目的平均值。 聚合物分子量：重复单元的分子量与重复单元数的乘积；或结构单元数与结构单元分子量的乘积。 数均分子量：聚合物中用不同分子量的分子数目平均的统计平均分子量。重均分子量：聚合物中用不同分子量的分子重量平均的统计平均分子量。粘均分子量：用粘度法测得的聚合物的分子量。 分子量分布：由于高聚物一般由不同分子量的同系物组成的混合物，因此它的分子量具有一定的分布，分子量分布一般有分布指数和分子量分布曲线两种表示方法。 多分散性：聚合物通常由一系列相对分子量不同的大分子同系物组成的混合物，用以表达聚合物的相对分子量大小并不相等的专业术语叫多分散性。 分布指数：重均分子量与数均分子量的比值，用来表征分子量分布的宽度或多分散性。 连锁聚合：活性中心引发单体，迅速连锁增长的聚合。烯类单体的加聚反应大部分属于连锁聚合。连锁聚合需活性中心，根据活性中心的不同可分为自由基聚合、阳离子聚合和阴离子聚合。 逐步聚合：无活性中心，单体官能团之间相互反应而逐步增长。绝大多数缩聚反应都属于逐步聚合。 加聚反应：即加成聚合反应，烯类单体经加成而聚合起来的反应。加聚反应无副产物。 缩聚反应：即缩合聚合反应，单体经多次缩合而聚合成大分子的反应。该反应常伴随着小分子的生成。塑料：具有塑性行为的材料，所谓塑性是指受外力作用时，发生形变，外力取消后，仍能保持受力时的状态。塑料的弹性模量介于橡胶和纤维之间，受力能发生一定形变。软塑料接近橡胶，硬塑料接近纤维。橡胶：具有可逆形变的高弹性聚合物材料。在室温下富有弹性，在很小的外力作用下能产生较大形变，除去外力后能恢复原状。橡胶属于完全无定型聚合物，它的玻璃化转变温度（T g）低，分子量往往很大，大于几十万。 纤维：聚合物经一定的机械加工（牵引、拉伸、定型等）后形成细而柔软的细丝，形成纤维。纤维具有弹性模量大，受力时形变小，强度高等特点，有很高的结晶能力，分子量小，一般为几万。 热塑性聚合物：聚合物大分子之间以物理力聚而成，加热时可熔融，并能溶于适当溶剂中。热塑性聚合物受热时可塑化，冷却时则固化成型，并且可以如此反复进行。热固性聚合物：许多线性或支链形大分子由化学键连接而成的交联体形聚合物，许多大分子键合在一起，已无单个大分子可言。这类聚合物受热不软化，也不易被溶剂所溶胀。 碳链聚合物：大分子主链完全由碳原子组成的聚合物。杂链聚合物：聚合物的大分子主链中除了碳原子外，还有氧、氮等杂原子。 元素有机聚合物：聚合物的大分子主链中没有碳原子孙，主要由硅、硼、铝和氧、氮、硫、磷等原子组成。无机高分子：主链与侧链均无碳原子的高分子。聚合反应：由低分子单体合成聚合物的反应。 第二章自由基聚合 活性种：打开单体的π键，使链引发和增长的物质，活性种可以是自由基，也可以是阳离子和阴离子。均裂：化合物共价键的断裂形式，均裂的结果，共价键上一对电子分属两个基团，使每个基团带有一个独电子，这个带独电子的基团呈中性，称为自由基。异裂：化合物共价键的断裂形式，异裂的结果，共价键上一对电子全部归属于其中一个基团，这个基团形成阴离子，而另一缺电子的基团，称为阳离子。自由基聚合：以自由基作为活性中心的连锁聚合。离子聚合：活性中心为阴、阳离子的连锁聚合。阳离子聚合：以阳离子作为活性中心的连锁聚合。阴离子聚合：以阳离子作为活性中心的连锁聚合。

纳米材料四大效应

1.小尺寸效应：当纳米粒子尺寸与德布罗意波以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，对于晶体其周期性的边界条件将被破坏，对于非晶态纳米粒子其表面层附近原子密度减小，这些都会导致电、磁、光、声、热力学等性质的变化，这称为小尺寸效应 我的理解是尺寸小了就会出现一些新的现象、新的特性。从理论层面讲主要是由于尺寸变小导致了比表面的急剧增大。由此很好地揭示了纳米材料良好的催化活性。 2.表面效应：是指纳米粒子表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后引起的性质上的变化。 其实质就是小尺寸效应。球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积（表面积／体积）与直径成反比。随着颗粒直径变小，比表面积将会显著增大，说明表面原子所占的百分数将会显著地增加。当尺寸小于0.1微米时，其表面原子百分数激剧增长，甚至1克超微颗粒表面积的总和可高达100平方米，这时的表面效应将不容忽略。 3. 量子尺寸效应：当粒子尺寸降低到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为分立能级和纳米半导体微粒的能隙变宽的现象均称为量子尺寸效应。 可否直接说连续的能带变成能级。 宏观量子隧道效应：微观粒子具有穿越势垒的能力称为隧道效应。近年来，人们发现一些宏观量，例如微粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统的势垒而产生变化，故称为宏观量子隧道效应。 表面与界面效应 这是指纳米晶体粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。例如粒子直径为10纳米时，微粒包含4000个原子，表面原子占40%；粒子直径为1纳米时，微粒包含有30个原子，表面原子占99%。主要原因就在于直径减少，表面原子数量增多。再例如，粒子直径为10纳米和5纳米时，比表面积分别为90米2/克和180米2/克。因为表面原子数目增多，比表面积大，原子配位不足，表面原子的配位不饱和性导致大量的悬空键和不饱和键，表面能高，因而导致这些表面原子具有高的活性，极不稳定，很容易与其他原子结合。这种表面原子的活性不但易引起纳米粒子表面原子输运和构型的变化，同时也会引起表面电子自旋构象和电子能谱的变化。纳米材料由此具有了较高的化学活性，使得纳米材料的扩散系数大，大量的界面为原子扩散提供了高密度的短程快扩散路径，如金属纳米粒子在空中会燃烧，无机纳米粒子会吸附气体等等。（2）小尺寸效应 当纳米微粒尺寸与光波波长，传导电子的德布罗意波长及超导态的相干长度、透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，它的周期性边界被破坏，非晶态纳米粒子的颗粒表面层附近的原子密度减少，从而使其声、光、电、磁，热力学等性能呈现出新的物理性质的变化称为小尺寸效应。例如，铜颗粒达到纳米尺寸时就变得不能导电；绝缘的二氧化硅颗粒在20纳米时却开始导电。再譬如，高分子材料加纳米材料制成的刀具比金钢石制品还要坚硬。利用这些特性，可以高效率地将

半导体纳米材料研究进展与应用

半导体纳米材料研究进展与应用 摘要: 介绍了半导体纳米材料的研究进展、制备方法的若干进展和应用前景。 关键词: 半导体纳米材料研究进展应用 1引言 20 世纪是物理学推动高新技术飞速发展的世纪, 人类已从控制与利用大量微观粒子系统的时代进入了控制与利用单个微观粒子的时代。纳米技术是世纪之交发展起来的新技术, 是在0.1～100nm 尺度空间内, 研究电子、原子和分子运动规律和特性的崭新的高技术科学Z。它的目标是人类按照自己的意志直接操纵单个电子、原子等粒子, 制造出具有特定功能的产品.目前, 人们已制造了各种各样的纳米材料, 例如: 纳米金属材料、纳米半导体材料、纳米氧化物材料、纳米陶瓷材料、纳米有机材料等. 其中半导体纳米材料对未来社会信息化的产生有至关重要的影响. 2半导体纳米材料 相对于金属材料而言, 半导体中的电子动能较低, 有较长的德布罗意波长, 因而对空间的限制比较敏感. 电子的德布罗意波长入与其动能 E 的关系为入=h^2/在纸上(其中m*是半导体中电子的有效质量, h 是普朗克常量) 。当空间某一方向的尺度限制与电子的德布罗意波长可比拟时, 电子的运动就会受限, 而被量子化地限制在离散的本征态, 从而失去一个空间自由度或者说减少了一维。因此, 通常在体材料中适用的电子的粒子行为在此材料中不再适用, 这种新型的材料称为半导体低维结构, 也称为半导体纳米材料【1】。 1966 年, Fuou ler 等人[2]首次令人们信服地证实了在Si/S iO 2 界面处存在二维电子气,从此拉开了半导体低维结构研究的序幕. Si-MO SFET[3]可以认为是对载流子实现一个维度方向限制最早的固体结构.在这个系统中, 由于Si 和SiO 2 界面导带的不连续, 形成一个三角势阱, 将电子限制在其中, 使其既不能穿过氧化层, 也不能进入Si 的体内, 电子的运动被限制在二维界面内. 随着微加工技术的发展和分子束外延技术(MBE )、金属有机物化学气相沉积技术(MOCVD)、液相外延(L PE)、气相外延(V PE)等技术的应用, 人们可以制造出更多的二维电子气系统Z 它是由两种具有不同带隙的半导体材料构成, 一般要求这两种材料结构相同, 并且晶格常量接近, 以获得原子级光滑的界面。MBE 和MOCVD 的一个重要特征是可以制备量子尺寸的多层结构, 其控制精度可达单原子层量级〔4〕。这些结构可分为量子阱(QW ) 和超晶格(SL ) 。1970 年, Esak i 和T su 〔5〕在寻找具有负微分电阻的新器件时, 提出了全新的“半导体超晶格”概念Z 如果势垒层厚度足够宽, 使得相邻阱内电子波函数没有相互作用, 即被称为量子阱.反之, 如果相邻阱内电子波函数有较强的相互作用, 即相当于在晶格周期场上叠加一个多层结构的超晶格周期场, 则被称为超晶格。从此, 对半导体量子阱和超晶格等半导体微结构的材料和器件的研究成为近20 多年来半导体物理学中最重要、最活跃的研究领域之一。 1978 年D ingle〔6〕等人对异质结中二维电子气沿平行于界面的输运进行了研究, 发现了电子迁

超好的环氧树脂复合材料英文文献

https://www.wendangku.net/doc/ab11346895.html,/Journal of Reinforced Plastics and Composites https://www.wendangku.net/doc/ab11346895.html,/content/30/19/1621The online version of this article can be found at: DOI: 10.1177/0731684411426810 2011 30: 1621 originally published online 7 November 2011 Journal of Reinforced Plastics and Composites N. Venkateshwaran, A. ElayaPerumal and M. S. Jagatheeshwaran Effect of fiber length and fiber content on mechanical properties of banana fiber/epoxy composite Published by: https://www.wendangku.net/doc/ab11346895.html, can be found at: Journal of Reinforced Plastics and Composites Additional services and information for https://www.wendangku.net/doc/ab11346895.html,/cgi/alerts Email Alerts: https://www.wendangku.net/doc/ab11346895.html,/subscriptions Subscriptions: https://www.wendangku.net/doc/ab11346895.html,/journalsReprints.nav Reprints: https://www.wendangku.net/doc/ab11346895.html,/journalsPermissions.nav Permissions: https://www.wendangku.net/doc/ab11346895.html,/content/30/19/1621.refs.html Citations: What is This? - Nov 7, 2011 OnlineFirst Version of Record - Dec 16, 2011 Version of Record >>

纳米材料的小尺寸效应

纳米材料的小尺寸效应 吴顺康四川大学生命科学学院 2016 级生命科学拔尖班 小尺寸现象产生的原因： 纳米粒子的特性当粒子的尺寸进入纳米量级时，微粒内包含的原子数仅为 100?10000 个，其中有 50 ％左右为界原子，纳米微粒的微小尺寸和高比例的表面原子数导致了它的量子尺寸效应和其他一些特殊的物理性质。 小尺寸效应导致的性质（以及部分应用） 由于纳米微粒的尺寸比可见光的波长还小，光在纳米材料中传播的周期性被破坏，其光学性质就会呈现与普通材料不同的情形。例如，金属由于光反射显现各种颜色，而金属纳米微粒都呈黑色，说明它们对光的均匀吸收性、吸收峰的位置和峰的半高宽都与粒子半径的倒数有关。⑵利用这一性质，可以通过控制颗粒尺寸制造出具有一定频宽的微波吸收纳米材 料，可用于磁波屏蔽、隐形飞机等。⑴此外，金属超微颗粒的光反射率极低，可低于1%, 大约几毫米就可以完全消光。可以利用此特性，高效持续的将太阳能转化为热能和电能。 在物质超细微化之后，纳米材料的熔点显著降低，犹在颗粒直径为 10 纳米时较为明显，例如金（Au）常规熔点在1064度；然而在颗粒尺寸减少到 2纳米时仅为327度；由此，超细银粉制成的导电浆料可以进行低温烧结，此时的基片可以仅仅使用塑胶而不是高温陶瓷。使用超细银粉，可以使膜厚均匀，覆盖面积大，省料而质量高。 纳米小尺寸效应的应用： 纳米材料作为功能材料与产业技术的结合，具有很多潜在的应用价值。小尺寸超微颗粒的磁性与大尺寸材料显著不同，在颗粒尺寸下降到 0.02 微米以下之后，其矫顽力可增加 1000 倍，若进一步

减小尺寸，其矫顽力反而可以降到0，呈现出超顺磁性。利用超顺磁性颗粒的

玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料各项性能的研究

玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料各项性能的研究 齐齐哈尔大学 摘要：玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，但缺点是性脆，耐磨性较差，并不适于作为结构用材，但若抽成丝后，则其强度大为增加且具有柔软性，配合树脂赋予其形状以后可以成为优良之结构用材。本文将对玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的的研究现状及研究方向进行分析，为新的研究方向探索道路。 关键词：玻璃纤维环氧树脂复合材料研究现状研究方向 1、前言 玻璃纤维增强树脂基复合材料具有轻质高强，疲劳性能、耐久性能和电绝缘性能好等特点，在各个领域都有着广泛的应用，用玻璃纤维和环氧树脂可以制造层合制品，是一类性能优良的绝缘材料，广泛用于电力、电器、电子等领域，玻璃纤维增强树脂基复合材料由于具有高比强度、比模量，而且耐疲劳、耐腐蚀。最早用于飞机、火箭等，近年来在民用方面发展也很迅猛，在舰船、建筑和体育器械等领域得到应用，并且用量不断增加。其中，环氧树脂是先进复合材料中应用最广泛的树脂体系，它适用于多种成型工艺，可配制成不同配方，调节粘度范围大，以便适应不同的生产工艺。它的贮存寿命长，固化时不释放挥发物，同化收缩率低，固化后的制品具有极佳的尺寸稳定性、良好的耐热、耐湿性能和高的绝缘性，因此，环氧树脂“统治”着高性能复合材料的市场 目前，复合材料输电杆塔已在欧美和日本得到应用，其中以美国的研究开发和应用最为成熟。我国在20世纪50年代对复合材料电杆进行过研究，鉴于当时材料性能和制造工艺的限制，复合材料电杆未能得到推广使用。近年来，随着复合材料技术的飞速发展和传统输电杆塔的缺陷逐步显露，电力行业开始重视复合材料杆塔的应用研究。 随着电网建设的快速发展，出现了全国联网、西电东送、南北互供的建设格局，输电线路工程口益增多，对钢材的需求越来越大，消耗了大量的矿产资源和能源，在一定程度上加剧了生态环境破坏。并且，线路杆塔采用全钢制结构，存在质量大、施工运输和运行维护困难等问题。因此，采用新型环保材料取代钢材建造输电杆塔得到了输电行业的关注。玻璃纤维增强树脂基复合材料，具有高强轻质、耐腐蚀、耐久性能和电绝缘性好、易维护、温度适应性强、性能可设计、环境友好等特点，成为输电杆塔结构理想的材料。日益受到围内外电力行业的关注。目前，纤维增强复合材料输电杆塔由于其优良的综合性能已在日本和欧美地区得到应用，其中美国的研究开发和应用较为成熟，已制定了相关的产业标准，美国土木工程师学会已制定了输电杆塔中FRP产品的应用标准。 在输电杆塔中推广应用复合材料不仅能减少对矿产资源的破坏、保护环境，而且易于解决输电线路的风偏和污闪事故，提高线路安全运行水平；同时减小塔头尺寸，降低线路的维护成本。 2、低温性能研究 2、1单向复合材料板的制作 首先，取一定数量加热的环氧树脂，然后，加入增韧剂和稀释剂，在65℃

纳米生物材料研究进展

纳米生物材料研究进展 学院：建筑工程学院专业：土木工程 姓名：李春波学号111401140 生物材料又称生物工艺学或生物技术。应用生物学和工程学的原理，对生物材料、生物所特有的功能，定向地组建成具有特定性状的生物新品种的综合性的科学技术。生物工程学是70年代初，在分子生物学、细胞生物学等的基础上发展起来的，包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程等，他们互相联系，其中以基因工程为基础。只有通过基因工程对生物进行改造，才有可能按人类的愿望生产出更多更好的生物产品。而基因工程的成果也只有通过发酵等工程才有可能转化为产品，而今天，就让我带领你走进微小，但不失奇妙的纳米生物材料。 纳米，其实是长度单位，原称毫微米，就是10亿分之一米，即100万分之一毫米。如同厘米、分米和米一样，是长度的度量单位。相当于4倍原子大小，比单个细菌的长度还要小。举个例子来说，假设一根头发的直径是0.05毫米，把它径向平均剖成5万根，每根的厚度大约就是一纳米。也就是说，一纳米大约就是0.000001毫米.纳米科学与技术，有时简称为纳米技术，是研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质和应用。纳米技术的发展带动了与纳米相关的很多新兴学科。有纳米医学、纳米化学、纳米电子学、纳米材料学、纳米生物学等。全世界的科学家都知道纳米技术对科技发展的重要性，所以世界各国都不惜重金发展纳米技术，力图抢占纳米科技领域的战略高地。我国于1991年召开纳米科技发展战略研讨会，制定了发展战略对策。十多年来，我国纳米材料和纳米结构研究取得了引人注目的成就。目前，我国在纳米材料学领域取得的成就高过世界上任何一个国家，充分证明了我国在纳米技术领域占有举足轻重的地位。 在过去几年中,生物纳米材料的理论与实验研究已成为人们关注的焦点,特别是核酸与蛋白质的生化、生物物理、生物力学、热力学与电磁学特征及其智能复合材料已成为生命科学与材料科学的交叉前沿。目前,纳米生物芯片材料、仿生材料、纳米马达、纳米复合材料、界面生物材料、纳米传感器与药物传递系统等方面已取得很大进展。 1.纳米生物芯片材料 纳米生物芯片材料是一个正在发展的技术，它首先利用生物智能全数字癫痫定位仪查出致痫病灶，并进行精确定位，运用生物芯片技术进行植入病灶顶部，运用生物芯片调节神经兴奋及异常发作的微小电流，芯片植入后(就是出现发作人体也感应不到，因为电流被芯片吸收，就不会出现电流刺激神经和脑细胞，各种肢体抽搐等异常症状即刻消失)。而治疗系统中另一项需同时进行的血液磁化技术，它是依据生物物理学、生物磁学、生物光学、生物化学的原理，将磁、光、氧有机结合形成磁共振作用，以血液为媒介调节机体代谢实现对机体的治疗，它能感应和影响人体电流分布、电荷微粒的运动、膜系统的通透性和生物高分子的磁矩取向等，清除大脑异常电流，稳定神经细胞膜，提高神经细胞兴奋阈，抑制大脑神经元高频放电和冲动的传播。在脑部形成稳定的生物磁场，使异常放电的神经元电位趋于平衡，调整神经网路电失衡。对神经细胞功能失调有整合作用,对缺氧破损的神经细胞有修复作用,可以增进神经细胞的重新生长,针对性的修复受损的神经细胞，从而产生镇静、解痉作用，激发神经自身保护功能，促使神经

(完整)量子尺寸效应

(完整)量子尺寸效应 编辑整理： 尊敬的读者朋友们： 这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（(完整)量子尺寸效应）的内容能够给您的工作和学习带来便利。同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。 本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为(完整)量子尺寸效应的全部内容。

1.1.1量子尺寸效应 所谓的量子尺寸效应是指粒子尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的电子能级 由准连续变为离散的现象，纳米半导体粒子存在不连续的最高被占据的分子轨道和最低未 被占据的分子轨道能级,能隙变宽，由此导致纳米微粒的光、电、磁、热、催化和超导性等 特性与宏观性存在着显著的差异。如金属纳米材料的电阻随着尺寸下降而增大，电阻温度 系数下降甚至变成负值；相反，原是绝缘体的氧化物达到纳米级时,电阻反而下降；10～ 25nm的铁磁金属微粒矫顽力比同种宏观材料大1000倍，而当颗粒尺寸小于10nm时矫顽力 变为零，表现为超顺磁性。 1。1。2小尺寸效应 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透射深度等 物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏;非晶态纳米微粒的颗粒表面 层附近原子密度减小，导致声、光、电、滋、热、力学等特性呈现新的小尺寸效应.例如： 光吸收显著增加，吸收峰的等离子共振频移，磁有序态向磁无序态转变，超导相向正常相 的转变,声子谱发生改变等,这种现象称为小尺寸效应。 1。1.3表面与界面效应 纳米材料的另一个重要特性是表面与界面效应.由于表面原子与内部原子所处的环境 不同，当粒子直径比原子直径大时（如大于0。01时)，表面原子可以忽略，但当粒子直径 逐渐接近原子直径时，表面原子的数目及作用就不能忽略，而且这时粒子的比表面积、表 面能和表面结合能都发生很大变化.人们把由此引起的种种特殊效应统称表面效应[8,9］。 随着粒径的减小，比表面迅速增大.当粒径为5nm时，表面原子数比例达到约50%以上，当 粒径为2nm时，表面原子数达到80%,原子几乎全部集中到纳米粒子的表面.庞大的表面原 子的存在导致键态严重失配，表面出现非化学平衡、非整数配位的化学键,产生许多活性中心，从而导致纳米微粒的化学活性大大增强，主要表现在：(1）熔点降低.就熔点来说，纳 米颗粒中由于每一粒子组成原子少，表面原子处于不安定状态，使其表面晶格震动的振幅 较大,所以具有较高的表面能量，造成超微粒子特有的热性质，也就是造成熔点下降，同时 纳米粉末将比传统粉末容易在较低温度烧结，而成为良好的烧结促进材料。如金的常规熔 点是1064℃当颗粒尺寸减小到10nm时，降低了270℃,当金纳米粒子尺寸为2 nm时，熔点 仅为327℃;银的常规熔点为961℃，而超微银颗粒的熔点可低于100℃等。（2)比热增大。粒径越小，比热越大.（3)化学活性增加，有利于催化反应等。 1.1。4宏观量子隧道效应 微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。近年来,人们发现一些宏观量，如超微 粒的磁化强度和量子相干器件中的磁通量等也具有隧道效应，称为宏观量子隧道效应，利 用它可以解释纳米镍粒子在低温下继续保持超顺磁性的现象。宏观量子隧道效应的研究对 基础研究及实用都具有重要的意义,它确立了现存微电子器件进一步微型化的极限，是未来 微电子器件的基础. 上述的小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应及量子隧道效应都是纳米微粒与 纳米固体的基本特性。它使纳米微粒和纳米固体呈现许多奇异的物理、化学性质，出现一 些“反常现象”。例如金属纳米材料的电阻随尺寸下降而增大，电阻温度系数下降甚至变 成负值；相反,原是绝缘体的氧化物达到纳米级时，电阻反而下降;10nm-25nm的铁磁金属

环氧树脂基本知识

环氧树脂基本知识 增韧剂与稀释剂是什么？ 增韧剂 增韧剂是具有降低复合材料脆性和提高复合材料抗冲击性能的一类助剂。可分为活性增韧剂与非活性增韧剂两类，活性增韧剂是指其分子链上含有能与基体树脂反应的活性基团，它能形成网络结构，增加一部分柔性链，从而提高复合材料的抗冲击性能。非活性增韧剂则是一类与基体树脂很好相溶、但不参与化学反应的增韧剂。 增韧剂可分为橡胶类增韧剂和热塑性弹性体类增韧剂： （1）橡胶类增韧剂该类增韧剂的品种主要有液体聚硫橡胶、液体聚丁二烯橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶及丁苯橡胶等。 （2）热塑性弹性体热塑性弹性体是一类在常温下显示橡胶弹性、在高温下又能塑化成型的合成材料。因此，这类聚合物兼有橡胶和热塑性塑料的特点，它既可以作为复合材料的增韧剂，又可以作为复合材料的基体材料。这类材料主要包括聚氨酯类、苯乙烯类、聚烯烃类、聚酯类、间规1，2-聚丁二烯类和聚酰胺类等产品，目前作为复合材料的增韧剂用得较多的是苯乙烯类和聚烯烃类。 （3）其它增韧剂适用于复合材料的其它增韧剂还有低分子聚酰胺和低分子的非活性增韧剂，如苯二甲酸酯类。对于非活性的增韧剂也可称为增塑剂，它不参与树脂的固化反应。 稀释剂 稀释剂是一类使液体树脂粘度变稀薄时的液体物质。这不能溶解树脂，但能部分代替溶剂。稀释剂的作用是降低树脂粘度，使树脂具有流动性，改善树脂对增强材料、填料等的浸润性；控制固化时的反应热；延长树脂固化体系的适用期；填料用量增加，降低成本。按不同的树脂需要，所用的稀释剂也不同。 （1）不饱和聚酯树脂用的稀释剂主要是交联剂单体，并能使树脂粘度变稀薄。不饱和聚酯用的稀释剂主要是苯乙烯、α-甲基苯乙烯、甲基丙烯酸单体等。 （2）酚醛树脂用稀释剂主要是酒精、丙酮等溶剂。 （3）环氧树脂用稀释剂有活性稀释剂和非活性稀释剂：①非活性稀释剂这种稀释剂只共混于树脂中，不参与树脂的固化反应，仅仅是降低树脂粘度，如添加邻苯二甲酸二丁酯的双酚A环氧树脂。②活性稀释剂这类稀释剂主要指含有环氧基团的低分子化合物，能与固化剂反应，并参与环氧树脂的固化反应，成为交联树脂结构的一部分。活性稀释剂可分为单环氧基和双环氧基两类。还有不含环氧基的亚磷酸三苯酯、γ-内丁酯两种化合物。 稀释剂的总类 660A 丁基缩水甘油醚无色透明液体 2mPAS 0.65 0.01 0.005 145 10-15 660B 无色透明液体 5mPAS 0.6 0.01 0.005 120 10-15 660C 浅黄色透明液体 7mPAS 0.4 0.01 0.005 >190 10-15 690 苯缩水甘油醚浅黄色透明液体 7mPAS 0.6 0.01 0.005 >130 10-15 691 甲苯基缩水甘油醚浅黄色透明液体 6-7 mPAS 0.50-0.57 0.01 0.005 >130 20-25 692 苄基缩水甘油醚浅黄色透明液体 50s 0.4 0.01 0.005 >130 15-20 680 烯丙基缩水甘油醚浅黄色透明液体 1-2 mPAS 0.78 0.01 0.005 >130 10-15 669 乙二醇二缩水甘油醚浅黄色透明液体 25s 0.65 0.01 0.005 >130 10-30 678 新戊二醇二缩水甘油醚浅黄色透明液体 15s 0.64-0.7 0.01 0.005 >150 15-35 622 丁二醇二缩水甘油醚浅黄色透明液体 15-20mPAS 0.7 0.01 0.005 >150 15-35 662 丙三醇缩水甘油醚无色透明液体 100mPAS 0.55-0.7 0.01 0.005 >150 15-35