Premièrement, les caractéristiques des nanomatériaux
Un nanomètre est une unité de mesure de longueur, 1 nanomètre est un milliardième de mètre. Les nanomatériaux sont définis comme additifs dans la gamme de taille de 1 à 100 nm, cette gamme de tailles de particules dans le groupe de zone de transition et la jonction des objets macroscopiques, est un les systèmes mésoscopiques typiques. lorsque la taille des particules de la matière dans la gamme nanométrique, la taille des particules ordinaires ne possède pas les propriétés spécifiques. c'est parce que beaucoup taille caractéristique et matérielle des nanoparticules de longueur, telles que des électrons de Buluo longueur d'onde est destiné, la longueur de cohérence supraconductrice, dimension critique ferromagnétique, etc., conduisant à des propriétés physiques et chimiques des nanomatériaux microstructure différente de la atomique, moléculaire, mais aussi la structure macroscopique différente de l'objet, son rendement dans l'intervalle.
(a) Les effets globaux des nanoparticules
Nanoparticules est un groupe d'atomes ou un nombre plus faible de la population de molécules composées d'atomes ou de molécules qui atomes de surface est ni court ni ordre à longue distance ordonné couche amorphe, tandis que dans l'intérieur de la particule, il y a cristallisation du intact Les atomes disposés périodiquement C'est ce type de structure spéciale de nanoparticules qui conduit aux propriétés spéciales suivantes.
1, effet de volume
effet de volume, également connu sous le nom d'effet de petite taille. Lorsque la petite taille des nanoparticules à la longueur de cohérence de la longueur d'onde de lumière, la longueur d'onde destiné De Buluo, la profondeur caractéristique de transmission supraconductrice ou une taille comparable ou plus petite, le cristal conditions aux limites périodiques Destruction, la densité des atomes près de la surface de la couche amorphe diminue, ce qui entraîne des caractéristiques acoustiques, optiques, électriques, magnétiques, thermiques, catalytiques et autres matériaux par rapport aux matériaux ordinaires, un grand changement.
2, effet de surface
effet de surface, également connue sous le nom d'effet d'interface, qui se réfère à la taille des particules diminue fortement avec l'augmentation du rapport du nombre total d'atomes des atomes de surface de nanoparticules, et il y a divers défauts (tels que les joints de macle de la même nanograin, Empilage de failles, dislocations, etc.), et même de phases métastables différentes coexistent.Cette structure particulière conduit à des changements de performance et en tire de nombreuses propriétés spéciales que les solides traditionnels ne possèdent pas.
3, le tunnel quantique
Des particules microscopiques ayant la capacité de pénétrer la barrière est connu que l'intensité d'aimantation à effet tunnel quantique de nanoparticules ont un effet tunnel quantique, ils peuvent être le système de barrière changements macroscopiques. En effet, la réduction de la taille des particules, les particules réduites atome Causé.
(b) Caractéristiques des nanoparticules
Les caractéristiques des nanoparticules peuvent être analysées à partir de deux aspects: les propriétés de surface et les propriétés intrinsèques.
De nombreuses nanoparticules ont de bonnes performances et les caractéristiques de la surface, tels que la faible densité, les faibles débits, une absorption élevée, haute performance de mélange et une faible compression de la nature physique, en raison de sa grande surface spécifique: de nombreuses nanoparticules les caractéristiques sont liées à sa grande surface spécifique, en raison de la structure de surface spécial, produit une surface couche atomique sur la surface des nanoparticules, et plus la particule est grande, plus l'épaisseur de la couche de surface de l'atome est pas une « couche de structure » en forme de gaz, comprenant une couche de surface intérieure d'atomes très symétrique, mais la taille des particules, la méthode de préparation lié, la structure de couche basse densité est instable à partir des propriétés chimiques et physiques, son énergie de surface élevée, une forte adsorption, une dispersion uniforme est procédé difficile, surtout physique de la préparation de nano Particules, l'énergie mécanique peut facilement se transformer en énergie de surface, provoquant une agglomération entre les particules.
les propriétés intrinsèques des nanoparticules principalement dans les aspects suivants: augmentation de la réactivité, de haute performance catalytique, en abaissant le point de fusion, la résistance augmente, par champ magnétique, l'intensité des propriétés d'absorption de lumière, les propriétés d'intensité d'émission de lumière, d'excellentes propriétés optiques, la dureté et la plasticité à la fois , Et la chaleur spécifique élevée, la dilatation thermique élevée et les propriétés élevées de diffusivité.
Deuxièmement, nano matériaux couramment utilisés
En théorie, tout matériau peut être transformé en nanomatériaux Les nanomatériaux industrialisés sont principalement basés sur la synthèse chimique, et les méthodes physiques ne sont actuellement utilisées que pour le graphène.
(a) Les charges nano-inorganiques
1, nano-argile
L'argile est un terme générique pour une classe de matériaux de silicate, y compris la montmorillonite (e MMT), l'argile d'attapulgite (TA), l'illite, la sépiolite, le mica hydraté, et opale, dont les montmorillonites les plus couramment utilisés.
(1) Montmorillonite (MMT)
La montmorillonite est une matière minérale naturelle, le composant principal de SiO2 (teneur 72%), (teneur en Al2O3 de 14%), modifié en plastique peuvent être utilisés pour la barrière. Montmorillonite performances oléophobe hydrophile, un grand plus que la mauvaise compatibilité de la résine, afin de former un bon matériau composite de résine, la première huile à un traitement de modification hydrophobe, afin d'améliorer la compatibilité avec la résine. l'utilisation d'une couche de puits intercalée performances peuvent montmorillonite pour la couche de composé organique à longue chaîne interposée, la compatibilité fortement améliorée avec une variété de résines, de matières plastiques pour la fabrication d'une variété de nano charge, tout en améliorant la résistance à la traction, résistance à la flexion, module de flexion et la résistance au choc, ce positif nous sommes actuellement l'objet de la recherche sur les nanomatériaux. À l'heure actuelle, a développé avec succès tels que PA6 / montmorillonite, PET / montmorillonite, PMMA / montmorillonite, PI / montmorillonite, EP / montmorillonite, PS / montmorillonite Et d'autres matériaux composites.
(2) Attapulgite (AT ou ATP)
l'argile attapulgite est une variété de nanoargile, est un silicate de magnésium hydraté de minéraux non métalliques. attapulgite structure à couches en tant que chaîne de cristal, mais structure stratifiée distincte de la montmorillonite, de l'attapulgite en tant que la phase aqueuse morphologie cristalline naturelle fibreuse de la matière minérale de type aluminosilicate riche en magnésium, typiquement de formule Si8Mg5O20'Al « (OH) 2 (OH2) 4.4H2O. Etant donné que le lingot de cristal à l'échelle nanométrique facilement l'ensemble, de sorte attapulgite est mélangé avec le polymère seulement de la taille du micron mixte, jouer le rôle d'incrément de remplissage. attapulgite grands groupes silanol de surface de la compatibilité avec des polymères non polaires est faible, la surface à traiter avant le remplissage. actuellement attapulgite dans des applications plastiques, principalement dans l'agent de nucléation du PET et PA et un matériau isolant.
(3) Illies
Illite est un des minéraux argileux du groupe de mica de type aluminosilicate de potassium, également connu comme 'hydromuscovite', la formule structurale chimique de KAl2 '(Al, Si) Si3O10' (OH) 2.nH2O. Les ingrédients illite Comparaison complexe, la composition spécifique de faire varier dans une certaine gamme, et donc son application est limitée.
Comme la poudre en forme de feuille Erie deux charges supplémentaires et le renforcement modifiés double effet de remplir le PVC, par exemple, lorsqu'il est ajouté en une quantité d'environ 3 parties, résistance à la traction, la résistance au choc atteint un maximum, et à la flexion, la flexion La température du module et de la déformation à la chaleur augmente lentement avant 10 parties.Ilite peut améliorer la ténacité du plastique tout en améliorant sa stabilité dimensionnelle, sa résistance au fluage, ses propriétés de barrière aux gaz, ses propriétés d'isolation et sa résistance au gauchissement.
(4) écume de mer
La sépiolite est un silicate de magnésium hydraté, une structure en couches ayant une chaîne et une transition de la fibre, sont 2: 1 couche structure de la chaîne d'argile de formule (Si12) (MG8) O30 (OH) 4 (OH2) 4.8H2O, le tétraèdre de silice et de magnésie octaèdres. sépiolite aciculaire de charge renforçante et un double effet modifié à la fois incrément, qui est similaire à l'illite. remplir PVC par exemple, ajouté en une quantité de 3 lorsque les parties gauche et droite, résistance à la traction, la résistance au choc atteint une résistance à la flexion maximale est abaissée, et le module de flexion et la température de déformation à la chaleur ont été lentement augmentée avant que les parties 10, en particulier le module de flexion a augmenté rapidement.
(5) Opale
Opal, également connu sous le sol de la protéine, une silice active aqueuse gélatineuse ou non-cristallin, ayant la composition chimique SiO2nH2O. Apparition Opal d'une masse vitreuse dense, de couleur blanche, bleu clair, gris et poreux 1. Il a une densité relative de 2,07 et est une charge inorganique plus légère.
polyéthylène opale rempli avec seulement des mesures sévères de modification évidente, par exemple opale 3000 mesh traitement de l'agent de couplage de type titanate en HDPE de 30%, une résistance à la traction sensiblement plate, tandis que la résistance au choc a augmenté de 160%. Ajouter l'ABS Peut également améliorer de manière significative la résistance aux chocs.
2, oxyde de zinc nano
l'oxyde de zinc Nano de taille de particule (ZnO) entre 1-100 nm, est un nouveau produit minéral fin de haute performance pour le 21ème siècle, il présentait de nombreuses propriétés spéciales, telles que la non-migrateur, fluorescent, piézo-électrique, d'absorption et capacité de diffusion ultraviolet, en utilisant sa performance extraordinaire en optique, électrique, magnétique, sensible ou analogue, peut être produit le capteur de gaz, la substance fluorescente, une varistance, un matériau d'enregistrement d'image, un matériau piézo-électrique, un varistor, des catalyseurs à haut rendement, le matériau magnétique et en matière plastique un film ou analogue. nano-oxyde de zinc peut être utilisé comme matériau d'isolation thermique, et le prix élevé d'un nitrure de métal, un composé de carbure utilisés. oxyde nano de zinc est très bonne efficacité anti-bactérienne, anti-bactérien peut atteindre 98% d'oxyde de nano de zinc est très bonne Matériau de protection UV.
3, hydroxyapatite
L'hydroxyapatite (HA) constitué d'un composé d'hydroxyde de calcium de formule Ca10 (PO4) 6 (OH) 2. L'hydroxyapatite est un composant majeur des os et des dents de vertébrés, l'hydroxyapatite de l'émail humain . hydroxyapatite teneur de 96% ou plus a une excellente biocompatibilité, le composant majeur du tissu osseux humain, la réparation du tissu osseux en plus utilisé dans la matière plastique pour la production d'imitation ajoutant une quantité appropriée de matériau osseux hydroxyapatite: peuvent améliorer les propriétés mécaniques des composites, ce qui correspondant à l'os humain; matériau composite peut être améliorée compatibilité physiologique du corps humain, et même lié organiquement humain.
4, aérogel
Aérogel matériau est une forme solide, la densité de courant est la plus petite de la substance artificielle connue du monde, ce qui peut être un solide à faible densité 0,003, connue comme la réputation de « fumée solide ». Aérogels est une nouvelle lumière nano Il est considéré comme le matériau solide d'isolation thermique le plus léger et le plus performant actuellement utilisé, il s'agit d'un matériau thermo-isolant transparent qui, en plus de ses excellentes propriétés d'isolation thermique, possède des propriétés insonorisantes et amortissantes. Performance incomparable des matériaux d'isolation thermique pour une utilisation dans les dispositifs optiques, les supercondensateurs, etc. L'isolation thermique des aérogels contient trois mécanismes de transfert de chaleur, à savoir le rayonnement thermique, la convection thermique et la conduction thermique, qui est une large gamme d'isolation thermique Matériel
5, nano carbonate de calcium
Fait partie d'un carbonate de calcium carbonate nano de calcium précipité, carbonate de calcium précipité dans le processus de production de carbonisation en contrôlant les conditions du procédé de carbonisation et de contrôler l'addition de, on obtient un agent d'orientation de la cristallisation. L'utilisation de différentes formes du carbonate nano-calcium, et de l'aiguille carbonate nano-calcium de chaîne peut atteindre l'objectif de renforcement, des fins de durcissement carbonate nano-calcium sphérique peut être atteint, le carbonate de nano-calcium sphérique creuse peut atteindre l'objectif de remplissage léger, le carbonate de nano-calcium de type feuille peut améliorer les propriétés de barrière du matériau composite, aussi Peut utiliser son pouvoir couvrant élevé pour remplacer une partie du dioxyde de titane.
6, dioxyde de Nano-silicium
Nano-silice est la fumée de silice, il est l'un des nouveaux matériaux inorganiques ultra-fines de haute technologie est extrêmement important, en raison de sa petite taille des particules, la surface spécifique est grande, et l'adsorption de surface forte, l'énergie de surface, une grande pureté chimique, dispersion Il a d'excellentes performances et d'excellentes performances en termes de résistance thermique et de résistance.Avec sa stabilité supérieure, son renforcement, son épaississement et sa thixotropie, il possède des caractéristiques uniques dans de nombreuses disciplines et domaines et a un rôle irremplaçable. dans les matières plastiques, la silice est une charge de renforcement, après l'effet de noir de carbone, et une matière plastique utilisée dans la formation de matière plastique composite, est ajouté en une quantité de 3% à 5%, et d 'améliorer les propriétés des matières plastiques composites, en particulier blanc silicone chargée de silice, un matériau composite renforcé est typiquement dans le système composite PP / silice, la résistance aux chocs peut être obtenue 3.7kJ / m2. moussant finement matériau composite PP / silice, la résistance au choc peut être atteint 45.7kJ / m2.
(b) Matériaux nanocarbones
1, graphène
Le graphène est un nouveau allotrope du carbone Les différentes formes isomères de tous les types de matériaux carbonés qui ont été développés jusqu'à présent sont présentées dans le tableau 1.
Tableau 1 Introduction aux différents matériaux carbonés
Le graphène (graphène) est un nouveau matériau à structure monocouche composée d'atomes de carbone, un film planaire composé d'atomes de carbone dans une structure en nid d'abeilles orbitale hybride sp2 hybride avec une seule épaisseur d'atome de carbone. un matériau à deux dimensions fabriquées par un procédé de pelage mécanique classique et graphène redox de graphite est séparé de l'ont maintenant été mis au point une variété de méthodes sans graphite comme matières premières pour produire graphène, principalement procédé de pelage mécanique, redox Les méthodes, les méthodes de dépôt chimique en phase vapeur, les méthodes au solvant, les méthodes de solution, etc., ont surtout démarré la production commerciale.
Sur la base de sa structure chimique, le graphène a un certain nombre de propriétés physiques et chimiques uniques telles que la surface spécifique élevée, une conductivité électrique élevée, une conductivité thermique élevée, haute barrière, une grande stabilité thermique, des propriétés magnétiques élevées, une résistance mécanique élevée, une excellente transmittance de la lumière, et modification facile et production à grande échelle la plus grande dispersion de graphène goulot d'étranglement est appliquée, par exemple, pour améliorer son aptitude à la dispersion dans le polymère, un procédé souvent utilisé: mélangé et ajouté, une feuille / composite sphérique faciliter la dispersion hybride; surface le traitement (traitement par greffe de surface, le traitement de surface par plasma, un agent tensioactif, un traitement de surface de l'agent de couplage au silane); compatibilisants, polymère à fonctionnalité anhydride maléique matériau fonctionnel diélectrique, peut améliorer la compatibilité avec la résine le sexe.
Il empêche le développement de graphène deux points de la douleur: on est le problème de dispersion, mais à l'heure actuelle dans la dispersion liquide résolu fondamentalement le problème, mais la lenteur des progrès solides, pour voir le laboratoire comme indiqué précédemment, l'autre est la question du prix, le graphite courant alcényle prix est élevé, plastique couramment utilisé dans la modification insupportable.
2, les nanotubes de carbone
nom anglais de nanotubes de carbone de carbone nantube, appelé de NTC, qui est sous certaines conditions, un grand nombre d'atomes de carbone matériau coaxial agrégat creux pour former une structure tubulaire, la dimension radiale de l'ordre de nanomètres, la dimension axiale de l'ordre de micromètres. Bien les nanotubes de carbone font également partie de la famille matière de carbone membre de allotrope, mais en raison de sa structure quantique à une dimension d'un matériau par hexagones connexion parfaite a suffisamment d'excellentes propriétés mécaniques, électriques et chimiques. presse structures différentes, les nanotubes de carbone peuvent être à paroi unique et à parois multiples est divisé en deux catégories, les nanotubes de carbone à paroi orientées dans l'application en cours.
Tableau 2 Comparaison des performances des différents matériaux à haute résistance,
Les nanotubes de carbone sont de couleur noire, la poudre inodore, la densité relative de 2,1, un point de fusion de 3652 à 3687 deg] C, et ses principales caractéristiques sont les suivantes.:
(1) à haute résistance
Les nanotubes de carbone sont un matériau de modèle à une dimension idéale, ayant un grand rapport d'aspect similaire à ses performances des fibres de carbone, à savoir une résistance élevée, en acier de module élevé ayant un poids de 1/6, à 100 fois la résistance de l'acier, résistance spécifique de 600 fois celle de l'acier, en particulier comme montré dans le tableau 2.
(2) Haute conductivité
Les nanotubes de carbone sur l'atome de P former une large gamme d'électrons délocalisés liaison π, en raison de l'effet conjugué de manière significative, les nanotubes de carbone possèdent d'excellentes propriétés électriques, résistivité volumique de 0.09Ω.cm. sa conductivité dépend de la prédiction théorique . son NTC de diamètre et de paroi angle d'hélice lorsque le diamètre est supérieur à 6 nm, la conductivité diminue, quand le diamètre est inférieur à 6 nm, les NTC peut être considéré comme un fil quantique à une dimension ayant de bonnes propriétés électriques a été rapporté que Huang. calculé que les nanotubes de carbone ayant un diamètre de 0,7 nm de la supraconductivité en dépit de sa température de transition supraconductrice est seulement 1,5 x 10-4K, mais indique que la perspective de nanotubes de carbone dans le domaine de la supraconductivité.
(3) Haute conductivité thermique
Les nanotubes de carbone ont d'excellentes performances de transfert de chaleur, un rapport d'aspect très grand nombre de nanotubes de carbone, et donc un échange de chaleur à haute performance selon la direction longitudinale, opposée à la plus faible rendement d'échange de chaleur de celui-ci dans la direction verticale par une orientation appropriée, de carbone les nanotubes peuvent être synthétisés en matériau conducteur thermique fortement anisotrope. en outre, le nanotube de carbone présente une conductivité thermique élevée, dans la mesure où une quantité trace de dopage nanotubes de carbone dans le matériau composite, la conductivité thermique du composite sera possible d'obtenir une très grande amélioration de la conductivité électrique et thermique des nanotubes de carbone sont détaillées dans le tableau 3 ci-dessous.
Tableau 3 Conductivité et conductivité thermique des nanotubes de carbone
(4) Autres propriétés
Les nanotubes de carbone ont également d'autres bon stockage de l'hydrogène et d'autres propriétés optiques, est d'excellentes propriétés telles que les nanotubes de carbone sont considérés comme étant un matériau composite renforcé polymère est souhaitable, en particulier dans l'application du potentiel énorme des véhicules à pile à combustible à hydrogène.
Carbon nano développer au fil des ans, en raison de la dispersion de polymère n'est pas résolu, aucune demande n'a été répandue au cours des dernières années, la dispersion du problème des nanotubes de carbone est résolu, associée à une baisse significative dans le traitement de cent yuans par niveau kilogramme, ce qui rend son utilisation comme break poussée. Par exemple, un procédé de dispersion par ultrasons, le mélange solution à 4% de nanotubes de carbone (avec un PVDF modifié en surface) en PMMA, une conductivité de 0,01 s / cm, une résistance à la traction de 80 MPa, la résistance au choc de 24.2kJ / m2.
Troisièmement, les matériaux nano-métalliques
Au cours des dernières années, le développement de l'argent nanométrique de pointe, des fibres de cuivre nanométrique, sont largement utilisés dans la fabrication de film de polymère conducteur transparent flexible, il devient matériau de cathode OLED indispensable.
1, fil d'argent nano
Un diamètre de nanofils d'argent dans l'ordre du nanomètre (typiquement dans la plage de 20 à 100 nm), sans longueur de restriction d'une dimension de l'argent métallique fibreuse fil d'argent nano ayant une petite taille, de grande surface, de bonnes propriétés chimiques et des propriétés catalytiques, la conductivité électrique La performance, les propriétés antibactériennes et la compatibilité physiologique sont montrées dans le Tableau 4. Les méthodes de production des fils de nanosilver sont: assistance de modèle, polyol, rayonnement d'onde lumineuse, chaleur chimique douce de solvant, etc. La méthode de polyol est facile à utiliser. , devient le courant de processus de production à faible coût, l'inconvénient est la faible concentration de produit. nanofils d'argent peuvent être produits, par exemple, un film en matière plastique souple transparente conductrice, en particulier la structure de base est un film de PET, la couche de revêtement est une dispersion de nanofils d'argent, une couche de surface protectrice acrylique le revêtement du substrat est une couche de support, une couche de revêtement intermédiaire est une couche conductrice transparente, une couche protectrice pour protéger l'argent contre l'oxydation conductivité diminue, la principale alternative au film d'ITO et une maille de métal conducteur transparent.
Tableau 4 Comparaison des performances de trois types de films conducteurs transparents
2, fil de cuivre nano
Les dimensions sont de 150 ± 50nm de diamètre et 10μm de longueur Conductivité élevée, friction réduite, addition transparente, résistance à l'abrasion, etc. Utilisé pour films transparents à écran tactile, revêtements conducteurs et antistatiques, adhésifs et encres, renfort polymère autolubrifiant Matériaux composites
Conclusion
Avec le développement rapide des matériaux et la physique et d'autres disciplines, en ajoutant des nanoparticules est devenue une excellente méthode de plastiques modifiés, mais les plastiques développement du réseau routier long chemin à parcourir, besoin de collègues dans l'industrie de poursuivre ses efforts en vue de renforcer l'utilisation de nanoparticules modifiées performances plastiques, Les plastiques développent plus de nouvelles applications.