Primero, las características de los nanomateriales
Un nanómetro es una unidad de medición de longitud, 1 nanómetro es una billonésima parte de un metro. Nanomateriales se definen como aditivos en el intervalo de tamaño de 1 ~ 100 nm, este rango de tamaño de partícula en el grupo de región de transición y la unión de los objetos macroscópicos, es una sistemas mesoscópicos típicos. cuando el tamaño de partícula del material en el intervalo de los nanómetros, los tamaños de partículas ordinarias no tienen las propiedades específicas. esto es porque muchos tamaño de la característica y el material de las nanopartículas de longitud considerable, tales como electrones de Buluo longitud de onda pretende, la longitud superconductor coherencia, dimensión crítica ferromagnético, etc., dando como resultado propiedades físicas y químicas de los nanomateriales microestructura diferente de la estructura atómica, molecular, sino también macroscópica diferente del objeto, su rendimiento en el medio.
(a) Los efectos integrales de las nanopartículas
Las nanopartículas es un grupo de átomos o un número más pequeño de la población de moléculas que consisten en átomos o moléculas que los átomos de la superficie es ni corto ni orden de largo alcance ordenado capa amorfa, mientras que en el interior de la partícula, hay cristalización de intacta Átomos dispuestos periódicamente. Es este tipo de estructura especial de nanopartículas lo que conduce a las siguientes propiedades especiales.
1, efecto de volumen
efecto de volumen, también conocido como efecto de tamaño pequeño. Cuando el pequeño tamaño de las nanopartículas a la longitud de coherencia de la longitud de onda de luz, la longitud de onda pretende De Buluo, transmisión superconductor profundidad o tamaño característico comparable o menor, las condiciones de contorno periódicas de cristal destrucción, reducir la densidad de átomos de cerca de la capa superficial de amorfo, lo que resulta en el material en comparación con propiedades magnéticas, térmicas y catalíticas de material cambiado drásticamente sonido ordinario, luz, eléctrica,.
2, efecto de superficie
El efecto de superficie, también conocido como efecto de interfaz, significa que la relación de los átomos superficiales de las nanopartículas al número total de átomos aumenta bruscamente al disminuir el tamaño de partícula, y también hay varios defectos en los mismos nanocristales (como los límites gemelos). apilamiento de fallas, dislocaciones, etc.), e incluso diferentes fases metaestables coexistir, esta estructura particular, conduce a un cambio en el rendimiento, y con ello se deriva un sólido convencional no tiene muchas propiedades especiales.
3, tunelización cuántica
Las partículas microscópicas que tienen la capacidad de penetrar la barrera se conoce como túnel cuántico intensidad de magnetización de las nanopartículas tienen un efecto túnel cuántico, pueden ser el sistema de barrera cambios macroscópicos. Esto se debe a la reducción del tamaño de partícula, las partículas reducidas átomo Causado
(b) Características de las nanopartículas
Las características de las nanopartículas se pueden analizar desde dos aspectos: propiedades de la superficie y propiedades intrínsecas.
Muchos nanopartículas tienen un buen rendimiento y características de la superficie, tales como baja densidad, las tasas de flujo bajas, alta absorción, el rendimiento de mezcla de alta y baja compresión de la naturaleza física, debido a su gran área de superficie específica: muchas nanopartículas características están relacionadas con su gran superficie específica, debido a la estructura especial de la superficie, produce una capa atómica superficial sobre la superficie de las nanopartículas, y cuanto menor es la partícula, mayor es el espesor de la capa superficial del átomo no es un " 'capa de estructura gas que contiene con una capa de superficie interior de átomos altamente simétrica, pero el tamaño de partículas, método de preparación relacionado, estructura de capas de baja densidad es inestable partir de las propiedades químicas y físicas, su alta energía superficial, adsorción fuerte, dispersión uniforme es el método difícil, especialmente física de la preparación de nano Partículas, la energía mecánica puede convertirse fácilmente en energía superficial, causando la aglomeración entre partículas.
Las propiedades intrínsecas de las nanopartículas principalmente en los siguientes aspectos: aumento de la reactividad, de alto rendimiento catalítico, bajando el punto de fusión, la resistencia aumenta, magnéticamente mejorada, intensidad de propiedades de la luz de absorción de luz, propiedades de intensidad de las emisiones, excelentes propiedades ópticas, la dureza y plasticidad tanto , Y alto calor específico, alta expansión térmica y altas propiedades de difusión.
En segundo lugar, nano materiales comúnmente utilizados
Teóricamente hablando, cualquier material puede convertirse en nanomateriales. Los nanomateriales industrializados en su mayoría tienen métodos de síntesis química, y los métodos físicos actualmente son solo grafeno.
(a) rellenos nano-inorgánicos
1, nano arcilla
La arcilla es un término genérico para una clase de materiales de silicato, incluyendo montmorillonita (un MMT), arcilla de atapulgita (la TA), illita, sepiolita, mica hidratado, y ópalo, de que las montmorillonitas más comúnmente utilizados.
(1) Montmorillonita (MMT)
La montmorillonita es un material mineral natural, el principal componente de SiO2 (contenido 72%), (contenido de Al2O3 14%), plásticos modificados se pueden utilizar para la barrera. Montmorillonita rendimiento oleófobo hidrófilo, gran más que la mala compatibilidad de la resina, para formar un material bien compuesto de resina, el primer aceite para ser tratamiento de modificación hidrófoba, para mejorar la compatibilidad con la resina. utilizar una capa bien rendimiento interpuesta puede montmorillonita para de cadena larga capa de compuesto orgánico interpuesta, compatibilidad mejorado en gran medida con una variedad de resinas, plásticos para la fabricación de una variedad de material de relleno nano, al tiempo que mejora la resistencia a la tracción, resistencia a la flexión, módulo de flexión y resistencia al impacto, este positivo Actualmente, somos el foco de la investigación nanomateriales. En la actualidad, se ha desarrollado con éxito tales como PA6 / montmorillonita, PET / montmorillonita, PMMA / montmorillonita, PI / montmorillonita, EP / montmorillonita, PS / montmorillonita Y otros materiales compuestos.
(2) Arcilla de atapulgita (AT o ATP)
arcilla de atapulgita es una variedad de nanoarcilla, es un silicato de magnesio hidratado de minerales no metálicos. atapulgita estructura en capas como una cadena de cristal, pero distinta estructura en capas de montmorillonita, atapulgita como una la acuosa morfología cristalina natural fibrosa del mineral de aluminosilicato rico en magnesio, típicamente de la fórmula Si8Mg5O20'Al '(OH) 2 (OH2) 4.4H2O. Desde el lingote de cristal nanoescala fácilmente agregada, por lo atapulgita se mezcla con el polímero solamente micras de tamaño mixto, desempeñar el papel de llenado incremento. atapulgita grandes grupos silanol de la superficie de la compatibilidad con los polímeros no polares es pobre, la superficie a tratar antes del llenado. Actualmente atapulgita en plásticos aplicaciones, principalmente en el PET y PA agente de nucleación y material aislante.
(3) Illies
Illite es una minerales de arcilla de potasio grupo mica aluminosilicato, también conocidos como 'hydromuscovite', la fórmula química estructural de KAl2 '(Al, Si) Si3O10' (OH) 2.nH2O. Ingredientes ilita Comparación complejo, la composición específica para variar en un cierto rango, y por lo tanto su aplicación es limitada.
A medida que el Erie polvo similar a una lámina tanto incrementales y cargas de refuerzo modificados doble efecto para llenar en el PVC como un ejemplo, cuando se añade en una cantidad de aproximadamente 3 partes, resistencia a la tracción, resistencia al impacto alcanza un máximo, y resistencia a la flexión, a la flexión módulo y temperatura de distorsión térmica se aumentó lentamente 10 partes antes. ilita mientras endurecimiento puede mejorar la estabilidad dimensional del plástico, resistencia a la fluencia, la propiedad de barrera de gas, aislamiento y prevenir el alabeo.
(4) espuma de mar
La sepiolita es un silicato de magnesio hidratado, una estructura en capas que tiene una cadena y una transición de la fibra, son 2: estructura de la cadena de arcilla 1 capa de la fórmula (Si12) (Mg8) O30 (OH) 4 (OH2) 4.8H2O, el tetraedro de sílice y octaedros de magnesia. sepiolita acicular carga de refuerzo y un efecto dual modificada de tanto incremento, que es similar con illita. para llenar en PVC por ejemplo, añadido en una cantidad de 3 cuando las partes izquierda y derecha, resistencia a la tracción, resistencia al impacto alcanza una resistencia a la flexión máxima se reduce, y el módulo de flexión y la temperatura de distorsión por calor se incrementaron lentamente antes de que las partes 10, en particular el módulo de flexión aumentó rápidamente.
(5) Ópalo
Opal, también conocido como suelo proteína, un no cristalina o sílice activa acuosa gelatinosa, que tiene la composición química SiO2nH2O. Apariencia Opal de un bulto vítreo denso, color blanco, azul claro, y gris porosa la forma, la densidad relativa de 2,07, una carga inorgánica relativamente suave.
polietileno Opal lleno de acción modificadora solo dura evidente, por ejemplo ópalo malla 3,000 tratamiento con el agente de acoplamiento titanato en HDPE 30%, una resistencia a la tracción sustancialmente plana, mientras que la resistencia al impacto aumentó en un 160%. Añadir el ABS También puede mejorar significativamente la resistencia al impacto.
2, nano óxido de zinc
óxido de zinc Nano (ZnO) tamaño de partícula entre 1-100 nm, es un nuevo producto inorgánica fina de alto rendimiento para el siglo 21, exhibieron muchas propiedades especiales, tales como no migratorio, fluorescente, piezoeléctrico, absorción y ultravioleta dispersión capacidad, usando su maravillosa actuación en óptica, eléctrica, magnética, sensible o similar, el sensor de gas se puede producir, el fósforo, un varistor, un material de registro de imágenes, un material piezoeléctrico, un varistor, los catalizadores de alta eficiencia, el material magnético y plástico película o el nano-óxido de zinc similares. se pueden utilizar como material de aislamiento térmico, y el alto precio de un nitruro de metal, un compuesto de carburo utilizan. óxido de zinc nano es muy buena antibacteriana, eficacia antibacteriana puede alcanzar 98% de óxido de zinc nano es muy bueno Material de protección UV.
3, hidroxiapatita
La hidroxiapatita (HA) que consiste en compuesto de hidróxido de calcio de fórmula Ca10 (PO4) 6 (OH) 2. La hidroxiapatita es un componente principal de los huesos y los dientes de los vertebrados, la hidroxiapatita esmalte humano . contenido de hidroxiapatita de 96% o más tiene una excelente biocompatibilidad, el componente principal del tejido óseo humano, la reparación del tejido óseo y más usado en el material de plástico para la producción de imitación añadiendo una cantidad apropiada de material óseo de hidroxiapatita: Puede mejorar las propiedades mecánicas de los materiales compuestos y combinarlos con los huesos humanos, puede mejorar la compatibilidad fisiológica de los materiales compuestos y el cuerpo humano, e incluso lograr la integración orgánica con el cuerpo humano.
4, aerogel
El aerogel es una forma de material sólido. Actualmente es el material artificial más pequeño del mundo con la densidad más baja, y su densidad relativa sólida puede ser tan baja como 0,003. Se lo conoce como "humo sólido". El aerogel es un nuevo tipo de nanómetro ligero. Se considera que es el material nuevo más ligero y más aislante del calor en la actualidad, y es un material transparente que aísla el calor. Además de sus excelentes propiedades de aislamiento térmico, también tiene propiedades de aislamiento acústico, absorción de impactos y otras propiedades. Rendimiento incomparable de materiales de aislamiento térmico para su uso en dispositivos ópticos, supercondensadores, etc. El aislamiento térmico de aerogeles consta de tres mecanismos de transferencia de calor, a saber, radiación térmica, convección térmica y conducción térmica, que es una amplia gama de aislamiento térmico Material.
5, nano carbonato de calcio
Pertenece a un nanopartículas de carbonato de calcio precipitado de carbonato de calcio, carbonato de calcio precipitado en el proceso de producción de carbonización mediante el control de las condiciones del proceso de carbonización y controlar la adición de un agente de cristalización-dirigiendo se obtiene. El uso de diferentes formas de la nanopartículas de carbonato de calcio, y la aguja carbonato de cadena nano-calcio puede lograr el propósito de reforzar, con fines carbonato esférica nano-calcio se puede lograr el endurecimiento, nanopartículas de carbonato de calcio esférica hueca puede lograr el propósito de relleno ligero, el carbonato de nano-calcio en forma de lámina puede mejorar las propiedades de barrera del material compuesto, también Puede usar su alto poder cubriente para reemplazar parte del dióxido de titanio.
6, dióxido de nanosilicio
Nano-sílice es sílice de pirólisis, es uno de los nuevos materiales de alta tecnología inorgánicas ultrafinas es extremadamente importante, debido a su pequeño tamaño de partícula, área de superficie específica es grande, y la adsorción superficial fuerte, energía de superficie, de alta pureza química, dispersión Tiene un rendimiento excelente y un rendimiento excelente en términos de resistencia térmica y resistencia. Con su estabilidad superior, refuerzo, espesamiento y tixotropía, tiene características únicas en muchas disciplinas y campos y tiene un papel irremplazable. en los plásticos, la sílice es una carga de refuerzo después de que el efecto de negro de carbono, y un plástico de uso común en la formación de compuesto de plástico, se añade en una cantidad de 3% a 5%, y para mejorar las propiedades de los plásticos compuestos, especialmente blanco de silicona cargado con sílice, material compuesto reforzado es típicamente en el sistema de compuesto / sílice PP, la resistencia al impacto se puede lograr 3.7kJ / m2. finamente espumante material compuesto / sílice PP, la resistencia al impacto se puede llegar 45.7kJ / m2
(b) Materiales de nanocarbono
1, grafeno
El grafeno como una nueva forma alotrópica de carbono, hasta ahora diferente alótropo de diversos tipos de materiales de carbono se han desarrollado como se muestra en la Tabla 1.
Tabla 1 Introducción a diferentes materiales de carbono
El grafeno (grafeno) material de tipo hoja de una sola capa es una estructura nueva hecha de un átomo de carbono es un átomo de orbitales sp2 carbono híbrido es de panal hexagonal plano reticular de la película, el grosor de sólo un átomo de carbono material de dos dimensiones fabricado por el método de pelado mecánico convencional y grafeno redox de grafito se separa de la ahora se han desarrollado una variedad de métodos sin grafito como materias primas para producir grafeno, el método de pelado principalmente mecánico, redox Los métodos, los métodos químicos de deposición de vapor, los métodos de solventes, los métodos de solución, etc., han comenzado principalmente la producción comercial.
Sobre la base de su estructura química, el grafeno tiene una serie de propiedades físicas y químicas únicas, como una elevada superficie específica, alta conductividad eléctrica, alta conductividad térmica, alta barrera, alta estabilidad térmica, propiedades magnéticas elevadas, alta resistencia mecánica, excelente en transmitancia de luz, y producción fácil y a gran escala modificado se aplica la mayor dispersión cuello de botella grafeno, como un ejemplo para mejorar su dispersabilidad en el polímero, un método utilizado a menudo: mezclaron y se añadieron, a / esférica híbrido compuesto de hoja de facilitar la dispersión; superficie tratamiento (tratamiento de injerto superficial, el tratamiento superficial de plasma, agente activo, tratamiento de superficie agente de acoplamiento de silano la superficie); compatibilizadores, anhídrido maleico polímero funcional material funcional dieléctrico, puede mejorar la compatibilidad con la resina Sexo.
Se frena el desarrollo de grafeno dos puntos de dolor: uno es el problema de la dispersión, pero en la actualidad en la dispersión líquido básicamente resuelto el problema, pero en el lento progreso sólido, sólo para ver el laboratorio como se informó anteriormente, el otro es la cuestión de los precios, el grafito actual El precio del alqueno es muy alto y es difícil de soportar en la modificación normal de los plásticos.
2, nanotubos de carbono
nombre de Inglés de la nantube nanotubos de carbono de carbono, referido como de CNT, que está bajo ciertas condiciones, un gran número de átomos de carbono material agregado hueco coaxial entre sí para formar una estructura tubular, la dimensión radial del orden de nanómetros, la dimensión axial del orden de micrómetros. Aunque nanotubos de carbono también pertenecen alótropo material de la familia de carbono miembro, pero debido a su estructura cuántica unidimensional de un material por los hexágonos conexión perfecta tiene suficientemente excelentes propiedades mecánicas, eléctricas y químicas. pulse estructuras diferentes, Los nanotubos de carbono se pueden dividir en dos categorías: paredes simples y paredes múltiples. Actualmente, se utilizan principalmente nanotubos de carbono de paredes simples.
Tabla 2 Comparación del rendimiento de diferentes materiales de alta resistencia
Los nanotubos de carbono son de color negro, polvo inodoro, la densidad relativa de 2,1, un punto de 3652 a 3687 ° fusión] C, y sus principales características son las siguientes.:
(1) Alta resistencia
Los nanotubos de carbono son un material modelo unidimensional ideal, a tener una gran relación de aspecto similar a sus fibras de carbono de rendimiento, es decir, de alta resistencia, acero de alto módulo que tiene un peso de 1/6, 100 veces la fuerza del acero, La resistencia específica es 600 veces mayor que la del acero, como se muestra en la Tabla 2.
(2) Alta conductividad
Los nanotubos de carbono sobre el átomo de P formar una amplia gama de electrones enlace π deslocalizado, debido al efecto conjugado de manera significativa, los nanotubos de carbono tienen excelentes propiedades eléctricas, resistividad volumétrica de 0.09Ω.cm. su conductividad depende de la predicción teórica . su CNTs de diámetro y de pared ángulo de hélice cuando el diámetro es mayor que 6 nm, gotas conductividad; cuando el diámetro es inferior a 6 nm, CNT puede ser visto como un alambres cuánticos unidimensionales con buenas propiedades eléctricas se ha informado de que Huang. calcularon que los nanotubos de carbono que tienen un diámetro de 0,7 nm superconductividad a pesar de su temperatura de transición superconductora es solamente 1,5 × 10-4K, pero indica que la perspectiva de los nanotubos de carbono en el campo de la superconductividad.
(3) Alta conductividad térmica
Los nanotubos de carbono tienen un excelente rendimiento de la transferencia de calor, una muy grande proporción de aspecto de nanotubos de carbono, y por lo tanto un intercambio de calor de alto rendimiento a lo largo de la dirección longitudinal, opuesta a la de rendimiento de intercambio de calor inferior de la misma en la dirección vertical por una orientación adecuada, de carbono nanotubos se pueden sintetizar material conductor térmico altamente anisotrópico. Además, el nanotubo de carbono tiene una alta conductividad térmica, siempre que una cantidad traza de dopaje nanotubos de carbono en el material compuesto, la conductividad térmica del material compuesto será posible obtener una muy La gran mejora de la conductividad eléctrica y térmica de los nanotubos de carbono se muestra en la Tabla 3.
Tabla 3 Conductividad y conductividad térmica de nanotubos de carbono
(4) Otras propiedades
Los nanotubos de carbono también tienen otras buenas propiedades, como la óptica y el almacenamiento de hidrógeno, y son estas excelentes propiedades las que hacen que los nanotubos de carbono sean el material ideal para el refuerzo de compuestos de polímeros, especialmente para vehículos con pilas de combustible de hidrógeno.
nano Carbon desarrollar en los últimos años, a causa de la dispersión de polímero no se resuelve, no hay ninguna aplicación se ha extendido en los últimos años, la dispersión del problema nanotubos de carbono se resuelve, junto con una disminución significativa en el procesamiento de cien yuanes por nivel kilogramo, por lo que su uso como descanso chorro. Por ejemplo, un método de dispersión por ultrasonidos, solución mezcla de 4% de nanotubos de carbono (con un PVDF de superficie modificada) en PMMA, una conductividad de 0,01 s / cm, una resistencia a la tracción de 80 MPa, la resistencia al impacto de 24.2kJ / m2
En tercer lugar, materiales nano-metálicos
En los últimos años, se han desarrollado fibras avanzadas de nano-plata y nano-cobre. Son ampliamente utilizadas en la fabricación de películas poliméricas conductoras transparentes flexibles y se han convertido en un material de cátodo indispensable en los OLED.
1, alambre de plata nano
Un nanocable de plata diámetros en el rango nanométrico (típicamente en el intervalo de 20-100 nm), sin restricción de longitud de uno dimensional metálica fibrosa alambre de plata plata nano que tiene un tamaño pequeño, gran área de superficie, buenas propiedades químicas y propiedades catalíticas, conductividad eléctrica propiedades, propiedades antibacterianas y fisiológicamente compatible, específicamente como se muestra en la tabla 4. el método para producir nanocables de plata son:, alcoholes polihidroxilados plantilla asistida, la radiación de luz, el calor o los disolventes químicos suaves como, desde proceso poliol simple, alta eficiencia de producción , se convierten en la corriente principal de proceso de producción de bajo coste, la desventaja es la baja concentración de producto. nanocables de plata pueden ser producidos, por ejemplo, una película de plástico flexible conductora transparente, en particular la estructura de base es una película de PET, la capa de recubrimiento es una dispersión de nanocables de plata, una capa superficial protectora de acrílico recubrir el sustrato es una capa de soporte, una capa de revestimiento intermedia es una capa conductora transparente, una capa protectora para proteger la plata de la oxidación disminuye la conductividad, la principal alternativa a película de ITO y una malla metálica conductora transparente.
Tabla 4 Comparación del rendimiento de tres tipos de películas conductoras transparentes
2, alambre de cobre nano
El tamaño del diámetro de 150 ± 50 nm, una longitud de 10! M. Tiene una conductividad alta, fricción reducida, añadiendo transparente, resistencia a la abrasión y otras propiedades, una película transparente pantalla táctil, un revestimientos conductores y antiestáticos, tintas y adhesivos, polímero autolubricante mejorada Materiales compuestos
Conclusión
Con el rápido desarrollo de los materiales y la física y otras disciplinas, la adición de nanopartículas se ha convertido en un excelente método de plásticos modificados, pero los plásticos desarrollo vial largo camino por recorrer, necesidad de colegas en la industria para continuar sus esfuerzos con el fin de fortalecer el uso de nanopartículas modificadas Performance Plastics, como plástico desarrollar más aplicaciones nuevas.