一、納米材料的特性

　　納米是一種長度計量單位，1納米為十億分之一米(10-9m)。納米材料是指粒徑范圍在1~100nm內的添加劑，此粒徑范圍處于原子簇和宏觀物體交界的過渡區域，是一種典型的介觀系統。當材料的粒子尺寸進入納米范圍時，就具有普通粒子尺寸所不具有的特殊性能。這是因為納米粒子的尺寸與物質的許多特征長度相當，如電子的德布洛意波長、超導相干長度、鐵磁性臨界尺寸等，從而導致納米材料的物理、化學特性既不同于微觀結構的原子、分子，也不同于宏觀結構的物體，其性能介于兩者之間。

　　(一)納米粒子的綜合效應

　　納米粒子的結構為數目較少的原子或分子組成的原子群或分子群。其表面原子是既無長程有序又無短程有序的非結晶層;而在粒子的內部，則存在著結晶完好、周期性排布的原子。正是納米粒子的此種特殊結構類型，導致其具有如下幾種特殊的性能。

　　1、體積效應

　　體積效應又稱為小尺寸效應。當納米粒子的尺寸小到與光波波長、德布洛意波長、超導的相干長度或透射深度等特性尺寸相當或更小時，其晶體周期性的邊界條件將被破壞，表層非晶體附近的原子密度減少，導致材料的聲、光、電、磁、熱、催化等特性與普通材料相比，發生巨大變化。

　　2、表面效應

　　表面效應又稱為界面效應，它是指納米粒子表面原子與總原子數之比隨粒徑的減小而急劇增大，并且在同一納米晶粒內還存在各種缺陷(如孿晶界、層錯、位錯等)，甚至還有不同的亞穩相共存，這種特殊結構導致性能上的變化，并由此派生出傳統固體不具有的許多特殊性能。

　　3、量子隧道效應

　　微觀粒子具有貫穿勢壘的能力稱為量子隧道效應。納米粒子的磁化強度等也具有量子隧道效應，它們可以宏觀系統的勢壘而產生變化。這是由于粒子尺寸減小，粒子內原子減少而造成的。

　　(二)納米粒子的特性

　　納米粒子的特性可從兩方面進行分析：表面特性和內在特性。

　　納米粒子的許多良好性能都與表面特性有關，如低密度、低流動速率、高吸附性、高混合性及弱壓縮性能等。從物理性質上來說，是由于其比表面積大：納米粒子的許多特性都與其比表面積大有關，由于其表面結構特殊，在納米粒子的表面產生了原子表面層，而且粒子越小，原子表面層的厚度越大。原子表面層內并非“氣體狀”自由結構層，而是與粒子粒徑、制備方法相聯系的高度對稱、低密度的不穩定結構層。從物化性質上來說，其表面能高，吸附作用強，難以均勻分散。尤其是物理方法制備的納米粒子，機械能很容易轉變為表面能，使粒子間產生集聚。

　　納米粒子的內在特性主要表現在如下幾個方面：反應活性增大、高催化性能、熔點降低、電阻增大、磁性增強、光吸收性能強、光發射性能強、光電性能優良、硬度與可塑性并重、以及高比熱、高熱膨脹性及高擴散性等性能。

　　二、常用納米材料

　　從理論上講任何材料都可以成為納米材料，產業化的納米材料多有化學合成法為主，用物理法的目前只有石墨烯。

　　(一)納米無機填充材料

　　1、納米粘土

　　粘土是一類***鹽材料的總稱，具體包括蒙脫土(MMT)、凹凸棒粘土(TA)、伊利石、海泡石、水云母及蛋白石等，其中以蒙脫土***為常用。

　　(1)蒙脫土(MMT)

　　蒙脫土是一種天然礦物質材料，其主要成分為SiO2

　　(含量72%)、(Al2O3含量14%)，可以用于塑料的阻隔改性。蒙脫土具有親水疏油性能，與大多數樹脂的相容性都比較差，要與樹脂形成良好的復合材料，首先要對其進行疏水親油改性處理，以提高與樹脂的相容性。利用蒙脫土的良好插層性能可以進行長鏈***化合物的層插，大幅度提高與各類樹脂的相容性，制造多種納米塑料填充材料，同時改善復合材料的拉伸強度、彎曲強度、彎曲模量和沖擊強度，這正是目前納米材料的研究重點。目前，已成功開發出如PA6/蒙脫土、PET/蒙脫土、PMMA/蒙脫土、PI/蒙脫土、EP/蒙脫土、PS/蒙脫土等復合材料。

　　(2)凹凸棒粘土(AT或ATP)

　　凹凸棒粘土為納米粘土的一個品種，是一種水合鎂鋁***鹽非金屬礦物。凹凸棒石呈水晶鏈層狀結構，但與蒙脫土的層狀結構明顯不同，凹凸棒石為一種天然纖維狀晶體形態結構的含水富鎂的鋁***鹽礦，典型的分子式為Si8Mg5O20[Al](OH)2(OH2)4.4H2O。由于納米級的晶棒很容易聚集，因此凹凸棒石與聚合物的混合只能是微米級的混合，起到增量填充的作用。凹凸棒石表面大量的硅***與非極性聚合物相容性差，填充前要進行表面處理。目前凹凸棒石在塑料中應用主要集中在PET和PA成核劑和隔熱材料。

　　(3)伊利石

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