納米復(fù)合材料

   與傳統(tǒng)材料相比，納米粒子在聚合物基中具有分散較均勻、比表面積大、粒子間空隙小等特點(diǎn)，輻射防護(hù)功能粒子的加入對(duì)材料整體性能及防輻射性能會(huì)產(chǎn)生一定影響，結(jié)合有機(jī)高聚合物獨(dú)特的物理、化學(xué)性質(zhì)和良好的加工性能，制備聚合物基納米粒子復(fù)合材料，使其具有高聚物本身優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)兼?zhèn)浼{米粒子某些特異屬性：良好的耐燒蝕性和摩擦性能，在力學(xué)、催化、抗輻射功能材料等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

    1 聚合物基納米復(fù)合材料抗輻射機(jī)理

    納米顆粒粒徑小，表面有許多介孔，具有良好的界面反射性能，當(dāng)入射光照射時(shí)，每行進(jìn)幾個(gè)納米就會(huì)接觸一個(gè)新界面，這些接觸導(dǎo)致入射光的漫反射，增強(qiáng)了界面反射特性，同時(shí)將作用于其上的紫外線向各個(gè)方向散射，從而減少照射方向的紫外線強(qiáng)度，納米顆粒對(duì)紫外線和可見光的反射率達(dá)80%~85%,且納米材料表面的介孔越多，其屏蔽紫外線的能力也越強(qiáng)。此外，納米顆粒的電子結(jié)構(gòu)由價(jià)電子帶和空軌道形成的傳導(dǎo)帶構(gòu)成，當(dāng)受到紫外線的照射時(shí)，價(jià)帶上的電子可吸收紫外線而被激發(fā)到導(dǎo)帶上，同時(shí)產(chǎn)生空穴-電子對(duì)，因此納米顆粒還具備吸收紫外線的功能，由此可見，納米顆粒既能吸收、又能反射、散射紫外線，是性能優(yōu)越的防護(hù)劑。

    2 聚合物基納米復(fù)合材料抗輻材料

    傳統(tǒng)材料在射線照射下會(huì)降解、老化、變黃，以往使用的有機(jī)化合物二苯甲酮類、鄰氨基苯甲酮類、水楊酸酯類、對(duì)氨基苯甲酸類、肉桂酸酯類等紫外線吸收劑不穩(wěn)定、壽命短，且副作用較大。無機(jī)納米TiO2、納米ZnO、納米SiO2及納米氧化銻錫（A-TO）等粒子，因其無毒、無味、無刺激性、化學(xué)穩(wěn)定性高、不變質(zhì)、吸收射線能力強(qiáng)而大受歡迎，添加到材料中可提高材料耐候性及抗輻射性。

    2.1納米TiO2抗輻射復(fù)合材料

    常見TiO2粉體有金紅石型、銳鈦礦型、板鈦礦型3種晶型。納米TiO2熱穩(wěn)定性較好，具有半導(dǎo)體性質(zhì)，禁帶寬度較寬，比普通TiO2具備更佳的吸收紫外線功能，散射紫外線能力更強(qiáng)，且它在長(zhǎng)、中及短波紫外線3個(gè)區(qū)內(nèi)均表現(xiàn)出優(yōu)異的吸收性。

    ZhangHY等用溶劑熱法制備了環(huán)氧樹脂/TiO2納米復(fù)合材料，對(duì)復(fù)合材料測(cè)試表明，納米TiO2均勻復(fù)合于環(huán)氧樹脂基體中，光學(xué)和表面性能的測(cè)試表明，當(dāng)吸收一定波長(zhǎng)的光子后價(jià)帶中的電子就會(huì)被激發(fā)到導(dǎo)帶，形成帶負(fù)電的高活性電子e-,同時(shí)在價(jià)帶上產(chǎn)生帶正電的空穴h+,吸收紫外線能力更加，具備優(yōu)異的紫外線屏蔽作用和良好的透光度。

    ManCZ等分別采用旋涂和注塑成型技術(shù)制備聚乳酸（PLA）/銳鈦型TiO2（AntaseTiO2）薄膜和聚乳酸/金紅石型TiO2（RutileTiO2）厚膜復(fù)合材料，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在基體樹脂中加入金紅石型TiO2時(shí)，材料表現(xiàn)出很好的光屏蔽效果，PLA的抗紫外線性能得到顯著提高，但加入銳鈦型TiO2時(shí)，材料表現(xiàn)出很強(qiáng)的不穩(wěn)定性且快速降解。MSabzi等將硅烷偶聯(lián)劑改性后的納米TiO2粒子加入聚氨酯中，研究其抗紫外性能變化的結(jié)果，隨著納米TiO2含量的增加，涂料的抗紫外性能顯著提高，可用作戶外涂料。

    2.2納米ZnO抗輻射復(fù)合材料

    納米ZnO屬于兩性氧化物，納米ZnO的紫外-可見光譜表明，在可見光區(qū)，納米ZnO比普通ZnO對(duì)可見光的吸收較弱；在紫外區(qū)，納米ZnO對(duì)紫外線的吸收能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于普通ZnO,因此納米ZnO具有更好的可見光透明性及射線屏蔽性。

    高黨鴿等人采用自由基聚合制備了二烯丙基二甲基氯化銨（DMDACC）-烯丙基縮水甘油醚（AGE）-甲基丙烯酸（MAA）共聚物，該共聚物與納米ZnO復(fù)合，制備復(fù)合材料，結(jié)果表明該材料具有核殼結(jié)構(gòu)；將其應(yīng)用于織物整理，發(fā)現(xiàn)整理后織物對(duì)大腸桿菌具有良好的抗菌性和吸收紫外性能。

    在涂料方面，高傳濤等以納米微粒直接分散法，將四針狀納米ZnO預(yù)處理后，通過超聲作用使其均勻分布于丙烯酸樹脂基體中，制備了具有良好紅外屏蔽性能同時(shí)具備良好的抗菌及抗靜電性能的多功能復(fù)合涂料。唐志勇等對(duì)聚砜酰胺/ZnO納米復(fù)合材料進(jìn)行了研究，聚砜酰胺/ZnO復(fù)合材料的抗紫外線性能和導(dǎo)電性顯著提高。美國(guó)FosterProducts公司制成了性能優(yōu)越的抗紫外水性涂料。

    2.3納米TiO2/Al2O3/ZnO抗輻射復(fù)合材料

    J.Godnjavec等為提高金紅石型納米TiO2在水性丙烯酸涂料中的分散性，對(duì)TiO2納米粒子進(jìn)行表面改性，先用Al2O3對(duì)TiO2納米粒子進(jìn)行表面改性，然后用多面體低聚倍半硅氧烷（POSS）對(duì)改性納米粒子進(jìn)行表面接枝，經(jīng)6周紫外線照射結(jié)果顯示，納米粒子改性后的丙烯酸涂料光澤度變化為34.6%,TiO2-Al2O3-POSS粒子改性過的丙烯酸涂料光澤度變化為31.8%.

    徐斌等以馬來酸酐接枝PP作為PP/納米TiO2或納米ZnO復(fù)合材料相容劑和相分散劑，發(fā)現(xiàn)納米TiO2、納米ZnO的加入使PP的β-晶型熔融峰消失，對(duì)PP結(jié)晶有明顯的成核作用；納米粒子的加入減緩了復(fù)合材料在紫外光照射下的老化速度，有效改善了PP的抗紫外老化性能。管小紅等采用溶膠-凝膠法制備TiO2-SiO2復(fù)合溶膠，對(duì)經(jīng)過一定濃度堿改性的芳砜綸織物進(jìn)行納米抗紫外整理，復(fù)合溶膠整理聚砜酰胺織物，對(duì)織物抗紫外性能測(cè)試表明，整理后織物的抗紫外光老化性能得到明顯改善，從而解決了聚砜酰胺遇紫外光老化的問題。

    2.4納米氧化銻錫抗輻射復(fù)合材料

    銻摻二氧化錫（ATO）納米材料是近年來迅速發(fā)展的新型功能導(dǎo)電材料，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、抗輻射、光學(xué)性能以及低的紅外發(fā)射率等特點(diǎn)。張成為提高聚碳酸酯（PC）隔熱性能的同時(shí)保持較高的透明度，以ATO為紅外阻隔劑，采用溶膠-凝膠法制備了一系列硅烷偶聯(lián)劑KH-570改性納米ATO/PC復(fù)合材料。

    2.5其他抗輻射納米復(fù)合材料

    現(xiàn)代探測(cè)技術(shù)和精確制導(dǎo)武器飛速發(fā)展，單一的吸波材料很難滿足"薄、輕、寬、強(qiáng)"的綜合要求，制備多元復(fù)合吸波材料將是一個(gè)重要的發(fā)展方向。羅俊等[26]以Fe3O4較高的飽和磁化強(qiáng)度、高居里溫度以及較強(qiáng)導(dǎo)電性和石墨烯對(duì)電磁波的電損耗特性，用水熱法制備了微粒和棒狀兩種形貌的Fe3O4與石墨烯復(fù)合材料，對(duì)該材料結(jié)構(gòu)、形貌及電磁吸收性能的表征表明，F(xiàn)e3O4棒狀/石墨烯復(fù)合材料相比粒子狀具備更優(yōu)異的電磁吸收性能，且其在8~18GHz范圍內(nèi)小于-10dB頻帶寬9.8~17.9GHz,說明材料的微波吸收性能和納米粒子的形貌有關(guān)。

    王立巖采用自制的有機(jī)納米蒙脫土與聚丙烯熔融共混，制得/蒙脫土納米復(fù)合材料。李向陽采用水熱法制備Ce3+摻雜ZnO粉體，將復(fù)合粉體與聚甲基丙烯酸甲酯復(fù)合，制備一種新型的抗紫外ZnO:Ce3+/PMMA納米復(fù)合材料。

    3 展望

    隨著納米產(chǎn)品的普及和人們對(duì)于納米產(chǎn)品性能品質(zhì)的認(rèn)可，納米材料得到了很好的發(fā)展，作為新型的環(huán)境友好型材料，納米復(fù)合材料在抗輻射復(fù)合材料的生產(chǎn)中發(fā)揮著不可替代的作用，所以對(duì)納米粒子負(fù)載、防團(tuán)聚技術(shù)及相關(guān)機(jī)理的探究尤為重要，以期研發(fā)具有高效、多功能化、低毒化、環(huán)保化的聚合物基納米抗輻射復(fù)合材料。

責(zé)任編輯：周婭

《中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)電子期刊》征訂啟事
投稿聯(lián)系：編輯部
電話：010-62313558-801
郵箱：ecorr_org@163.com
中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)官方 QQ群：140808414