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，輻射防護功能粒子的加入對材料整體性能及防輻射性能會產(chǎn)生一定影響，結(jié)合有機高聚合物獨特的物理、化學性質(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)點的同時兼?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、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，當入射光照射時，每行進幾個納米就會接觸一個新界面，這些接觸導(dǎo)致入射光的漫反射，增強了界面反射特性，同時將作用于其上的紫外線向各個方向散射，從而減少照射方向的紫外線強度，納米顆粒對紫外線和可見光的反射率達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。此外，納米顆粒的電子結(jié)構(gòu)由價電子帶和空軌道形成的傳導(dǎo)帶構(gòu)成，當受到紫外線的照射時，價帶上的電子可吸收紫外線而被激發(fā)到導(dǎo)帶上，同時產(chǎn)生空穴-電子對，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降解、老化、變黃，以往使用的有機化合物二苯甲酮類、鄰氨基苯甲酮類、水楊酸酯類、對氨基苯甲酸類、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、化學穩(wěn)定性高、不變質(zhì)、吸收射線能力強而大受歡迎，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，且它在長、中及短波紫外線3個區(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，對復(fù)合材料測試表明，納米TiO2均勻復(fù)合于環(huán)氧樹脂基體中，光學和表面性能的測試表明，當吸收一定波長的光子后價帶中的電子就會被激發(fā)到導(dǎo)帶，形成帶負電的高活性電子e-,同時在價帶上產(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)，當在基體樹脂中加入金紅石型TiO2時，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，材料表現(xiàn)出很強的不穩(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對可見光的吸收較弱；在紫外區(qū)，納米ZnO對紫外線的吸收能力遠遠強于普通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。唐志勇等對聚砜酰胺/ZnO納米復(fù)合材料進行了研究，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TiO2納米粒子進行表面改性，先用Al2O3對TiO2納米粒子進行表面改性，然后用多面體低聚倍半硅氧烷（POSS）對改性納米粒子進行表面接枝，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，對經(jīng)過一定濃度堿改性的芳砜綸織物進行納米抗紫外整理，復(fù)合溶膠整理聚砜酰胺織物，對織物抗紫外性能測試表明，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，具有良好的化學穩(wěn)定性、抗輻射、光學性能以及低的紅外發(fā)射率等特點。張成為提高聚碳酸酯（PC）隔熱性能的同時保持較高的透明度，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"的綜合要求，制備多元復(fù)合吸波材料將是一個重要的發(fā)展方向。羅俊等[26]以Fe3O4較高的飽和磁化強度、高居里溫度以及較強導(dǎo)電性和石墨烯對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)品的普及和人們對于納米產(chǎn)品性能品質(zhì)的認可，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，所以對納米粒子負載、防團聚技術(shù)及相關(guān)機理的探究尤為重要，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。

責任編輯：周婭

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