由于高分子納米復(fù)合材料既有納米粒子自身的特性,又兼有高分子材料本身的優(yōu)點(diǎn),因此它在催化、力學(xué)、物理功能(光、電、磁、敏感)等方面應(yīng)用前景廣闊。
納米粒子具有高催化性和選擇催化性,如果用高聚物作為載體,則可以通過高聚物的穩(wěn)定作用使之具有長效穩(wěn)定性。常用的納米粒子催化劑主要是金屬粒子,有貴金屬(Pt、Rh、Ag、Pd等)、非貴金屬(Ni、Fe、Co等)。另外一些金屬氧化物,如TiO2等具有光催化性能,這些粒子可以負(fù)載在多孔樹脂上或沉積在聚合物膜上,從而得到納米粒子/聚合物復(fù)合材料催化劑,如Ni/PEO用作烯烴催化氫化等。
納米粒子加入聚合物基體后,能夠改善材料的力學(xué)性能。如納米α-Al2O3/環(huán)氧樹脂體系,用量1%~5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí),玻璃化轉(zhuǎn)變溫度提高,模量達(dá)極大值,用量超過10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))后,模量下降。又如插層原位聚合制備的聚合物基納米級(jí)復(fù)合材料(聚酰胺/粘土納米復(fù)合材料等)具有高強(qiáng)度、高模量、高熱變形溫度等優(yōu)點(diǎn),目前已有產(chǎn)品出現(xiàn),用作自行車、汽車零部件等。
磁性納米粒子由于尺寸小,具有單磁疇結(jié)構(gòu),矯頑力很高,用它制作磁記錄材料可以提高記錄密度,提高信噪比;一般要求與聚合物復(fù)合的納米粒子,采用單磁疇針狀微粒,且不能小于超順磁性臨界尺寸(10nm)。
利用納米粒子的電學(xué)性質(zhì),可以制成導(dǎo)電涂料、導(dǎo)電膠等,例如用納米銀代替微米銀制成導(dǎo)電膠,可以節(jié)省銀的用量;還可以用納米微粒制成絕緣糊、介電糊等。另外可用于靜電屏蔽材料;在化纖制品中加入金屬納米粒子可以解決其靜電問題,提高安全性。
高分子納米復(fù)合材料最有前途的應(yīng)用領(lǐng)域之一是用作敏感材料。由于納米粒子具有表面積大,表面活性高,對(duì)周圍環(huán)境敏感,溫度、氣氛、光、濕度等的變化會(huì)引起粒子電學(xué)、光學(xué)等行為的變化,另外納米粒子在基體中的聚集結(jié)構(gòu)也會(huì)發(fā)生變化,引起粒子協(xié)同性能的變化,因此可望利用納米粒子制成敏感度高的小型化、低能耗、多功能傳感器。例如氣體傳感器、紅外線傳感器、壓電傳感器、溫度傳感器和光傳感器等。
高分子納米復(fù)合材料用于仿生材料目前也有大量研究,實(shí)際上自然界生物的某些器官就是天然的高分子納米復(fù)合材料。采用無機(jī)納米粒子與高沸點(diǎn)多官能低聚物(UDMA、Bis-GMA、Bis-PMEPP等)混和成型,所得材料的硬度高、耐磨性好、吸水性低、透明性高,可用于制備人工齒。美國阿利桑那大學(xué)材料實(shí)驗(yàn)室和普林斯頓大學(xué)選用聚二甲基丙烯酸甲酯和聚偏氟乙烯共混物作為基體,來制備人造骨頭。另外,高分子納米復(fù)合材料還可用于醫(yī)用材料,如醫(yī)用紗布中加入納米銀粒子可以消毒殺菌;還可用于環(huán)保材料,例如負(fù)載納米粒子的多孔樹脂可用于廢氣、廢水等的處理;還可用作耐摩擦、耐磨損材料和高
介電材料。
當(dāng)前納米材料的研究、開發(fā)和應(yīng)用已引起了學(xué)術(shù)界、工業(yè)界乃至各國政府廣泛的關(guān)注。高分子納米復(fù)合材料的許多優(yōu)異的性能,向人們展示出了其誘人的應(yīng)用前景。