纳米复合材料的特殊性

由无机纳米材料与有机聚合物复合而成的纳米复合材料具有无机材料、无机纳米材料、有机聚合物材料、无机填料增强聚合物复合材料、碳纤维增强聚合物复合材料等所不具备的一些性能，主要表现如下。    

1．同步增韧增强效应    

纳米复合材料可以把无机材料的刚性和有机材料的韧性同时体现出来，无机材料对有机材料的复合改性，将提高有机材料的刚性，但降低了有机材料的韧性。同样，具有一定刚性的塑料与具有一定韧性的橡胶复合时，当塑料对橡胶复合改性时，，将提高橡胶的刚性，但降低了橡胶的韧性，当橡胶对塑料复合改性时，在保持橡胶韧性的情况下，却难以提高塑料的刚性。有些复合改性，效果往往是单一的，甚至是矛盾的。而纳米材料对有机聚合物的复合改性，却在发挥了无机材料的增强效果的同时又能起到增韧的效果，这也是纳米材料对有机聚会物复合改性最吸引人韵优点之一，对于无机纳米粒予同时增韧增强塑料的机理有如下解释：复合材料受冲击时，填料粒子脱黏，基体产生空洞化损伤，若基体层厚度小于临界基体层厚度，则基体层塑性变形大大加强，从而使材料韧性大大提高。用纳米粒子填充增强塑料时，纳米材料的颗粒尺寸、用量及表面处理方法都会对纳米塑料的性能产生影响。当填料在基体中均匀分散时，随填料尺寸的减小，填料完全能够在树脂中起到填充补强、增加截面粘接、减少自由体积的作用，且能以很少的含量在相当大的范围内起作用，全面改善材料的力学性能，还不影响其加工性。      

2．强度大、模量高     

普通的无机粉体材料对聚合物基复合材料有很高的强度和模量，两纳米材料增强的聚合物复合材料却有更高的强度和模量。加入量很小(3％～5％，质量分数)的纳米粉体就可以使聚合物的强度、刚度、韧性及阻隔性能等得到明显的提高。无论是拉伸强度或弯曲强度，还是拉伸模量或弯曲模量均具有一致的变化率。在加入与普通粉体相同体积比的情况下，纳米复合材料的上述指标一般要高出l～2倍。而在加入相同质量比的情况下，则一般要高出l0倍以上。加入纳米粉体得到的纳米复合材料与玻璃纤维增强复合材料在强度和模量上相当，但在材料的密度和质量上要小得多。同时纳米材料的粒径越小，其赋予复合材料的强度和模量就越高。    

3．阻隔性能

在插层纳米复合材料中，由于聚合物分子链进入到层状无机纳米材料片层之间，分子链段的运动受到限制，而在加工过程中，层状无机盐被剥开，使复合材料的耐热性及材料的尺寸稳定性显著提高，并且，层状无机纳米材料在二维方向阻碍了各种气体的渗透，从而达到良好的阻燃、气密的作用，可用于食品保鲜、药品存放、啤酒瓶改造等。  

4．新晶功能高分子材料       

按照传统的方法，功能高分子材料一般是通过化学反应合成得到功能性的(个别功能高分子材料是复合而来的，但不同程度地破坏了高分子材料的力学性能)，它们都具有一定的官能团，或者要赋予一定的官能团，才能表现出其功能性。但纳米复合材料却完全不同，它们是通过纳米材料改性有机聚合物而赋予复合材料新功能性的。在纳米材料以纳米级水平均匀分散在复合材料之中对，没有所谓的官能团，但可以直接或间接地达到具体功能的目的，像导电、抗菌、阻燃、紫外光屏蔽、吸波等。