第1章緒論/1

1.1概述1

1.2納米、納米復合材料與高分子納米復合材料2

1.3納米領域的進展5

1.4主要國家納米規劃及現狀8

1.5納米學科發展9

1.6高分子納米復合材料的命名與制備10

1.6.1高分子納米復合材料的命名10

1.6.2高分子納米復合材料的制備10

1.7高分子納米復合材料的結構與性能11

1.7.1納米材料的聚集態結構11

1.7.2高分子納米復合材料的性能13

1.7.3高分子納米復合材料斷裂模型19

1.8納米材料對生態繫統的影響20

思考題22



第2章納米材料/23

2.1納米材料的新特性23

2.2納米材料的分類24

2.2.1按照屬性分類25

2.2.2按照結構分類25

2.2.3按照維度分類29

2.3納米材料的基本性質30

2.3.1小尺寸效應30

2.3.2表面效應31

2.3.3量子尺寸效應33

2.3.4宏觀量子隧道效應33

2.4納米材料的特殊性質34

2.4.1光學性質34

2.4.2熱學性質36

2.4.3儲氫性質37

2.4.4潤滑性質38

2.4.5超疏水性質39

思考題42



第3章無機納米材料的制備及應用/43

3.1無機納米材料的制備方法43

3.1.1水熱合成法43

3.1.2溶膠-凝膠法44

3.1.3氣相合成法46

3.1.4化學氣相沉積46

3.1.5化學氣相滲透46

3.1.6模板法47

3.1.7沉澱法48

3.1.8溶液合成法50

3.1.9自組裝法50

3.1.10燃燒合成法51

3.1.11生物合成法52

3.1.12自上而下合成法53

3.1.13自下而上合成法53

3.1.14球磨法53

3.1.15其它方法55

3.2無機納米材料的應用55

3.2.1催化劑55

3.2.2醫用材料57

3.2.3磁性納米材料59

3.2.4光電性能62

3.2.5傳感器63

3.2.6水處理64

3.2.7吸附材料65

3.2.8油水分離66

思考題66



第4章常用無機納米材料/68

4.1納米SiO269

4.2納米CaCO371

4.3富勒烯72

4.4碳納米管74

4.5石墨烯及氧化石墨烯77

4.6石墨炔83

思考題85



第5章納米材料的分散/86

5.1含量的影響86

5.2粒徑的影響87

5.3溶劑的影響87

5.4基底材料的影響89

5.5表面活性劑的影響90

5.6超聲的影響91

5.7溫度的影響92

5.8離子強度的影響93

5.9pH的影響94

5.10球磨時間的影響95

思考題95



第6章填充型高分子納米復合材料/96

6.1填充型高分子納米復合材料的設計96

6.2納米材料的表面改性97

6.2.1納米粉體的不穩定性97

6.2.2納米粉體改性的目的98

6.2.3改性方法98

6.3填充型高分子納米復合材料的制備101

6.3.1原位填充聚合101

6.3.2溶液混合103

6.3.3熔融混合103

6.4納米材料對復合材料性能的影響103

6.4.1對表面形貌的影響103

6.4.2對疏水性能的影響104

6.4.3對力學性能的影響106

6.4.4對熱學性能的影響107

6.4.5對阻燃性能的影響109

6.4.6對摩擦性能的影響111

6.4.7對其它性能的影響114

思考題114



第7章溶膠-凝膠高分子納米復合材料/115

7.1溶膠-凝膠體繫116

7.1.1溶膠116

7.1.2凝膠117

7.2納米材料前驅體的溶膠-凝膠反應119

7.2.1納米材料的前驅體119

7.2.2納米SiO2的溶膠-凝膠制備過程119

7.2.3影響因素121

7.2.4對納米SiO2的表面改性123

7.3溶膠-凝膠高分子納米復合材料的制備125

7.3.1反應型聚合物125

7.3.2惰性聚合物127

7.3.3交聯反應128

7.4納米材料對復合材料性能的影響129

7.4.1對力學性能的影響129

7.4.2對光學性能的影響130

7.4.3對疏水性能的影響131

思考題133



第8章層狀高分子納米復合材料/134

8.1層狀高分子納米復合材料的設計134

8.1.1插層納米復合材料的結構134

8.1.2黏土137

8.1.3插層高分子納米復合材料的特點140

8.2層狀硅酸鹽的表面改性141

8.2.1蒙脫土離子交換141

8.2.2蒙脫土有機化處理142

8.2.3改性與分散方法145

8.2.4蒙脫土的剝離149

8.3層狀高分子納米復合材料的制備方法151

8.3.1原位插層聚合法151

8.3.2聚合物插層法152

8.3.3層層自助裝154

8.3.4其它插層方法154

8.4層狀高分子納米復合材料的性能155

8.4.1力學性能155

8.4.2阻隔性能158

8.4.3阻燃性能160

8.4.4熱穩定性163

思考題163



第9章高分子納米復合材料的成型及表征/165

9.1傳統成型方式165

9.1.1螺杆紡絲165

9.1.2注射成型166

9.2靜電紡絲成型166

9.2.1靜電紡絲原理166

9.2.2靜電紡絲的應用167

9.33D打印169

9.3.13D打印原理169

9.3.23D打印應用170

9.4高分子納米復合材料的表征171

9.4.1FTIR172

9.4.2XRD173

9.4.3SEM、TEM173

9.4.4EDS175

9.4.5STM176

9.4.6AFM177

思考題178



第10章高分子納米復合材料的應用/179

10.1疏水或疏油179

10.1.1油水分離179

10.1.2疏油凝膠180

10.2傳感、檢測與吸附181

10.3光催化185

10.4載藥及藥物釋放186

10.5彈性體187

10.6生物、醫用189

10.7纖維190

10.8塗層191

10.9透明材料195

10.10自修復材料198

10.11電池與超級電容器199

思考題199



英語專業名詞/201



參考文獻/202

隨著納米科學及技術的飛速發展，出現了許多新的理論、方法及應用，如石墨烯偏轉1.1°左右表現出超導性，為超導的研究透進來一縷別開生面的氣息。為了充分展示國內外納米材料及基於納米材料的高分子納米復合材料相關的成果，編者基於10多年的科研基礎和教學經驗編寫了本書。

《高分子納米復合材料》共分十章，分為緒論、納米材料、無機納米材料的制備及應用、常用無機納米材料、納米材料的分散、填充型高分子納米復合材料、溶膠-凝膠高分子納米復合材料、層狀高分子納米復合材料、高分子納米復合材料的成型及表征、高分子納米復合材料的應用。以高分子材料為主體，兼顧無機納米材料的制備、性質，能夠反映納米材料、高分子納米復合材料方面的新技術、新方法、新材料。本書還給出了部分納米材料、高分子納米復合材料的實例，具有重要的參考意義。每章後邊都有思考題，幫助讀者深入思考，更好地掌握內容。

《高分子納米復合材料》由齊魯工業大學（山東省科學院）材料學院高分子材料專業李仲偉為主編，山東省醫科大學附屬醫院黃梅英及齊魯工業大學（山東省科學院）材料學院復合材料專業王富忠為副主編。其中第1章、第3章和第10章中高分子納米復合材料在生物及醫學方面的應用部分由黃梅英編寫，第6章、第7章、第8章的納米材料對復合材料性能的影響部分由王富忠編寫，第9章由齊魯工業大學（山東省科學院）材料學院丁碧妍編寫，書中膜相關部分由青島遠東富隆新材料有限公司紀學軍、李磊編寫，其餘章節由李仲偉編寫並對全書進行統稿，此外齊魯工業大學（山東省科學院）材料學院無機非金屬材料專業的楊雪娜老師及高分子材料專業的喬從德老師、何福岩老師、吳月老師也參與了本教材的編寫工作。為了便於教學，本教材配備了完備的電子課件，有需要的可以與本書作者聯繫（lizhongwei@qlu.edu.cn）。

《高分子納米復合材料》是面向復合材料、高分子材料專業本科生學習的教學用書，也可作為研究生的參考書，對高分子納米復合材料感興趣的讀者亦可以從中得到諸多啟發。

《高分子納米復合材料》由山東省重點研發計劃（2019GHY112060）、齊魯工業大學教材建設基金、齊魯工業大學材料學院聯合資助出版，在此表示感謝。

由於納米科學技術涉及面廣，限於編者水平，書中難免有不足與疏漏之處，敬請讀者與本書編者聯繫。



編者

2020年3月於齊魯工業大學（山東省科學院）