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產(chǎn)品展示
更多納米復(fù)合材料演義(轉(zhuǎn)載)-3
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美國科諾工業(yè)有限公司 (戰(zhàn)略投資公司:上海梭倫信息科技有限公司)
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1、分散夢魘
考慮到納米復(fù)合材料巨大的界面面積對材料綜合性能提供了機遇的同時,也對納米粒子的分散提出了挑戰(zhàn),推導(dǎo)出了0-3、1-3、2-3型納米復(fù)合材料,分散所需克服的能壘與分散相表面張力、連續(xù)相表面張力、它們之間的接觸角以及分散相形狀、分散相尺寸、分散相體積分?jǐn)?shù)等因素的函數(shù)關(guān)系。
(1)、球形分散相0-3型納米復(fù)合材料分散所需克服的能壘
HV4fV}2m
相應(yīng)h深粒子SG表面(GSG)+粒子在LG的投影面(GLG)→浸沒h深粒子SL界面(GSL)
![](http://img340.imageshack.us/img340/6867/200719113124723181375c6um4.png)
(3)、片形分散相2-3型納米復(fù)合材料分散所需克服的能壘+AG-{sn$lAK
(4)、分散所需克服的能壘與納米分散相形狀的關(guān)系
![](http://img340.imageshack.us/img340/1903/200719113129663251379cddd3.png)
t
從圖2可以看出,納米粒子分散所需克服的能壘在接觸角為0(界面相容)時趨于0;隨接觸角增大而迅速增大,當(dāng)接觸角接近π(界面不相容)時達(dá)到大值。當(dāng)長徑比(徑厚比)等于1時,納米棒形粒子與納米圓盤形粒子相同,并趨近于納米球形粒子。納米圓盤型粒子,在接觸角0-π范圍內(nèi)分散所需克服的能壘小。在界面基本相容區(qū)間(接觸角0-π/2范圍),棒形粒子分散所需克服的能壘略微大于球形粒子,而在界面基本不相容區(qū)間(接觸角π/2-π范圍),球形粒子分散所需克服的能壘大于棒形粒子。在分散相體積分?jǐn)?shù)相同、等尺寸分散相前提下,在理論上定量描述了分散所需克服的能壘隨分散相粒子尺寸減小、分散相體積分?jǐn)?shù)增大,而增大的一般趨勢;進(jìn)一步揭示出隨接觸角減小,分散所需克服的能壘減小。在其它因素相同情況下,球形粒子分散所需克服的能壘高;薄圓盤形粒子分散所需克服的能壘低;細(xì)棒形粒子居中。!hO3Np@~*R
2、峰回路轉(zhuǎn)
將蒙脫土分散在水中后,由于層間陽離子的水合作用,以及層外自由水分子向?qū)娱g的滲透膨脹作用,使蒙脫土001 面間距(d001)增大,同時建立起由帶負(fù)電荷的蒙脫土片表面,與其附近擴散分布的陽離子形成的雙電層。雙電層之間的靜電斥力克服蒙脫土片層間的范德華引力,造成相鄰蒙脫土片層互相*近所需跨越的能壘,使納米量級厚度的蒙脫土片均勻分散在水中,形成穩(wěn)定的溶膠分散體系,并使之不易絮凝和聚結(jié),從而提高其分散和聚沉穩(wěn)定性。根據(jù)膠體分散穩(wěn)定性(DLVO)理論,定量計算出蒙脫土溶膠分散體系穩(wěn)定性見圖3。
![](http://img340.imageshack.us/img340/8356/2007191131349990413899acn9.png)
3、柳暗花明"p6es'?3W?G bCg
聚合物對蒙脫土的插層及其層間膨脹過程是否能進(jìn)行,取決于該過程中自由能的變化(ΔG 是否小于0) ,若ΔG < 0 ,則此過程能自發(fā)進(jìn)行。對于等溫過程:
ΔG =ΔH - T ΔS (1)[m3B C%d*b
要使ΔG < 0 ,則需:
ΔH < T ΔS (2)9z#e"s/a/e7{\\&[
O)g*q7yX,`w2E!m\\
滿足式(2)的條件有如下兩類過程和三種方式:
(A)放熱過程 ΔH < 0 ,且ΔS > 0}*b,kb~$S T2Y-U
ΔH < T ΔS < 01Ec U1nUs jH
(B)吸熱過程 0 <ΔH < T ΔSwww.nanost.net,H h#J{*B(cA"L3@
&HnM&mS"x0scDn
焓變ΔH 主要由單體或聚合物分子與粘土片層之間相互作用程度所決定,而熵變ΔS 則和單體分子以及聚合物分子的約束狀態(tài)有關(guān)。只有綜合分析PLS 納米復(fù)合材料制備過程中的焓變、熵變以及外界條件的影響,才能對特定的材料種類,選擇*的制備方法和有利的實施途徑。
選定具有光致變色功能、整個分子共軛的陽離子紅(Astrazon Red GTL)染料作為插層劑,成功制備了一系列插層納米復(fù)合物。從有機陽離子與蒙脫石離子交換吸附原理出發(fā),推導(dǎo)出吸附等溫式和表面二維狀態(tài)方程理論關(guān)系,給出了熱失重法確定吸附量的數(shù)據(jù)處理方法。GTL陽離子交換吸附實驗數(shù)據(jù)符合我們的吸附等溫式,插層復(fù)合物界面壓強π隨其含水量增大而線性減小。在較低π 下,GTL在層間以平行于蒙脫石片層表面的單分子層形態(tài)排列;隨著π增大, 層間GTL以一定角度傾斜于蒙脫石片層表面的頭尾交指型團聚體形態(tài)排列;在更大的π下,層間GTL則以垂直于蒙脫石片層表面成雙分子層排列,其尾端重疊自組裝形成超分子共軛納米結(jié)構(gòu)(見圖4),層間GTL熱穩(wěn)定性大幅度提高。
![](http://img340.imageshack.us/img340/2142/20071911324960337138b03we2.png)
納米科技世界論壇, Nanoscience and Nanotechnology World;Zo-Owjo%c[
5、唾手而得i(sQ D6D3gF
(1)、熔融共混插層復(fù)合材料的熱力學(xué)驅(qū)動力!GwGnt
熱力學(xué)只關(guān)注與過程無關(guān)的起點和終點狀態(tài):起點是片狀堆積的蒙脫土以及聚合物熔體中纏結(jié)在一起的無規(guī)線團高分子鏈;終點是少部分解纏結(jié)高分子鏈?zhǔn)芟拊诿擅撏疗瑢娱g(層間距同時增大),大部分仍然保持纏結(jié)在一起的無規(guī)線團高分子鏈。那么纏結(jié)在一起的無規(guī)線團高分子鏈因何動力鉆到狹縫中去,一定是片層表面與高分子鏈間存在吸附作用(放熱),即所謂焓驅(qū)動。你非要說,這之后高分子鏈不堪忍受狹縫中生存,要在狹縫中撐開片層回復(fù)到無規(guī)線團高分子鏈。那它首先要解吸附,補償進(jìn)去時的焓變(記住熱是耗散的)。而且我會問,它起點就是無規(guī)線團高分子鏈,它可以不進(jìn)去,所以說熵驅(qū)動是沒有道理的。
(2)、動力學(xué)機理
(3)、實驗事實印證納米科技世界論壇, Nanoscience and Nanotechnology World Hy7Y2@O.EQ1lI
現(xiàn)將目前為止積累的實驗事實簡明歸納如下,即可一目了然,畢竟事實勝于雄辯。下述體系中涉及的有機蒙脫土,都是十八烷基季銨鹽插層的市售有機土。
![](http://img340.imageshack.us/img340/3748/20071911325493917138c6ehe2.png)