纳米技术在高分子材料改性中的应用 （南通大学化学化工学院高分子材料与工程132 朱梦成1308052064 ） [摘要] 纳米材料及其技术是随着科技发展而形成的新型应用技术。纳米材料的研究是从金属粉末、陶瓷等领域开始的,现已在微电子、冶金、化工、电子、国防、核技术、航天、医学和生物工程等领域得到广泛的应用。近年来将纳米材料分散于聚合物中以提高高分子材料性能的研究也日益活跃,并取得了许多可观的成果。 [关键词] 纳米技术；高分子材料；改性；应用 1纳米粒子的特性及其对纳米复合材料的性能影响 1.1纳米粒子的特性 纳米粒子按成分分可以是金属,也可以是非金属,包括无机物和有机高分子等;按相结构分可以是单相,也可以是多相;根据原子排列的对称性和有序程度,有晶态、非晶态、准晶态。由于颗粒尺寸进入纳米量级后,其结构与常规材料相比发生了很大的变化,使其在催化、光电、磁性、热、力学等方面表现出许多奇异的物理和化学性能,具有许多重要的应用价值。 1.1.1表面与界面效应 纳米微粒比表面积大,位于表面的原子占相当大的比例,表面能高。由于表面原子缺少邻近配位的原子和具有高的表面能,使得表面原子具有很大的化学活性,从而使纳米粒子表现出强烈的表面效应。利用纳米材料的这种特点,能与某些大分子发生键合作用,提高分子间的键合力,从而使添加纳米材料的复合材料的强度、韧性大幅度提高。 1.1.2小尺寸效应 当超细微粒的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时,晶体周期性的边界条件将被破坏,导致其磁性、光吸收、热、化学活性、催化性及熔点等发生变化。如银的熔点为900℃,而纳米银粉的熔点仅为100℃(一般纳米材料的熔点为其原来块体材料的30%~50%)。应用于高分子材料改性,利用纳米材料的高流动性和小尺寸效应,可使纳米复合材料的延展性提高,摩擦系数减小,材料表面光洁度
2013年11月（下） [摘要]当材料尺寸无限减小，达到纳米级别时材料将显现出有独特的效应如：小尺寸效应、量子尺寸效应和表面效应等，这些效应与聚合 物密度小，耐腐蚀、易加工等优良特性有机结合，便形成了一类新型功能高分子材料。本文综述了纳米技术在塑料、橡胶、纤维三类高分子材料中的典型应用。 [关键词]纳米高分子材料；纳米塑料；纳米橡胶 纳米技术在高分子材料中的应用 丰艳兰 曾小飞 （华东交通大学理工学院，江西南昌330010） 纳米技术一词从提出到发展只有二十几年的时间，它的提出掀起了科技届的研究浪潮，有专家预言它必将引领新时代的科技变革，于是世界各国、地区都积极制定计划，加强投入，力争占领科技至高点。近年来，随着纳米技术的成熟与改善，国内外对于聚合物基纳米复合材料的研究已显现成效。高分子基纳米复合材料是各种纳米结构单元与有机高分子材料复合形成的一种新型材料，常见的纳米高分子基复合材料有：纳米复合塑料、纳米复合橡胶、纳米复合纤维。 1纳米复合塑料 纳米复合塑料是指塑料中分散了纳米级尺寸的超微细分散相，分散相为聚合物时，称为聚合物分子纳米复合塑料；分散相为无机填料时，称为无机填料纳米复合塑料，研究较多的是无机填料作为分散相。众所周知，塑料作为一种用途广泛的材料有着自身的缺点：如强度较差、不耐老化、透气性差等。发展纳米复合塑料可以很好地改善这些方面的性能。 1）无机纳米材料复合塑料能够很好地改善塑料的强度，起到增强增韧的效果。比如在尼龙塑料当中增加少量的纳米粘土生产的纳米复合塑料，既保持了产品的塑性，又提高了它的刚性和强度，更提高了它的抗弯能力，可以作为车体材料进行使用。 2）使用纳米添加剂改善的塑料制品可以大大提高抗老化能力，塑料的老化主要原因是光老化，将纳米TiO 2等粒子填充到塑料基体当中，纳米TiO 2可以很好地吸收紫外线，降低紫外线对塑料的破坏，提高塑料制品的抗老化能力。比如用添加0.1％~0.5％的纳米TiO 2制成的透明塑料包装材料包装食品，可以减少紫外线对食品营养成分的损失，保持食品的营养价值。 3）可以赋予塑料一些新的功能。比如在农膜的使用当中，有一种纳米转光膜，它就是利用纳米技术，在农膜塑料生产过程中添加纳米黏土，这种农膜被称为纳米转光膜，由于纳米黏土的存在，它能够很好地强化、放大有利于农作物生产的特征光，而过滤掉不利于农作物生长的光，从而大大促进农作物的光合作用，使农作物果实更大更有营养。 2纳米复合橡胶 纳米橡胶是指尺寸在1~100的纳米无机粒子分散在连续相橡胶基体中构成的复合材料。利用纳米粒子作为补强材料填充到橡胶中，可以很好地发挥纳米粉体的小尺寸效应、量子效应等表面效应，提高粉体与橡胶大分子间作用力的，弥补界面区化学作用力的缺乏，从而增强对橡胶的补强效果。赋予橡胶制品更高的性能，延长橡胶制品的使用寿命。现有研究表明，纳米黏土复合橡胶能够很好地提高材料的模量、硬度和强度，提高橡胶的气体阻隔性、耐油、阻燃性能。Si 3N 4陶瓷粉体分散在橡胶中，能很好地发挥Si 3N 4的高化学稳定性、优良的机械性能和介电性能。 3纳米复合纤维 纳米纤维有广义和狭义之分，狭义的纳米纤维指纤维直径为纳米量级的超细纤维，广义的纳米纤维还包括将纳米颗粒填充到普通纤维中对其进行改性的纤维。目前国内外开发的热点是后者；所采用纳米颗粒的性能不同，可开发各种不同的功能性纤维。 1）可用于开发抗菌纤维产品，将具有抗菌作用的成分：银离子、铜离子、锌离子等微粒离子及其化合物通过物理吸附离子交换等方法制成抗菌剂，填充至纤维材料中，金属离子在低浓度下可以破坏细菌的细胞膜或细胞原生质活性酶的活性，从而起到抗菌作用。这种抗菌纤维常用来制作手术服、护士服、手术巾等医疗用品，还可制造衣物、鞋袜等生活用品。 2）可用于开发紫外线防护纤维，将ZnO 、SiO 2等纳米粉体利用共混纺丝法或后整理法制得防紫外线纤维或织物。纳米材料可做紫外线屏蔽剂，主要是因为纳米粒子的尺寸比紫外线相当或更小，小尺寸效应导致其对紫外线的吸收更强。通过以上方法制得的紫外线防护纤维可广泛用于制造遮阳伞、遮阳冒、泳衣、防晒服等。 3）可用于开发远红外纤维。研究表明，将具有较高远红外发射率的陶瓷微粉加入到高分子聚合物中，经纺丝加工可制成远红外纳米纤维，其中的纳米粒子可以有效地吸收材料本身释放的远红外射线，从而达到促进血液循环，调节新陈代谢的保温保健功能。同样，由于纳米粒子可以很好地吸收电磁波，这种纤维材料还可以用于制作军用服装。 4）可用于开发超双疏织物。对织物进行纳米表面处理，使之形成纳米尺寸的凹凸结构，利用纳米结构的表面效应可以实现既疏水又疏油的超双疏性。 纳米技术作为一项高新技术在材料领域有着非常广阔的应用前景，而高分子材料作为发展最快、品种多样、应用广泛、价廉性优的一类材料，加强两者结合的有机结合，可实现开发高性能高分子材料的现实意义。 作者简介：丰艳兰，1982年生，女，江西丰城人，华东交通大学理工学院助教，本科学历，研究方向为新材料应用研究；曾小飞，1983年生，男，江西丰城人，华东交通大学理工学院助教，研究生学历，研究方向为材料科学的发展及应用。 [参考文献] [1]肖亚航.纳米塑料的性能及应用前景[J].黑龙江科技信息,2010. [2]施利毅.纳米材料在高性能橡胶开发中的应用进展[J].中国橡胶,2007.[3]白鸟世明.高功能纳米复合纤维[J].产业用纺织品,2009. 112
第一章 胶体化学基本原理 胶体与界面化学的基本原理非常重要，在许多工业场合具有指导意义。 包括：胶体的运动原理、光学原理、电学原理、稳定原理、流变现象（界面现象及原理单列一章） §1.1 胶体的运动性质 胶体的运动性质包括：沉降与扩散性质 ↓ 对于制备或破坏胶体 例如：制备丙烯酸酯乳液,沉降与扩散涉及其稳定性能 人工降雨，涉及破坏胶体稳定性问题：雾（胶体体系） 那么，看似平静的胶体的运动现象是怎么来的呢？ 胶体分散体系出于某一个力场时，分散相与分散介质相对运动，例如，在重力场中，较大的分散相颗粒与分散介质就要发生相对沉降或上浮现象，这就是离心机的工作原理、旋风除尘器原理。 1.1.1 分散相的沉降与上浮 分散相颗粒：V ，p;分散介质：p 0,F:分散相颗粒受的力 F=F g -F b =V(p-p 0)g (1.1) F g :重力 ;F b :浮力 ;g:重力加速度 当p>p 0时，F g >F b 着分散相沉降，如：涂料体系，反之，则上浮，如：凝胶种液体的析出 。 相对运动会产生摩擦运动阻力F v F v =fv (1.2) f —阻力系数，v —运动速度 当F v =F ，分散相颗粒匀速运动， V （ρ-ρ0）g=fv M(1-ρ/ρ0)g=fv (1.3) m —粒子质量 如果粒子为球形，Stokes 公式导出：f=6∏ηr r —离子半径，η—介质粘度 将球体积V=4∏r 3/3代入式(1.3)得: v=2r 2(ρ-ρ0)g/9η 使用条件：1.粒子运动很慢，保持层流状态。 2.粒子是刚性球，无溶剂化作用。 3.粒子之间无相互作用。 4 将液体看成连续介质。 则式（1.4）有限制：（a ）颗粒不能太大，<100μm. （b ）颗粒不能太大，>100nm,否则考虑扩散。 在实际体系中，等效半径r=6 f 可代替r ，则式（1.5）,(1.7)可进行粒度分析 因为粒度与沉降、上浮有关，即与稳定性有关，由此可以得出稳定信息。 1.1.2 分散相的扩散 如果从分子水平上观察，分散相颗粒的主要运动方式是布朗运动。布朗运动会使细小的颗粒从高浓度区向低浓度区运动，从而形成扩散。 Fick 第一、二定律对平动扩散进行了描述 Fick 第一定律： 在时dt 间内，沿x 方向通过界面积A 而扩散的物质量dm 与界面积A 处的浓度梯度dc/dx 关系如下：
高分子纳米生物材料的发展现状及前景 纳米材料研究都是从20世纪80年代开始的，是在之前三次工业革命的基础上发展起来的的新兴科技领域。巨大的需求与技术支撑，使其在材料、生物、医学、高分子等领域开拓出一片片新大陆，筑起21世纪工业革命的基石。而纳米技术作为一项高新技术在高分子材料中有着非常广阔的应用前景，对开发具有特殊性能的高分子材料有着重要的实际意义 纳米高分子材料，也称高分子纳米微粒或高分子超微粒，粒径尺度在1 nm～1000 nm范围。这种粒子具有胶体性、稳定性和优异的吸附性能，可用于药物、基因传递和药物控释载体，以及免疫分析、介入性诊疗等方面。 1纳米科技与高分子材料的邂逅 高分子材料学的一个重要方面就是改变单一聚合物的凝聚态,或添加填料来使高分子材料使用性能大幅提升。而纳米微粒的小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应能在声、光、电、磁、力学等物理特性方面呈现许多奇异的物理、化学性质。金属、无机非金属和聚合物的纳米粒、纳米丝、纳米薄膜、纳米块体以及由不同组元构成的纳米复合材料,可实现组元材料的优势互补或加强。通过微乳液聚合方法得到的纳米高分子材料具有巨大的比表面积,纳米粒子的特异性能使其在这一领域的发展过程中顺应高分子复合材料对高性能填料的需求,出现了一些普通微米级材料所不具有的新性质和新功能,纳米科技与高分子材料科学的交融互助对高分子材料科学突破传统理念发挥了重要作用。 高分子纳米复合材料的应用及前景 由于高分子纳米复合材料既能发挥纳米粒子自身的小尺寸效应、表面效应和量子效应,以及粒子的协同效应,而且兼有高分子材料本身的优点,使得它们在催化、力学、物理功能(光、电、磁、敏感)等方面呈现出常规材料不具备的特性,故而有广阔的应用前景利用纳米粒子的催化特性,并用高聚物作为载体,既能发挥纳米粒子的高催化性和选择催化性,又能通过高聚物的稳定作用使之具有长效稳定性。 纳米粒子加入聚合物基体后,能够改善材料的力学性能。如纳米A-Al2O3/环氧树脂体系,粒径27nm,用量1%~5%(质量分数)时,玻璃化转变温度提高,模量达极大值,用量超过10%(质量分数)后,模量下降[79]。又如插层原位聚合制备的聚合物基有机)无机纳米级复合材料(聚酰胺/粘土纳米复合材料等)具有高强度、高模量、高热变形温度等优点,目前已有产品出现,用作自行车、汽车零部件等[55]。尤其引人注目的是高分子纳米复合材料在功能材料领域方面的应用,包括磁性、电学性质、光学性质、光电性质及敏感性质等方面。 磁性纳米粒子由于尺寸小,具有单磁畴结构,矫顽力很高,用它制作磁记录材料可以提高记录密度,提高信噪比;一般要求与聚合物复合的纳米粒子,采用单磁畴针状微粒,且不能小于超顺磁性临界尺寸(10nm)。 利用纳米粒子的电学性质,可以制成导电涂料、导电胶等,例如用纳米银代替微米银制成导电胶,可以节省银的用量;还可以用纳米微粒制成绝缘糊、介电糊等。另外可用于静电屏蔽材料,日本松下公司应用纳米微粒Fe2O3、TiO2、Cr2O3、ZnO等具有半导体特性的氧化物粒子制成具有良好静电屏蔽的涂料,而且可以调节其颜色;在化纤制品中加入金属纳米粒子可以解决其静电问题,提高安全性。 利用复合体系的光学性能,可以制成如下材料:(1)优异的光吸收材料。例如在塑料制品表面上涂上一层含有吸收紫外线的纳米粒子的透明涂层,可以防止塑料
《医用化学基础》课程教学大纲 一、课程说明 总时数：X学时理论：Y学时实验：Z学时 1、课程性质、地位和作用 （正文宋体，小四，20磅行距，首行缩进2字符） 生理学（Physiology）是生物学的重要分支，是一门重要的医学基础学科，是研究正常机体生命活动规律的一门科学。它以基础医学中的细胞生物学、解剖学、组织胚胎学等课程为其学习的基础，同时又为临床医学疾病的学习提供必要的理论知识，是基础医学与临床医学之间的桥梁学科。 2、教学目的与要求 （正文宋体，小四，20磅行距，首行缩进2字符） XX课程的教学目的是。。。。 通过教学学生应达到以下要求： （1）基础理论与基本知识方面 ①掌握 ②。。。 （2）基本技能方面 ①熟练使用 。。。。 4、教学方法与手段 （正文宋体，小四，20磅行距，首行缩进2字符） 理论教学主要以课堂讲授为主，适当使用多媒体教学、双语教学，以及结合录像、图片、课堂讨论、专题讲座、自学等形式给学生以丰富多样的教学形式，提高学生的学习效果和学习兴趣。同时任课教师应适当地讲述一些学科前沿进展和动态发展，使学生在获得基本理论的同时还能了解学习该学科的前沿动态。 实验教学教师应适当讲授，结合示教等手段介绍有关的理论知识及操作规则，以学生动手为主，注重培养学生的动手能力和分析问题、解决问题的能力。 5. 教学时数分配
6、考核方式 生理学为考试课，实行百分制，其中理论课考试多采用闭卷考试（选题有一定的范围及难度，从题库选题），考核成绩结合课堂随即考试（开卷或闭卷）及写论文等形式，从而全面考核学生的基本理论、基本知识掌握程度，以及对生理学前言动态了解的程度，综合运用知识能力。 实验课通过平时课堂纪律、实验报告书写、课堂提问等多种形式，对学生进行全面的综合考核。成绩的构成为：实验预习A%、实验操作B%、实验纪律C%等。 （正文宋体，小四，20磅行距，首行缩进2字符） 7、参考教材 序号.作者（编著者）.书名（版本）.出版地：出版社，出版年份 序号.[国别]作者（编著者）.书名（版本）.译者（若为中文版）.出版地：出版社，出版年份。（正文宋体/小四，20磅行距，首行缩进2字符） 二、理论课教学大纲 第一章绪论 [目的要求]：（宋体、小四、加粗、20磅行距，左对齐） 1.掌握。。。 2.熟悉。。。（正文宋体，小四，20磅行距，首行缩进2字符） 3.了解。。。 [教学内容]： 一、化学研究的对象 二、化学的发展史 三、化学和医药学 四、化学课程的任务 五、学习化学的方法 [教学时数]∶理论教学1学时 [教学方法和手段]： 教学方法（正文宋体，小四，20磅行距，首行缩进2字符） 1. 自学/课堂讲授 2. 自学与讲授结合 。。。。。。 教学手段（板书/录像/多媒体/网络媒体/挂图/模型/标本等） 1.。。。
《有机化学基础》知识梳理 第五章进入合成有机高分子化合物的时代 第一节合成高分子化合物的基本方法 一、加成聚合反应 1、定义与特点 （1）定义：是由一种或两种以上的单体结合成高聚物的反应。 （2）特点： ①单体必须是含双键、三键等不饱和键的化合物。 ②没有副产物生成，聚合物链节的化学组成与单体的化学组成相同。聚合物的相对分子质量是单体相对分子质量的整数倍。 2、类型 （1）均聚反应：仅由一种单体发生的加聚反应。 （2）共聚反应：由两种或两种以上单体发生的加聚反应。 链节：指高分子化合物中化学组成相同、可重复的最小单位。 单体：能够进行聚合反应形成高分子化合物的低分子化合物。 聚合度：高分子链中含有链节的数目，用n表示。 3、加成聚合反应方程式的书写 书写聚合物时，要把单键上的原子或原子团“折向一边”写在垂直位置。 注：链节内的氢原子不需折向一边，直接写在链节里。 4、加聚反应单体的判断 链节主链：“单键变双键，双键变单键，哪里过饱和，哪里断开”。 （1）凡链节的主键中只有两个碳原子的聚合物，其单体必为一种。将两个半键闭合成双键即可形成单体。 （2）链节主链中有四个碳原子，且链节中无双键的聚合物，其单体必为两种。在正中央断开，将半键闭合即可还原成两个单体。 （3）凡链节主链中只有碳原子（除H外无其他原子）并存在碳碳双键结构的高聚物，其规律是“见双键，四个碳，无双键，两个碳”。按此规律断开，将半键闭合即可得到相应单体。 二、缩合聚合反应 1、定义 由（一种或两种以上的）单体，通过分子间相互缩合而生成聚合物，同时有小分子生成的反应。 反应机理：发生在不同的官能团之间。 2、特点： （1）单体往往是具有双官能团或多官能团的小分子。 （2）有小分子副产物（如H2O、HCl、NH3等）生成。 （3）所得聚合物链节的化学组成与单体的化学组成不同。 （4）含有两个官能团的单体缩聚后生成的聚合物呈线型结构。 3、缩聚反应方程式的书写 书写时，要在方括号外侧写出链节余下的端基原子或端基原子团。 一般而言，同一种单体进行缩聚反应，生成小分子的化学计量数为n-1；由两种单体进行缩聚反应，生成小分子的化学计量数为2n-1。
高分子纳米材料（论文）题目：高分子纳米材料及其应用 化工学院学院高分子材料与工程专业 学号0502110202 学生姓名 指导教师 二〇〇一四年十一月
高分子纳米材料及其应用 摘要：高分子纳米材料是一门新兴并且发展迅速的一门科学。其具有很多独特 的性质，应用前景非常广阔。本文主要介绍了高分子材料的性质，同时介绍了高分子纳米复合材料常见的制备方法及其在各个领域的应用。 关键词：性质；纳米复合材料；制备方法；应用 Abstract: Polymer nano-materials is an emerging and rapidly developing research direction. It has many unique properties and broad application. This paper describes the properties of polymer materials, and also introduced preparation method of the polymer nano-composite materials .The paper also introduces its application in various fields. Key words:Properties; Nano-composite materials; Preparation method; Application 1 引言 纳米材料科学是一门新兴的并正在迅速发展的材料科学。由于纳米材料体系具有许多独 特的性质，应用前景广阔，而且涉及到原子物理、凝聚态物理、胶体化学、配位化学、化学 反应动力学和表面、界面科学等多种学科，在实际应用和理论上都具有极大的研究价值，所 以成为近些年来材料科学领域研究的热点之一，被誉为“21世纪最有前途的材料”。[1, 2] 纳米作为一个材料的衡量尺度，其大小为1 nm (纳米) =10~9 m (米)，即十亿分之一米， 大约是10个原子的尺度。最初定义的纳米材料仅仅是指1~100 nm 尺度范围的纳米颗粒及 由他们构成的纳米固体和薄膜。目前，在广义上定义的纳米材料是指三维空间尺度里至少有 一维是纳米尺寸或者由它们作为结构基本单元的材料；根据定义按照空间维度可以将纳米材 料分为三类：(1) 维度为零的纳米材料，是指纳米颗粒、原子团簇等三维空间尺度均在纳米 尺寸的材料；(2) 维度为一的纳米材料，是指纳米线、纳米管等三维空间尺度中有两维是纳 米尺度的材料；(3) 维度为二的纳米材料，是指纳米膜、超晶格等三维空间尺度中仅有一维 是纳米级的材料；[3] 2 纳米材料的性质[4, 5] 物质的尺寸一旦与原子尺寸在同一量级时，其表面电子结构和晶体结构就会发生变化， 导致纳米材料会具备一些表面效应、小尺寸效应等优异特性。 (1)量子尺寸效应。量子尺寸效应又称量子限域效应，当粒子尺寸下降到一定程度时，金属 费米能级附近的电子能级由准连续能级变为离散能级，以及能隙变宽现象均为量子尺寸 效应。材料或物质的物理性质在很多方面都是由材料的电子结构决定的，当材料尺寸小
思考题和练习题解答 思考题 1. 表面性质与相邻两体相的性质有关，但又与两体相性质有所不同。处于表面层的分子由于它们的受力情况与体相中分子的受力情况不相同，因此，表面层的分子总是具有较高的能量。此外，表面性质还与表面积密切相关。表面积越大，则表面能越高，表面越不稳定。这将导致表面层自发地减少表面能（减少表面积或表面吸附）。 药粉的药效比药丸快。因为药粉的比表面积比药丸大得多，表面能较高，活性高。 2. 将变成绷紧的圆环状。这是因为液膜被刺破后，细丝两边不同曲率的部分附加压力方向不同（均指向曲面的球心方向）。经附加压力的调整后，最后，线圈以规则的形状存在。 3．一个过程的自发与否是由过程的吉布斯自由能决定的。尽管表面扩展过程熵是增加的，但同时也是吸热的，因此，ΔH >0。可见，单凭熵增加无法判断过程的方向。 4．可根据0p T γ??? < ????判断之。 上管中，管内液面呈凹状，附加压力朝外，当温度升高，表面张力下降，附加压力降低。因此，当右端液体受热时，朝右附加压力小于朝左边的附加压力，液体朝左移动。 下管可同样分析，由于下管液面呈凸状，附加压力朝内。因此，液体移动方向与上管相反。 5．附加压力s p 与曲率半径r ，表面张力γ的关系为 s 2p r γ = 由于右边气泡比左边气泡大，因此，曲率半径大，附加压力小。当将两边连通后，则左泡变小，右泡变大，直到左、右两边曲率半径相同时，两边达平衡。 若活塞同时连通大气，则两气泡同时变小，但变化速率不同，左泡先消失，右泡后消失。 6．从图可见，不均匀毛细管的左端管径大，曲率半径大，附加压力小，因此液体两端附加压力不相等，液体向右端移动；直到两端附加压力相等为止。因此，平衡时，液体应处于右端细管半径均匀的位置。 7. B 8． 11 2gh r γ ρ= 222g h r γρ=
纳米技术在化学工业中的合理运用 纳米型高端材料刚一问世，就凝聚住了全世界材料科学领域的目光。其原因是纳米型高端材料具备和以往工程材料在特性上的显著差异。比如，纳米型铁质材料的折裂应力数值较常规铁质材料超出12 倍之多;气体在纳米型材料中的传播速率较穿透常规材料的传播速率要高上千倍等;纳米值相同的铜质材料较常规的铜质材料其坚固性要强6 倍之多，并且其颗粒的硬度指标伴随着颗粒直径的缩减而提升;纳米型陶瓷制品具备一定的塑性或是可称其为超级塑性等。当今的纳米科技正有力地推进着我国化工科技的快速发展。伴随着相当量的纳米型科技产品的陆续推出以及其所彰显出的广阔运用空间，目前纳米科技已经变成了全世界关注的热门技术。纳米科技在现实化工领域的运用方式如下。 1 复合型材料方面的运用 当今的复合型材料生产过程中，采用纳米型粒子作为原料能够增加材料硬度，减小材料本身的密度，增强其抵御化学品腐蚀、耐高温及耐磨损的性能。并且可给所生产的材料增加一部分新式的功能，譬如导电功能，在白色光源照射及其他光谱照射下可大幅度改变它本身的反应敏捷能力等。以粘土为基本原料加工制作出的纳米型复合式材料将在不远的将来可赢得广阔的市场空间，以碳质纳米材料管为基体的新款结构型多功能材料的开发过程亦近在咫尺，其所存在的重点缺陷是生产费用很高，需要使用优质的填料管材(单壁型纳米材料管)。大批量运用较长但不十分完好的碳质纳米材料型纤维有望在短期内变成现实，这一科技进步有可能要对纳米型粘土多功能材料的运用带来较大影响。 2 化工转化及催化工程中的运用 化工产业及其关联领域，尤其在某些化共转化过程发挥着主要功能的生产过程正大面积推广利用纳米型高端科技来优化催化物质的品质。纳米型多孔原料内部所含有的沸石在石油冶炼工业中的运用已由来已久，纳米型多孔式构造的新兴催化剂的不断研发和推广，给大批化工合成技术的进步创造了有力条件，或促使化工转化过程可于较常规的状况下实施，并可显著的减小生产费用。比如利用此种催化制剂能把CH4 完整地转换成液相工业燃料，进而可将其当作柴油的替用品，而现时的加工工艺费用相当高。纳米型粒子催化制剂的性能表现决定于其本身的容积密度相当小。承载催化剂的载体对于其催化作用亦有较为严重的影响功能，倘若其用纳米型材料来构成，即能大幅度的增强催化剂本身的催化功效。 3 物质过滤及分离过程运用 在物质的过滤操作当中，纳米结构型过滤工艺被普遍运用到天然水及空气成分提纯过程以及别的相关工业操作环节中，其中包含生物制药以及生物酶的精选，油水成分的分离及废料的工艺排除等过程，另外其尚能够由氮氧化物分子结构中脱除氧原子。运用此工艺制取纯液态氧不用依托深冷液化工艺即可完成，所以能够大幅度减小生产费用。因为能够精准地调控眼径大小，故此其所获取的适用范围极为广阔。纳米孔状结构材料自身的物质吸收及吸附功能亦创造了其本身在生态环境改善工程中运用的极好机会，比如清除排放体中所含的重金属物质(比如As 及Hg 等)，运用其他类型纳米结构材料的过滤工艺亦获取了较大的发展。某些高分子聚合物、无机型多功能材料亦能应用于气体成分过滤过程，并且其运作效率亦非常高。比如现有一款利用排列整齐的碳质纳米材料管加工制成的薄膜，因为其纳米材料管和
第五章进入合成有机高分子化合物的时代 第一节合成高分子化合物的基本方法 一、合成高分子化合物的基本反应类型 1．加成聚合反应(简称加聚反应) (1)特点 ①单体分子含不饱和键(双键或三键)； ②单体和生成的聚合物组成相同； ③反应只生成聚合物。 — (2)加聚物结构简式的书写 将链节写在方括号内，聚合度n在方括号的右下角。由于加聚物的端基不确定，通常用“—” 表示。如聚丙烯的结构式。 (3)加聚反应方程式的书写 ①均聚反应：发生加聚反应的单体只有一种。如 ②共聚反应：发生加聚反应的单体有两种或多种。如 2．缩合聚合反应(简称缩聚反应) ？ (1)特点 ①缩聚反应的单体至少含有两个官能团； ②单体和聚合物的组成不同； ③反应除了生成聚合物外，还生成小分子； ④含有两个官能团的单体缩聚后生成的聚合物呈线型结构。 (2)缩合聚合物(简称缩聚物)结构简式的书写 要在方括号外侧写出链节余下的端基原子或原子团。如 ' (3)缩聚反应方程式的书写 单体的物质的量与缩聚物结构式的下角标要一致；要注意小分子的物质的量：一般由一种单体进行缩聚反应，生成小分子的物质的量为(n－1)；由两种单体进行缩聚反应，生成小分子的物质的量为(2n－1)。 ①以某分子中碳氧双键中的氧原子与另一个基团中的活泼氢原子结合成水而进行的缩聚反应。 ②以醇羟基中的氢原子和酸分子中的羟基结合成水的方式而进行的缩聚反应。 ③以羧基中的羟基与氨基中的氢原子结合成H2O的方式而进行的缩聚反应。 ^ 特别提醒单体与链节不同，如单体是CH2===CH2，链节为—CH2—CH2—，加聚物与单体结构上不相似，性质不同，不为同系物。如分子中无。 加聚反应缩聚反应不同点反应物单体必须是不饱和的！ 单体不一定是不饱和的，但必须要含有
纳米药物载体技术 用纳米粒子作为药物载体可实现靶向输送、缓释给药的目的, 这是由于小粒子可以进入很多大粒子难以进入的人体器官组织, 如小于50nm 的粒子就能穿过肝脏皮或通过淋巴传送到脾和骨髓, 也可能到达肿瘤组织。另外纳米粒子能越过许多生物屏障到达病灶部位, 如透过血脑屏障( BBB) 把药物送到脑部, 通过口服给药可使药物在淋巴结中富集等。具有生物活性的大分子药物( 如多肽、蛋白类药物) 很难越过生物屏障, 用纳米粒子作为载体可克服这一困难, 并提高其在体输送过程中的稳定性。用纳米粒子实现基因非病毒转染, 是输送基因药物的有效途径。 药物既可以通过物理包埋也可以通过化学键合的方式结合到聚合物纳米粒子中。载有药物的聚合物纳米粒子通常以胶体分散体的形式通过口服、经皮、皮下及肌肉注射、动脉注射、静脉点滴和体腔黏膜吸附等给药方式进入人体。制备聚合物纳米粒子的方法主要有以下几种: ( 1) 单体聚合形成聚合物纳米粒子; ( 2) 聚合物后分散形成纳米粒子; ( 3) 结构规整的两亲性聚合物在水介质中自组装形成纳米粒子。 1 单体聚合制备的聚合物纳米粒子 聚氰基丙烯酸烷基酯( PACA) 在人体极易生物降解, 且对许多组织具有生物相容性。制备聚氰基丙烯酸烷基酯纳米粒子采用的是阴离子引发的乳液聚合方法, 通常以OH-为引发剂, 反应一般在酸性水介质中进行, 常用的乳化剂有葡聚糖、乙二醇与丙二醇的嵌段共聚物和聚山梨酸酯等, 具体制备过程见图1。当反应介质pH 值偏高时, OH-浓度大, 反应速度快, 形成的PACA 分子量低, 以此作为给药载体材料进入人体后, 降解速度太快, 不利于药物缓释。因此聚合反应介质的pH 值通常控制在1.0~ 3.5 围。
纳米技术在化学中的应用 纳米（nm），又被称做毫微米，是一个长度的度量单位，常常被用在衡量微观物质。在纳米级之下，许多物质会显现出不同的性质，比如通常状态下的铜是电的良导体，但是在某纳米尺寸下铜将失去导电性，又比如纯净的铁是银白色的，而纳米级的铁是黑色的。因此，人类根据不同物质纳米尺寸下表现出的不同性质进行深入研究，使纳米科技变成一项造福于人类的技术。 标签：纳米技术；化学；化学工业 1 纳米技术概况 纳米，又称毫微米，是度量长度的单位，1米（m）=109纳米（nm），从换算关系中可见这是一个极小的单位，如果再形象一些，人类头发的平均直径是0.05毫米，把头发丝沿轴向平均剖成五万份，其中的一份即是1纳米，所以一般来说纳米是用来标注微观物质的大小的度量单位。 在宏观上铜是导电的，把铜研磨成粉末（微米级）后其依然具有导电的特性，但是一旦将铜粉末颗粒的直径研磨至纳米级之后，铜就不再导电了。与此相反的是，通常情况下二氧化硅是一种半导体具有单向导电性，如果将二氧化硅研磨成颗粒，并使颗粒的尺寸达到纳米级，那么其性质将会发生颠覆性改变——二氧化硅变得完全导电了。再比如，银这种物质在平常会释放出银离子，而银离子具有良好的杀菌作用，而将银做成纳米级的使其成为纳米银，其杀菌作用会大大提高。 由上可知，在纳米尺寸下，物质的许多性质将会发生改变，这种改变可能是与原来的性质相反或者是加强了原有的性质，甚至有些物质会体现出全新的性质，所以人们以此为基础发展了纳米技术。 纳米带动和发展了诸多学科，比如纳米化学、纳米医学、纳米电子学、纳米生物学和纳米材料学，而我们最常听到的既是纳米技术在化学和材料学中的应用，由于纳米技术研究的尺寸介于1到100纳米之间，所以通常认为，如果物体为固态粉末或者呈纤维状，当其有一维且小于100nm时，即为纳米尺寸；如果物体为球状，而且其比表面积大于60m2/g且其直径小于100nm时即达到纳米尺寸。在日常生活中很多材料的微观尺寸即以纳米表示，比如半导体材料的制程即为纳米级，截至2016年4月，最新的中央处理器（cpu）的制程为14nm。纳米材料有如下几大特点：（1）颗粒尺寸小。（2）比表面积大。（3）表面能高。（4）表面原子所占比例大等特点。纳米材料还有其独有的三大效应：（1）表面效应。（2）小尺寸效应。（3）宏观量子隧道效应。 2 举例说明纳米技术在化学中的应用 上文已经说明，一些物质在纳米尺寸之下会体现出诸多不同于处于宏观尺寸下的性质，所以纳米技术广泛应用于化学中。
纳米化学和纳米技术在化学中的重要性纳米化学就是在纳米水平上研究化学，主要研究原子以上、100nm以下的纳米世界中的各种化学问题的科学，是研究纳米体系的化学制备、化学性质及应用的科学。 纳米化学的发展历程 20世纪90年代以来，一场以信息技术、生物技术、能源技术和纳米技术为代表的科技革命正在全球兴起。其中，于20世纪80至90年代在世界范围内逐渐形成的纳米科学技术((NST，是人们普遍关注的最具代表性的热点领域。纳米科学技术是以现代先进科学技术为基础的多学科技术，它的深入发展又引发出纳米物理学、纳米化学、纳米生物学、纳米电子学、纳米材料学、纳米技术、纳米工艺等等一系列新的科学技术，纳米化学是其中极其重要的一门，可以说是纳米科学技术的基础骨干学科。纳米化学作为化学的一个崭新的分支学科，为化学的发展带来了新的机遇和挑战。 目前，人们对纳米科学技术的研究范围认识尚不完全统一，大多数学者认为，是基本颗粒在1一100nm尺度范围内，研究和应用原子、分子现象，并由此发展起来的多学科的，基础研究与应用研究紧密联系的新的科学技术[1-3]。纳米化学作为纳米科学技术的一个分支学科，正在发展之中，因此，还没有一个严格的定义，有学者提出，纳米化学是研究原子以上、100nm以下的纳米世界中的各种化学问题的科学[4]。这是一个令化学家们感
到欢欣鼓舞的新领域。 1959年，美国著名物理学家，1965年诺贝尔物理学奖获得者理查德。费因曼(Richard Phillips Feynman曾经说过:"There' s Plenty of Room at the Bottom"，提出逐级缩小装置，以致最后由人类直接按需要排布原子和分子，制造产品的设想，为后来纳米科技的发展指出了一条新思路。1963年，LJyeba等发展了气体冷凝法制备纳米粒子，并对金属纳米颗粒的形貌和晶体结构进行了电镜和电子衍射研究[5]。1977年麻省理工学院的德雷克思勒受理查德。费因曼思想的启发，首创纳米(nanotechnology)一词，随后在访问斯坦福大学时成立了NST (Nano scale Science and Technology)研究小组，成为纳米科技的先行者。1981年，IBM公司苏黎世的G . Binning和H . Rohrer发明了扫描隧道显微镜(STM)}6}，其横向分辨率可达0. lnm,纵向分辨率优于O.Olnm，进入到原子尺寸层次，使人们第一次直接观察到原子，观察到原子在物质表面上的排列形式。STM为我们揭示了一个可见的原子、分子世界[}l，为纳米科技的发展提供了前所未有的观察手段和操作工具，大大提高了人类认识和改造微观世界的能力，是20世纪末的重大科技成就之一，是1986年诺贝尔物理学奖的获奖项目。1984年在德国柏林召开了第二届国际超微粒子和等离子簇会议，使超微粒子技术成为世界性的热点。1984年，德国萨尔大学的格莱特首先研制出纳米微粒，并由它压制烧结得到一种新型凝聚态固体一纳米固体。1990年被认为是NST正式
第五章 进入合成有机高分子化合物的时代 第一节 合成高分子化合物的基本方法 一、合成高分子化合物的基本反应类型 1．加成聚合反应(简称加聚反应) (1)特点 ①单体分子含不饱和键(双键或三键)； ②单体和生成的聚合物组成相同； ③反应只生成聚合物。 (2)加聚物结构简式的书写 将链节写在方括号内，聚合度n 在方括号的右下角。由于加聚物的端基不确定，通常用“—” 表示。如聚丙烯的结构式。 (3)加聚反应方程式的书写 ①均聚反应：发生加聚反应的单体只有一种。如 ②共聚反应：发生加聚反应的单体有两种或多种。如 2．缩合聚合反应(简称缩聚反应) (1)特点 ①缩聚反应的单体至少含有两个官能团； ②单体和聚合物的组成不同； ③反应除了生成聚合物外，还生成小分子； ④含有两个官能团的单体缩聚后生成的聚合物呈线型结构。 (2)缩合聚合物(简称缩聚物)结构简式的书写 要在方括号外侧写出链节余下的端基原子或原子团。如 (3)缩聚反应方程式的书写 单体的物质的量与缩聚物结构式的下角标要一致；要注意小分子的物质的量：一般由一种单体进行缩聚反应，生成小分子的物质的量为(n －1)；由两种单体进行缩聚反应，生成小分子的物质的量为(2n －1)。 ①以某分子中碳氧双键中的氧原子与另一个基团中的活泼氢原子结合成水而进行的缩聚反应。 ②以醇羟基中的氢原子和酸分子中的羟基结合成水的方式而进行的缩聚反应。 ③以羧基中的羟基与氨基中的氢原子结合成H 2O 的方式而进行的缩聚反应。 特别提醒 单体与链节不同，如 单体是CH 2===CH 2，链节为—CH 2—CH 2—， 加聚物与单体结构上不相似，性质不同，不为同系物。如 分子中无。 3．加聚反应与缩聚反应的比较
胶体化学 *（）电泳在外电场的作用下胶体粒子在分散介质中定向移动的现象称为电泳说明溶胶粒子带电界面法移动法电泳装置实验测出在一定时间内界面移动的距离可求得粒子的电泳速度电动现象介绍四种电动现象：电泳、电渗、流动电势、沉降电势。 Fe(OH)溶胶粒子带正电*电势梯度时溶胶粒子与普通离子的运动速度溶胶粒子与一般离子定向移动的速度数量级接近电泳现象说明胶体粒子是带电的粒子的种类运动速度HOH－NaKCl－CHCOO－CHCOO－溶胶粒子~*胶体粒子的电泳速率影响因素：电势梯度越大、粒子带电越多、离子体积越小、介质粘度越小电泳速度越大电泳速率与加入的电解质有关：随着加入电解质的增多电泳速率变慢。 溶胶粒子与一般离子定向移动的速度数量级接近而溶胶粒子的质量约为一般离子的倍胶粒所带电荷的数量应是一般离子所带电荷的倍*电泳应用广泛例如：利用电泳速度不同可将蛋白质分子、核酸分子分离在医学上可利用血清的纸上电泳分离各种氨基酸和蛋白质在陶瓷工业中利用电泳将粘土与杂质分离得到高纯度的粘土等等。 *（）电渗外电场作用下溶胶粒子不动(如将其吸附固定于棉花或凝胶等多孔性物质中)而液体介质做定向流动的现象称为电渗若没有溶胶存在液体（如水）与多孔性固体物质或毛细管接触后固、液两相多会带上符号相反的电荷此时若在多孔材料或毛细管两端施加一定电压液体也将通过多孔材料或毛细管而定向流动这也是一种电渗电渗可用于纸浆脱水、陶坯脱水等*（）流动电势在外力作用下迫使液
体通过多孔隔膜（或毛细管）定向流动在多孔隔膜两端所产生的电势差称为流动电势电渗的逆过程P：电位差计*（）沉降电势分散相粒子在重力场或离心力场的作用下迅速移动时在移动方向的两端所产生的电势差称为沉降电势电泳的逆过程*说明：溶胶粒子和分散介质带有不同性质的电荷溶胶粒子为什么带电？溶胶粒子周围的分散介质中反离子（与胶粒所带电荷符号相反的离子）是如何分布的？电解质是如何影响电动现象的？双电层理论电泳电渗流动电势沉降电势（液体静止固体粒子运动）（固相不动液体移动）四种电现象的相互关系*溶胶粒子带电原因：扩散双电层理论①离子吸附：固体表面从溶液中有选择性地吸附某种离子而带电。 如AgI溶胶：溶液中I－过量时可吸附I－而带负电溶液中Ag过量时可吸附Ag而带正电。 ②电离：固体表面上的分子在溶液中发生电离而带电如蛋白质中的氨基酸分子:在pH低时氨基形成－NH而带正电在pH高时羧基形成－COO－而带负电。 *处在溶液中的带电固体表面在静电力作用必然要吸引等电量的、与固体表面上带有相反电荷的离子（即反离子或异电离子）环绕在固体粒子的周围这样便在固液两相之间形成了双电层。 下面简单介绍几个有代表性的关于双电层的理论。 *缺点：)不能解释表面电势与电势的区别：)不能解释电解质对电势的影响年亥姆霍兹首先提出在固液两相之间的界面上形成类似于平行板电容器那样的双电层：正负离子整齐地排列于界面层的
纳米技术的应用与前景 纳米技术作为一种高新科技，我认为其本质不亚于当年的电子与半导体科技，有着我们未所发掘到潜能与实用价值，在这个世代，各种技术的发展迅速，随着纳米技术的进一步发展，可以作为一种催化剂，促使各行各业的迅猛发展。 纳米技术是近年来出现的一门高新技术。“纳米”主要是指在纳米（一种长度计量单位，等于1/1000,000,000米）尺度附近的物质，其表现出来的特殊性能用于不同领域而称之为“纳米技术”，其具体定义见词条“纳米科技”。 纳米技术目前已成功用于许多领域，包括医学、药学、化学及生物检测、制造业、光学以及国防等等。本词条为纳米技术应用的总纲，包括如下领域： 1、纳米技术在新材料中的应用 2、纳米技术在微电子、电力等领域中的应用 3、纳米技术在制造业中的应用 4、纳米技术在生物、医药学中的应用 5、纳米技术在化学、环境监测中的应用 6、纳米技术在能源、交通等领域的应用 尽管从理论到实践是一个相当困难的过程，但纳米技术已经证明，可以利用扫描隧道电子显微镜等工具移动原子个体，使它们形成在自然界中永远不可能存在的排列方式，如IBM 公司的标志图案、比例为百亿分之一的世界地图、或一把琴弦只有50纳米粗的亚显微吉他。纳米材料的应用有着诱人的技术潜力，它的应用范围包括从制造工业、航天工业到医学领域等。美国全国科学基金会曾发表声明说：“当我们进入21世纪时，纳米技术将对世界人民的健康、财富和安全产生重大的影响，至少如同20世纪的抗生素、集成电路和人造聚合物那样。”科学家们预计，纳米技术在新世纪中的应用前景广阔，已经涵盖了材料、测量、机械、电子、光学、化学、生物等众多领域，信息技术与纳米技术的关系已密不可分。 从纳米科技发展的历史来看，人们早在1861年建立所谓肢体化学时即开始了对纳米肢体的研究。但真正对纳米进行独立的研究，则是1959年，这一年，著名美国物理学家、诺贝尔奖金获得者德·费曼在美国物理学年会上作了一次报告。他在报告中认为，能够用宏观的机器来制造比其体积小的机器，而这较小的机器又可制作更小的机器，这样一步步达到分子程度。费曼还幻想在原子和分子水平上操纵和控制物质。 在70年代末，美国MIT（麻省理工大学）的W.R.Cannon等人发明了激光气相法合成数十纳米尺寸的硅基陶瓷粉末。80年代初，德国物理学家H.Gleiter等人用气体冷凝发制备了具有清洁表面的纳米颗粒，并在超真空条件下原位压制了多晶纳米固体。现在看来，这些研究都属于纳米材料的初步探索。 科学家预言，尺寸为分子般大小、厚度只有一根头发丝的几百万分之一的纳米机械装置将在今后数年内投入使用。学术实验室和工业实验室的研究人员在开发分子马达、自组装材料等纳米机械部件方面取得了飞速进展。纳米机器具有可以操纵分子的微型“手指”和指挥这些手指如何工作、如何寻找所需原材料的微型电脑。这种手指完全可以由碳纳米管制成，碳纳米管是1991年发现的一种类似头发的碳分子，其强度是钢的100倍，直径只有头发的五万分之一。美国康奈尔大学的研究人员利用有机物和无机物组件开发出一个分子大小的马达，一些人称之为纳米技术领域的“T型发动机”。 纳米科技中具有主导或牵头作用的是纳米电子学，因为它是微电子学发展的下一代。纳米电子学是来自电子工业，是纳米技术发展的一个主要动力。纳米电子学立足于最新的物理理论和最先进的工艺手段，按照全新的理念来构造电子系统，并开发物质潜在的储存和处理