Реферат натему:
В«Новіматеріали на основі полімерних нанокомпозитів В»
Зміст:
Введення
1.Нанокомпозити зкераміки і полімерів
1.1.Матеріали зсітчастою структурою
1.2.Шаруватінанокомпозити.
2. Нанокомпозити, що містятьметали або напівпровідники
3. Молекулярні композити
4. Можливості нанотехнологій
Література
Введення
Зараз з упевненістю можнастверджувати, що одним з найбільш перспективних, а також багатообіцяючихнапрямів розвитку сучасної науки є нанотехнологія. Виходячи зсамої назви "нанотехнологія" можна зробити висновок, що дане науковенапрямок працює з об'єктами, розміри яких вимірюються нанометрів. Одиннанометр (від грецького В«наноВ» - карлик) дорівнює однієї мільярдної частини метра.На цій відстані можна впритул розташувати приблизно 10 атомів. Мабуть,першим ученим, що використав цю одиницю виміру, був Альберт Ейнштейн,який у 1905 р. теоретично довів, що розмір молекули цукру дорівнює одномунанометрів. Але тільки через 26 років німецькі фізики Ернст Руска, що отримавНобелівську премію в 1986 р., і Макс Кнолл створили електронний мікроскоп,забезпечує 15-кратне збільшення (менше, ніж існуючі тодіоптичні мікроскопи), він і став прообразом нового покоління подібнихпристроїв, що дозволили зазирнути в наносвіт.
Якщо говорити про полімернихкомпозиційних матеріалах, то тут слід почати з визначення поняття"Композиційний матеріал". За визначенням, композиційними називають матеріали,складаються з двох або більше фаз з чіткою міжфазної кордоном системи, якімістять підсилюють (армуючі) елементи (волокна, пластини, частки) зрізним відношенням довжини до перетину (що і створює посилюючий ефект),занурені в полімерну матрицю. Механічні властивості композиційногоматеріалу у великій мірі залежать від міжфазної взаємодії міжполімерною матрицею і армуючим елементами, тобто від величини адгезії.Природно, чим вище адгезія полімерної матриці до армуючим елементам, тимміцність композиту буде вище. Якщо ж говорити про нанокомпозіціоннихполімерних матеріалах, то використовувати визначення "армуючий наповнювач"стосовно до наночасткам не зовсім вірно. У нанокомпозитах наночастинкивзаємодіють з полімерною матрицею не на макро-(як у випадку зкомпозиційними матеріалами), а на молекулярному рівні. В наслідок такоговзаємодії утворюється композиційний матеріал, що володіє високоюадгезійною міцністю полімерної матриці до наночасткам. Слід зазначити, щонанокомпозіція має упорядковану внутрішню структуру.
Композиційними називаютьматеріали, що складаються з двох або більше фаз з чіткою міжфазної кордоном системи,які містять підсилюють (армуючі) елементи (волокна, пластини, частинки)з різним відношенням довжини до перетину (що і створює посилюючий ефект),занурені в полімерну матрицю.
Крім того, для отриманняполімерного композиційного матеріалу із заданими механічними, хімічними,діелектричними або ж теплофізичними властивостями необхідно було ввести вполімерну матрицю певну кількість модифікуючого наповнювача. Причомуякщо говорити про композиційних матеріалах, армованих макроелементами, то,як правило, кількість введеного в полімер наповнювача обчислювалося десяткамимасових відсотків. У разі нанокомпозитів мова йде про набагато меншихкількостях вводиться модифікуючого наповнювача. В якості прикладу можнапривести створення композиту на полімерній основі з наповнювачем з наночастиноксрібла. При концентрації срібла всього в декілька десятитисячних дольвідсотка композит проявляє надзвичайно сильну бактерицидну дію.
Однак унікальнівластивості наноматеріалів ускладнюють їх отримання. Надлишкова поверхневаенергія примушує наночастинки злипатися, агрегуватися. Крім того,наночастинки хімічно активні і при взаємодії з іншими речовинами частовтрачають свої унікальні властивості. Таким чином, не можна отриматинанокомпозіціонний полімерний матеріал по відомим та відпрацьованим технологіям.
Технологія отриманнянанокомпозіціонного матеріалу в першу чергу залежить від типу наночастинок,які вводяться в полімер. Так, при отриманні нанокомпозитів на основірізної кераміки і полімерів застосовується зольгель-технологія, в якійвихідними компонентами служать алкоголяти деяких хімічних елементів іорганічні олігомери. Спочатку алкоголяти піддають гідролізу, а потімпроводять реакцію поліконденсації гідроксидів. В результаті утворюється кераміказ неорганічної тривимірної сітки. Існує також метод синтезу, в якомуполімеризація та освіта неорганічного скла протікають одночасно.Можливе застосування нанокомпозитів на основі кераміки та полімерів в якостіспеціальних твердих захисних покриттів, а також як оптичні волокна.
Композиційніматеріали - ізотропний і орієнтований - і їх характерні властивості при різнихнаповнювачах: скло-(СВ), вуглецево-(УВ) і арамідноволоконном (АВ).
1. Нанокомпозити з кераміки і полімерів
Основні структурніпараметри наночасток - їх форма і розмір. Фізичні, електронні тафотофізичні властивості наночастинок і кластерів, що визначаються їх надзвичайновисокою питомою поверхнею (відношенням поверхні до об'єму), значновідрізняються від властивостей як блокового матеріалу, так і індивідуальних атомів.Наприклад, якщо розмір кристала золота зменшується до 5 нм, температураплавлення знижується на кілька сотень градусів. Властивості кінцевогонанокомпозіціонного матеріалу залежать від природи взаємодії між фазами ібудови міжфазних областей, об'ємна частка яких надзвичайно велика.
Дуже багато матеріалів -від металів і керамік до біомінералов - складаються з неорганічних наночастинок(Оксидів, нітридів, карбідів, силікатів і т.д.). Вони входять до складу інанокомпозитів на основі різної кераміки та полімерів. Несумісність цихнеорганічних і органічних компонентів - основна проблема, якудоводиться долати при створенні таких матеріалів. Надзвичайно важливо такожконтролювати в них ступінь мікрофазного поділу.
1. 1 Матеріали з сітчастою структурою
Найбільші успіхи вотриманні цих нанокомпозитів були досягнуті золь-гель технологією, в якійвихідними компонентами служать алкоголяти деяких хімічних елементів іорганічні олігомери.
Спочатку алкоголятикремнію (титану, цирконію, алюмінію або бору) піддають гідролізу
Si (OR) 4 + H2O ью (OH) Si (OR) 3 + ROH
(OH) Si (OR) 3 +H2O ью (OH) 2Si (OR) 2 + ROH
(OH) 2Si (OR) 2 +H2O ью (OH) 3Si (OR) + ROH
(OH) 3Si (OR) +H2O ью Si (OH) 4 + ROH,
а потім проводять реакціюполіконденсації гідроксидів
єSi-OR + HO-Siє ью єSi-O-Siє + ROH
єSi-OH + HO-Siє ью єSi-O-Siє + HOH.
В результаті утворюєтьсякераміка з неорганічної тривимірної сітки. Оскільки золь-гель реакція,протікає зазвичай у спиртових розчинах мономеру і алкоголятов неорганічногопопередника М (OR) n, не вимагає високої температури, в реакційні схемивдається включати органічні сполуки як у вигляді активних олігомерів, так іготових полімерів.
В якості органічногокомпонента використовують багато з'єднання (полістирол, полиимид, поліамід,полібутадієн і поліметилметакрилат) і в залежності від умов реакції івмісту компонентів отримують матеріали з різною надмолекулярноїорганізацією. Можна створити, скажімо, високодисперсні нанокомпозити на основіполідиметилсилоксану і тетраетоксісілана з включеними в неорганічну сіткуолігомерами.
Взагалі методів проведеннязоль-гель реакції декілька. Дж.Марк, наприклад, запропонував здійснювати гідролізі конденсацію в набряклої полімерній матриці. У ході такої реакції утворюютьсявзаємопроникні органічна і керамічна сітки, що забезпечуєунікальні механічні властивості кінцевого матеріалу.
Існує також методсинтезу, в якому полімеризація та освіта неорганічного скла протікаютьодночасно. За рахунок цього розширюється клас використовуваних мономерів, крімтого, при сушінні кінцевого продукту не від...
