納米復(fù)合材料精選(九篇)

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第1篇：納米復(fù)合材料范文

[關(guān)鍵詞]碳納米管；復(fù)合材料；結(jié)構(gòu)；性能

自從 1991 年日本筑波 NEC 實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家飯島澄男(Sumio Iijima)[1]首次報(bào)道了碳納米管以來(lái)，其獨(dú)特的原子結(jié)構(gòu)與性能引起了科學(xué)工作者的極大興趣。按石墨層數(shù)的不同碳納米管可以 分 為單壁碳 納 米管(SWNTs) 和多壁碳 納 米管(MWNTs)。碳納米管具有極高的比表面積、力學(xué)性能(碳納米管理論上的軸向彈性模量與抗張強(qiáng)度分別為 1~2 TPa 和 200Gpa)、卓越的熱性能與電性能(碳納米管在真空下的耐熱溫度可達(dá) 2800 ℃，導(dǎo)熱率是金剛石的 2 倍，電子載流容量是銅導(dǎo)線的 1000 倍)[2-7]。碳納米管的這些特性使其在復(fù)合材料領(lǐng)域成為理想的填料。聚合物容易加工并可制造成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的構(gòu)件，采用傳統(tǒng)的加工方法即可將聚合物/碳納米管復(fù)合材料加工及制造成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的構(gòu)件，并且在加工過(guò)程中不會(huì)破壞碳納米管的結(jié)構(gòu)，從而降低生產(chǎn)成本。因此，聚合物/碳納米管復(fù)合材料被廣泛地研究。

根據(jù)不同的應(yīng)用目的，聚合物/碳納米管復(fù)合材料可相應(yīng)地分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料兩大類(lèi)。近幾年，人們已經(jīng)制備了各種各樣的聚合物/碳納米管復(fù)合材料，并對(duì)所制備的復(fù)合材料的力學(xué)性能、電性能、熱性能、光性能等其它各種性能進(jìn)行了廣泛地研究，對(duì)這些研究結(jié)果分析表明：聚合物/碳納米管復(fù)合材料的性能取決于多種因素，如碳納米管的類(lèi)型(單壁碳納米管或多壁碳納米管)，形態(tài)和結(jié)構(gòu)(直徑、長(zhǎng)度和手性)等。文章主要對(duì)聚合物/碳納米管復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，并對(duì)其所面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行討論。

1 聚合物/碳納米管復(fù)合材料的制備

聚合物/碳納米管復(fù)合材料的制備方法主要有三種：液相共混、固相共融和原位聚合方法，其中以共混法較為普遍。

1.1 溶液共混復(fù)合法

溶液法是利用機(jī)械攪拌、磁力攪拌或高能超聲將團(tuán)聚的碳納米管剝離開(kāi)來(lái)，均勻分散在聚合物溶液中，再將多余的溶劑除去后即可獲得聚合物/碳納米管復(fù)合材料。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、方便快捷，主要用來(lái)制備膜材料。Xu et al[8]和Lau et al.[9]采用這種方法制備了CNT/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，并報(bào)道了復(fù)合材料的性能。除了環(huán)氧樹(shù)脂，其它聚合物(如聚苯乙烯、聚乙烯醇和聚氯乙烯等)也可采用這種方法制備復(fù)合材料。

1.2 熔融共混復(fù)合法

熔融共混法是通過(guò)轉(zhuǎn)子施加的剪切力將碳納米管分散在聚合物熔體中。這種方法尤其適用于制備熱塑性聚合物/碳納米管復(fù)合材料。該方法的優(yōu)點(diǎn)主要是可以避免溶劑或表面活性劑對(duì)復(fù)合材料的污染，復(fù)合物沒(méi)有發(fā)現(xiàn)斷裂和破損，但僅適用于耐高溫、不易分解的聚合物中。Jin et al.[10]采用這種方法制備了 PMMA/ MWNT 復(fù)合材料，并研究其性能。結(jié)果表明碳納米管均勻分散在聚合物基體中，沒(méi)有明顯的損壞。復(fù)合材料的儲(chǔ)能模量顯著提高。

1.3 原位復(fù)合法

將碳納米管分散在聚合物單體，加入引發(fā)劑，引發(fā)單體原位聚合生成高分子，得到聚合物/碳納米管復(fù)合材料。這種方法被認(rèn)為是提高碳納米管分散及加強(qiáng)其與聚合物基體相互作用的最行之有效的方法。Jia et al.[11]采用原位聚合法制備了PMMA/SWNT 復(fù)合材料。結(jié)果表明碳納米管與聚合物基體間存在強(qiáng)烈的黏結(jié)作用。這主要是因?yàn)?AIBN 在引發(fā)過(guò)程中打開(kāi)碳納米管的 π 鍵使之參與到 PMMA 的聚合反應(yīng)中。采用經(jīng)表面修飾的碳納米管制備 PMMA/碳納米管復(fù)合材料，不但可以提高碳納米管在聚合物基體中的分散比例，復(fù)合材料的機(jī)械力學(xué)性能也可得到巨大的提高。

2 聚合物/碳納米管復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀

2.1 聚合物/碳納米管結(jié)構(gòu)復(fù)合材料

碳納米管因其超乎尋常的強(qiáng)度和剛度而被認(rèn)為是制備新一代高性能結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的理想填料。近幾年，科研人員針對(duì)聚合物/碳納米管復(fù)合材料的機(jī)械力學(xué)性能展開(kāi)了多方面的研究，其中，最令人印象深刻的是隨著碳納米管的加入，復(fù)合材料的彈性模量、抗張強(qiáng)度及斷裂韌性的提高。

提高聚合物機(jī)械性能的主要問(wèn)題是它們?cè)诰酆衔锘w內(nèi)必須有良好的分散和分布，并增加它們與聚合物鏈的相互作用。通過(guò)優(yōu)化加工條件和碳納米管的表面化學(xué)性質(zhì)，少許的添加量已經(jīng)能夠使性能獲得顯著的提升。預(yù)計(jì)在定向結(jié)構(gòu)(如薄膜和纖維)中的效率最高，足以讓其軸向性能發(fā)揮到極致。在連續(xù)纖維中的添加量，單壁碳納米管已經(jīng)達(dá)到 60 %以上，而且測(cè)定出的韌度相當(dāng)突出。另外，只添加了少量多壁或單壁納米管的工程纖維，其強(qiáng)度呈現(xiàn)出了較大的提升。普通纖維的直徑僅有幾微米，因此只能用納米尺度的添加劑來(lái)對(duì)其進(jìn)行增強(qiáng)。孫艷妮等[12]將碳納米管羧化處理后再與高密度聚乙烯(HDPE)復(fù)合，采用熔融共混法制備了碳納米管/高密度聚乙烯復(fù)合材料，并對(duì)其力學(xué)性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：碳納米管的加入，提高了復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度和拉伸模量，但同時(shí)卻降低了材料的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。Liu 等[13]采用熔融混合法制得了 MWNT/PA6(尼龍 6)復(fù)合材料，結(jié)果表明，CNTs 在 PA6基體中得到了非常均勻的分散，且 CNTs 和聚合物基體間有非常強(qiáng)的界面粘接作用，加入 2 wt%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的 MWNTs 時(shí)，PA6 的彈性模量和屈服強(qiáng)度分別提高了 214 %和 162 %?？傊?，碳納米管對(duì)復(fù)合材料的機(jī)械性能的影響，在很大程度上取決于其質(zhì)量分?jǐn)?shù)、分散狀況以及碳納米管與基質(zhì)之間的相互作用。其他因素，比如碳納米管在復(fù)合材料中的取向，纖維在片層中的取向，以及官能團(tuán)對(duì)碳納米管表面改性的不均勻性，也可能有助于改善復(fù)合材料的最終機(jī)械性能。

2.2 聚合物/碳納米管功能復(fù)合材料

2.2.1 導(dǎo)電復(fù)合材料

聚合物/碳納米管導(dǎo)電復(fù)合材料是靜電噴涂、靜電消除、磁盤(pán)制造及潔凈空間等領(lǐng)域的理想材料。GE 公司[14]用碳納米管制備導(dǎo)電復(fù)合材料，碳納米管質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 10 %的各種工程塑料如聚碳酸酯、聚酰胺和聚苯醚等的導(dǎo)電率均比用炭黑和金屬纖維作填料時(shí)高，這種導(dǎo)電復(fù)合材料既有抗沖擊的韌性，又方便操作，在汽車(chē)車(chē)體上得到廣泛應(yīng)用。LNP 公司成功制備了靜電消散材料，即在 PEEK 和 PEI 中添加碳納米管，用以生產(chǎn)晶片盒和磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)元件。它的離子污染比碳纖維材料要低65 %～90 %。日本三菱化學(xué)公司也成功地用直接分散法生產(chǎn)出了含少量碳納米管的 PC 復(fù)合材料，其表面極光潔，物理性能優(yōu)異，是理想的抗靜電材料[15]。另外，聚合物/碳納米管導(dǎo)電復(fù)合材料的電阻可以隨外力的變化而實(shí)現(xiàn)通-斷動(dòng)作，可用于壓力傳感器以及觸摸控制開(kāi)關(guān)[16]；利用該材料的電阻對(duì)各種化學(xué)氣體的性質(zhì)和濃度的敏感性，可制成各種氣敏探測(cè)器，對(duì)各種氣體及其混合物進(jìn)行分類(lèi)，或定量化檢測(cè)和監(jiān)控[17]；利用該材料的正溫度效應(yīng)，即當(dāng)溫度升至結(jié)晶聚合物熔點(diǎn)附近時(shí)，電阻迅速增大幾個(gè)數(shù)量級(jí)，而當(dāng)溫度降回室溫后，電阻值又回復(fù)至初始值，可應(yīng)用于電路中自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出功率，實(shí)現(xiàn)溫度自控開(kāi)關(guān)[18]。

2.2.2 導(dǎo)熱復(fù)合材料

許多研究工作證明，碳納米管是迄今為止人們所知的最好的導(dǎo)熱材料?？茖W(xué)工作者預(yù)測(cè)，單壁碳納米管在室溫下的導(dǎo)熱系數(shù)可高達(dá) 6600 W/mK[19]，而經(jīng)分離后的多壁碳納米管在室溫下的導(dǎo)熱系數(shù)是 3000～6600 W/mK。由此可以想象，碳納米管可顯著提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)及在高溫下的熱穩(wěn)定性[20]。Wu 等[21]制 備 了 多 壁 碳 納 米 管 / 高 密 度 聚 乙 烯(MWNTs/HDPE)復(fù)合材料，并對(duì)其熱性能進(jìn)行了深入的研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：導(dǎo)熱系數(shù)隨著 MWNTs 含量的增加而升高。當(dāng)MWNTs 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到 38 h，混合材料的導(dǎo)熱系數(shù)比純HDPE 的高三倍多。徐化明等[22]采用原位聚合法制備的陣列碳納米管/聚甲基丙烯酸甲酯納米復(fù)合材料，在氮?dú)夂涂諝鈿夥障拢瑥?fù)合材料的熱分解溫度比基體材料分別提高了約 100 和60 ℃。在導(dǎo)熱性能上，陣列碳納米管的加人使得復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到 3.0 W/mK，比純 PMMA 提高了將近 13 倍。

2.2.3 其它功能復(fù)合材料

在碳納米管/聚合物功能復(fù)合材料方面最近有南昌大學(xué)納米技術(shù)工程研究中心[23]研制的一種多壁碳納米管/環(huán)氧樹(shù)脂吸波隱身復(fù)合材料。通過(guò)對(duì)多壁碳納米管進(jìn)行高溫 NaOH 處理，使碳管在其表面產(chǎn)生較多的孔洞，提高碳納米管的表面活性；制備的吸波隱身復(fù)合材料具有良好的雷達(dá)吸波效果和可控吸收頻段，這種吸波復(fù)合材料的體積電阻率在 106~107 ·cm 數(shù)量級(jí)，具有優(yōu)良的抗靜電能力，這對(duì)于調(diào)整雷達(dá)吸波材料的吸波頻段和拓寬吸波頻寬有著重要意義。美國(guó)克萊姆森大學(xué)Rajoriat[24]用多壁碳納米管對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂的阻尼性能進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)碳納米管樹(shù)脂基復(fù)合材料比純環(huán)氧樹(shù)脂的阻尼比增加了大約 140 %。

3 制備碳納米管聚合物復(fù)合材料中存在的問(wèn)題

3.1 碳納米管在基體中的分散問(wèn)題

碳納米管的長(zhǎng)徑比大，表面能高，容易發(fā)生團(tuán)聚，使它在聚合物中難以均勻分散。如何讓碳納米管在聚合物基體中實(shí)現(xiàn)均勻分散是當(dāng)前需要解決的首要難題。經(jīng)表面改性的碳納米管可均勻分散在聚合物基體中，可以利用化學(xué)試劑或高能量放電、紫外線照射等方法處理碳納米管，引入某些特定的官能團(tuán)。Liu J 等[25]首先采用體積比為 3∶1 的濃硫酸和濃硝酸對(duì)単壁碳納米管進(jìn)行氧化處理，得到了端部含羧基的碳納米管，提高其在多種溶劑中的分散性。ChenQD[26]將碳納米管用等離子射線處理后引入了多糖鏈。還可運(yùn)用機(jī)械應(yīng)力激活碳納米管表面進(jìn)行改性，通過(guò)粉碎、摩擦、超聲等手段實(shí)現(xiàn)。

3.2 碳納米管的取向問(wèn)題

碳納米管在聚合物中的取向應(yīng)符合材料受力的要求，研究表明，通過(guò)一定的加工例如機(jī)械共混剪切可以改善碳納米管在聚合物中的取向，從而進(jìn)一步改善復(fù)合材料的性能。Jin L[27]將多壁碳納米管溶解于一種熱塑性聚合物溶液中，蒸發(fā)干燥制備出碳納米管呈無(wú)序分散狀態(tài)的薄膜，然后在其軟化溫度之上加熱并用恒定負(fù)荷進(jìn)行機(jī)械拉伸，使其在負(fù)荷下冷卻至室溫，發(fā)現(xiàn)通過(guò)機(jī)械拉伸復(fù)合物可以實(shí)現(xiàn)碳納米管在復(fù)合物中的定向排列。

3.3 復(fù)合材料成型問(wèn)題

當(dāng)前碳納米管/聚合物復(fù)合材料的成型一般采取模壓、溶液澆鑄等手段，模壓操作簡(jiǎn)單、易于工業(yè)化，但在降溫過(guò)程中，樣品由于內(nèi)外溫差較大會(huì)發(fā)生表面開(kāi)裂等問(wèn)題；溶液澆鑄形成的樣品不受外界應(yīng)力等因素的影響，但除去溶劑過(guò)程較長(zhǎng)，碳納米管易發(fā)生團(tuán)聚。

此外，聚合物進(jìn)行增強(qiáng)改性所用的填料由原來(lái)微米級(jí)的玻璃纖維、有機(jī)纖維等發(fā)展到如今的碳納米管，填料尺寸上的變化使復(fù)合物材料原有的加工技術(shù)和表征手段都面臨著新的挑戰(zhàn)，需要在今后大力發(fā)展原子水平的新型加工技術(shù)和表征手段，以適應(yīng)碳納米管聚合物復(fù)合材料發(fā)展的需要。

4 結(jié)語(yǔ)

碳納米管以其獨(dú)特的性能正在越來(lái)越多領(lǐng)域得到應(yīng)用，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步當(dāng)前碳納米管復(fù)合材料制備過(guò)程中存在的各種問(wèn)題會(huì)逐漸得到解決，總有一天納米技術(shù)會(huì)真正走到人們的現(xiàn)實(shí)生活當(dāng)來(lái)，給人們的生活帶來(lái)翻天覆地的改變。

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第2篇：納米復(fù)合材料范文

石墨烯是迄今為止實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)的最堅(jiān)韌、導(dǎo)電和導(dǎo)熱最好的材料。為盡快使石墨烯達(dá)到工程應(yīng)用狀態(tài)，歐盟在2012年啟動(dòng)石墨烯旗艦技術(shù)項(xiàng)目[3]，美國(guó)也大力投入，并且在石墨烯作為超強(qiáng)電容器等應(yīng)用研究已取得了突破性進(jìn)展[3]。濕化學(xué)還原法容易實(shí)現(xiàn)石墨烯納米片的大批量制備，并且獲得的石墨烯具有較好的親水性和單分散性，是理想的復(fù)合材料納米填料[4]。

由于石墨烯具有高的強(qiáng)度，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)1060GPa，如何利用其來(lái)提高復(fù)合材料的強(qiáng)度成為研究熱點(diǎn)。目前已有關(guān)于石墨烯納米片增強(qiáng)高分子聚合物[5]和陶瓷材料[6]的報(bào)道。聚乙烯醇中填加0.7%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的石墨烯納米片，其抗拉強(qiáng)度提高76%[5]；Al2O3陶瓷基體中填加0.78%體積分?jǐn)?shù)的石墨烯納米片時(shí)，其彎曲強(qiáng)度提高30.75%，同時(shí)斷裂強(qiáng)度提高27.20%[6]。但未見(jiàn)關(guān)于石墨烯納米片增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的報(bào)道。

鋁合金具有低的密度，高的強(qiáng)度和良好的延展性，在航空、航天等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。作為結(jié)構(gòu)材料，如何提高鋁合金強(qiáng)度一直是其研究者的主攻方向。目前來(lái)看，利用改變合金熔煉方式、調(diào)控成分、調(diào)整熱處理和變形工藝等方法在進(jìn)一步提高鋁合金性能難有突破，鋁基復(fù)合材料應(yīng)運(yùn)而生。在鋁合金中填加石墨、碳化硅、碳化硼和碳納米管制備鋁基復(fù)合材料來(lái)提高合金強(qiáng)度成為學(xué)者們研究方向。但增強(qiáng)效果不盡人意，且材料的塑性大幅降低[7-10]。石墨烯納米片具有高的強(qiáng)度，大的比表面積和較好的延伸率，將其添加到鋁合金中形成鋁基復(fù)合材料，或許是解決提高鋁合金強(qiáng)度難題的不錯(cuò)選擇。

本工作采用球磨混粉、熱等靜壓法（HIP）和熱擠壓的方法，制備鋁基烯合金材料，對(duì)鋁基烯合金其微觀組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能進(jìn)行表征并分析石墨烯納米片的增強(qiáng)增韌機(jī)制。

實(shí)驗(yàn)材料及方法

鋁合金粉末的制備

采用緊耦合氣霧化的方式制備鋁合金粉末（Al-Mg-Cu），鎂和銅含量分別為1.5%和3.9%。霧化介質(zhì)為氮?dú)猓?9.99%），霧化室壓力為800Pa，溫度為800℃。

石墨烯納米片制備

以純度為99.9%的天然石墨為原材制備石墨烯納米片，采用改進(jìn)的Hummers方法制備氧化石墨烯納米粉末，用水合肼在95℃下還原24小時(shí)，獲得幾個(gè)原子層厚度的石墨烯納米片，制備方法與文獻(xiàn)[11]相同。

鋁合金和鋁基烯合金的制備過(guò)程

（1）將3克石墨烯納米片分散到3升無(wú)水乙醇中，超聲振蕩1小時(shí)得到均勻黑色石墨烯溶液；

（2）將1千克Al-Mg-Cu鋁合金粉末分別加入到3升石墨烯溶液（制備含0.3%石墨烯的鋁基復(fù)合材料）和3升無(wú)水乙醇（制備對(duì)比鋁合金）中，封裝在球磨罐中球磨24小時(shí)；

（3）將球磨后的漿料倒入燒杯，移入80℃水浴鍋中，在機(jī)械攪拌下進(jìn)行干燥處理至漿料至半干狀態(tài)后，轉(zhuǎn)移到真空烘干箱中進(jìn)行徹底干燥處理；

（4）將干燥的上述粉末裝入圓柱形鋁包套中，并抽真空至真空壓強(qiáng)為1×10-2Pa后，加熱到300～400℃，保溫2小時(shí)，冷到室溫后焊接封口；

（5）將封好的鋁包套進(jìn)行480℃/150MPa/2小時(shí)熱等靜壓處理；

（6）將熱等靜壓后的試塊在400～480℃進(jìn)行熱擠壓，擠壓比為10：1，擠壓速率為3mm/s，擠壓力為300kN；

（7）對(duì)棒材進(jìn)行495℃/30分鐘固溶處理+96小時(shí)自然時(shí)效。

材料微觀組織表征和力學(xué)性能測(cè)試

采用光學(xué)顯微鏡（Leica）、場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（FESEM，JEOL JSM-7001）和透射電子顯微鏡（TEM，F(xiàn)EI Tecnai G2 F20）觀察材料的微觀組織結(jié)構(gòu)。利用X射線衍射儀（XRD）對(duì)材料的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。在萬(wàn)能拉伸機(jī)上測(cè)試?yán)煨阅?，測(cè)試溫度為室溫，加載方向與熱擠壓方向一致，拉伸試樣工作區(qū)尺寸為φ5mm×2.5mm。

結(jié)果與討論

微納米粉末的組織結(jié)構(gòu)

鋁合金粉末為直徑d

鋁基烯合金的顯微組織

鋁基烯合金熱處理后其顯微組織均勻細(xì)小，冶金質(zhì)量良好，未見(jiàn)明顯的冶金缺陷。鋁合金具有片層狀組織結(jié)構(gòu)，片層的厚度大約為3～8μm，片層直徑大約為20～40μm，HIP+熱擠壓工藝沒(méi)有破壞鋁合金粉末的片狀結(jié)構(gòu)。軸向顯微組織保留著擠壓變形特征，組織沿變形方向被拉長(zhǎng)到100μm以上，厚度為幾個(gè)μm，成板條狀，組織均勻細(xì)小。作者首次在TEM下觀察到石墨烯增強(qiáng)金屬基納米復(fù)合材料中的石墨烯納米片的形態(tài)。石墨烯納米片在鋁合金基體上鋪展性好，兩者具有較大的結(jié)合界面，清楚地看到石墨烯納米片的二維薄膜形態(tài)和褶皺結(jié)構(gòu)特征，觀察區(qū)域石墨烯納米片的尺寸超過(guò)2?m，說(shuō)明石墨烯納米片沒(méi)有在鋁合金烯合金基體中碎裂。經(jīng)球磨、熱等靜壓、熱擠壓和固溶熱處理等一系列工藝后，石墨烯納米片保留著原始組織結(jié)構(gòu)特性，可以推測(cè)其仍然保持著原有高的抗拉強(qiáng)度。

鋁合金和鋁基烯合金力學(xué)性能

添加石墨烯納米片提高了鋁基烯合金的屈服強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度，且其伸長(zhǎng)率也有所改善，這在第二相增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的研究中是首次發(fā)現(xiàn)。石墨烯納米片加入明顯提高了合金的抗拉強(qiáng)度從364MPa提高到455MPa，增加了25%；同時(shí)合金的屈服強(qiáng)度也得到大幅提高，從204MPa提高到322MPa，提高幅度高達(dá)58%，其提高的幅度明顯優(yōu)于其它材料增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的增強(qiáng)效果[13]。同時(shí)，可以看出填加石墨烯納米片，并沒(méi)有像SiC[7， 8]或碳納米管[10]增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的塑性顯著下降，鋁基烯合金的延伸率不但沒(méi)有下降，還略有升高，由對(duì)比合金的11.03%提高到11.80%。填加石墨烯納米片對(duì)鋁合金的彈性模量影響不大，對(duì)比本次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)已有顆?；蛱祭w維增強(qiáng)的數(shù)據(jù)來(lái)看，石墨烯納米片對(duì)金屬基體的增強(qiáng)機(jī)理與普通碳纖維或顆粒有所不同。

石墨烯納米片的增強(qiáng)增韌機(jī)制分析

鋁基烯合金棒材的拉伸斷口的微觀形貌為典型的韌窩斷裂，韌窩和撕裂棱均勻而細(xì)小，撕裂棱的表面可以清晰觀察到石墨烯納米片。與其他增強(qiáng)材料相比，石墨烯納米片對(duì)鋁合金基體具有不同的增強(qiáng)增韌機(jī)制。首先，由TEM觀察可知石墨烯納米片與鋁合金基體形成了良好的結(jié)合界面，并且石墨烯納米片具有超大的比表面積，這有效阻止了熱處理過(guò)程中鋁合金晶粒的長(zhǎng)大，同時(shí)石墨烯納米片/鋁合金結(jié)合界面可以有效阻止材料變形過(guò)程中的位錯(cuò)移動(dòng)和裂紋擴(kuò)展。其次，石墨烯厚度只有幾個(gè)納米，鋁合金晶粒之間的間距非常小的，這更有利于外力從鋁合金基體轉(zhuǎn)移到石墨烯納米片，因此石墨烯納米片的超高強(qiáng)度能被直接利用，從而實(shí)現(xiàn)材料的高強(qiáng)度。最后，由于石墨烯納米片大的比表面積，易與鋁合金基體形成大的結(jié)合性能優(yōu)良的結(jié)合界面，及石墨烯納米片特有的褶皺結(jié)構(gòu)，使得鋁基烯合金受力過(guò)程中，石墨烯納米片存在一個(gè)褶皺展平再斷裂的過(guò)程，加之石墨烯納米片本身具有良好的塑性，因此材料的塑性非常好。這賦予了鋁基烯合金材料更廣闊的應(yīng)用前景。而石墨烯皺褶結(jié)構(gòu)決定了鋁基烯合金具有良好塑性。雖然石墨烯納米片增強(qiáng)鋁合金納米復(fù)合材料的力學(xué)性能提高顯著，但是還有很多的未知需要進(jìn)一步探索，隨后我們會(huì)進(jìn)一步展開(kāi)石墨烯納米片的增強(qiáng)增韌機(jī)制的深入研究。

結(jié)論

（1）采用球磨制粉+熱等靜壓+擠壓的方法成功制備了新型鋁基烯合金材料。石墨烯納米片的引入沒(méi)有影響鋁合金的冶金成型。

（2）石墨烯納米片均勻分布在鋁合金基體中，并與鋁合金基體形成了良好的結(jié)合界面。在鋁基烯合金材料中石墨烯納米片保留了良好的原始結(jié)構(gòu)。

（3）添加0.3%的石墨烯納米片，明顯提高了鋁合金的強(qiáng)度。屈服強(qiáng)度從204MPa提高到322MPa，提高幅度高達(dá)58%；抗拉強(qiáng)度從364MPa提高到455 MPa，增加了25%，同時(shí)塑形未見(jiàn)降低。

第3篇：納米復(fù)合材料范文

【關(guān)鍵詞】石墨稀 制備 光催化

1.引言

石墨稀是一種新型的二維蜂窩狀的碳納米材料。碳原子以sp2軌道雜化成鍵，有著很強(qiáng)的穩(wěn)定性、大的比表面積、高導(dǎo)電性能、磁學(xué)性能和高吸附性等物理化學(xué)性質(zhì)。將石墨稀作為載體，與各類(lèi)金屬催化劑制備成的石墨稀納米復(fù)合材料，擁有更強(qiáng)的催化性能和效果。石墨烯復(fù)合材料的研究已經(jīng)在光催化、電催化、醫(yī)藥應(yīng)用等領(lǐng)域中開(kāi)展并取得了一定的成果。在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用研究顯得尤為突出和重要。

2.石墨稀納米復(fù)合材料的制備

目前石墨烯的主要制備方法有：機(jī)械剝離法、化學(xué)還原法、晶體外延生長(zhǎng)法、化學(xué)氣相沉積法等，其中化學(xué)還原法是最簡(jiǎn)單有效的制備方法，應(yīng)用化學(xué)還原法制備石墨烯以及其復(fù)合物可分為4類(lèi)。

2.1 使催化劑前體在還原后的石墨烯上生長(zhǎng)，并且對(duì)石墨烯表面進(jìn)行不斷的化學(xué)修飾，可避免石墨烯薄片聚集，還可以增強(qiáng)石墨稀與催化劑之間的相互作用。通過(guò)驗(yàn)證證明，經(jīng)化學(xué)修飾后的石墨烯復(fù)合物的互溶性及反應(yīng)的活性位都得到了增強(qiáng)。

2.2 首先使有著完美結(jié)構(gòu)的催化劑盡可能沉積在石墨烯氧化物的表面上。在石墨烯氧化物表面上，有大量含氧官能團(tuán)存在，使得催化劑能夠均勻地分布在其表面上。在經(jīng)對(duì)搭載有催化劑的石墨稀氧化物進(jìn)行還原，便可得到石墨烯復(fù)合物。

2.3 利用原位生長(zhǎng)和還原法制備，就是先把石墨烯的氧化物同催化劑前體進(jìn)行混合，再經(jīng)化學(xué)修飾和還原，來(lái)制備石墨烯復(fù)合物的實(shí)驗(yàn)手段。常用的還原劑有硼氫化鈉等。

2.4 利用一鍋生長(zhǎng)法來(lái)制備石墨烯的復(fù)合物，通常把石墨烯的氧化物和催化劑前體先在高壓反應(yīng)釜中進(jìn)行直接混合，這樣，石墨烯氧化物被還原的同時(shí)，催化劑也在不斷的生長(zhǎng)。最終得到具有較好作用的化學(xué)鍵的石墨稀復(fù)合材料。

此外，超聲化學(xué)法也常用于制備石墨稀復(fù)合材料。即利用超聲波引發(fā)的特殊物理和化學(xué)條件，來(lái)加強(qiáng)和改善液-固非均勻體系的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，強(qiáng)化反應(yīng)傳質(zhì)過(guò)程，進(jìn)而控制晶體生長(zhǎng)以及團(tuán)聚的發(fā)展，得到粒度分布較窄的超細(xì)顆粒。

3.石墨稀納米復(fù)合材料的光催化應(yīng)用

3.1 石墨稀提高光催化劑效率的原因

通過(guò)將光催化劑搭載到石墨稀上，形成石墨烯復(fù)合材料，可以很好的改善催化劑的性能，彌補(bǔ)光催化劑本身的不足。使石墨稀與某些光催化材料復(fù)合，可以適當(dāng)減小禁帶寬度，提高對(duì)可見(jiàn)光的利用效率，提高該催化劑的光催化率。石墨烯有高導(dǎo)電性，當(dāng)電子得到能量激發(fā)時(shí)，能夠輕易地遷移到石墨烯片層結(jié)構(gòu)中，降低激發(fā)電子與空穴復(fù)合的概率，提高其催化效率。石墨烯有大的比表面積，可以很好地吸附污染物，并通過(guò)激發(fā)電子和空穴的氧化產(chǎn)物-自由基處理污染物。由此可見(jiàn)，石墨烯不僅起到吸附污染物的作用，而且還可以為光催化反應(yīng)提供良好的反應(yīng)位。

3.2 石墨稀復(fù)合材料的光催化應(yīng)用研究

劉輝等人通過(guò)控制鈦酸丁酯在氧化石墨烯表面原位水解的方法制備石墨烯與二氧化鈦復(fù)合光催化劑，并進(jìn)行了性能測(cè)定。由石墨稀-二氧化鈦的SEM分析可知，在石墨稀表面生成了密集的二氧化鈦納米層，該結(jié)構(gòu)可以加速催化反應(yīng)，提高光催化的效率。由石墨稀紫外分析可知，二氧化鈦吸收發(fā)生紅移，同時(shí)提高了吸收強(qiáng)度，擴(kuò)大了吸收波長(zhǎng)的范圍，有效改善了二氧化鈦的禁帶寬度，提高光催化效率。降解羅丹明B模擬污染物測(cè)試結(jié)果表明，石墨稀-二氧化鈦復(fù)合材料在可見(jiàn)光區(qū)域有較強(qiáng)的吸收，同時(shí)，由于其表面的羅丹明B富集度提高，進(jìn)而提高了其光催化活性。

周田等人利用超聲化學(xué)法制備了CdS與石墨烯納米復(fù)合材料，并對(duì)該復(fù)合催化劑進(jìn)行了性質(zhì)分析和光催化實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明，CdS與石墨烯納米復(fù)合材料的衍射峰明顯變寬，石墨烯上負(fù)載的CdS 尺寸小，原因是石墨烯的存在，阻止了CdS 晶粒的長(zhǎng)大和團(tuán)聚。在石墨稀的片層結(jié)構(gòu)上，均勻地密布著CdS微粒，并形成了大的納米層。依據(jù)石墨烯的特性，可作為性能優(yōu)良的電子接受體，CdS 納米粒子因受光激發(fā)后，產(chǎn)生的光生電子會(huì)迅速?gòu)腃dS 轉(zhuǎn)移到石墨烯的片層表面，使發(fā)射強(qiáng)度減弱，復(fù)合材料的吸收曲線發(fā)生了藍(lán)移，且發(fā)光強(qiáng)度有顯著地降低。

3.3 總結(jié)

眾多的研究都表明，通過(guò)將光催化劑搭載到石墨稀上，形成納米復(fù)合材料，可以很好地改善催化劑本身的禁帶寬度大、激發(fā)電子與空穴的負(fù)荷率高等的缺點(diǎn)；同時(shí)，利用石墨稀本身的物理化學(xué)特性，如優(yōu)異的導(dǎo)電性、大的表面積的等，大大的提高催化劑的光催化效率。因此，石墨稀復(fù)合材料將廣泛的應(yīng)用于光催化領(lǐng)域中。

4.應(yīng)用展望

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，水將會(huì)成為未來(lái)的新能源。目前，利用光能催化分解水制氫的研究主要集中于無(wú)機(jī)半導(dǎo)體催化制氫、光生物催化制氫和還原水制氫，而已有的光催化分解水制氫體系效率低下，只能在紫外光范圍內(nèi)工作。所以，通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)拇呋瘎⑴c石墨稀復(fù)合形成的復(fù)合材料，探索一種高效的光催化制氫的體系變的十分重要，并有著很大的潛在實(shí)用價(jià)值。這將為石墨稀復(fù)合材料提供廣大的發(fā)展空間。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王保偉，孫啟梅. 石墨烯在光催化水解制氫中的應(yīng)用. 化工進(jìn)展，2012，31（10），2245―2259.

[2]周田，陳炳地，姚愛(ài)華，王德平.CdS/石墨烯納米復(fù)合材料的超聲化學(xué)法制備及光催化性能. 無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)，2013，29（2），231―236 .

第4篇：納米復(fù)合材料范文

關(guān)鍵詞 納米氧化鋅晶須 乙炔碳黑 丁腈膠 吸波性能

中圖分類(lèi)號(hào)：O6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Effect of Nano ZnO Whiskers on the Microwave-Absorbing

Property of NBR/CB Composite

LIAO Ningtao[1], WANG Juying[2], XUE Peng[3], ZHANG Xinghua[4]

([1]Guangzhou SCUT Bestry Technology Co., Ltd., Guangzhou, Guangdong 510600;

[2]Guangdong Baiyun University, Guangzhou, Guangdong 510600;

[3]Foshan Plastic Co., Ltd., Foshan, Guangdong 528000;

[4]Guangdong University of Technology, Guangzhou, Guangdong 510600)

AbstractThis paper researches the influence of nano-zinc oxide whisker acetylene to carbon black (CB) filled nitrile rubber composites absorbing properties. The results show that zinc oxide whisker can greatly improve the NBR / CB composites absorbing properties; Add up to 25 copies of ZnOw maximum return loss is 16.92dB, increased 60.5% than without zinc oxide whiskers, 10dB bandwidth of more than 2.22GHz; Add up to 50 copies of ZnOw maximum return loss is 35.55dB, increased 237.3%than without zinc oxide whiskers, 10dB bandwidth of more than a 3.215GHz. Also studied the zinc oxide whiskers on the acetylene carbon black composite (CB) filled nitrile rubber composites absorbing properties, the results also show that the composite zinc oxide whiskers greatly improved NBR / CB composites absorbing properties, while the design of a three-tier structure of materials, the impedance of the transition, that transition of multi-resistance of structural materials absorbing the good performance than single-layer.

Key wordsZinc oxide whisker; Acetylene carbon black; NBR; absorbing properties

0 前言

吸波材料是一種重要的功能材料，最先應(yīng)用于軍事上，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)始在民用領(lǐng)域應(yīng)用，如作為微波暗室材料，微波衰減器元件及微波成型加工技術(shù)。在信息通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天，家用電器、通訊設(shè)備以及手機(jī)等釋放的電磁波，這些都可能使人產(chǎn)生疾病。①因此，吸波材料的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣。吸波材料通常是由基體材料和吸波劑制得的復(fù)合材料，吸波劑主要有無(wú)機(jī)鐵磁性物質(zhì)和導(dǎo)電性聚合物及微金屬粉。近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)始研究手性材料和納米材料的吸波特性，但是，從目前的研究現(xiàn)狀來(lái)看，吸波材料要有較好的吸波特性，僅憑單一吸波劑制成的吸波材料還是不夠理想的。因此，采用多種組分作為吸波劑來(lái)提高材料的吸波性能是很有必要的。②

1 實(shí)驗(yàn)

主要原料：丁腈-34（NBR-34）德國(guó)拜爾公司；乙炔碳黑(CB) 福建南平化工廠；納米氧化鋅晶須(ZnOw) 牌號(hào)為AT-X, 復(fù)合納米氧化鋅晶須(c-ZnOw) 牌號(hào) 為AT-41、AT-42 成都交大晶宇科技有限公司。

1.1 工藝流程和工藝條件

把NBR膠料于雙輥開(kāi)煉機(jī)中進(jìn)行初煉、塑化，然后加入硫化劑、活化劑、防老劑進(jìn)行混煉，再加入乙炔碳黑、無(wú)機(jī)填料和增塑劑，進(jìn)行混煉、薄通，然后加入硫化促進(jìn)劑，再混煉、抽片，然后在平板硫化機(jī)中壓制成型（溫度160oC，壓力10MPa）冷卻、脫模，得到試樣，規(guī)格為180?80?.4mm。 配方如下（質(zhì)量份）：

1.2 性能測(cè)試

用自由空間法測(cè)試材料的吸波性能，測(cè)量頻率范圍為8GHz~18GHz。

2 結(jié)果和討論

2.1 納米氧化鋅晶須對(duì)NBR/CB復(fù)合材料吸波性能的影響

Fig.1 Absorbing Curves of NBR/CB, NBR/CB/ ZnOw

圖1為在NBR/CB(100/25)復(fù)合材料中加入不同量的氧化鋅晶須特性曲線。從圖1可以看出納米氧化鋅晶須的加入使吸收峰強(qiáng)度增加，加入25份的ZnOw在10.00GHz時(shí)達(dá)到最大反射損耗值16.92dB，比不加納米氧化鋅晶須增加60.5%%，10dB以上的頻寬2.22GHz。加入50份的ZnOw吸收峰在10.879GHz時(shí)達(dá)到最大反射損耗值35.55dB，在10dB以上的頻寬有3.21GHz。

這是因?yàn)閆nOw具有空間四針狀結(jié)構(gòu)，在復(fù)合材料內(nèi)部容易形成具有一定尺寸的三維網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)。③一方面ZnOw起到了環(huán)形導(dǎo)電網(wǎng)的作用。這些無(wú)數(shù)環(huán)形導(dǎo)電網(wǎng)使電磁波能量感應(yīng)形成耗散電流，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)微波能量的吸收。另一方面ZnOw具有很大的長(zhǎng)徑比在外加電場(chǎng)作用下，尖銳的針尖容易形成局部的強(qiáng)電場(chǎng)，有限的導(dǎo)電率導(dǎo)致ZnOw針狀體短時(shí)間電極化。在這種情況下，各針狀體作為電偶極子與入射電磁波產(chǎn)生諧振而消耗其能量。而ZnOw含量的增加，NBR基體中的三維網(wǎng)孔、環(huán)形導(dǎo)電網(wǎng)增加，因而提高了材料的吸波性能。

同時(shí)，納米氧化鋅晶須的加入使吸收峰向高頻方向移動(dòng)，這是因?yàn)樵蕉嗉{米氧化鋅晶須的加入，內(nèi)部導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)越密集，形成許多微小的電容，頻率越高隧道效應(yīng)越明顯，對(duì)高頻的響應(yīng)越好。

2.2 復(fù)合納米氧化鋅晶須對(duì)NBR/CB復(fù)合材料吸波性能的影響

圖2所示的加入復(fù)合納米氧化鋅晶須后的吸波效果，復(fù)合納米氧化鋅晶須為碳黑和納米氧化鋅晶須的混合物（實(shí)際上等于增加了CB的用量）。從圖2可見(jiàn)加入25份復(fù)合納米氧化鋅晶須后在8-18GHz范圍內(nèi)最大吸收衰減值為11.46dB，頻寬在10dB以上的只有0.49GHz，從曲線趨勢(shì)看最大吸收峰應(yīng)該在更低的頻率上，而且吸收峰強(qiáng)度也增加，加50份復(fù)合納米氧化鋅晶須后在8-18GHz范圍內(nèi)最大吸收衰減值為7.37dB，頻寬在10dB以上的沒(méi)有出現(xiàn)，這是因?yàn)槲辗咫S量的增加向低頻移動(dòng)了，從曲線趨勢(shì)看吸收峰強(qiáng)度也將會(huì)是增加的。

由于復(fù)合納米氧化鋅晶須，并不是純ZnOw粒子，隨著含量的增加，碳黑的量相應(yīng)增加，使得材料的電導(dǎo)率增大，則由導(dǎo)電損耗部分對(duì)電磁波的損耗增大。

Fig.2 Absorbing Curves of NBR/CB, NBR/CB/ c-ZnOw

2.3 阻抗過(guò)渡設(shè)計(jì)

在以上研究的基礎(chǔ)上，我們?cè)O(shè)計(jì)了三層的吸波劑含量從外到內(nèi)濃度依次增加的梯度吸波材料。從外到內(nèi)，三層內(nèi)吸波劑（碳黑/復(fù)合納米氧化鋅晶須，比例為1:1）份數(shù)比例為：2：3：5，各層厚度為0.4mm、1mm、1mm，其吸波性能見(jiàn)圖3，2#曲線。其在8-18GHz內(nèi)，最大吸收衰減值為46.37dB，10dB以上的頻寬有1.79GHz。與前面所述的幾個(gè)單層對(duì)比，其對(duì)電磁波的吸收大大增強(qiáng)。一方面是因?yàn)椴捎玫鸵胰蔡己诤康谋韺?，阻抗較小，更好地與自由空間的阻抗匹配，讓最大限度的讓電磁波進(jìn)入復(fù)合材料內(nèi)部而不被反射掉。另一方面是各層阻抗的不同，電磁波在各層及層與層的界面間進(jìn)行反復(fù)的多次折、反射并發(fā)生吸收。這使得某個(gè)范圍內(nèi)的電磁波被重復(fù)的吸收而大大衰減。而隨著每層吸波劑濃度的增加，損耗峰的強(qiáng)度和頻寬也有所增加，這從圖1我們也可以知道。

Fig.3 Absorbing Curves of NBR/CB/c-ZnOw (100/25/25),

3 結(jié)論

本文對(duì)于在NBR/CB復(fù)合材料中加入納米氧化鋅晶須(ZnOw)的研究，結(jié)果表明，加入25份ZnOw在10.0GHz時(shí)達(dá)到最大反射損耗值16.92dB，比不加納米氧化鋅晶須增加60.5%，10dB以上的頻寬2.22GHz。加入50份的ZnOw吸收峰在10.879GHz時(shí)達(dá)到最大反射損耗值35.55dB，比不加納米氧化鋅晶須增加2.3倍，在10dB以上的頻寬有3.21GHz。復(fù)合納米氧化鋅晶須的加入可以增強(qiáng)NBR/CB（下轉(zhuǎn)第174頁(yè)）（上接第125頁(yè)）復(fù)合材料的吸波性能，同時(shí)隨著復(fù)合納米氧化鋅晶須量的增加，吸收峰可以向低頻移動(dòng)。多層阻抗過(guò)渡結(jié)構(gòu)材料的吸波性能比單層材料明顯提高。

注釋

①王慶華(Wang Qinghua)譯.電磁公害漫談.國(guó)外科技動(dòng)態(tài)(Recent Developments In Science &Technology Abroad),1996.7:29.

第5篇：納米復(fù)合材料范文

[關(guān)鍵詞] 納米羥磷灰石； 糞腸球菌； 抑菌性能

[中圖分類(lèi)號(hào)] R 780.2 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [doi] 10.7518/hxkq.2015.03.018

[Abstract] Objective This study aims to compare and determine a kind of nano-hydroxyapatite composite material with good antibacterial efficacy on Enterococcus faecalis （E. faecalis） in vitro. Methods We investigated the antimicrobial acti-vity of four kinds of nano-hydroxyapatite composites， namely， silver/hydroxyapatite composite nanoparticles （Ag/nHA）， yttrium/hydroxyapatite composite nanoparticles （Yi/nHA）， cerium/hydroxyapatite composite nanoparticles （Ce/nHA）， and hydroxyapatite nanoparticles （nHA）， against E. faecalis in vitro using the agar diffusion and broth dilution method by mea-suring the growth inhibition zone and the minimum inhibitory concentration （MIC）， respectively. Results The agar diffu-sion test results showed that Ag/nHA displayed an obvious growth inhibition zone， whereas Yi/nHA， Ce/nHA， and nHA showed no influence on E. faecalis. The MIC value of Ag/nHA was 1.0 g?L-1， and the three other materials had no effect on E. faecalis even at the high concentration of 32.0 g?L-1. Conclusion Ag/nHA display a potential antimicrobial efficacy to planktonic E. faecalis. Whereas， the three other kinds of nano-hydroxyapatite composites （Yi/nHA， Ce/nHA， nHA） show no influence.

[Key words] nano-hydroxyapatite； Enterococcus faecalis； antibacterial activity

牙髓根尖周病是最常見(jiàn)的口腔疾病，嚴(yán)重影響人類(lèi)的口腔和全身健康。根管治療術(shù)是目前治療牙髓根尖周病最有效的方法，但臨床研究顯示，即使經(jīng)過(guò)完善的根管治療，患牙仍存在4%～15%的失敗率[1]，而進(jìn)行根管再處理的成功率僅為66%～74%[2]。糞腸球菌以生物膜的形式定植于根管系統(tǒng)[3]，是導(dǎo)致根管治療再感染的主要微生物之一，是目前評(píng)價(jià)根管治療過(guò)程中各種感染清除措施有效性最常采用的目標(biāo)菌種。研究[4-5]發(fā)現(xiàn)，臨床常用的根管消毒劑氫氧化鈣在體內(nèi)外環(huán)境中對(duì)糞腸球菌無(wú)明顯抑制作用。目前臨床上尚未找到一種對(duì)糞腸球菌安全有效的根管消毒藥物。

納米羥磷灰石復(fù)合材料作為一種新型無(wú)機(jī)材料，安全無(wú)毒，生物相容性好，廣泛用于醫(yī)療各領(lǐng)域。銀、釔、鈰等金屬離子的加入，更賦予材料一定的抑菌性能。目前，納米復(fù)合抗菌材料多應(yīng)用于種植體表面涂層、骨修復(fù)、充填修復(fù)等領(lǐng)域，也有部分學(xué)者曾研究這類(lèi)材料的防齲功能，但對(duì)其在根管治療領(lǐng)域的應(yīng)用研究還比較少見(jiàn)。特別是對(duì)難治性牙髓根尖周病變中的常見(jiàn)菌――糞腸球菌影響的研究還罕見(jiàn)報(bào)道。本課題通過(guò)比較4種納米羥磷灰石復(fù)合材料對(duì)糞腸球菌的影響，擬篩選一種對(duì)糞腸球菌有高效抑制作用的根管消毒藥物，為無(wú)機(jī)納米材料在根管治療領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

載銀納米羥磷灰石水溶膠（Ag/nHA）、載釔納米羥磷灰石水溶膠（Yi/nHA）、載鈰納米羥磷灰石水溶膠（Ce/nHA）、納米羥磷灰石水溶膠（nHA）（四川大學(xué)納米生物材料研究中心）；糞腸球菌（ATCC29212）由四川大學(xué)口腔疾病研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供。

光學(xué)顯微鏡（Nikon公司，日本），隔水式電熱恒溫培養(yǎng)箱（上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠），高速離心機(jī)（上海安亭科學(xué)儀器廠），ProtoCOL SR全自動(dòng)抑菌環(huán)測(cè)量?jī)x（Synbiosis公司，英國(guó)），Microstation 全自動(dòng)微生物鑒定儀（Biolog公司，美國(guó)）。

1.2 方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)材料溶液的配制 采用透射電鏡（trans-mission electron microscope，TEM）觀察各組復(fù)合納米微晶的形貌和尺寸，納米微晶晶化好，形貌均為納米級(jí)針狀微晶。分別取復(fù)合納米羥磷灰石水溶膠（Ag/nHA、Yi/nHA、Ce/nHA、nHA）3 000 r?min-1 離心2 min，去上清液。無(wú)菌去離子水超聲振蕩下分散，配制成濃度為320 g?L-1的納米微晶溶膠貯存液備用。

1.2.2 糞腸球菌菌懸液的配制 取糞腸球菌的牛奶保存液50 μL，接種于普通瓊脂（BA）固體培養(yǎng)基上，恒溫培養(yǎng)箱37 ℃培養(yǎng)24 h進(jìn)行細(xì)菌復(fù)蘇。挑取部分菌落革蘭染色后，光學(xué)顯微鏡下觀察菌落的形態(tài)，鏡檢無(wú)污染，涂片檢查證實(shí)為純培養(yǎng)后進(jìn)行傳代培養(yǎng)，備用。

無(wú)菌接種環(huán)挑取經(jīng)鑒定的純培養(yǎng)單個(gè)糞腸球菌菌落置于含2 mL BA液體培養(yǎng)基的康氏管中進(jìn)行24 h增菌，用磷酸鹽緩沖液（phosphate buffered saline，PBS）配制成濃度為1×107、1×104、1×103 CFU?mL-1的糞腸球菌菌懸液備用。

1.2.3 瓊脂擴(kuò)散實(shí)驗(yàn) 用微量加樣槍吸取濃度為1×

107 CFU?mL-1的糞腸球菌菌懸液50 μL，滴加于直徑為90 mm的BA瓊脂平皿上，無(wú)菌玻棒涂抹均勻。每個(gè)平皿平均劃分5個(gè)加樣區(qū)，加樣區(qū)分別加20 μL濃度為320 g?L-1的實(shí)驗(yàn)材料溶膠，生理鹽水濾紙片為空白對(duì)照。室溫放置1 h后，100%濕度、37 ℃有氧條件下，恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)24 h。ProtoCOL SR全自動(dòng)抑菌環(huán)測(cè)量?jī)x測(cè)量不同實(shí)驗(yàn)材料對(duì)糞腸球菌的抑菌環(huán)直徑大小。每種實(shí)驗(yàn)材料均設(shè)置5個(gè)平行對(duì)照組，分別記錄20 μL實(shí)驗(yàn)材料溶膠在BA平皿上的直徑、抑菌環(huán)的直徑，并且觀測(cè)不同實(shí)驗(yàn)材料的抑菌環(huán)范圍。

1.2.4 最小抑菌濃度（minimum inhibitory concentra-tion，MIC）的測(cè)定 含實(shí)驗(yàn)材料瓊脂平皿的配制：采用對(duì)倍系列稀釋法，用無(wú)菌去離子水將實(shí)驗(yàn)材料貯存液對(duì)倍稀釋成系列濃度的實(shí)驗(yàn)材料液：32.0、16.0、8.0、4.0、2.0、1.0、0.5 g?L-1。分別取上述不同濃度的實(shí)驗(yàn)材料液2 mL，加18 mL溫度為48～50 ℃的BA瓊脂混合均勻后鋪板，配制成含系列濃度實(shí)驗(yàn)材料溶膠的瓊脂平皿：32.0、16.0、8.0、4.0、2.0、1.0、0.5 g?L-1。每種材料相應(yīng)濃度各3個(gè)平皿，以普通瓊脂平皿為空白對(duì)照。

采用瓊脂稀釋法，用微量加樣槍分別吸取濃度為1×104 CFU?mL-1、1×103 CFU?mL-1的糞腸球菌菌懸液5 μL，點(diǎn)種于含系列濃度實(shí)驗(yàn)材料溶膠的瓊脂平皿表面。兩種濃度的菌懸液各點(diǎn)種3個(gè)點(diǎn)種點(diǎn)，一個(gè)平皿上共6個(gè)點(diǎn)種點(diǎn)。恒溫培養(yǎng)箱37 ℃有氧條件下培養(yǎng)24 h，計(jì)數(shù)菌落數(shù)。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 13.0軟件對(duì)不同實(shí)驗(yàn)材料對(duì)兩種實(shí)驗(yàn)濃度糞腸球菌的抗菌活性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)比較分析。

2 結(jié)果

2.1 瓊脂擴(kuò)散法結(jié)果

瓊脂擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)表明，Ag/nHA、Yi/nHA、Ce/nHA、nHA、空白對(duì)照點(diǎn)種直徑分別為（5.75±0.38）、（5.89±0.48）、（5.95±0.33）、（6.04±0.38）、（6.05±0.06） mm，不同實(shí)驗(yàn)材料點(diǎn)種直徑間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=0.545，P>0.05）。不同實(shí)驗(yàn)材料的抑菌環(huán)直徑大小有可比性。與空白對(duì)照相比，Ag/nHA周?chē)忻黠@的抑菌環(huán)，抑菌環(huán)直徑為（8.17±0.70） mm，抑菌范圍為（2.42±0.44） mm。而Yi/nHA、Ce/nHA、nHA均未表現(xiàn)出抑制糞腸球菌的作用（圖1）。

2.2 瓊脂稀釋法結(jié)果

瓊脂稀釋實(shí)驗(yàn)顯示，Ag/nHA對(duì)糞腸球菌的MIC為1.0 g?L-1。而Ce/nHA、Yi/nHA、nHA對(duì)糞腸球菌的MIC>32.0 g?L-1，在測(cè)試濃度范圍內(nèi)均未表現(xiàn)出抑制糞腸球菌的作用（表1、圖2）。糞腸球菌菌懸液濃度對(duì)實(shí)驗(yàn)材料抗菌活性的評(píng)價(jià)無(wú)明顯影響，1×

103 CFU?mL-1和1×104 CFU?mL-1兩種濃度菌懸液實(shí)驗(yàn)組間無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（表1）。

3 討論

糞腸球菌為兼性厭氧的條件致病菌，多定居在人類(lèi)和動(dòng)物的胃腸和泌尿生殖器官，也可定居在人類(lèi)口腔[6]，可在多種口腔感染中檢出。糞腸球菌可單獨(dú)或與鏈球菌、中間普雷沃菌、具核梭桿菌、牙齦卟啉單胞菌等細(xì)菌混合感染根管[7-8]。以往研究[9-11]發(fā)現(xiàn)未經(jīng)治療的感染根管內(nèi)糞腸球菌的檢出率為24%～42%；在慢性根尖周炎患牙根管中糞腸球菌的檢出率為60%，而在根管治療后再感染的病例中檢出率則高達(dá)76%；在根管治療失敗的病例中，糞腸球菌的檢出率為77%。甚至有實(shí)驗(yàn)研究[12]表明，在已充填根管內(nèi)糞腸球菌的陽(yáng)性率高達(dá)80%。就診次數(shù)大于10次的13例根管治療病例中，12例感染根管內(nèi)均可以檢測(cè)到糞腸球菌的存在[13]。糞腸球菌對(duì)機(jī)械預(yù)備及多種殺菌藥物具有廣泛的抵抗力[14]，并且可在組織液環(huán)境中粘接于牙本質(zhì)膠原、侵入牙本質(zhì)小管造成再感染，是難治性根尖周炎和根管治療后再感染的主要病原菌之一[15]，是評(píng)價(jià)根管治療過(guò)程中各種感染清除措施有效性最常采用的目標(biāo)菌種。因此，本實(shí)驗(yàn)選用糞腸球菌標(biāo)準(zhǔn)株作為實(shí)驗(yàn)菌種。

復(fù)合納米羥磷灰石無(wú)機(jī)抗菌材料，具有納米材料和復(fù)合材料的雙重特性，具備耐高溫、抗菌譜廣、長(zhǎng)效、安全、無(wú)二次污染等特點(diǎn)，逐漸成為抗菌材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，但對(duì)該類(lèi)材料在根管治療領(lǐng)域的應(yīng)用研究還比較少見(jiàn)。本課題選用的Ag/nHA、Ce/nHA、Yi/nHA、nHA是由四川大學(xué)納米生物材料研究中心采用溶膠-凝膠法原位制備的納米羥磷灰石復(fù)合材料，本身具有抗菌作用的金屬元素與具有較大表面能的納米羥磷灰石結(jié)合，顯示出獨(dú)特的生物活性。研究[16]表明，納米羥磷灰石對(duì)金黃色葡萄球菌有明顯和連續(xù)的抗菌性能；Ag/nHA對(duì)牙齦卟啉單胞菌、具核梭桿菌、消化鏈球菌等多種口腔常見(jiàn)菌具有較強(qiáng)的抑制作用[17]；且適宜濃度的Ag/nHA對(duì)人牙齦成纖維細(xì)胞的生長(zhǎng)繁殖無(wú)明顯抑制作用，生物相容性良好[14]；Yi/nHA對(duì)變異鏈球菌、黏性放線菌和牙齦卟啉單胞菌等口腔感染性疾病的主要致病菌有抑制作用[18]；經(jīng)溶膠-凝膠-超臨界點(diǎn)干燥法合成的Ce/nHA由Ce3+替代羥磷灰石結(jié)構(gòu)中的Ca2+，具有較高的溶解度，通過(guò)Ce3+的釋放來(lái)發(fā)揮對(duì)大腸埃希菌、乳桿菌的抑菌作用[19]。但關(guān)于此類(lèi)材料對(duì)感染根管內(nèi)的常見(jiàn)菌糞腸球菌影響的研究，國(guó)內(nèi)外均尚未見(jiàn)報(bào)道。因此，本實(shí)驗(yàn)選用四川大學(xué)納米生物材料研究中心提供的4種納米復(fù)合材料，通過(guò)體外評(píng)價(jià)其對(duì)糞腸球菌標(biāo)準(zhǔn)游離株的影響，擬篩選出一種對(duì)糞腸球菌有高效抑制作用的無(wú)機(jī)抗菌材料，并為該材料在根管治療領(lǐng)域的應(yīng)用奠定實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

藥物敏感實(shí)驗(yàn)是根據(jù)致病菌對(duì)不同抗菌藥物敏感性的差異來(lái)測(cè)定抗菌藥物抑制或殺滅細(xì)菌能力的一種實(shí)驗(yàn)方法，常用的有瓊脂擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)和瓊脂稀釋實(shí)驗(yàn)。瓊脂擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)材料周?chē)志h(huán)直徑的大小，初步評(píng)價(jià)不同實(shí)驗(yàn)材料的抑菌性能。為了避免實(shí)驗(yàn)材料擴(kuò)散性因素的影響，本實(shí)驗(yàn)將制備好的瓊脂平皿放置在室溫條件下1 h，并貯存于

37 ℃、100%濕度的恒溫培養(yǎng)箱中24 h，以便于材料擴(kuò)散。使用ProtoCOL SR全自動(dòng)抑菌環(huán)測(cè)量?jī)x測(cè)量抑菌環(huán)直徑大小，在一定程度上避免了人工測(cè)量引起的誤差，具有一定的實(shí)用性。

本研究的瓊脂擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)和瓊脂稀釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明，Ag/nHA對(duì)糞腸球菌有較好的抑制作用，其MIC為1.0 g?L-1；而其Ce/nHA、Yi/nHA和nHA在測(cè)試濃度范圍內(nèi)均未表現(xiàn)出抑制糞腸球菌的作用。以往研究[20]發(fā)現(xiàn)銀離子本身具有較強(qiáng)的抗菌活性，可通過(guò)分裂細(xì)菌細(xì)胞膜、干擾細(xì)菌呼吸鏈、抑制細(xì)菌DNA合成等多重殺菌機(jī)制，對(duì)銀離子耐受的細(xì)菌很少，也難通過(guò)變異產(chǎn)生耐藥性。此外，銀離子的抗菌時(shí)效很長(zhǎng)，并能抑制多源性細(xì)菌聚集。有學(xué)者[21]認(rèn)為納米銀的作用方式與Ag離子相似，納米銀顆粒直徑極小（10～100 nm），它具備獨(dú)特的小尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)，可以令其輕易地進(jìn)入病原體內(nèi)，迅速與細(xì)菌中的巰基結(jié)合，降低細(xì)菌合成酶的活性，從而達(dá)到殺滅細(xì)菌的目的。納米銀的Ag+還能破壞微生物的電子傳輸系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)和營(yíng)養(yǎng)傳輸系統(tǒng)[22]。納米羥磷灰石作為吸附劑大大改善了材料對(duì)細(xì)菌的吸附能力，使Ag/nHA達(dá)到良好的殺菌作用。國(guó)內(nèi)學(xué)者[23]研究發(fā)現(xiàn)，激光共聚焦顯微鏡下見(jiàn)隨著0.1%納米銀溶液處理牙本質(zhì)表面時(shí)間的延長(zhǎng)，糞腸球菌生物膜平均厚度逐漸減少，至24 h生物膜內(nèi)無(wú)活菌。本課題組也在進(jìn)一步研究Ag/nHA對(duì)體外牙根管內(nèi)糞腸球菌生物膜的影響及其作用機(jī)制。Ag/nHA有望成為一種新型的根管治療藥物，使再感染根管患牙達(dá)到良好的治療效果，但其最佳臨床應(yīng)用方法及其劑型有待進(jìn)一步深入研究。

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第6篇：納米復(fù)合材料范文

1.引言

TiO2是一種重要的精細(xì)化工產(chǎn)品，特別是1972年Fujishu和Honda報(bào)道TiO2在紫外光照射下的光催化效應(yīng)以來(lái)，由于TiO2穩(wěn)定、無(wú)毒、價(jià)格低廉，容易再生和回收利用等優(yōu)點(diǎn)，在光催化方面得到廣泛的研究，特別是在污水降解處理[1-3]和太陽(yáng)能薄膜電池材料應(yīng)用中有著巨大潛力。

TiO2的光催化性能可用半導(dǎo)體的能帶理論來(lái)闡釋[4]，可以吸收λ≤400nm的紫光、紫外光和近紫外光，將處于價(jià)帶中的電子激發(fā)到導(dǎo)帶，價(jià)帶中產(chǎn)生空穴，導(dǎo)帶中出現(xiàn)電子，但太陽(yáng)光譜中仍有占45%的可見(jiàn)光卻不能被充分利用。通過(guò)改善TiO2的表面結(jié)構(gòu)、酸性或吸附性能，引人缺陷位或改變結(jié)晶度，抑制光生電子和空穴的復(fù)合，擴(kuò)展對(duì)可見(jiàn)光響應(yīng)范圍，提高光量子效率和光能利用率，從而改善納米TiO2的光催化活性。

目前，研究者大多數(shù)是通過(guò)過(guò)渡金屬元素[5-7]或非金屬元素?fù)诫s[8-10]，有機(jī)染料表面修飾，以及貴金屬沉積等方法使TiO2在可見(jiàn)光區(qū)（可見(jiàn)光占太陽(yáng)光的總能量的43%）實(shí)現(xiàn)光催化。其中摻雜是一種有效并且易于實(shí)現(xiàn)的方法，金屬摻雜，非金屬摻雜（溶膠―凝膠法、PLD沉積法、磁控濺射法）等一些實(shí)驗(yàn)方法提供大量數(shù)據(jù)說(shuō)明TiO2在摻雜后其吸收光譜實(shí)現(xiàn)紅移的研究較多，其中以金屬離子的摻雜改性的研究最為普遍。

本文采用“連續(xù)有序可控爆發(fā)性成核的特殊液相沉淀法”[11]制備高純高催化活性的納米，通過(guò)XRD分析其晶體結(jié)構(gòu)，TEM觀測(cè)其表面形貌和結(jié)構(gòu)特征，并以甲基橙為降解目標(biāo)對(duì)其進(jìn)行了光催化性能的研究，

2. 實(shí)驗(yàn)部分

2，1實(shí)驗(yàn)所用儀器及試劑

表1 實(shí)驗(yàn)所用試劑

2.2實(shí)驗(yàn)流程

采用由遼寧科技大學(xué)納米實(shí)驗(yàn)中心周英彥、王開(kāi)明兩位教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組發(fā)明的“連續(xù)有序可控爆發(fā)性成核的特殊液相沉淀法”制備納米Sb2O3/TiO2粒子，并用懸浮法對(duì)甲基橙進(jìn)行可見(jiàn)光催化。

該制備方法方法是一種制備納米粒子的新方法，其原理是：通過(guò)高強(qiáng)度機(jī)械攪拌，在短時(shí)間內(nèi)形成大量的反應(yīng)溶液的新鮮交界面，從而使得析出組分在新鮮交界面上爆發(fā)性地成核。由于反應(yīng)時(shí)間極短，生成晶核的數(shù)密度巨大，因此新生成的納米粒子來(lái)不及長(zhǎng)大，所形成的納米粒子粒徑很小。

納米復(fù)合材料Sb2O3/TiO2的制備反應(yīng)化學(xué)方程式如下

在室溫下，按一定比例稱(chēng)取一定量的SbCl3和TiCl4，分別加適量的去離子水、溶液體積20%的無(wú)水乙醇配比所需濃度的溶液，將此溶液置于電子勻速攪拌器上攪拌一小時(shí)，使分布均勻，此為A液。準(zhǔn)確量取一定量的NH3?H2O，加入去離子水和無(wú)水乙醇，配成所需溶液，置于電子勻速攪拌器上攪拌一小時(shí)，使分布均勻，此為B液。然后將A，B液倒入儲(chǔ)液罐，使A，B同時(shí)進(jìn)入反應(yīng)器，調(diào)節(jié)控制A，B液的流量，從而控制反應(yīng)液PH=9.5，得到沉淀C，陳化十分鐘，倒入過(guò)濾器中過(guò)濾，用去離子水洗滌，直到用AgNO3檢驗(yàn)無(wú)Cl-為止。將水過(guò)濾沒(méi)，直至沒(méi)有水從漏斗滴出，得到淺黃色膏狀物質(zhì)放入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，加入適量的正戊醇共沸至粉體干燥，再放入馬弗爐中在650攝氏度焙燒30分鐘，得到Sb2O3/TiO2的復(fù)合物。

2.3 光催化活性實(shí)驗(yàn)

采用甲基橙水溶液模擬工業(yè)廢水，考察催化劑的光催化性能。取不同濃度的甲基橙溶液，分別測(cè)其在464nm處的吸光度值，得到標(biāo)準(zhǔn)溶液各濃度點(diǎn)及其對(duì)應(yīng)的吸光度工作曲線，如圖2所示，在較低的濃度范圍內(nèi)，甲基橙溶液的濃度和吸光度值基本上呈直線關(guān)系，直線的斜率大約為0.0256。因此，通過(guò)測(cè)量吸光度的值可以間接反應(yīng)甲基橙溶液的濃度變化，甲基橙溶液的降解率則可以用測(cè)量的吸光度值來(lái)表示。計(jì)算光催化降解率，光催化降解率，其中A0、At分別為光催化前后的吸光度。由上述公式計(jì)算出的甲基橙溶液的降解率，可以作為評(píng)價(jià)納米TiO2光催化劑的光催化效果的指標(biāo)。

在室溫下，取濃度為10ppm的指示劑甲基橙溶液200ml，倒進(jìn)洗凈的燒杯中，然后稱(chēng)取前面制備的樣品2克放入燒杯中，將其置于磁力電子無(wú)級(jí)調(diào)速攪拌器上攪拌，使之均勻分布在甲基橙溶液中。在室外陽(yáng)光充足，溫度保持在的條件下，自然光照此溶液每隔15分鐘取樣一次，每種樣品取樣4次（15分鐘、30分鐘、45分鐘、60分鐘），每次取此混合溶液10mL置于離心管中，取樣時(shí)必須在攪拌的條件下以保證反應(yīng)體系的濃度不變。將所取混合溶液置于臺(tái)式離心機(jī)中在保證轉(zhuǎn)速2000r/min的條件下進(jìn)行離心分離10分鐘，然后取離心管中的上層清液于潔凈的比色皿中，放入722S型可見(jiàn)分光光度計(jì)中測(cè)定甲基橙溶液的吸光度，根據(jù)前面提到的光催化降解率計(jì)算公式求其降解率。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論

3.1 確定Sb2O3/TiO2最佳比例

實(shí)驗(yàn)先期按照Sb2O3/TiO2比例為1：19、1：9、3：17、1：4制備所需樣品，1：19時(shí)為淺黃色、1：9為淺黃略顯白色、3：17為銀灰色、1：4為黑色，并選取一組光催化數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如圖3所示。經(jīng)過(guò)高斯擬合方法分析，Sb2O3/TiO2最佳比例約為1：8，在此比例下制備Sb2O3/TiO2樣品，其顏色為土色。

圖4為Sb2O3/TiO2比為1：19的樣品在650℃下焙燒30min的XRD圖譜，圖5為Sb2O3/TiO2比為1：8的樣品在650℃下焙燒30min的XRD圖譜，從譜線上可以看出在28deg與30deg出現(xiàn)特征峰，為T(mén)iO2的特征峰，在55deg和68deg出現(xiàn)特征峰，為Sb2O3的特征峰，且晶型良好，其晶型為銳鈦礦。

采用由 “連續(xù)有序可控爆發(fā)性成核的特殊液相沉淀法”制備納米復(fù)合材料Sb2O3/TiO2，納米復(fù)合材料Sb2O3/TiO2粉體分散性好，粒徑分布范圍窄且均勻，平均粒徑在10-20nm之間，粉體少團(tuán)聚，TiO2與Sb2O3復(fù)合后使催化劑中銳鈦礦相含量增加、平均晶粒直徑與顆粒變??；比表面積變大；反射率則減弱。納米復(fù)合材料Sb2O3/TiO2粉體具有很好的光催化活性，尤其是Sb2O3/TiO2比例為1：8的效果最佳。在同上的條件下對(duì)濃度為10PPm的甲基橙水溶液200mL在60min時(shí)降解率高達(dá)92.1%，當(dāng)甲基橙濃度適當(dāng)時(shí)，光照時(shí)間足夠長(zhǎng)時(shí)，能使10PPm的甲基橙水溶液完全脫色。

參考文獻(xiàn)：

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第7篇：納米復(fù)合材料范文

1 資料和方法

1.1臨床資料：我科自2008年8月～2011年8月收集176例（270顆）患者，其中男81例，女95例，年齡18～65歲。均為前牙切端缺損（不累及牙髓）和前牙間隙。Filtek Z 350通用型納米樹(shù)脂（3M公司，美國(guó)），Adper single bond2納米粘結(jié)劑（3M公司，美國(guó)），35%的磷酸酸蝕劑，Dentsply QHY75型光固化機(jī)。

1.2方法及步驟：齲齒所致的前牙切角缺損需先去除腐爛的牙體組織，清潔牙面、隔濕、吹干。深齲洞則需要先用氫氧化鈣墊底，再用聚羧酸鋅粘固或粉玻璃離子墊底。使用35%的磷酸酸蝕牙面15～20s，徹底沖洗牙面5s，用干棉球拭干牙面，將Adper single bond2納米粘結(jié)劑均勻涂布牙面，最好涂?jī)杀?，輕吹3～5s，光固化機(jī)光照10s，選好顏色后用Filtek Z 350通用型納米樹(shù)脂漸充填缺損或前牙間隙，厚度不超2mm，逐層固化。雕塑好形態(tài)后調(diào)整好咬合關(guān)系，去除多余部分材料并仔細(xì)打磨拋光。

1.3判斷標(biāo)準(zhǔn)：修復(fù)后6個(gè)月和2年追蹤觀察和隨訪，并直接進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)參照Ryge提出USPHS評(píng)價(jià)系統(tǒng)[1]制定出本測(cè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。成功病例：冠外形和功能恢復(fù)良好，充填物無(wú)松動(dòng)脫落、無(wú)變色，邊緣無(wú)裂隙，無(wú)繼發(fā)齲，無(wú)牙髓炎癥狀。失敗病例：充填物松動(dòng)脫落、變色，有繼發(fā)齲或牙髓炎癥狀。

2 結(jié)果（見(jiàn)表1）

3 討論

3.1復(fù)合樹(shù)脂是目前口腔臨床中最常用的材料，其臨床技術(shù)操作已成體系。隨著復(fù)合樹(shù)脂材料研究的發(fā)展，復(fù)合樹(shù)脂的粘結(jié)、機(jī)械美觀等各種性能得到進(jìn)一步的提高，逐漸取代了顏色不佳的銀汞合金等充填材料，在臨床上直接修復(fù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛。特別是在前牙外傷或齲齒所致的切角缺損面積不大或前牙間隙，如果使用烤瓷修復(fù)就會(huì)需大量磨除牙體正常組織情況下，使用納米樹(shù)脂修復(fù)是個(gè)較理想的選擇。表1示，應(yīng)用納米樹(shù)脂材料修復(fù)前牙切角缺損和前牙間隙6個(gè)月及2年后的成功率非常顯著，是一種值得推廣的材料。

3.2應(yīng)用納米樹(shù)脂材料修復(fù)時(shí)比色是很關(guān)鍵的一步，它直接關(guān)系到修復(fù)的效果。應(yīng)當(dāng)使用相配套的比色板進(jìn)行選色，在自然光線下進(jìn)行選色。因?yàn)橛幸曈X(jué)疲勞的關(guān)系時(shí)間選色最好不超過(guò)3s，同時(shí)要與患者溝通，征求患者的意見(jiàn)。

3.3感染的牙齒組織含有大量的細(xì)菌及細(xì)菌毒素，修復(fù)前如果不能將其徹底清除勢(shì)必將感染擴(kuò)散而發(fā)生繼發(fā)齲導(dǎo)致充填失敗。所以治療時(shí)去除齲壞組織，保護(hù)正常牙髓系統(tǒng)。盡可能保存正常牙體組織并恢復(fù)其功能及美觀。

3.4減小和防止充填體邊緣微滲漏是提高改善系統(tǒng)質(zhì)量，修復(fù)科運(yùn)用納米的重要環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)合理類(lèi)型，選用高粘結(jié)性強(qiáng)度粘結(jié)材料，嚴(yán)格規(guī)范的臨床操作及充填后的拋光是減少微滲漏，保證和提高修復(fù)質(zhì)量的根本[2]。

3.5良好的修復(fù)和拋光能夠提高樹(shù)脂修復(fù)體的美觀和延長(zhǎng)其使用時(shí)間，降低樹(shù)脂表面著色，減少菌斑聚集，防止繼發(fā)齲。Reis[3]認(rèn)為樹(shù)脂拋光后表面粗糙程度與樹(shù)脂含量、硬度、排列及大小有關(guān)。

3.6材料脫落的缺損與脫落的原因常受咀嚼等外力影響，固位力不足等，因此充填完畢后應(yīng)注意咬合調(diào)磨，避免咬合高點(diǎn)形成而使充填物在受到過(guò)大咬合力而脫落，同時(shí)也避免前伸牙合時(shí)的早接觸，從而提高修復(fù)體的使用壽命。

[參考文獻(xiàn)]

[1]姬愛(ài)平，王嘉德.應(yīng)用牙本質(zhì)粘合劑和復(fù)合樹(shù)脂修復(fù)楔狀缺損的臨床評(píng)價(jià)[J].中華口腔醫(yī)學(xué)雜志，1996，31：210-213.

[2]余 擎.牙科臨床規(guī)范化操作圖譜[M].北京：人民衛(wèi)生出版社，2009：136.

第8篇：納米復(fù)合材料范文

關(guān)鍵詞：納米二氧化硅 復(fù)合改性 共聚改性 聚乳酸

中圖分類(lèi)號(hào)：TB383 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）01（c）-0119-02

隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展加快，能源的消耗量正在逐漸增加，各個(gè)國(guó)家開(kāi)始重視能源材料的節(jié)約使用以及新型材料的研發(fā)，聚乳酸在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)于環(huán)境造成的污染非常低，而且它還具備一定的再生性，所以各個(gè)國(guó)家開(kāi)始廣泛關(guān)注聚乳酸的有效的應(yīng)用。在一定的自然條件下，聚乳酸能夠在生物方面達(dá)到降解的效果，在降解過(guò)程中產(chǎn)生相應(yīng)的水以及二氧化碳，不會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成任何的影響，它有效的改善了高分子材料中存在的一些不足之處。聚乳酸還具備良好的生物吸收性與相容性，所以聚乳酸在醫(yī)藥衛(wèi)生、包裝材料等一系列領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍非常廣泛。

就目前來(lái)看，聚乳酸復(fù)合材料主要是在一定條件下，聚乳酸與填料之間復(fù)合而形成的，這一種復(fù)合方式中聚乳酸與填料之間相互結(jié)合的效果較差，而且填料的分散狀態(tài)處于一個(gè)不均勻的狀況，在很大程度上可能會(huì)造成聚乳酸分析量的減少，制備過(guò)程中的一些工序非常的復(fù)雜，制備的時(shí)間也較長(zhǎng)。本文主要針對(duì)制備聚乳酸/納米二氧化硅復(fù)合材料過(guò)程中使用相應(yīng)的原位聚合法，利用辛酸亞錫進(jìn)行催化操作，能夠在很大程度上改善聚乳酸具備的性能，簡(jiǎn)化了工藝流程，能夠有效的對(duì)聚乳酸/納米二氧化硅復(fù)合材料進(jìn)行相應(yīng)的制備操作，還能夠表征聚乳酸/納米二氧化硅復(fù)合材料中具備的性能及其結(jié)構(gòu)。

1 聚乳酸共聚改性及納米二氧化硅復(fù)合改性的實(shí)驗(yàn)

1.1 主要的原材料

聚乳酸共聚改性及納米二氧化硅復(fù)合改性實(shí)驗(yàn)中主要的原材料有：DL-丙交酯、辛酸亞錫、三氯甲烷、石油醚以及改性之后納米二氧化硅中形成的粉體。

1.2 制備聚乳酸/納米二氧化硅復(fù)合材料的流程

在安裝了攪拌裝置的干燥三口瓶中，將一定分量的改性納米二氧化硅、丙交酯以及辛酸亞錫倒入其中，進(jìn)行抽真空操作，大約3 h之后向干燥三口瓶中充入氮?dú)?，進(jìn)行密封，然后將干燥三口瓶置于135±5 ℃油浴24 h，讓其在油浴中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；在反應(yīng)完成之后，使用CHCl3進(jìn)行相應(yīng)的溶解，采用石油醚進(jìn)行沉淀，在產(chǎn)生白色黏體狀的物質(zhì)之后，進(jìn)行抽濾操作，將干燥三口瓶置于45 ℃真空干燥箱中，使其重量處于一個(gè)恒定狀態(tài)，使用型號(hào)為Agilent1100的凝膠色譜儀器對(duì)聚合物中含有的分子量進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測(cè)，將聚苯乙烯作為相關(guān)樣品在制作過(guò)程中的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，將四氫呋喃作為相應(yīng)的溶劑。

1.3 聚乳酸/納米二氧化硅復(fù)合材料的表征

1.3.1 紅外光譜研究

采用的紅外光譜分析儀器型號(hào)為EQUINOX-55，對(duì)聚乳酸/納米二氧化硅復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。

1.3.2 力學(xué)性能檢測(cè)

使用電子拉力檢測(cè)儀器對(duì)聚乳酸/納米二氧化硅復(fù)合材料中含有的斷裂伸長(zhǎng)率與拉伸輕度進(jìn)行檢測(cè)，分別對(duì)每一個(gè)樣品測(cè)試4次，然后取測(cè)試數(shù)值的平均值。

1.3.3 掃描電鏡研究

采用的掃描電鏡型號(hào)為FEISIRION 200，對(duì)聚乳酸中納米二氧化硅粒子的分散狀況進(jìn)行觀察與分析。

2 聚乳酸共聚改性及納米二氧化硅復(fù)合改性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與探討

2.1 紅外光譜研究結(jié)果

如圖1所示，樣品的紅外譜圖。從圖中能夠發(fā)現(xiàn)，樣品中全部都具備聚乳酸特征中存在的吸收峰：1633.12 cm-1位置是端羧基中C―O伸縮振動(dòng)峰，1753.27 cm-1位置是C―O伸縮振動(dòng)峰，1164.29 cm-1位置與1258.12 cm-1位置是C―O的對(duì)稱(chēng)伸展振動(dòng)峰與反對(duì)稱(chēng)伸展振動(dòng)峰，3492.42 cm-1位置是-OH吸收峰等。將a曲線與b曲線之間進(jìn)行一個(gè)比較，能夠發(fā)現(xiàn)聚乳酸/納米二氧化硅復(fù)合材料在1087.01 cm-1位置中出現(xiàn)了Si-O-Si吸收峰，在1131 cm-1位置中出現(xiàn)了Si-O-C吸收峰。因此，能夠證明聚乳酸/納米二氧化硅復(fù)合材料已經(jīng)形成。

2.2 力學(xué)性能研究結(jié)果

如圖2所示，納米二氧化硅用量的多少會(huì)對(duì)聚乳酸/納米二氧化硅復(fù)合材料中具備的拉伸強(qiáng)度造成一定程度的影響。從圖2中可以發(fā)現(xiàn)，納米二氧化硅用量的增加，會(huì)在一定程度上降低聚乳酸/納米二氧化硅復(fù)合材料中含有的斷裂伸長(zhǎng)率，拉伸強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)的增加，主要的原因是聚乳酸內(nèi)部中含有的改性納米二氧化硅發(fā)揮了相應(yīng)的交聯(lián)點(diǎn)作用，增強(qiáng)了聚乳酸結(jié)合力，制約了分子出現(xiàn)變形的情況，加強(qiáng)了抗拉伸能力。

2.3 掃描電鏡研究

如圖3所示，利用掃描電鏡拍攝的純聚乳酸斷面在放大一千倍之后的照片。圖3中顯示的是純聚乳酸斷面中的平面十分的干凈，斷面中的斷裂形態(tài)能夠在掃描電鏡拍攝照片中顏色比較暗的位置中體現(xiàn)出來(lái)，聚乳酸/納米二氧化硅復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度與熱穩(wěn)定性得到了提升。

3 結(jié)語(yǔ)

聚乳酸具備良好的熱成型性、彈性模量以及機(jī)械強(qiáng)度，但是在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中還存在一些問(wèn)題，所以人們開(kāi)始重視聚乳酸共聚改性的分析與研究。納米二氧化硅復(fù)合材料不僅能夠充分的發(fā)揮二氧化硅具備的粒子協(xié)同效應(yīng)、表面效應(yīng)以及小尺寸效應(yīng)，還具備高分子材料中含有的優(yōu)點(diǎn)，在很大程度上增強(qiáng)了復(fù)合材料的電、光、磁以及機(jī)械等一系列功能特性，各個(gè)國(guó)家在新型材料研發(fā)事項(xiàng)上開(kāi)始逐漸重視納米二氧化硅復(fù)合材料。制備聚乳酸/納米二氧化硅復(fù)合材料，主要是為了將聚乳酸的優(yōu)勢(shì)與納米二氧化硅的優(yōu)點(diǎn)充分發(fā)揮出來(lái)，研發(fā)出性能更加強(qiáng)大的高分子材料，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

參考文獻(xiàn)

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第9篇：納米復(fù)合材料范文

關(guān)鍵詞：電子束焊接 復(fù)合材料 C納米管 絕緣材料

科技的進(jìn)步已使鋼鐵等傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料的的需求量逐年減少，取而代之的是復(fù)合材料、碳材料、Ti及其合金、Zr及其合金等。因此對(duì)于復(fù)合材料的連接問(wèn)題正日益被重視起來(lái)，而電子束焊接能夠在復(fù)合材料焊接發(fā)面具有不可替代的優(yōu)勢(shì)和能力。由于電子束能夠被聚焦，當(dāng)前透射電子顯微鏡的分辨率可達(dá)零點(diǎn)幾個(gè)納米，說(shuō)明電子束的聚焦斑尺寸應(yīng)該也在這個(gè)量級(jí)，所以電子束焊接可用來(lái)焊接諸如C納米管以及晶須等納米材料。傳統(tǒng)的氬弧焊以及電弧焊等焊接方法均要求被焊工件是電的良導(dǎo)體，所以絕緣體之間的焊接問(wèn)題亟待解決，但電子束不受工件是否導(dǎo)電的限制，在絕緣材料的連接上顯示了獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)。本文將著重闡述電子束焊接在復(fù)合材料、C納米管以及絕緣體焊接中的應(yīng)用。

1、電子束焊接在復(fù)合材料焊接中的應(yīng)用

復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過(guò)物理或化學(xué)方法，在宏觀上組成具有新性能的材料。各種材料在性能上互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。

鋁基復(fù)合材料具有高的比強(qiáng)度、高比模量、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好、熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于航空航天、軍事、汽車(chē)和電子工業(yè)等領(lǐng)域。[1]南京航空航天大學(xué)的季小輝[2]等綜述了SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的電子束焊接研究現(xiàn)狀，文中指出SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料電子束焊接存在一系列問(wèn)題：已有研究表明SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料直接進(jìn)行電子束焊接，其焊縫不容易成型，這是由于在焊接過(guò)程會(huì)生成脆性相Al4C3，再有就是Al基體本身在焊接過(guò)程中蒸發(fā)較為嚴(yán)重，在焊縫處僅剩下SiC骨架，而且熔池附近的熔融金屬中由于存在不熔物SiC，使得金屬的流動(dòng)性變差，不能及時(shí)回填到焊縫中，使得焊縫不能成型。Bush等[3]發(fā)現(xiàn)SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的電子束焊接的關(guān)鍵是使基體材料熔化的同時(shí)，SiC增強(qiáng)相不發(fā)生分解。郭紹慶等[12]采用非增強(qiáng)的中間夾層來(lái)解決焊縫難以成型的問(wèn)題。將一定厚度的中間層嵌入待焊復(fù)合材料之間，中間層的厚度可通過(guò)改變箔片的層數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，焊接時(shí)電子束直接作用于中間層，通過(guò)熔化該中間層間接熔化復(fù)合材料的邊緣從而實(shí)現(xiàn)連接。通常中間層大多選擇流動(dòng)性好、含硅量高、有利于焊縫成形的共晶合金。

電子束直接對(duì)準(zhǔn)非增強(qiáng)的中間層進(jìn)行轟擊加熱，焊縫的上部由于熔池表面直接接受電子束加熱，過(guò)熱較嚴(yán)重，中間層兩側(cè)的SiC 和鋁基體間接受熱，過(guò)熱度減輕。因此在焊縫上部會(huì)有少量SiC溶入液態(tài)鋁基體中，在隨后凝固時(shí)析出少量Al4C3；中間層中由于Si的含量較高，能有效抑制基體Al和SiC顆粒之間的界面反應(yīng)，故在焊縫邊緣區(qū)域中未發(fā)現(xiàn)由置換反應(yīng)生成的Al4C3脆性相；焊縫中部及下部均未發(fā)現(xiàn)有Al4C3脆性相，雖然有少量的SiC顆粒從母材兩側(cè)脫落摻入到焊縫之中，但由于熔池內(nèi)導(dǎo)熱性良好的液態(tài)鋁占主導(dǎo)地位，能夠進(jìn)行對(duì)流換熱，所以熔池的過(guò)熱程度得到有效控制，抑制了脆性相Al4C3的生成，改善了鋁基復(fù)合材料焊接接頭性能。

2、電子束焊接在C納米管焊接中的應(yīng)用

C納米管由于獨(dú)特的性能而具有潛在應(yīng)用于電子器件的潛力，例如單壁納米碳管可以作為納米尺度導(dǎo)線；兩個(gè)C納米管形成的節(jié)結(jié)構(gòu)，如果其中一個(gè)是半導(dǎo)體性質(zhì)、另一個(gè)是金屬性質(zhì)，則可以形成整流二極管；多接頭的異質(zhì)節(jié)結(jié)構(gòu)可以作為晶體管。這些節(jié)結(jié)構(gòu)可以由化學(xué)鍵合、退火處理、運(yùn)用原子力顯微鏡進(jìn)行操縱而獲得，與這些焊接處理方法相比，電子束焊接具有3個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1、對(duì)樣品的污染少；2、電子束可以聚焦成為納米尺度的光點(diǎn)；3、這個(gè)過(guò)程可以在商業(yè)的電子顯微鏡上進(jìn)行。Inkook Jang[5]等運(yùn)用電子束焊接技術(shù)研究了交叉C納米管的焊接過(guò)程。選用4組手性不同的C納米管作為研究對(duì)象，電子束焊接后對(duì)樣品進(jìn)行退火，總結(jié)所形成節(jié)結(jié)構(gòu)的鍵合情況，結(jié)果如表3[5]所示。從表中可以看出：四種節(jié)結(jié)構(gòu)中鍵合情況無(wú)明顯差別，只是（10，0）-（10，0）節(jié)中sp鍵含量較少；退火處理能夠增加幾種接頭內(nèi)部sp3雜化原子的百分比，除了（8，3）-（8，3）節(jié)。所有的節(jié)結(jié)構(gòu)中都存在一定的無(wú)序鍵合，這是因?yàn)殡娮邮附舆^(guò)程只一個(gè)非熱力學(xué)平衡過(guò)程，所以試驗(yàn)結(jié)果會(huì)與理論計(jì)算結(jié)果會(huì)存在一定的偏差。這種節(jié)結(jié)構(gòu)相對(duì)于理想情況具有較小的抗拉強(qiáng)度和較好的延展性，研究結(jié)果顯示，電子束焊接C納米管過(guò)程中的缺陷相對(duì)于離子照射過(guò)程中的要少，這是由于電子束焊接能量是在使C化合鍵發(fā)生破壞的閾值附近，每次碰撞都是在原位進(jìn)行破壞；但離子束照射是用高能離子轟擊C納米管，高能量使得缺陷密度增加。

3、電子束焊接在絕緣體焊接中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的電弧焊等焊接方法只能對(duì)電的良導(dǎo)體進(jìn)行焊接，但電子束焊接不受這一條件限制，它能夠?qū)崿F(xiàn)絕緣體的焊接。V A Burdovitsin等在5-15Pa的條件下，運(yùn)用陰極等離子體電子束實(shí)現(xiàn)了絕緣體的焊接，在電子束照射過(guò)程中，絕緣工件表面會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)，但其值遠(yuǎn)小于電子束加速電壓，而且絕緣體所帶負(fù)電荷可以被輝光放電過(guò)程產(chǎn)生的正電荷所中和，所以可以實(shí)現(xiàn)電子束直接對(duì)其進(jìn)行焊接。這一理論可以指導(dǎo)人們運(yùn)用電子束焊接實(shí)現(xiàn)絕緣陶瓷之間、絕緣陶瓷與金屬、橡膠、塑料等絕緣體之間的焊接。

4、結(jié)論

電子束焊接經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展已經(jīng)在Ti合金、Zr合金等新型結(jié)構(gòu)材料方面得到了廣泛應(yīng)用，不單由于其具有較高的能量密度，原因還包括電子束具有能夠聚焦且焦長(zhǎng)可調(diào)使得焊接過(guò)程順利進(jìn)行；且電子束焊接熱影響區(qū)較小，對(duì)焊縫周?chē)哪覆男再|(zhì)影響較?。浑娮邮附拥牧硪淮髢?yōu)勢(shì)就是其不受工件是否導(dǎo)電的限制。因此電子束焊接在復(fù)合材料、C納米管以及絕緣材料的焊接發(fā)面具有其他焊接方法無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，顯示了巨大的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]任家烈， 吳愛(ài)萍. 先進(jìn)材料的連接[M] . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000 ：34 - 41.

[2]季小輝， 王少剛， 趙小群， 董桂萍. SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的電子束焊接研究現(xiàn)狀. 輕合金加工技術(shù) 37（2009） 11- 15