一、納米材料的特性

　　納米是一種長度計量單位，1納米為十億分之一米(10-9m)。納米材料是指粒徑范圍在1~100nm內(nèi)的添加劑，此粒徑范圍處于原子簇和宏觀物體交界的過渡區(qū)域，是一種典型的介觀系統(tǒng)。當(dāng)材料的粒子尺寸進(jìn)入納米范圍時，就具有普通粒子尺寸所不具有的特殊性能。這是因為納米粒子的尺寸與物質(zhì)的許多特征長度相當(dāng)，如電子的德布洛意波長、超導(dǎo)相干長度、鐵磁性臨界尺寸等，從而導(dǎo)致納米材料的物理、化學(xué)特性既不同于微觀結(jié)構(gòu)的原子、分子，也不同于宏觀結(jié)構(gòu)的物體，其性能介于兩者之間。

　　(一)納米粒子的綜合效應(yīng)

　　納米粒子的結(jié)構(gòu)為數(shù)目較少的原子或分子組成的原子群或分子群。其表面原子是既無長程有序又無短程有序的非結(jié)晶層;而在粒子的內(nèi)部，則存在著結(jié)晶完好、周期性排布的原子。正是納米粒子的此種特殊結(jié)構(gòu)類型，導(dǎo)致其具有如下幾種特殊的性能。

　　1、體積效應(yīng)

　　體積效應(yīng)又稱為小尺寸效應(yīng)。當(dāng)納米粒子的尺寸小到與光波波長、德布洛意波長、超導(dǎo)的相干長度或透射深度等特性尺寸相當(dāng)或更小時，其晶體周期性的邊界條件將被破壞，表層非晶體附近的原子密度減少，導(dǎo)致材料的聲、光、電、磁、熱、催化等特性與普通材料相比，發(fā)生巨大變化。

　　2、表面效應(yīng)

　　表面效應(yīng)又稱為界面效應(yīng)，它是指納米粒子表面原子與總原子數(shù)之比隨粒徑的減小而急劇增大，并且在同一納米晶粒內(nèi)還存在各種缺陷(如孿晶界、層錯、位錯等)，甚至還有不同的亞穩(wěn)相共存，這種特殊結(jié)構(gòu)導(dǎo)致性能上的變化，并由此派生出傳統(tǒng)固體不具有的許多特殊性能。

　　3、量子隧道效應(yīng)

　　微觀粒子具有貫穿勢壘的能力稱為量子隧道效應(yīng)。納米粒子的磁化強(qiáng)度等也具有量子隧道效應(yīng)，它們可以宏觀系統(tǒng)的勢壘而產(chǎn)生變化。這是由于粒子尺寸減小，粒子內(nèi)原子減少而造成的。

　　(二)納米粒子的特性

　　納米粒子的特性可從兩方面進(jìn)行分析：表面特性和內(nèi)在特性。

　　納米粒子的許多良好性能都與表面特性有關(guān)，如低密度、低流動速率、高吸附性、高混合性及弱壓縮性能等。從物理性質(zhì)上來說，是由于其比表面積大：納米粒子的許多特性都與其比表面積大有關(guān)，由于其表面結(jié)構(gòu)特殊，在納米粒子的表面產(chǎn)生了原子表面層，而且粒子越小，原子表面層的厚度越大。原子表面層內(nèi)并非“氣體狀”自由結(jié)構(gòu)層，而是與粒子粒徑、制備方法相聯(lián)系的高度對稱、低密度的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)層。從物化性質(zhì)上來說，其表面能高，吸附作用強(qiáng)，難以均勻分散。尤其是物理方法制備的納米粒子，機(jī)械能很容易轉(zhuǎn)變?yōu)楸砻婺埽沽Ｗ娱g產(chǎn)生集聚。

　　納米粒子的內(nèi)在特性主要表現(xiàn)在如下幾個方面：反應(yīng)活性增大、高催化性能、熔點降低、電阻增大、磁性增強(qiáng)、光吸收性能強(qiáng)、光發(fā)射性能強(qiáng)、光電性能優(yōu)良、硬度與可塑性并重、以及高比熱、高熱膨脹性及高擴(kuò)散性等性能。

　　二、常用納米材料

　　從理論上講任何材料都可以成為納米材料，產(chǎn)業(yè)化的納米材料多有化學(xué)合成法為主，用物理法的目前只有石墨烯。

　　(一)納米無機(jī)填充材料

　　1、納米粘土

　　粘土是一類***鹽材料的總稱，具體包括蒙脫土(MMT)、凹凸棒粘土(TA)、伊利石、海泡石、水云母及蛋白石等，其中以蒙脫土***為常用。

　　(1)蒙脫土(MMT)

　　蒙脫土是一種天然礦物質(zhì)材料，其主要成分為SiO2

　　(含量72%)、(Al2O3含量14%)，可以用于塑料的阻隔改性。蒙脫土具有親水疏油性能，與大多數(shù)樹脂的相容性都比較差，要與樹脂形成良好的復(fù)合材料，首先要對其進(jìn)行疏水親油改性處理，以提高與樹脂的相容性。利用蒙脫土的良好插層性能可以進(jìn)行長鏈***化合物的層插，大幅度提高與各類樹脂的相容性，制造多種納米塑料填充材料，同時改善復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量和沖擊強(qiáng)度，這正是目前納米材料的研究重點。目前，已成功開發(fā)出如PA6/蒙脫土、PET/蒙脫土、PMMA/蒙脫土、PI/蒙脫土、EP/蒙脫土、PS/蒙脫土等復(fù)合材料。

　　(2)凹凸棒粘土(AT或ATP)

　　凹凸棒粘土為納米粘土的一個品種，是一種水合鎂鋁***鹽非金屬礦物。凹凸棒石呈水晶鏈層狀結(jié)構(gòu)，但與蒙脫土的層狀結(jié)構(gòu)明顯不同，凹凸棒石為一種天然纖維狀晶體形態(tài)結(jié)構(gòu)的含水富鎂的鋁***鹽礦，典型的分子式為Si8Mg5O20[Al](OH)2(OH2)4.4H2O。由于納米級的晶棒很容易聚集，因此凹凸棒石與聚合物的混合只能是微米級的混合，起到增量填充的作用。凹凸棒石表面大量的硅***與非極性聚合物相容性差，填充前要進(jìn)行表面處理。目前凹凸棒石在塑料中應(yīng)用主要集中在PET和PA成核劑和隔熱材料。

　　(3)伊利石

　　更多資訊請進(jìn)入中國模具鋼產(chǎn)業(yè)網(wǎng)了解。