馬鵬飛，韓生華

(山西大同大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，山西 大同 037009)

在過去的幾十年中，納米科學(xué)(nano science)和納米技術(shù)(nano technology)的研究出現(xiàn)了爆炸性的增長(zhǎng)，極大刺激了科技領(lǐng)域的大發(fā)展。目前隨著納米技術(shù)的不斷進(jìn)步，高分子材料的改性研發(fā)也逐漸日新月異。利用納米分子材料的特殊性質(zhì)，如特殊的電學(xué)(electrical)、光學(xué)(optics)、磁性和化學(xué)活性(magnetic and chemical activity)，我們可以將這些納米材料添加到高分子材料中并加以修飾，從而得到特殊的功能高分子材料[1]。這將極大改變高分子材料的性能，也將其應(yīng)用拓展到更加寬闊的領(lǐng)域中。

1 納米高分子材料的優(yōu)勢(shì)

納米粒子通常與聚合物結(jié)合，利用納米材料的特殊性能開發(fā)新產(chǎn)品，用這種方法制得的聚合物材料成本低，周期短。新材料也與普通的改性材料不同。新材料具有特殊的體積效應(yīng)(volume effect)、表面效應(yīng)(surface effect)、量子效應(yīng)(quantum effect)等[2]。結(jié)合這些效應(yīng)，改性高分子材料具有特殊的性能。納米材料具有較大的比表面積(specific surface area)、小尺寸(small size)等特點(diǎn)，與普通材料相比具有特殊的特點(diǎn)[3]，具有一些新穎的特性和不可思議的特性，使其成為一種具有廣闊應(yīng)用前景的新型材料。

2 納米微粒的改良方法

科學(xué)家將納米高分子材料稱為強(qiáng)大的“混血兒”。 納米粒子粒徑小，比表面積大，易于團(tuán)聚。為了提高納米添加劑和聚合物的界面結(jié)合力，提高納米顆粒的均勻分散能力，需要對(duì)納米粉體進(jìn)行表面改性[4]。主要是降低粒子表面能態(tài)，消除粒子表面電荷，提高有機(jī)相與納米粒子的親和力等。其主要代表性的方法有以下幾種：

(1)表面覆蓋改性。該方法將表面活性劑，例如硬脂酸(stearic acid)、有機(jī)硅(silicone)、鈦酸酯(titanate)等物質(zhì)，覆蓋在顆粒表面，使性質(zhì)發(fā)生改變[5]。

(2)機(jī)械化學(xué)改性。即采用利用摩擦粉碎的方法，使分子晶格位移，活化顆粒表面，使內(nèi)能增加，從而改變晶體結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)粒子表面結(jié)構(gòu)[6]。

(3)層間插入法。 該方法是將納米粒子直接填充分散，把納米粒子聚合，直接插到無機(jī)物質(zhì)，例如金屬氧化物(metallic oxide)，二硫化物(disulfide)，石墨(graphite)等的層狀結(jié)構(gòu)中，使得在納米粒子的表面上，均勻地形成了夾層[7]。

目前還有一些別的方法，例如給納米粒子摻雜大量的有機(jī)物，使得兩相均勻，得到高純度的材料。這些物質(zhì)的加入使得納米粒子的表面能大大降低、填料狀況得到了極大的改善，同時(shí)也使得納米粒子與基體的界面結(jié)合能力得到了加強(qiáng)。

3 納米技術(shù)在高分子材料中的應(yīng)用廣泛

在涂料行業(yè)領(lǐng)域中，科學(xué)家們也考慮使用納米材料，如納米銀(nano silver)、納米氧化鋅(nano-zinc oxide)、納米二氧化鈦(nano-titanium dioxide)、納米二氧化硅(nano-silicon dioxide)等作為保護(hù)涂料的添加劑，這些添加劑吸附太陽光中的紫外光，能夠產(chǎn)生羥基自由基，不僅能抑制微生物的生長(zhǎng)，還可以有效保護(hù)涂料的微生物降解和化學(xué)物理退化，讓油漆不會(huì)輕易脫落[8]。

世界上產(chǎn)生的大量塑料廢物是由諸如聚乙烯(HDPE或LDPE)、聚丙烯(PP)和聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)等塑料廢料的聚合物組成。多年來，環(huán)境保護(hù)主義者一直在尋找各種方法來克服如此大量的塑料廢物被棄置到垃圾填埋場(chǎng)的問題[9]?？茖W(xué)家通過發(fā)現(xiàn)添加一些納米顆粒，可以從塑料廢物中生產(chǎn)石油吸附劑。該領(lǐng)域的研究是一項(xiàng)是很有前途的研究。塑料抗老化性能差影響了其推廣應(yīng)用，可以在塑料中加入多種納米添加劑，以提高其性能并增強(qiáng)其通用性。例如在聚丙烯、聚乙烯等塑料材料中添加了納米二氧化鈦，然后經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間光照后，其拉伸強(qiáng)度幾乎沒有變化。將抗菌性的納米粒子添加到塑料中，可以得到具有持久抗菌性的塑料。如果將此項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn),將取得很好的經(jīng)濟(jì)效益。

太陽能電池的制備中采用納米二氧化鈦顆粒，其中用于敏感的純二氧化鈦納米顆粒的溶膠-凝膠法合成。該電池具有良好的太陽能光能，其光電轉(zhuǎn)換效率分別為0.49%和1.05%[10]。

沙門氏菌和彎曲桿菌是最常見的食源性疾病。商業(yè)雞肉被認(rèn)為是沙門氏菌和彎曲桿菌感染最重要的食品工具之一。在家禽業(yè)中采用納米技術(shù)，包括納米高分子的消毒劑、表面殺菌劑、防護(hù)服、空氣和水的過濾等，可以大大提高微生物安全和產(chǎn)品質(zhì)量。

納米材料對(duì)吸水和疏油的特性，使其在日常生活服裝上也有著很重要的應(yīng)用前景。利用納米復(fù)合材料，例如樹枝狀大分子的疏水蛋白溶膠-凝膠系統(tǒng)，碳納米管等，制作的防水和疏油的紡織材料，已經(jīng)成為新型服裝的必備[11]。此類服裝具有高效環(huán)保的屏障系統(tǒng)保證了衣服穿著舒適，同時(shí)還具有多阻隔性能(防高溫和火焰，熱中風(fēng)的保護(hù)，灰塵釋放)和相關(guān)生理參數(shù)(透氣、調(diào)溫/絕緣性能)的要求。

高分子納米材料(PNMS)作為高分子材料在納米級(jí)或聚合物復(fù)合材料含有納米材料的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，已經(jīng)變得越來越有用。在特定的，在聚合物相關(guān)的納米科學(xué)和納米技術(shù)的進(jìn)步帶來了革命性的變化，產(chǎn)生與量身定制的性能和功能進(jìn)行有針對(duì)性的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的新材料。這些材料，包括聚合物(polymer)、納米粒子(nanoparticles)、納米膠束(nano micelle)、納米凝膠(nano gel)，納米纖維(nanofibers)，樹枝狀聚合物(dendritic polymer)和納米復(fù)合材料(nanocomposite)，已廣泛應(yīng)用于藥物、基因治療、組織工程和再生醫(yī)學(xué)圖像。

4 結(jié)語

納米材料作為一種很好的技術(shù)，在高分子材料中有著重要的應(yīng)用，其未來前景十分廣闊，對(duì)于未來材料科學(xué)的發(fā)展有著特殊的重要現(xiàn)實(shí)意義。研發(fā)應(yīng)用納米復(fù)合材料可以利用我國(guó)優(yōu)勢(shì)的資源，同時(shí)也對(duì)傳統(tǒng)的工藝進(jìn)行改造，對(duì)環(huán)境保護(hù)具有積極意義，具有巨大的市場(chǎng)潛力。