纳米复合材料

   与传统材料相比，纳米粒子在聚合物基中具有分散较均匀、比表面积大、粒子间空隙小等特点，辐射防护功能粒子的加入对材料整体性能及防辐射性能会产生一定影响，结合有机高聚合物独特的物理、化学性质和良好的加工性能，制备聚合物基纳米粒子复合材料，使其具有高聚物本身优点的同时兼备纳米粒子某些特异属性：良好的耐烧蚀性和摩擦性能，在力学、催化、抗辐射功能材料等领域具有广泛的应用前景。

    1 聚合物基纳米复合材料抗辐射机理

    纳米颗粒粒径小，表面有许多介孔，具有良好的界面反射性能，当入射光照射时，每行进几个纳米就会接触一个新界面，这些接触导致入射光的漫反射，增强了界面反射特性，同时将作用于其上的紫外线向各个方向散射，从而减少照射方向的紫外线强度，纳米颗粒对紫外线和可见光的反射率达80%~85%,且纳米材料表面的介孔越多，其屏蔽紫外线的能力也越强。此外，纳米颗粒的电子结构由价电子带和空轨道形成的传导带构成，当受到紫外线的照射时，价带上的电子可吸收紫外线而被激发到导带上，同时产生空穴-电子对，因此纳米颗粒还具备吸收紫外线的功能，由此可见，纳米颗粒既能吸收、又能反射、散射紫外线，是性能优越的防护剂。

    2 聚合物基纳米复合材料抗辐材料

    传统材料在射线照射下会降解、老化、变黄，以往使用的有机化合物二苯甲酮类、邻氨基苯甲酮类、水杨酸酯类、对氨基苯甲酸类、肉桂酸酯类等紫外线吸收剂不稳定、寿命短，且副作用较大。无机纳米TiO2、纳米ZnO、纳米SiO2及纳米氧化锑锡（A-TO）等粒子，因其无毒、无味、无刺激性、化学稳定性高、不变质、吸收射线能力强而大受欢迎，添加到材料中可提高材料耐候性及抗辐射性。

    2.1纳米TiO2抗辐射复合材料

    常见TiO2粉体有金红石型、锐钛矿型、板钛矿型3种晶型。纳米TiO2热稳定性较好，具有半导体性质，禁带宽度较宽，比普通TiO2具备更佳的吸收紫外线功能，散射紫外线能力更强，且它在长、中及短波紫外线3个区内均表现出优异的吸收性。

    ZhangHY等用溶剂热法制备了环氧树脂/TiO2纳米复合材料，对复合材料测试表明，纳米TiO2均匀复合于环氧树脂基体中，光学和表面性能的测试表明，当吸收一定波长的光子后价带中的电子就会被激发到导带，形成带负电的高活性电子e-,同时在价带上产生带正电的空穴h+,吸收紫外线能力更加，具备优异的紫外线屏蔽作用和良好的透光度。

    ManCZ等分别采用旋涂和注塑成型技术制备聚乳酸（PLA）/锐钛型TiO2（AntaseTiO2）薄膜和聚乳酸/金红石型TiO2（RutileTiO2）厚膜复合材料，研究发现，当在基体树脂中加入金红石型TiO2时，材料表现出很好的光屏蔽效果，PLA的抗紫外线性能得到显著提高，但加入锐钛型TiO2时，材料表现出很强的不稳定性且快速降解。MSabzi等将硅烷偶联剂改性后的纳米TiO2粒子加入聚氨酯中，研究其抗紫外性能变化的结果，随着纳米TiO2含量的增加，涂料的抗紫外性能显著提高，可用作户外涂料。

    2.2纳米ZnO抗辐射复合材料

    纳米ZnO属于两性氧化物，纳米ZnO的紫外-可见光谱表明，在可见光区，纳米ZnO比普通ZnO对可见光的吸收较弱；在紫外区，纳米ZnO对紫外线的吸收能力远远强于普通ZnO,因此纳米ZnO具有更好的可见光透明性及射线屏蔽性。

    高党鸽等人采用自由基聚合制备了二烯丙基二甲基氯化铵（DMDACC）-烯丙基缩水甘油醚（AGE）-甲基丙烯酸（MAA）共聚物，该共聚物与纳米ZnO复合，制备复合材料，结果表明该材料具有核壳结构；将其应用于织物整理，发现整理后织物对大肠杆菌具有良好的抗菌性和吸收紫外性能。

    在涂料方面，高传涛等以纳米微粒直接分散法，将四针状纳米ZnO预处理后，通过超声作用使其均匀分布于丙烯酸树脂基体中，制备了具有良好红外屏蔽性能同时具备良好的抗菌及抗静电性能的多功能复合涂料。唐志勇等对聚砜酰胺/ZnO纳米复合材料进行了研究，聚砜酰胺/ZnO复合材料的抗紫外线性能和导电性显著提高。美国FosterProducts公司制成了性能优越的抗紫外水性涂料。

    2.3纳米TiO2/Al2O3/ZnO抗辐射复合材料

    J.Godnjavec等为提高金红石型纳米TiO2在水性丙烯酸涂料中的分散性，对TiO2纳米粒子进行表面改性，先用Al2O3对TiO2纳米粒子进行表面改性，然后用多面体低聚倍半硅氧烷（POSS）对改性纳米粒子进行表面接枝，经6周紫外线照射结果显示，纳米粒子改性后的丙烯酸涂料光泽度变化为34.6%,TiO2-Al2O3-POSS粒子改性过的丙烯酸涂料光泽度变化为31.8%.

    徐斌等以马来酸酐接枝PP作为PP/纳米TiO2或纳米ZnO复合材料相容剂和相分散剂，发现纳米TiO2、纳米ZnO的加入使PP的β-晶型熔融峰消失，对PP结晶有明显的成核作用；纳米粒子的加入减缓了复合材料在紫外光照射下的老化速度，有效改善了PP的抗紫外老化性能。管小红等采用溶胶-凝胶法制备TiO2-SiO2复合溶胶，对经过一定浓度碱改性的芳砜纶织物进行纳米抗紫外整理，复合溶胶整理聚砜酰胺织物，对织物抗紫外性能测试表明，整理后织物的抗紫外光老化性能得到明显改善，从而解决了聚砜酰胺遇紫外光老化的问题。

    2.4纳米氧化锑锡抗辐射复合材料

    锑掺二氧化锡（ATO）纳米材料是近年来迅速发展的新型功能导电材料，具有良好的化学稳定性、抗辐射、光学性能以及低的红外发射率等特点。张成为提高聚碳酸酯（PC）隔热性能的同时保持较高的透明度，以ATO为红外阻隔剂，采用溶胶-凝胶法制备了一系列硅烷偶联剂KH-570改性纳米ATO/PC复合材料。

    2.5其他抗辐射纳米复合材料

    现代探测技术和精确制导武器飞速发展，单一的吸波材料很难满足"薄、轻、宽、强"的综合要求，制备多元复合吸波材料将是一个重要的发展方向。罗俊等[26]以Fe3O4较高的饱和磁化强度、高居里温度以及较强导电性和石墨烯对电磁波的电损耗特性，用水热法制备了微粒和棒状两种形貌的Fe3O4与石墨烯复合材料，对该材料结构、形貌及电磁吸收性能的表征表明，Fe3O4棒状/石墨烯复合材料相比粒子状具备更优异的电磁吸收性能，且其在8~18GHz范围内小于-10dB频带宽9.8~17.9GHz,说明材料的微波吸收性能和纳米粒子的形貌有关。

    王立岩采用自制的有机纳米蒙脱土与聚丙烯熔融共混，制得/蒙脱土纳米复合材料。李向阳采用水热法制备Ce3+掺杂ZnO粉体，将复合粉体与聚甲基丙烯酸甲酯复合，制备一种新型的抗紫外ZnO:Ce3+/PMMA纳米复合材料。

    3 展望

    随着纳米产品的普及和人们对于纳米产品性能品质的认可，纳米材料得到了很好的发展，作为新型的环境友好型材料，纳米复合材料在抗辐射复合材料的生产中发挥着不可替代的作用，所以对纳米粒子负载、防团聚技术及相关机理的探究尤为重要，以期研发具有高效、多功能化、低毒化、环保化的聚合物基纳米抗辐射复合材料。

责任编辑：周娅

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