无机矿物填料表面纳米化修饰及性能表征

盖国胜1杨玉芬2，1郝向阳1樊世民1蔡振芳1

（1.清华大学 材料系粉体工程研究室，北京 100084；2.清华大学河北清华发展研究院微纳米材料与资源利用研发中心，河北廊坊 065001）

摘要 采用化学方法对无机矿物填料表面进行包覆改性，制备出具有表面纳米化结构的复合矿物颗粒，有效地改善了原有颗粒的表面形貌，提高了比表面积。通过搅拌磨湿法研磨，讨论了包覆颗粒与基体的结合方式，初步证明了包覆颗粒与基体的结合方式为化学吸附，而非物理吸附，两者结合牢固，包覆层不易脱落。包覆矿物颗粒在PP中填充，其复合材料的力学性能有较大的改善［1～15］。

关键词 无机矿物；填料；包覆改性；表面纳米化颗粒。

第一作者简介：盖国胜（1958—），男，博士，副研究员。E-mail：gaigs@tsinghua.edu.cn。

一、引言

微米级超细碳酸钙、硅灰石是塑料或橡胶常用的无机矿物填料，需求量非常大。仅塑料行业每年就需要碳酸钙超细粉超过100×104t［1］。而传统加工技术生产的碳酸钙超细粉具有锐利的棱角和平整的晶体解理面，与聚合物的相容性差。采用偶联剂或表面活性剂进行改性，不能从根本上解决颗粒表面固有的形貌缺陷，而这些部位在微观上易成为复合材料内部的薄弱点，是导致复合材料失效的原因之一［2，3］。

纳米碳酸钙生产成本低，技术成熟，但团聚严重，均匀分散困难，在聚合物中填充难以体现纳米颗粒特有的性能［4～6］。作者利用Ca（OH）2-H2O-CO2体系制备的复合矿物颗粒发挥了微米、纳米颗粒各自的优势，弥补了颗粒形貌的不足。

二、方法与步骤

将640 g平均粒度5.2μm的重质碳酸钙微粉（山东宏达水泥有限责任公司），浓度8%、760 mL氢氧化钙溶液和700 mL热水置于反应釜中，调节矿浆温度25～30℃，充分搅拌，转速400 r/min。矿浆循环流量20 mL/s。30%的纯二氧化碳与70%的空气混合，通入反应釜，继续搅拌使气—固—液三相充分混合。PB-10型pH计用于矿浆酸碱度的在线监控，当pH值为7时，结束反应，反应持续约20 min。停止通气，过滤矿浆，烘干滤料，所得固体物料即为经表面纳米化修饰的复合碳酸钙填料。

研究表明，合理调节操作参数，如氢氧化钙浓度、矿物添加量、粒度、添加时间、CO2流量、搅拌强度和矿浆温度，同样能制备出表面粗糙的复合硅灰石、复合白云石和复合粉煤灰填料。

反应生成物纳米碳酸钙将依据异质形核原理在无机矿物颗粒表面沉积、形核、生长，实现表面纳米化修饰。由相变热力学可知［7，8］，成核晶体和晶核的原子排列越相似，异质形核自由能与均质形核自由能相比就越小，异质形核自由能越小，越有利于异质形核。矿浆中添加重质碳酸钙、硅灰石等无机矿物微粉后，从热力学的角度可以证明纳米CaCO3生成物易于在这些颗粒表面成核、生长，达到表面纳米化修饰的目的。

使用的测试设备为：CSM-950 型和 CJSM-6301F型扫描电子显微镜，用于颗粒形貌观察；NOVA4000高速自动比表面仪，用于比表面积测定；PHI5300型XPS多功能电子能谱仪，分析固体样品表面的元素组成及化学状态；自制的湿法搅拌磨，检测包覆颗粒与基体的结合强度；φ30×45平行同向混炼型双螺杆挤出机和150 ZP型注塑机，用于制备力学性能检测样条。

三、结果与讨论

（一）表面形貌

笔者在Ca（OH）2-H2O-CO2系统中利用自制的装置已成功地制备表面被纳米碳酸钙包覆的无机矿物颗粒，其中碳酸钙颗粒的形貌特征如图1所示。

图1 重质碳酸钙颗粒表面修饰前后的SEM 形貌

（a）原料重质碳酸钙颗粒；（b）、（c）复合重质碳酸钙颗粒

由图1（b）、（c）可见，包覆颗粒大小均匀，粒径80nm左右，包覆率高。与包覆前相比，颗粒锐利的棱角被钝化，表面粗糙度提高，粉碎过程中形成的平整解理面已不复存在，取而代之的是纳米颗粒包覆层。通过BET测定，包覆后碳酸钙的比表面积由原料的0.66 m2·g-1提高到2.06 m2·g-1，增加了2倍以上；复合硅灰石颗粒的比表面积也由原料的1.74 m2·g-1提高到7.36 m2·g-1。

（二）包覆层与基体结合强度

1.子颗粒实际脱落时的表面能ΔE

为了进一步检验包覆层和基体的结合强度，将复合重钙在搅拌磨中湿法研磨，考察包覆层在球磨介质作用下的脱落情况。

试验采用自制的湿法搅拌磨，由Φ110mm静止磨筒与多层叶片的搅拌器构成，Φ1mm的氧化锆球作研磨介质，加入100 g物料和适量的水。电动机通过变速装置带动搅拌器旋转，转速355 r/min。研磨介质与物料作多维循环和自转运动，上下、左右产生剧烈置换，物料从而受到摩擦、冲击、剪切等作用［2］。复合碳酸钙粉在研磨30 min、45 min、60 min后的形貌变化如图2-（a）、（b）、（c）所示。

图2 复合碳酸钙粉研磨后的SEM 形貌

（a） 30 min；（b） 45 min；（c） 60 min

从图2可以看出：研磨30 min，表面仍被纳米颗粒所包覆，几乎没有发生变化；45 min时包覆颗粒有少量脱落；研磨到60 min时，包覆层全部脱落，并见明显的凹痕。搅拌磨中，单位体积磨球的动能EiB可用下式表示［9］：

中国非金属矿业

式（1）中：D为搅拌磨直径，0.11 m；DR为搅拌器直径，0.09 m；ζ为常数，0.0082；u为周向速度，0.836 m/s；ρB为磨球的密度，6310 kg/m3。从单位体积磨球动能EVB可导出有效区颗粒吸收能 ：

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式（2）中：VB为磨球体积，7.924×10-5m3；VB为有效区体积，1.161×10-4m3；ρM为颗粒相对密度，2710 kg/m3；εM为被研磨颗粒自然堆积状态时的孔隙率，可忽略不计。假设颗粒在有效区内均匀分布且颗粒粒径大小均一，可由EM求出单个颗粒平均吸收能Em：

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式（3）中：M为有效区内颗粒的质量，0.1 kg；Da为被处理物料的平均粒径，5.36×10-6m；N1为有效区内的颗粒数量，2.625×1010；则Em＝8.46×10-13J。

由图2可知，研磨45 min时，包覆颗粒开始脱落，此时单个颗粒的吸收能E为

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式（4）中：t为球磨时间，2700s。

根据颗粒的粉碎研磨理论，颗粒破碎过程中所吸收能量的5%～25%被转化为颗粒新增的表面能ΔE［10～14］。若以5%计算，则复合颗粒开始脱落时新增的表面能ΔE＝1.14×10-10J。也就是说，只有表面能达到ΔE时，表面包覆的颗粒才开始脱落。

2.预测包覆颗粒脱落时的表面能ΔE′

假设重质碳酸钙母颗粒为立方体，表面包覆层为单层包覆，包覆层内所有子颗粒均是相同直径的球形颗粒，脱落前后颗粒表面积的变化值可表示为ΔS（m2）：

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式（5）、（6）、（7）中：S1为包覆层脱落前颗粒的表面积，m2；S2为包覆层脱落后子颗粒与母颗粒的总表面积，m2；Dc为母颗粒的粒径，5.2×10-6m；d为子颗粒直径，8×10-8m；N2为子颗粒个数。

子颗粒完全从母颗粒表面脱落时，表面能的增加值ΔE′应为

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式（8）中：γc为碳酸钙表面能，0.08J/m2［11］，可得ΔE′＝3.894×10-11J。也就是说，当颗粒表面能增加到ΔE′时，子颗粒就可以从母颗粒表面脱落。

由计算可知，子颗粒实际脱落时的ΔE大于ΔE′，因此推断：子颗粒与母颗粒的结合方式应为化学吸附而非物理吸附，即子颗粒和母颗粒共生为一体。对复合硅灰石粉体做同样的试验，结果也是一致的。

（三） XPS分析

为了进一步分析包覆颗粒的表面特征，采用X射线光电子能谱（XPS）对硅灰石原料与复合硅灰石进行了分析。试验条件：硅灰石粉体600 g，平均粒度4.89μm，由北京国利超细粉公司提供，氢氧化钙溶液浓度6%，850 mL，矿浆温度30℃，转速400 r/min，矿浆循环流量20 mL/s。包覆前后硅灰石颗粒表面含有Ca、Si、C、O四种元素，其元素含量的变化和结合能的变化分别列于表1、表2。

分析表1，可发现硅灰石颗粒表面经纳米化修饰后，Ca元素的含量明显增多。Ca元素相对Si元素其比例也明显增大，Ca/Si之比由原料的约1∶1增加到包覆后的2∶1。

表1 硅灰石颗粒表面元素含量（wB/%）

注：反应10 min后所取样品为1＃，反应结束时样品为2＃。

表2 硅灰石颗粒表面各元素的结合能（eV）

分析表2，发现C、Ca、Si、O元素的峰位均发生了一定的化学位移。原料硅灰石表面C元素峰位为284.8，应为污染碳，其表面本身没有碳键。Ca元素的结合能在硅灰石颗粒表面纳米化修饰过程中呈降低趋势。初始阶段，Ca元素主要处于＞SiO3的化学环境中，由于Si元素的电负性较大，Ca原子周围电子浓度较低，对其内层电子的屏蔽作用减弱，Ca原子的内层电子结合能较大。随着反应的进行，纳米碳酸钙不断在硅灰石颗粒表面沉积，即表面Ca原子周围逐渐由＞SiO3的化学环境转变为＞CO3的化学环境。而C元素的电负性要比Si元素小，因此Ca原子周围的电子密度将有所增加，对其内层电子的屏蔽作用增强，从而Ca原子的内层电子结合能变小，表现为其XPS峰位值减小。反应结束后，硅灰石表面逐渐被纳米碳酸钙覆盖，Ca元素的结合能与纯碳酸钙样品中Ca元素的结合能是一致的。结合XRD物相分析［15］，可推断：硅灰石颗粒表面包覆颗粒应为纳米碳酸钙。

（四）填充

对聚丙烯（PP），分别以未包覆和包覆后的重质碳酸钙作填料进行填充性能试验，填充前使用硬脂酸进行改性。经双螺杆挤出机和注塑机按GB1040-92注射成型，在液氮气氛下冷冻，快速冲击，断口表面喷金，SEM观察断口形貌，如图3所示。

图3表明：未经包覆的碳酸钙直接在PP中填充，其颗粒和PP基体的界面结合松散，可见明显的沟壑和裂缝，见图3-（a）。而包覆碳酸钙颗粒与PP 基体的界面结合紧密，相容性较好，见图3-（b）。这是因为复合颗粒粗糙的表面及钝化的棱角增加了与 PP 基体接触的机会，改善了界面结合性能。

图3 PP基复合材料断口的SEM形貌

（a）填充未包覆重质碳酸钙颗粒；（b）填充包覆重质碳酸钙颗粒

四、结论

1）在Ca（OH）2-H2O-CO2系统中，借助异质形核原理能有效地改善无机矿物颗粒的表面形貌，表面粗糙，比表面积提高2倍以上。

2）包覆颗粒通过化学吸附牢固地与被包覆颗粒结合，不易脱落。

3）包覆后的粉体作填料，改善了PP复合材料的界面结合性能。

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Nanosized Particles Coating of Inorganic Mineral Filler Surface ＆ Characterization

Gai Guosheng1，Yang Yufen2，1，Hao Xiangyang1，Fan Shimin1，Cai Zhenfang1

（1.Powder Technology R ＆ D Group，Department of Material Science and Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China；2.Micron-Nano Materials ＆ Resource Utilization R ＆D Center，Institute of Tsinghua University，Hebei Tsinghua Science Park，Langfang Economic Development Zone，Jinyuan Road，Langfang，065001，Hebei，China）

Abstract：Composite mineral particles with nano-structured surface，which effectively improve surface morphology of the originals and increase specific surface area，had been successfully prepared by using chemical method.Through wet grinding in stirring mill，coalescence between coating particles and the base was investigated.The preliminary conclusion gained showed that coating particles are not easy to be peeled off from the base because of chemical absorption.The mechanical properties of the composite were greatly improved，when the coated mineral particles were filled in polypropylene.

Key words：inorganic mineral，filler，coating，surface nano-structured particle.

摘要 化学原理在侦破工作中应用的重要性日益突出,以化学为基础的侦破技术在近年来得到了迅速发展,成为打击犯罪、维护治安的重要手段。本文介绍了几种重要的分析方法在刑侦工作中的重要应用。

关键词 化学方法 刑侦 分析方法 侦破

阿瑟#柯南道尔是英国著名的侦探小说家,因塑造了福尔摩斯这个传奇式的侦探形象而闻名于世。柯南道尔的侦探小说包含了丰富的化学知识和法庭化学思想。在他的笔下,福尔摩斯是个精通化学的神探。法国的埃德蒙#洛卡德在福尔摩斯探案小说的启发下,于1910年建立了第一个法庭实验室[1A],从而揭开了把化学应用于法律事务的序幕。

随着社会的发展和科学技术的进步,司法部门已经大量地依靠物证鉴定结果作为破案的依据。用化学手段对犯罪现场和侦察过程中获取的犯罪物证成分进行检验,是化学对刑侦工作的重要贡献。化学原理在侦破工作中的重要应用是人们普遍感兴趣的课题,因为长期以来,刑侦分析技术总给人们一种神秘的感觉。事实上,法庭科学家,特别是法医化学家从事的往往是与化学工作者相类似的工作。虽然他们通常研究的对象和处理的样品不同,但是,他们使用的基本原理和方法通常是一致的。

在犯罪现场遇到的物证种类极其繁多,所需检验的对象也十分复杂。涂料残渣、玻璃碎片、毛发、纤维、药物、射击残余物、易爆品、纵火材料等都可以作为物证鉴定的对象。以往普遍可用的检测方法只能使法庭科学家确定这种可疑物品与已知的证据物品是否类似,以确定二者是否属于同一来源。近年来,新的和改善了的仪器和分析方法能使法庭科学家更准确地达到把物证材料与某种特定的来源联系起来的目的。下面介绍在破案中常用的几种化学仪

器分析方法。

1 扫描电镜

扫描电子显微镜(简称扫描电镜,/SEM0)在物证检验中有着广泛的用途。它对工具痕迹、弹头、弹壳的检验非常有用,对毛发、射击残余物和其他微细物证的鉴定也极为有用。SEM具有高度放大(放大倍数一般为10倍~250000倍)和高度分辨(通过二次成像能够观察到试样表面60埃左右的细节)的特点,可提供物证的形态和表面结构特点的放大图像。SEM和X-射线微量分析仪(EDX)联用可用来鉴定样品中存在的化学元素。

枪击案中,常常需要判断嫌疑人是否开过枪,与涉嫌枪支是否有关。射击残余物

[1B]

(GRS)的提取

与鉴定不仅能获得这方面的证据,还可以估计射击的距离,有助于判断枪击案的性质(自杀、他杀或事故)。例如手枪射击后,排出的种种残余物,会沉积于射击者的手上、衣服上和被射击的客体上。这些残余物包括起爆剂、发射剂填料及弹头、弹壳、润滑剂等。这些微粒具有GRS特有的形态和基本组成。利用SEM检测GRS,以确定它是否有这些特殊微粒的存在。

凶杀案中常见的凶器有刀、锤、铁棍等金属凶器,用SEM观察伤口肌肉可判断是生前伤或死后

伤,用SEM/EDX还可以从伤口和衣服破口处检验出凶器的金属成分以判断死因和凶器。在电流凶杀案中,死者往往没有伤口,但人体与导体接触的部位

#

1、纳米材料的莲花效应.莲花虽生长于池塘的淤泥中,但它露在水面上的莲花荷叶却出污泥而不染,美丽而洁净,它可说是运用自然的纳米科技来达成自我洁净的最佳实例.照理说荷叶的基本化学成分?多醣类的碳水化合物,有许多的羟基（-OH）、（-NH）等极性原子团,在自然环境中很容易吸附水分或污垢.但洒在荷叶叶面上的水却会自动聚集成水珠,且水珠的滚动把落在叶面上的尘埃污泥粘吸滚出叶面,使叶面始终保持干净.经过科学家的观察研究,在1990年代初终于揭开了荷叶叶面的奥妙.原来在荷叶叶面上存在着非常复杂的多重纳米和微米级的超微结构.经过电子显微镜的分析,莲花的叶面是由一层极细致的表面所组成,并非想象中的光滑.而此细致的表面的结构与粗糙度?微米至纳米尺寸的大小.叶面上布满细微的凸状物再加上表面所存在的蜡质,这使得在尺寸上远大于该结构的灰尘、雨水等降落在叶面上时,只能和叶面上凸状物形成点的接触.液滴在自身的表面张力作用下形成球状,藉由液滴在滚动中吸附灰尘,并滚出叶面,这样的能力胜过人类的任何清洁科技.这就是莲花纳米表面「自我洁净」的奥妙所在.利用了莲花效应,中国是在世界上第一个做出仿荷叶结构的防水纳米布的国家,是中科院化学所做出来的.用颗粒大小为20纳米左右的聚丙烯水分散液,浸轧,光照.使颗粒粘结在纤维表面上,形成凸凹不平的表面结构,成为双疏材料,即疏水又疏油.用油或水往这种布上倒,都不会浸湿,也不会玷污.我们用这种材料做成衣服,就会防水.如果用这种材料处理玻璃,做成表面凸凹不平的结构,看起来没有任何问题,但不会结雾,不会沾水.可以从荷叶超强的疏水性,我们可以制作类似荷叶上有纳米材料的雨伞,就像“荷叶面”雨伞,撑雨疏水,抖水即干,不必担心带到室内会滴水了.

2、纳米阻燃剂.纳米阻燃剂可分为无机纳米微粒阻燃剂和纳米复合物阻燃剂两种.无机阻燃剂是应用最早的阻燃剂,它具有无毒、低烟、不产生腐蚀性气体、无二次污染的优点.无机阻燃剂通常通过填充方式添加到高分子材料中,制备成高分子阻燃材料.传统的无机阻燃剂的粒径较大,而且不均匀,直接影响其阻燃性和其他性能,因此,为更好地发挥阻燃效果,无机阻燃剂的超细化将是今后的发展方向.采用纳米技术将无机阻燃剂微粒细化,使其粒径在纳米级范围,使微粒的大小和形态都更均匀,就能大大地减少阻燃剂的添加量,从而减轻对织物性能的影响,克服无机阻燃剂的最大缺点.超细化的氢氧化镁、二氧化二锑以及氢氧化铝、硼酸锌等无机阻燃剂,均已广泛应用于阻燃材料中.用其做窗帘,墙纸,遇上着火,既不会燃烧,也可以防患与未然.

3、纳米技术电池.所谓的纳米技术电池,就是在电池的制造过程中,采用纳米技术材料或者制造工艺,生产制造出具有特别高性能的电池产品.随着电子技术的高速发展,人们对电池的需求量愈来愈多,人们总是希望得到一种容量大、功率高、性能优、价格廉的电池.但是,由于客观实际的限制,在现实中的电池总是无法全面满足人们的要求.电池界的专家学者在孜孜不倦的追求着电池性能的提高,经历了一代又一代人的不懈努力.纳米级的物质被应用在电池的制造中,就会产生显著的特性.强大的比表面活性能量和良好的导电性能,在参与电化学反应的时候,纳米颗粒物质在极板内部形成新的活性物基核,改善和增强电极结构,极大地提高电极的电化学反应表面,降低了电化学反应的能垒.因此,纳米技术材料的应用可以显著的降低蓄电池的内阻,抑制蓄电池在充放电过程中,因为温度和电极极化等原因而导致的极板饨化,从而有效的提高电池的性能,使得蓄电池电化学反应的可逆性更好、充放电效率更高、功率更大、电池更加容易均衡一致、低温性能限制改善.因此,采用纳米技术材料的蓄电池,其容量比常规电池的容量高,寿命比常规电池寿命长,大电流工作能力比常规电池强,低温性能比常规电池优.纳米技术电池的显著优点更主要集中表现在电池使用的中后期.一般情况,纳米技术电池前期对容量及功率的改善效果只是常规电池的5%-15%,中期对容量及功率的改善效果比常规电池高出20%-30%,后期对容量及功率的改善效果比常规电池高出可以达到50%以上.新太纳米技术电池的种类有：纳米技术型免维护中低倍率镉镍蓄电池；纳米技术型免维护烧结式超高倍率镉镍蓄电池；纳米技术型免维护阀控式密封铅酸电池；纳米技术型锌镍动力电池.

4、纳米化妆品.采用纳米技术研制的化妆品,其独到之处在于,它是将化妆品中的最具功效的成分特殊处理成纳米级这种极其微小的结构,顺利渗透到皮肤内层,事半功倍地发挥护肤、疗肤效果.纳米化妆品给美容日化行业带来了一股新鲜的活力,一时间成为新宠.在成都刚结束的中国美容化妆品博览会上,记者发现,最抢眼、最具亮点的就是纳米化妆品,在这种高科技的日化展位前簇拥了众多的商家和消费者,人们对“纳米”运用于化妆品领域感到好奇：这种化妆品的神奇之处到底在哪里呢?纳米化妆品和一般化妆品的区别在哪里?它与众不同的亮点是什么?记者近日专门采访了多年从事日化研制的唐先生,他说,传统工艺乳化得到的化妆品膏体内部结构为胶团状或胶束状、其直径为微米,对皮肤渗透能力很弱,不易被表皮细胞吸收.因为皮肤的吸收功能有限,一般只能通过两条途径.而皮肤最外层具有疏水性角质层,因而水溶性物质和大分子量的物质通过表皮吸收和毛囊皮脂腺的吸收相当不易.而纳米技术完全可以用到化妆品制造业中,能对传统工艺乳化得到的化妆品缺陷进行很好改进.因为用纳米级功能原料通过纳米技术处理得到的化妆品膏体微粒可以达到纳米级状态,这种纳米级膏体对皮肤渗透性大大增加,皮肤选择吸收功能物质的利用率随之大为提高.如果你觉得这种理论太深奥,还难弄懂的话,唐先生的另一番形象的比喻便再好理解不过了：筛子筛沙的场景我们经常能够看到,我们的皮肤就像一个筛子,筛子上的孔就像最外一层表皮的毛孔,筛子筛沙时,只有细小的沙粒才能穿过筛孔渗漏下去,而石块、大颗粒杂质便留在筛子面上漏不下去.纳米化妆品就是将对皮肤起作用的膏体成分尽量处理成细小的“沙粒”,轻而易举透过皮肤上的“筛孔”,进入真皮层,从而被吸收.而美容保健领域中的另一热门DNA(脱氧核糖核酸)则是纳米化妆品的最佳搭配伙伴,只有DNA这种天然生物材料最易通过纳米技术处理,所以DNA与纳米技术完美结合的产品便成为如今化妆品行业中的宠儿.

5、纳米塑料.通用塑料指聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）和丙烯酸类塑料等大塑料品种.对于这类塑料的改性,过去多是采用加入填充料的方式,首先是为了降低成本,后来是为了增加和增韧以得到工程塑料,并进一步向塑料功能化发展,通过添加料的方法得到具有导电、抗静电、热塑磁性和压敏等功能的塑料.纳米材料的出现,为天加型塑料提供了广阔的空间.通用塑料首当其冲,纳米技术最早就是用于通用塑料的改性.例如：纳米碳酸钙对高密度聚乙烯的改性,在加入碳酸钙的质量分数为20%以下时,其耐冲击强度随加入碳酸钙的增加而增加,拉伸和弯曲强度也有所提高.在此,填料有一个最大加入百分比,即有一个加入最大值,而且,该值和碳酸钙的表修饰类型有关.未经地表面修饰处理的纳米碳酸钙填充体系的冲击强度随碳酸钙用量呈逐渐增加趋势,碳酸钙用量越多,材料冲吉加度越大.经表面处理后,材料的冲击强度随碳酸钙用量变化规律已完全改变.材料在低纳米碳酸钙含量（约4%~6%）时即实现增韧目的,冲击强度提高接近一倍,增韧效果显著；当碳酸钙用量进一步增加时,材料的冲击强度呈缓慢下降.几种表面处理剂对拉伸弯曲性能的影响基本相同；与处理体系相比,表面处理后材料的拉伸、弯曲性能并无明显改善.由处理和未经处理的两种试样冲击断面和断抽图SEM照片可知,经过处理体系的冲击断面上有较多牵伸结构,拉丝较多；基体上无明显可见裂纹,基体发生明显的塑性变形,吸收了大量能量.脆断面的电镜表明纳米粒子分布均匀,附聚团粒小.未经处理体系的冲击断面上出现有许多断裂裂纹,是导致冲击强度较低的原因；且未经处理的试样,粒子分布不均,附聚颗粒较大.

6、可以抗紫外线的纳米材料.研究和开发防紫外线的功能性织物,是目前国际化纤纺织业的重点.目前,传统的抗紫外线纺织品主要采用共混熔融纺丝法,该方法将抗紫外添加剂与成纤聚合物共混并一同进行熔融纺丝,抗紫外添加剂多为有机化合物,存在一定的毒性和刺激性,容易造成皮肤化学性过敏.近年来无机紫外线遮蔽剂的研究突飞猛进,纳米TiO2是其中优秀代表.上海交大"纳米氧化钛（TiO2）抗紫外纤维"通过了上海市科委组织的专家鉴定,纳米TiO2具有较高的化学稳定性、热稳定性、无味、无毒、无刺激性,使用安全,尤其是吸收紫外线能力强,对UVA区和UVB区紫外线都有屏蔽作用,可见光透过率大. 采用该项目具有自主知识产权的纳米氧化钛与聚酯原位聚合方法,制备纳米TiO2/聚酯复合材料,真正实现了纳米颗粒在高聚物中的纳米级分散,不仅提高了纺丝效率,而且使材料的力学、热学性能得到了较大提高,织物的紫外线屏蔽指数大于50,在280~400纳米波段紫外线屏蔽率大于95%,紫外线透过率小于3%. 据悉,该项目成果可广泛应用于生产帐篷、遮阳伞、夏季女装、野外工作服、训练服、运动服、窗帘织物、广告布等.采用本技术的抗紫外织物还具有防暑、隔热、触感凉爽的性能,特别适宜织造高档T恤衫、运动服、训练服等夏季凉爽面料. 据统计,世界功能性纺织品的需求量超过500亿米,我国功能纺织品的需求量近50亿米.纳米TiO2抗紫外纤维技术市场前景将非常广阔.

激动人心的纳米时代已经到来,人们的生活即刻将发生巨大的变化,然而,我们也要清醒地看到,市场上真正成熟的纳米材料并不是很多中科院院士白春礼院士认为,“真正意义的纳米时代还没有到来,我们正在充满信心地迎接纳米时代的到来.” 白春礼说,“人类进入纳米科技时代的重要标志是纳米器件的研制水平和应用程度.”纳米科技发展到今天,距离纳米时代的到来还有多远呢,白春礼说,“纳米研究目前还有许多基础研究在进行中,在纳米尺度上还有大量原理性问题尚待研究,纳米科技现在的发展水平大概相当于计算机技术在20世纪50年代的发展水平,人类最终进入纳米时代还需要30到50年的时间,50年后纳米科技有可能像今天计算机技术一样普及.”

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