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聚合物-無機(jī)納米復(fù)合材料
本書系統(tǒng)闡述納米單元與結(jié)構(gòu)、納米可控分散科學(xué)與技術(shù)、納米復(fù)合效應(yīng)與納米復(fù)合材料分類等新穎豐富內(nèi)容。對這些內(nèi)容的研究開辟了納米中間體可控分散與納米結(jié)構(gòu)組裝新領(lǐng)域,創(chuàng)建了層狀結(jié)構(gòu)物質(zhì)的插層化學(xué)與原理方法,創(chuàng)建了多功能高性能納米復(fù)合材料體系、納米結(jié)構(gòu)性能表征及其大尺度規(guī)模化體系評價(jià)方法,實(shí)現(xiàn)了納米復(fù)合材料在化工、礦藏、油氣能源、新能源及催化等領(lǐng)域的應(yīng)用。
本書對納米中間體、插層剝離、納米可控分散與復(fù)合、納米載負(fù)、復(fù)合處理劑工藝、納米結(jié)構(gòu)性能及納米效應(yīng)系統(tǒng)詳細(xì)論述。闡述納米成核及其誘導(dǎo)固體與液體凝聚行為的內(nèi)容,突出了納米體系在聚合物體系的分散復(fù)合形態(tài)及其界面匹配效應(yīng),是探究納米復(fù)合多相作用和多功能應(yīng)用效應(yīng)的窗口。本書許多實(shí)例說明,簡單摻混納米復(fù)合體系與微米復(fù)合體系性能的極大局限性及其根源。
本書特點(diǎn)之一,主要內(nèi)容基于作者及合作者的研究工作,只涉及了國內(nèi)外密切關(guān)聯(lián)的前沿與經(jīng)典理論內(nèi)容;本書特點(diǎn)之二,就同一個(gè)問題提供各自不同觀點(diǎn)的納米科技方案,與國內(nèi)外重要成果關(guān)聯(lián)比較,融合于本書的部分實(shí)施例中;本書特點(diǎn)之三,采納成熟連貫的內(nèi)容,從新的視角和作者新成果與進(jìn)展進(jìn)行結(jié)合與闡述,提供讀者前沿技術(shù)狀態(tài)及新觀點(diǎn)。
納米技術(shù)自20世紀(jì)80年代問世至今,已在概念、基礎(chǔ)、試驗(yàn)和應(yīng)用等諸多方面取得顯著進(jìn)展。納米技術(shù)在芯片、電子、材料、新能源、軍事、印刷等前沿高科技領(lǐng)域取得的成就舉世矚目。然而,納米技術(shù)在化工、油氣、煤炭、環(huán)保、氣候等領(lǐng)域,迫切需要取得所期待的顯著效應(yīng),形成完整高效的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)群體。
當(dāng)前納米科技的多樣化發(fā)展,不同于20世紀(jì)40~80年代科技權(quán)威林立、新概念與學(xué)說常歸結(jié)于幾個(gè)大家的狀況,這種納米科技發(fā)展呈現(xiàn)知識(shí)爆炸、技術(shù)多樣化和信息不對稱及萬象形態(tài)特征。同一納米科技概念及理論技術(shù),由眾多學(xué)者演繹出多樣化的內(nèi)涵。原創(chuàng)性理論技術(shù)加速翻新,組合跟蹤技術(shù)效益也巨大。
納米科技正由眾多科學(xué)家衍化發(fā)展為多種內(nèi)涵和解釋的科技體系。化學(xué)家強(qiáng)調(diào)合成納米結(jié)構(gòu)及100nm或幾百納米尺度物質(zhì);物理學(xué)家強(qiáng)調(diào)限定100nm以內(nèi)的納米效應(yīng);工程學(xué)家強(qiáng)調(diào)幾納米至幾十納米的多孔體系;應(yīng)用科學(xué)家提出100nm尺度材料及其應(yīng)用團(tuán)聚效應(yīng)?梢,每一領(lǐng)域的科學(xué)家都提出了各自的納米科技概念。納米概念向化學(xué)、化工與其它工程領(lǐng)域滲透,并未出現(xiàn)統(tǒng)一而是呈現(xiàn)更加分化的態(tài)勢。
當(dāng)然,這一局面正在改變之中。納米技術(shù)向能源領(lǐng)域深化順應(yīng)了國內(nèi)外政治、經(jīng)濟(jì)、文化發(fā)展潮流,將提供越來越多豐富的納米效應(yīng)實(shí)例,在基礎(chǔ)層面上,趨向于提出普遍意義的納米技術(shù)和嶄新納米效應(yīng)概念。
利用聚合物的可加工、可塑與多功能性,使其作為納米復(fù)合主要載體之一,發(fā)展聚合物納米復(fù)合材料,是我們長期在這一國際前沿孜孜以求的目標(biāo)。聚合物納米復(fù)合材料以有機(jī)聚合物為連續(xù)相,納米粒子、納米中間體或前驅(qū)體為分散相,形成復(fù)合組裝體系。聚合物納米復(fù)合科技已發(fā)展為納米科技重要組成部分,已成為高性能多功能聚合物材料的重要方法之一。迄今,我國納米科技領(lǐng)域論文和成果已居國際前列,納米基礎(chǔ)研究、納米芯片、納米電池與太陽能、量子傳輸領(lǐng)域處于世界最前沿水平。
基于上述背景,我們在《聚合物-機(jī)納米復(fù)合材料》第一版的基礎(chǔ)上,圍繞“納米科技在復(fù)雜油氣開采的科學(xué)技術(shù)體系”,進(jìn)行有關(guān)重要內(nèi)容擴(kuò)充、增刪和修改,對原書進(jìn)行了修訂再版。本次再版書,基于新問題、新方法與新需求,在較大程度上滿足不同讀者對納米復(fù)合材料技術(shù)的深入理解。本書對納米中間體、插層剝離、納米可控分散與復(fù)合、納米載負(fù)、復(fù)合處理劑工藝、納米結(jié)構(gòu)性能及納米效應(yīng)系統(tǒng)詳細(xì)論述。闡述納米成核及其誘導(dǎo)固體與液體凝聚行為的內(nèi)容,突出了納米體系在聚合物體系的分散復(fù)合形態(tài)及其界面匹配效應(yīng),其為探究納米復(fù)合多相作用和多功能應(yīng)用效應(yīng)的窗口。本書許多實(shí)例說明,簡單摻混納米復(fù)合體系與微米復(fù)合體系性能的極大局限性及其根源。
本書特點(diǎn)之一,主要內(nèi)容基于筆者及合作者的研究工作,只涉及極少的國內(nèi)外密切關(guān)聯(lián)的前沿與經(jīng)典理論內(nèi)容;本書特點(diǎn)之二,就同一個(gè)問題提供各自不同觀點(diǎn)的納米科技方案,與國內(nèi)外最重要成果關(guān)聯(lián)比較,融合于本書的部分實(shí)施例中;本書特點(diǎn)之三,采納成熟連貫的內(nèi)容,從新的視角和我們最新成果與進(jìn)展進(jìn)行結(jié)合與闡述,提供讀者最新技術(shù)狀態(tài)及新觀點(diǎn)。
著者
2016年秋
柯?lián)P船,中國石油大學(xué),教授,研究員,柯?lián)P船,中國石油大學(xué)(北京),理學(xué)院,教授
教育經(jīng)歷(從大學(xué)本科開始,按時(shí)間倒序排序;請列出攻讀研究生學(xué)位階段導(dǎo)師姓名):
1.1993/09–1996/07, 吉林大學(xué), 高分子化學(xué)與物理, 博士, 導(dǎo)師:吳忠文
2.1989/09–1991/07, 吉林大學(xué), 地學(xué)院礦業(yè)工程, 碩士, 導(dǎo)師:李永信
3.1982/09–1986/07, 中國石油大學(xué)(華東), 石油開發(fā)系, 學(xué)士, 導(dǎo)師:
第1章 聚合物納米復(fù)合材料總論1
1.1概述1
1.1.1背景1
1.1.2納米尺度自然發(fā)展2
1.1.3天然與人造納米結(jié)構(gòu)3
1.1.4納米概念與發(fā)展簡史4
1.2納米科學(xué)與技術(shù)體系5
1.2.1納米科技概念5
1.2.2納米結(jié)構(gòu)與納米材料6
1.2.3納米復(fù)合與納米效應(yīng)6
1.3聚合物納米復(fù)合體系9
1.3.1聚合物多級結(jié)構(gòu)及分類9
1.3.2機(jī)納米材料制備及其體系分類11
1.3.3聚合物機(jī)納米復(fù)合體系與分類14
1.3.4納米復(fù)合材料制備方法14
1.4層狀硅酸鹽與層狀化合物18
1.4.1層狀硅酸鹽黏土礦分類18
1.4.2層狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)性能表征18
1.4.3蒙脫土結(jié)構(gòu)性能與表征20
1.4.4層狀結(jié)構(gòu)化合物分類21
1.5聚合物-黏土納米復(fù)合材料22
1.5.1納米分散定義和表征22
1.5.2層狀硅酸鹽插層復(fù)合方法24
1.5.3層狀化合物插層熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)27
1.5.4聚合物-層狀硅酸鹽復(fù)合材料分類及加工成型29
1.6聚合物-機(jī)納米復(fù)合材料31
1.6.1有機(jī)-機(jī)納米復(fù)合材料體系概述31
1.6.2聚合物-機(jī)納米復(fù)合功能體系32
1.6.3納米復(fù)合材料多功能體系34
1.6.4生物有機(jī)-機(jī)納米復(fù)合材料體系37
1.6.5納米復(fù)合材料性能比較38
1.7多樣化納米復(fù)合體系及其應(yīng)用40
1.7.1聚合物多尺度凝聚態(tài)納米復(fù)合材料特性40
1.7.2納米組裝載體與催化劑41
1.7.3通用和多功能納米添加劑技術(shù)42
1.7.4傳統(tǒng)能源和新能源納米技術(shù)與應(yīng)用43
1.7.5生物、仿生及信息與能源納米技術(shù)應(yīng)用44
參考文獻(xiàn)46
第2章 聚合物機(jī)納米分散復(fù)合體系設(shè)計(jì)48
2.1聚合物凝聚態(tài)納米結(jié)構(gòu)48
2.1.1聚合物高分子凝聚態(tài)48
2.1.2聚合物高分子凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)性能52
2.1.3聚合物納米復(fù)合凝聚態(tài)特性55
2.1.4聚合物納米復(fù)合成核效應(yīng)原理57
2.2有機(jī)-機(jī)納米復(fù)合材料設(shè)計(jì)61
2.2.1納米復(fù)合材料的功能性61
2.2.2納米復(fù)合材料多功能高性能及合成設(shè)計(jì)62
2.2.3設(shè)計(jì)功能聚合物納米復(fù)合材料體系63
2.3聚合物納米分散與復(fù)合方法67
2.3.1聚合物和納米材料改性方法67
2.3.2聚合物多相體系納米分散方法69
2.3.3納米可控分散復(fù)合方法71
2.3.4調(diào)制納米中間體及其分散復(fù)合體系73
2.4納米核-殼顆粒分散方法75
2.4.1單分散核-殼結(jié)構(gòu)粒子設(shè)計(jì)75
2.4.2多分散核-殼結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)方法78
2.4.3核-殼顆粒聚合物分散方法80
2.4.4單分散顆粒在其他介質(zhì)中分散復(fù)合85
2.5納米復(fù)合材料結(jié)晶熔融行為與表征86
2.5.1納米粒子表面基團(tuán)與結(jié)晶熔融特性86
2.5.2聚酯交聯(lián)共聚物納米分散復(fù)合結(jié)構(gòu)的固定效應(yīng)89
2.5.3聚合物納米復(fù)合材料特殊結(jié)晶熔融行為92
2.5.4聚合物納米復(fù)合材料結(jié)晶動(dòng)力學(xué)95
參考文獻(xiàn)103
第3章 層狀納米結(jié)構(gòu)插層化學(xué)及復(fù)合方法105
3.1黏土礦物晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)模型105
3.1.1黏土礦物分類及組成106
3.1.2主要黏土礦物晶體與納米結(jié)構(gòu)106
3.2黏土電性與膠體化學(xué)114
3.2.1黏土礦物電性114
3.2.2主要黏土礦物水化作用118
3.2.3黏土礦物的吸附性119
3.2.4納米膠體化學(xué)基本原理121
3.3黏土礦物納米復(fù)合溶膠-凝膠體系124
3.3.1黏土水膠體分散與聚結(jié)穩(wěn)定體系124
3.3.2金屬和稀土納米溶膠-凝膠體系128
3.3.3有機(jī)-機(jī)納米復(fù)合溶膠-凝膠體系設(shè)計(jì)129
3.4插層過程模型模擬與插層化學(xué)130
3.4.1層狀結(jié)構(gòu)物質(zhì)插層反應(yīng)模型與模擬計(jì)算130
3.4.2層狀物質(zhì)插層化學(xué)131
3.4.3層狀結(jié)構(gòu)體系插層過程與插層復(fù)合體系134
3.4.4插層反應(yīng)工藝比較及分類體系138
3.5層狀結(jié)構(gòu)物質(zhì)規(guī);{米分散復(fù)合的原理方法141
3.5.1層狀結(jié)構(gòu)物質(zhì)規(guī);煽丶{米分散復(fù)合的原理141
3.5.2聚合物納米復(fù)合材料的相容劑142
3.5.3納米復(fù)合材料熱機(jī)械分散與熱加工成型143
3.5.4幾類層狀化合物插層分散與復(fù)合方法146
參考文獻(xiàn)152
第4章 聚合物機(jī)納米復(fù)合材料設(shè)計(jì)制備與性能155
4.1聚合物中規(guī)模化納米分散原則155
4.1.1聚合物多尺度納米分散155
4.1.2聚合物規(guī);痛罂缍燃{米分散性156
4.1.3聚合復(fù)合納米效應(yīng)原則156
4.2聚酰胺-黏土納米復(fù)合材料157
4.2.1聚酰胺高分子及其原料與納米復(fù)合體系157
4.2.2聚酰胺及其納米復(fù)合催化劑158
4.2.3聚酰胺的聚合159
4.2.4聚酰胺-黏土納米復(fù)合材料的物化性能161
4.2.5一步法合成堿催化及鑄型尼龍黏土納米復(fù)合材料164
4.2.6尼龍66-黏土納米復(fù)合材料合成168
4.2.7尼龍納米復(fù)合材料的應(yīng)用與發(fā)展170
4.3環(huán)氧樹脂-黏土納米復(fù)合材料171
4.3.1環(huán)氧樹脂的合成反應(yīng)與制備方法171
4.3.2環(huán)氧樹脂層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料工藝174
4.3.3PEO-黏土納米復(fù)合材料制備與剝離行為175
4.3.4PEO-黏土納米復(fù)合材料的性能181
4.3.5其他黏土納米復(fù)合材料及其應(yīng)用展望185
4.4聚酯-蒙脫土納米復(fù)合材料186
4.4.1聚酯PET-蒙脫土納米復(fù)合材料186
4.4.2聚酯PBT-蒙脫土納米復(fù)合材料195
4.4.3聚酯機(jī)納米復(fù)合材料的納米效應(yīng)與應(yīng)用前景199
4.5聚烯烴-黏土納米復(fù)合材料200
4.5.1聚烯烴及其催化劑200
4.5.2聚烯烴的聚合工藝202
4.5.3聚烯烴納米復(fù)合材料工藝方法203
4.5.4納米前驅(qū)體載負(fù)茂金屬聚乙烯催化劑208
4.6功能高聚物納米復(fù)合材料209
4.6.1水溶性高分子納米復(fù)合材料209
4.6.2水溶性高分子納米復(fù)合納米效應(yīng)211
參考文獻(xiàn)212
第5章 納米結(jié)構(gòu)可控分散及組裝復(fù)合體系215
5.1納米結(jié)構(gòu)與組裝體系215
5.1.1納米結(jié)構(gòu)體系215
5.1.2納米結(jié)構(gòu)自組裝與規(guī)模化重現(xiàn)技術(shù)217
5.1.3納米結(jié)構(gòu)規(guī);夹g(shù)219
5.2宏觀尺度模板合成納米陣列結(jié)構(gòu)220
5.2.1模板法合成納米結(jié)構(gòu)特性220
5.2.2主要模板分類和合成方法221
5.2.3模板合成納米結(jié)構(gòu)的方法222
5.3分子自組裝介孔與納米復(fù)合結(jié)構(gòu)及性能225
5.3.1分子自組裝體系225
5.3.2納米孔結(jié)構(gòu)自組織體系228
5.3.3介孔固體及復(fù)合體體系結(jié)構(gòu)與熒光增強(qiáng)效應(yīng)230
5.3.4多孔納米復(fù)合材料的功能效應(yīng)232
5.4表面納米組裝及光電轉(zhuǎn)化效應(yīng)239
5.4.1表面造孔及功能涂膜與光電轉(zhuǎn)化體系239
5.4.2多晶硅納米涂膜光伏電池239
5.4.3納米晶太陽能電池243
5.4.4單分散粒子及光子晶體半導(dǎo)體效應(yīng)246
5.5金屬納米粒子及其膠束自組裝復(fù)合材料251
5.5.1小尺度金屬納米粒子乳液合成方法251
5.5.2銀金屬納米粒子與有機(jī)體組裝252
5.5.3聚電解質(zhì)金屬納米復(fù)合的成核與組裝253
5.6高聚物納米復(fù)合材料相分離體系258
5.6.1高聚物有序相分離結(jié)構(gòu)258
5.6.2聚酯納米復(fù)合相分離體系263
參考文獻(xiàn)267
第6章 納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)性能及效應(yīng)表征方法270
6.1納米微粒與納米復(fù)合效應(yīng)理論270
6.1.1聚合物納米復(fù)合增強(qiáng)增剛增韌效應(yīng)與方法270
6.1.2超微粒和膠體穩(wěn)定理論276
6.1.3超微粒子光散射理論與方法281
6.1.4納米效應(yīng)和納米復(fù)合效應(yīng)分類283
6.1.5重要納米復(fù)合效應(yīng)原理與實(shí)例285
6.2納米復(fù)合表界面與表征289
6.2.1納米材料界面結(jié)構(gòu)特性289
6.2.2納米粒子復(fù)合表界面結(jié)構(gòu)表征290
6.2.3納米材料表界面調(diào)控表征293
6.3層狀納米結(jié)構(gòu)與物性表征297
6.3.1層狀硅酸鹽黏土結(jié)構(gòu)組成297
6.3.2層狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)性能表征300
6.3.3層狀硅酸鹽孔結(jié)構(gòu)性能表征305
6.4聚合物納米復(fù)合結(jié)構(gòu)與效應(yīng)表征307
6.4.1聚酯納米復(fù)合等溫結(jié)晶效應(yīng)307
6.4.2納米復(fù)合結(jié)晶成核與熱效應(yīng)310
6.4.3納米粒子組裝形態(tài)313
6.5聚合物納米復(fù)合多級結(jié)構(gòu)性能及表征方法319
6.5.1聚合物納米復(fù)合多級結(jié)構(gòu)及分類319
6.5.2納米復(fù)合多級結(jié)構(gòu)調(diào)控與表征319
6.5.3聚合物層狀化合物納米復(fù)合體系多級結(jié)構(gòu)322
6.5.4納米結(jié)構(gòu)與形態(tài)表征方法324
參考文獻(xiàn)330
第7章 聚合物機(jī)納米復(fù)合材料工藝與應(yīng)用334
7.1機(jī)納米材料與工藝設(shè)計(jì)334
7.1.1甄選機(jī)原材料334
7.1.2納-微米中間體材料336
7.1.3納米材料微乳液合成工藝338
7.1.4納米材料工藝原理與設(shè)計(jì)340
7.1.5納米粉體材料工業(yè)化工藝342
7.2納米載體催化劑與聚合物納米復(fù)合材料346
7.2.1納米催化劑和載體346
7.2.2黏土柱撐多孔非均勻結(jié)構(gòu)催化劑349
7.2.3納米材料載負(fù)催化劑352
7.3納米復(fù)合涂料354
7.3.1涂料及納米復(fù)合涂料功能體系354
7.3.2納米復(fù)合環(huán)保仿磁與粉末涂料355
7.3.3納米復(fù)合功能涂料與標(biāo)準(zhǔn)357
7.4納米復(fù)合膜工藝與應(yīng)用358
7.4.1高聚物納米復(fù)合膜設(shè)計(jì)原理及制備方法358
7.4.2納米鍍與納米復(fù)合輻射防護(hù)膜359
7.4.3納米鍍與防護(hù)膜應(yīng)用工藝技術(shù)360
7.5聚合物納米復(fù)合超短纖維工藝與應(yīng)用360
7.5.1聚合物共混納米復(fù)合短纖維工藝360
7.5.2聚合物熔融紡絲合成短纖維工藝362
7.5.3聚合物納米復(fù)合短纖維結(jié)構(gòu)性能364
7.5.4聚合物納米復(fù)合超短纖維應(yīng)用特性366
7.6聚合物納米復(fù)合材料功能應(yīng)用367
7.6.1聚合物納米復(fù)合光學(xué)功能性367
7.6.2納米復(fù)合材料阻隔性369
7.6.3納米復(fù)合阻隔包裝功能370
7.7聚合物納米復(fù)合工程材料372
7.7.1聚合物納米復(fù)合工程塑料372
7.7.2阻燃增強(qiáng)聚酯納米復(fù)合材料374
7.7.3阻燃增強(qiáng)聚合物納米復(fù)合專用材料375
7.7.4納米復(fù)合材料汽車和紡織應(yīng)用377
7.7.5納米復(fù)合材料建材及應(yīng)用379
7.8納米復(fù)合處理劑及石油工業(yè)應(yīng)用380
7.8.1納米復(fù)合處理劑設(shè)計(jì)制備與應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)380
7.8.2納米復(fù)合懸浮液、微乳液及儲(chǔ)層保護(hù)381
7.9聚合物納米復(fù)合材料應(yīng)用與前景386
7.9.1納米材料和納米復(fù)合材料綜合應(yīng)用386
7.9.2納米材料技術(shù)融合與變革傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)387
7.9.3納米材料技術(shù)新能源應(yīng)用390
參考文獻(xiàn)392
致謝395
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