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納米複合材料在新能源領域的應用

2022粉體表面改性、黏土礦物精細加工、鈣基新材料、礦物精細加工培訓班和非金屬礦高峰論壇計劃已公布，請及時關注V信公衆号“粉體技術網”。

　　将SiO2引入聚合物中，制備而成的納米複合材料在力學性能、熱學、光學、電學等方面都表現出優異的性能。此外，SiO2與聚合物能夠産生協同效應，賦予複合材料新的性能，因而在多功能材料的方向具有巨大的潛力。　　　　1、塗料和塗層　　　　聚合物成膜性能好，SiO2的加入賦予其優異的熱穩定性和力學性能。此外，通過不同的工藝還可以制備高性能與多功能的塗層。　　　　Park等将疏水SiO2噴塗在聚氨酯（PU）-丙烯酸酯（PUA）膜表面，制備出用于輥對輥或輥對闆系統的超疏水塗層，接觸角達到150°，透光率高，适用于連續性生産。此外，還可利用紫外光照射系統将PDMS基底圖案轉移至PU-PUA薄膜。　　　　SiO2熱穩定性高，可用于制備阻燃性複合材料。Jiang等将中空介孔SiO2（HM-SiO2），殼聚糖（CS）和磷酸化纖維素（PCL）為原料，通過層層自組裝法引入環氧樹脂（EP）中，制備出一種環保型阻燃劑。結果表明，HM-SiO2帶有Si、P、S等阻燃元素，與CS、PCL協同賦予了EP優異的阻燃性能。阻燃物質在燃燒後會在EP表面形成緻密的炭層，物理阻隔了氧氣與易燃物的接觸、複合材料在内部的流動，以及熱量的傳遞。按此思路可制備如超疏水與阻燃相結合等多功能納米複合材料。　　　　同理，以負載緩蝕劑的SiO2為填料塗層附着在金屬表面，能屏蔽外界環境造成的腐蝕因素影響。當塗層産生缺陷時，緩蝕劑釋放到相應的位置進行交聯完成修複。Shchukina等以介孔SiO2為納米容器，負載緩蝕劑8-羟基喹啉，并将其加入聚環氧塗料中。結果表明，當物品發生腐蝕時，塗層周圍的pH值發生變化，SiO2中緩釋劑開始溶解并到相應的位置釋放，僅需質量分數為2%的緩蝕劑就能發揮很好的效果。　　　　2、生物醫學　　SiO2對細胞無毒性，具有良好的生物相容性，在生物醫學領域常用于藥物釋控、靶向治療、檢測等。　　　　較之其他多孔材料，SiO2孔徑大小可調，操作簡單，這為用于藥物緩釋的載體結構設計提供了更大的空間。POPOVA等将磺胺嘧啶以濕浸漬法方式分别負載到氨基功能化的球形MCM-41和納米級SBA-15SiO2中，使用2種不同的聚丙烯酸樹脂修飾後作為一種載藥複合體系。結果表明，納米複合物載藥體系釋藥速率低于未修飾的SiO2，在pH值為1.2時不釋放藥物，而在pH值為6.8時，能夠成功在靶位釋放出負載的藥物。這歸因于對pH值非常敏感，包裹在外的2層聚合物，可與SiO2配合進一步減緩釋放藥的速度。　　Timin等将磁化的SiO2與聚合物胍聚合，利用新型膽紅素誘導熒光蛋白UnaG功能化修飾制備複合材料，當在溶液中監測到膽紅素時，複合顆粒可發出熒光，用于肝功能的臨床診斷。　　　　一般醫學成像基于磁共振成像，Li等在具有微孔結構的藥物聚合物外，包裹一層摻雜氧化鐵的SiO2無機殼。此載藥體系具有很好的生物相容性，在pH值為7.4時，膜通道中顯示出超低的釋藥速率，防止損傷正常的細胞，基本不産生副作用。随着酸性增強，載藥體系在磁性靶向作用下到達癌細胞靶位，無機外殼上的氧化鐵被溶解，外殼氣孔打開并釋放藥物，直至無機殼破碎；這些結果表明，該載藥體系實現了體内的靶向治療，同時并表現出良好的體外磁共振成像能力，以便觀察藥物釋放的區域。　　　　3、環境　　SiO2納米複合材料對環境的貢獻主要體現在重金屬的吸附方面。SiO2具有高比表面積，吸附性能強的特點，但官能團單一，因此将SiO2功能化是擴大應用範圍且可行的途徑。　　Plohl等以Cu2 水溶液為模型，制備一種具有核殼結構的磁性納米SiO2粒子（MNPs）吸附劑，探讨該吸附劑對Cu2 的吸附機理。結果發現，吸附劑對Cu2 的最大吸附量達143mg/g，并且可循環使用。其中，NH/NH2在吸附行為中提供電子，使Cu2 價态降低。此類吸附劑非常适用于污泥這種環境條件，具有高效、環保的特點。靈活使用不同的聚合物對SiO2進行改性，能針對性提高SiO2複合材料對某類重金屬的吸附性。　　SiO2複合膜在油水分離領域也有着重要的地位，通過使用親水疏油（或親油疏水）的SiO2來提高膜對水（或油）分子的吸附和溶解，以阻礙油（或水）分子通過膜，實現油水分離。分離效率與膜材料的孔大小相關，Cao等将改性的聚氨酯與疏水性的SiO2噴塗于銅網上，簡單制備一種耐高溫（近100℃）的油水分離膜，用于分離油類物質。結果表明，該銅網對煤油具有很高的分離效率，最高可達99.3%，并且在循環使用幾十次後依然保持良好的油水分離效果。　　　　4、包裝　　　　SiO2/聚合物納米複合材料或以塗層的形式增強傳統包裝的阻隔性能，或以本身作為包裝材料，尤其在水蒸氣阻隔方面具有突出的表現，該特性無疑有利于食品保鮮。Ibrahim等為了改善傳統包裝紙對氣體、濕氣和蒸汽敏感的缺點，将制備的聚苯乙烯（PS）/SiO2用以粗化包裝紙表面纖維。結果表明，包裝紙防水性能在SiO2質量分數為4%時最佳，且力學性能得到提高，含水率下降。超薄的疏水塗層沉積于纖維基質，一方面堵塞了氣孔和孔隙，另一方面在表面作為屏障阻止了纖維對水分子的接觸，從而使包裝紙具有疏水特性。　　　　Beatriz等開發了一種活性包裝薄膜，以介孔SiO2（MCM-41）作為丁香酚的封裝容器，并通過靜電紡絲法引入聚（3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯）（PHBV）。結果表明，薄膜的耐熱性、機械強度以及對檸檬烯和水蒸氣的阻隔性都有提高，具有長期抑菌的性能。此時SiO2不僅僅是作為填料增強薄膜的性能，還能作為容器來降低薄膜中抑菌劑的釋放，延長貨架期，保護食品的安全。　　　　SiO2本身無毒無味，能夠彌補環境友好型包裝在理化性質方面的不足，滿足可持續發展的要求。Horst等通過溶膠凝膠法制備摻雜SiO2的可降解澱粉膜，結果表明，此類無機-有機雜化膜的力學性能、光學性能和勢壘性能都得到了增強，雖然其所用方法仍需要改進，但同時也展現出SiO2在硬質可降解包裝材料方面的發展潛力。　　　　資料來源：《馮春妮,劉鎏,胡馳,等.二氧化矽/聚合物納米複合材料的研究進展[J].包裝工程,2021,42(03):78-86》，由【粉體技術網】編輯整理，轉載請注明出處！　　

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