為了提升材料的力學(xué)性能或者賦予材料一些功能化的性能，通常會將一些無機材料，如陶瓷材料和金屬納米顆粒材料，分散于有機聚合物材料中，以滿足材料性能的需求?，F(xiàn)如今，已經(jīng)有形形色色的復(fù)合材料被研發(fā)出來用于方方面面，從隱身戰(zhàn)機的吸波涂層（羰基鐵和聚合物的復(fù)合材料）到游湖小船所用的玻璃纖維增強復(fù)材料。然而，無機材料和有機材料之間往往在性質(zhì)上有很大的差異，尤其是對光的折射率，這也就導(dǎo)致了二者混合的復(fù)合材料不可能具備優(yōu)良的透光性能，因此也限制了復(fù)合材料的應(yīng)用范圍。

近期，清華大學(xué)王訓(xùn)教授團隊制備出了一種透明的羥基磷灰石-聚酰亞胺復(fù)合材料。他們利用一種溶劑熱方法來合成羥基磷灰石亞納米纖維，這種羥基磷灰石亞納米纖維在尺寸上與聚酰亞胺分子鏈相似，有利于形成均勻結(jié)構(gòu)納米復(fù)合材料。與普通的聚酰亞胺凝膠相比，羥基磷灰石亞納米纖維-聚酰亞胺復(fù)合凝膠在粘度上增加了兩個數(shù)量級，且其模量同時增加了一個數(shù)量級以上。聚合物鏈和亞納米纖維之間的相互作用使形成具有剪切減薄特性的粘彈性網(wǎng)絡(luò)。此外，使用羥基磷灰石亞納米纖維-聚酰亞胺復(fù)合凝膠制作的薄膜擁有高透明度，所有比例的透明度均在85%以上。同時，由于羥基磷灰石亞納米纖維的加入，可以通過調(diào)節(jié)羥基磷灰石亞納米纖維薄膜的霧度，霧度值最大可達85%左右。在這個網(wǎng)絡(luò)中，羥基磷灰石亞納米纖維加強了聚合物鏈之間的鍵合，從而提高了復(fù)合材料薄膜的楊氏模量。這種組合提高了納米復(fù)合材料的力學(xué)性能，同時保持并賦予了優(yōu)良的光學(xué)性能。該工作以題為“Regulating the Mechanical and Optical Properties of Polymer based Nanocomposites by Sub-Nanowires”的文章發(fā)表于 Angewandte Chemie上。

文章來源：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202214571

羥基磷灰石亞納米纖維增強復(fù)合材料的力學(xué)性能

亞納米纖維是指一種直徑小于1 nm、接近聚合物鏈直徑的納米線。當納米結(jié)構(gòu)的尺寸降至低于1納米的尺度時，亞納米纖維表面原子比接近100%，因此，聚合物和亞納米纖維之間的相互作用將大大增強，通過這種分子層面的強相互作用，亞納米纖維與聚合物分子鏈可以形成三維網(wǎng)絡(luò)和凝膠，極大地提高聚合物的力學(xué)性能。羥基磷灰石亞納米纖維主要由鈣、磷和氧組成，其直徑約為1.2 nm，并且可以均勻地分散在溶劑中，并具備丁達爾效應(yīng)。

羥基磷灰石亞納米纖維與聚合物由于配位作用可以交聯(lián)形成三維網(wǎng)絡(luò)。隨著羥基磷灰石亞納米纖維含量的增加，凝膠變得越來越粘稠，其表現(xiàn)出剪切變薄的特性，表明其具有非牛頓流體行為。透射電鏡圖像顯示了凝膠的形態(tài)。羥基磷灰石亞納米纖維在聚酰亞胺中均勻分散并且隨機取向。由于羥基磷灰石亞納米纖維的加入會引起了凝膠的霧化。在攪拌30天后，HSP-凝膠與其原始外觀相比會變得清晰和透明，這是羥基磷灰石亞納米纖維定向取向的結(jié)果。

隨著羥基磷灰石亞納米纖維含量的增加，復(fù)合薄膜的楊氏模量顯著增加。HSP-5薄膜的模量可達到2.65±0.10 GPa，遠遠優(yōu)于純聚酰亞胺薄膜（1.90±0.12 GPa）。雖然加入羥基磷灰石亞納米纖維可以提高復(fù)合薄膜的楊氏模量，但其抗拉強度幾乎沒有任何改善，基本保持在120 MPa。經(jīng)過拉伸試驗后，HSP-5薄膜中羥基磷灰石亞納米纖維的形貌和結(jié)構(gòu)不會被破壞，這種機械性能的改進可以用羥基磷灰石亞納米纖維和聚酰亞胺之間的相互作用來解釋。

復(fù)合薄膜在可見光區(qū)域表現(xiàn)出較高的透明度，由于其透光率均勻連續(xù)，超過85%。亞納米線和聚合物鏈由于在尺寸上的相似，因此兩種材料具有相似的透光率，導(dǎo)致復(fù)合薄膜的高透明度。HAPsnw同時可以實現(xiàn)漫射光，使得復(fù)合薄膜呈現(xiàn)霧狀。通過調(diào)整HAPsnw的含量，可以控制薄膜的霧度，最大值可達到85%左右。并且，這種材料可與涂敷在多種基底上，實現(xiàn)透光和霧度的調(diào)控。

小結(jié)：該工作成功合成了超細和超長的羥基磷灰石亞納米纖維。采用簡單的策略制備了羥基磷灰石亞納米纖維-聚酰亞胺的凝膠和薄膜。加入磷灰石亞納米纖維后，復(fù)合凝膠的粘度和模量均有顯著提高。同時，形成的復(fù)合薄膜保持了較高的透明度，其霧度可以被調(diào)節(jié)。該復(fù)合薄膜同時表現(xiàn)出增強的楊氏模量。由于這些性質(zhì)上的增強，這種復(fù)合材料可以在工程材料和高性能的光學(xué)器件上有更多的潛在應(yīng)用。

文章來源：清華大學(xué)王訓(xùn)教授 Angew：羥基磷灰石亞納米/聚酰亞胺復(fù)合材料 (qq.com)