有机-无机纳米颗粒离子化材料(NIMs)是由无机纳米颗粒核和与其以共价键相连的离子化有机齐聚物或低聚物的冠状层组成的有机-无机杂化材料。根据核和冠状层的几何和化学性质,如纳米核的尺寸、形状及含量,有机层的分子量及接枝度的不同,NIMs可以是从玻璃态固体到自由流动的流体,即纳米颗粒离子化流体(NILs)。
　　液态有机-无机纳米颗粒离子化材料折射指数高,零蒸汽压,高的热导性,此外,液态有机-无机纳米颗粒离子化材料具有较高的化学和热稳定性,并具有离子导电性,因此在导电润滑剂、高效致冷剂、浸润蚀刻技术、能量供给、储存和生产及电解质等领域有潜在的应用。本文综述了液态有机-无机纳米颗粒离子化材料的合成方法、应用前景及结构性能研究进展,并总结了存在的问题,展望了未来研究和发展趋势。
　　纳米颗粒离子化材料;导电润滑剂;浸润蚀刻;流变特性;动力学引言有机-无机纳米复合材料的研究在最近二十年内相当活跃,这是因为纳米复合不仅能提高聚合物的性能,而且由于纳米颗粒独特的纳米效应,会给纳米复合材料引入一些新的功能。根据目前市场预测到2011年,全球纳米复合材料的应用将要达到4.5×107kg,约合5到8亿美元,年增长率达24%。
　　在有机-无机纳米复合材料的研究领域中,无机纳米粒子的表面功能化给纳米科学及技术带来了巨大的变革,赋予了材料新的电子、磁性、光学和生物等性能,但以往的表面功能化纳米粒子,在无溶剂存在的情况下,基本都表现为固态行为。
　　本文将介绍一种具有液体特性有机-无机纳米复合材料,并将综述其合成方法、结构、特性以及潜在的应用,并展望其未来研究和发展趋势。
　　液态有机-无机纳米颗粒离子化材料合成有机-无机纳米颗粒离子化材料(NIMs)是由无机纳米颗粒核和与其以共价键相连的离子化有机齐聚物或低聚物的冠状层组成的有机-无机杂化材料。根据核和冠状层的几何和化学性质的不同,NIMs可以是从玻璃态固体到自由流动的流体,即纳米颗粒离子化流体(NILs)。以下将概述纳米颗粒离子化材料的合成进展。
　　第一代纳米颗粒离子材料的合成2005年Cornell大学的Bourlinos等首次报道了在无溶剂存在的情况下表现为液体特性的功能化纳米粒子。
　　他们首先用带电荷的有机硅烷(CH3O)3Si(CH2)3N+(CH3)(C10H21)2处理纳米SiO2或γ-Fe2O3得到表面接枝的纳米颗粒阳离子,为了保持电荷平衡,同时引入对阴离子,即生成纳米盐,这种有机-无机杂化的纳米盐的性状取决于对阴离子的性质,根据对阴离子的不同,这种纳米盐可以是不可熔的固体粉末,或低温可熔的纳米流体,甚至室温下的流体。
　　当阴离子为Cl-时,纳米盐呈粉末状态,即使加热到150℃以上也不会融化;相反,当Cl-被R(OCH2CH2)7O(CH2)3SO3-取代后,纳米盐在室温下呈现为透明的液体,与普通溶剂一样能溶解极性的亚甲基蓝染料,也能溶解非极性染料如香豆素衍生物,更有甚者,这种纳米盐能溶解聚吡咯;如Cl-被硬脂酸或油酸阴离子取代后,即使无机含量达50%(wt),得到的纳米盐在室温下表现为凝胶状,但加热到120℃后可以熔融,形成低黏度的液体。
　　高的有机含量、纳米尺寸和SiO2的密度对所得纳米盐的特性起决定性的作用,差热分析结果表明:磺酸基处理的SiO2和γ-Fe2O3纳米盐分别在-18℃和10℃表现出可逆的一次吸热相转变过程,而在对应的氯盐或磺酸钾盐并没有此转变。此外,磺酸基处理的γ-Fe2O3纳米盐粒子具有超顺磁性,在室温下其饱和磁化强度为16emu/g纳米盐或40emu/gγ-Fe2O3。
　　这种制备具有液态性质的有机-无机纳米颗粒离子化材料的方法也适用于其它的纳米颗粒核,前提条件是只要纳米颗粒的尺寸足够小,密度相对较低,并且能进行表面功能化处理。
　　如Bourlinos等报道了以金属氧化物为核,制备具有液体特性的有机-无机纳米颗粒离子化材料,他们首先用带电荷的有机硅烷(CH3O)3Si(CH2)3N+(CH3)(C10H21)2Cl-处理纳米TiO2得到表面接枝的纳米颗粒阳离子,引入阴离子Cl-平衡电荷,然后用C9H19-C6H4-(OCH2CH2)20O(CH2)3SO3-与阴离子Cl-发生交换反应,得到相应的纳米盐,纳米盐在室温下为不透明的蜡状固体,加热到30℃时熔融形成透明的流体,此固-液转变可逆,只是固化的速度较缓慢,纳米盐可在有机溶剂和水性介质中分散形成透明的溶胶,液态时可溶解染料分子。差热分析结果表明,该纳米盐在-55℃时发生于玻璃化转变相对应的二次转变,32℃时发生与熔点相对应的一次转变过程,用于离子交换的表面活性剂C9H19-C6H4-(OCH2CH2)20O(CH2)3SO3-K+的相应的转变温度为-55℃和15℃。Bourlinos等用同样的方法制备了以纳米ZnO为核的纳米盐,该纳米盐玻璃化转变温度为-55℃,熔点为30℃,见图2。
　　他们首先用酸氧化CNs,在CNs端部生成-COOH,C O,-OH等亲水性基团,然后加入聚乙二醇取代的三胺与-COOH发生酸碱反应或与-OH和C O形成氢键,得到CNs的衍生物,其反应示意图如图3。该衍生物在CNs含量<35%(wt)时,室温下是一种无溶剂型的蜡状固体,但在35℃下可以熔融,熔融物不会发生相分离,并且由于其具有离子特性以及聚乙二醇取代基的存在,使其能稳定地分散在水性介质和有机溶剂中形成清澈的黑色或棕色的溶胶。
　　大多数金属尤其过渡金属需在1000℃以上才能变成液体,这大大限制了其在材料领域的应用,如果能使金属在室温或低温下可以流动,将会得到高热容的金属流体,在热传递介质中将会得到应用。

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