聚合物-无机纳米复合材料（第2版）

本书对纳米中间体、插层剥离、纳米可控分散与复合、纳米载负、复合处理剂工艺、纳米结构性能及纳米效应系统详细论述。阐述纳米成核及其诱导固体与液体凝聚行为的内容，突出了纳米体系在聚合物体系的分散复合形态及其界面匹配效应，是探究纳米复合多相作用和多功能应用效应的窗口。本书许多实例说明，简单掺混纳米复合体系与微米复合体系性能的极大局限性及其根源。
本书特点之一，主要内容基于作者及合作者的研究工作，只涉及了国内外密切关联的前沿与经典理论内容；本书特点之二，就同一个问题提供各自不同观点的纳米科技方案，与国内外重要成果关联比较，融合于本书的部分实施例中；本书特点之三，采纳成熟连贯的内容，从新的视角和作者新成果与进展进行结合与阐述，提供读者前沿技术状态及新观点。

本再版书在原版内容基础上，涉及纳米复合材料技术及其纳米效应与应用设计，纳米科技向工程、建筑、汽车等传统产业渗透及其显著效应与发展趋势，并围绕“纳米科技在复杂油气开采的科学技术体系”等新领域进行拓展，多方位反映纳米科技日新月异飞速发展与巨大成就。本书对纳米中间体、插层剥离、纳米可控分散与复合、纳米载负、复合处理剂工艺、纳米结构性能及纳米效应系统详细论述。阐述纳米成核及其诱导固体与液体凝聚行为的内容，突出了纳米体系在聚合物体系的分散复合形态及其界面匹配效应，是探究纳米复合多相作用和多功能应用效应的窗口。本书基于作者及合作者的研究工作，涉及了国内外密切关联的前沿与经典理论内容；就同一个问题提供各自不同观点的纳米科技方案，与国内外*重要成果关联比较，融合于本书的部分实施例中；采纳成熟连贯的内容，从新的视角和*成果与进展进行结合与阐述，提供读者*技术状态及新观点。

柯扬船，中国石油大学，教授，研究员，柯扬船，中国石油大学（北京），理学院，教授
教育经历（从大学本科开始，按时间倒序排序；请列出攻读研究生学位阶段导师姓名）：
1.1993/09–1996/07， 吉林大学， 高分子化学与物理， 博士， 导师：吴忠文
2.1989/09–1991/07， 吉林大学， 地学院矿业工程， 硕士， 导师：李永信
3.1982/09–1986/07， 中国石油大学（华东）， 石油开发系， 学士， 导师：无


科研与学术工作经历（按时间倒序排序；如为在站博士后研究人员或曾进入博士后流动站（或工作站）从事研究，请列出合作导师姓名）：
1.2010/10-至今，中国石油大学（北京），理学院（能源纳米科技中心），教授、主任
2.2003/01-2010/10，中国石油大学（北京），化学工程学院（重质油国家重点实验室），教授
3.2001/11-2003/01，中国石油大学（北京），化学工程学院（重质油国家重点实验室），研究员
4.1999/12-2001/10，中国石化集团，聚烯烃国家工程中心，高级工程师、技术委员会委员
5.1998/11-1999/03，中国科学院，化学所，副研究员
6.1996/07-1998/11，中国科学院，化学所，博士后
7.1991/07-1993/07，吉林大学，地学院矿业工程，讲师
8.1996/07-1998/11，中国科学院，博士后，合作导师：漆宗能、王佛松


主持或参加科研项目（课题）及人才计划项目情况（按时间倒序排序）：
1.国家自然基金面上项目，51274223，新颖的油气层孔道插层反应及润湿分布与导流性调控方法，起止时间2013/01-2016/12，80万，在研，主持。
2.国家自然科学基金创新研究群体项目，51221003，复杂油气井钻井与完井基础研究，起止时间2013/01-2015/12，15万元，已结题，核心成员参加。
3.国家自然基金面上项目，21076229，多核芳烃共轭骨架结构的调控与光电转化效应，起止时间2011/01-2013/12，35万元，已结题，主持。
代表性研究成果和学术奖励情况
一、期刊论文
(1)Ke, Yangchuan (#) (*)，Field of high-performance polymer material - I. Composites from polymerizing heavy oil，Polymer Materials Science and Engineering，2012，28（6）：159-162 168
(2)Yang, Li，Wang, Yu-Guo Ke, Yang-Chuan (#) (*)，Preparation and property of polypropylene composite super-short fiber，Polymer Materials Science and Engineering，2010，26（12）：141-143
(3)Wang Yuguo，Yang Li Ke Yangchuan(#) (*)，Improving the hydrophobic，water barrier and crystallization properties of poly(ethylene terephthalate) by incorporating monodisperse SiO2 particles，Polymer International，2010，59（10）：1350-1359
另：通讯作者论文
(1)Guoliang Zhang，Yangchuan Ke (*)，Jing He，Meiru Qin，Hua Shen，Shichao Lu，Jingshui Xu，Effects of organo-modified montmorillonite on the tribology performance of bismaleimide-based nanocomposites，Materials and Design，2015，86：138-145
(2)Guoliang Zhang ， Youzhi Song，Shichao Lu，Zhaobin Wang，Yangchuan Ke (*)，Preparing copolyester–titanium dioxide nanocomposites with low melting point via in situ hydrolysis, catalysisand esterification process，High Performance Polymers，2015，1（1）：1-8
(3)Jingshui Xu，Denglong Chen， Li Yang，Xin Bai，Guoliang Zhang，Zheling Zeng，Wenshuai Gao，Deming Gong (#) (#)Yangchuan Ke (*)，Synthesis and characterization of partially hydrolyzed polyacrylamide nanocomposite weak gels with high molecular weights，Journal of Applied Polymer
Science，2015，132（41）：1-12
(4)Jingshui Xu ，Denglong Chen，Xianglong Hu， Qian Zhou，Wensuai Gao，Zheling Zeng，Guoliang Zhang， Yangchuan Ke (*)，Preparation and characterization of poly(MMAEGDMA-AMPS) microspheres by soap-free emulsion polymerization，Journal of Polymer Engineering，2015，1（1）：1-11
(5)Jingshui Xu，Yangchuan Ke (*) ，Qian Zhou，Xianglong Hu， Zijuan Tan，Liyan Yang，Youzhi Song，Yangyang Zhao，Guoliang Zhang，Preparation,Structure, and Properties of Poly (vinylacetate-co-methyl methacrylate) Nanocomposite Microspheres With Exfoliated Montmorillonite Through Using Two-Stage In Situ Suspension Polymerization，Polymer Composites，2014，35（6）：1104-1116
(6)张国亮，柯扬船 (*) ，杨丽燕，赵洋洋，杜守琴，纳米SiO2复合润滑脂流体的触变效应，石油学报(石油加工)，2014，30（2）：283-291
(7)张国亮，柯扬船 (*) ，杨丽燕，金属表面纳米复合抗磨防腐保护技术的研究进展，腐蚀科学与防护技术，2014，26（2）：187-190
(8)Xu, Jingshui，Ke, Yangchuan (*)，Zhou, Qian，Hu, Xianglong，Tan, Zijuan，Yang, Liyan，Song, Youzhi，Zhao, Yangyang，Zhang, Guoliang，Preparation, structure, and properties of poly(vinyl acetate-co-methyl methacrylate) nanocomposite microspheres with exfoliated montmorillonite through using two-stage in situ suspension polymerization，Polymer Composites，2014，35（6）：1104-1116
(9)Zhang, Guoliang，Ke, Yangchuan (*)，Yang, Liyan，Zhao, Yangyang，Du Shouqin，Thixotropy effects of Nano-SiO2 composite grease fluids，Acta Petrolei Sinica / Petroleum Processing Section，2014，30（2）：283-290
(10)Liyan Yang， Yangchuan Ke (*)，Synthesis of polystyrene nanolatexes via emulsion polymerization using sodium dodecyl sulfonate as the emulsifier，High Performance Polymers，2014，26（8）：900-905
(11)Ke, Yangchuan (*)，Tan, Zijuan ，New utilization of residue oil utilization in synthesizing photosensitizer，

第1章 聚合物纳米复合材料总论1
1.1概述1
1.1.1背景1
1.1.2纳米尺度自然发展2
1.1.3天然与人造纳米结构3
1.1.4纳米概念与发展简史4
1.2纳米科学与技术体系5
1.2.1纳米科技概念5
1.2.2纳米结构与纳米材料6
1.2.3纳米复合与纳米效应6
1.3聚合物纳米复合体系9
1.3.1聚合物多级结构及分类9
1.3.2无机纳米材料制备及其体系分类11
1.3.3聚合物无机纳米复合体系与分类14
1.3.4纳米复合材料制备方法14
1.4层状硅酸盐与层状化合物18
1.4.1层状硅酸盐黏土矿分类18
1.4.2层状硅酸盐结构性能表征18
1.4.3蒙脱土结构性能与表征20
1.4.4层状结构化合物分类21
1.5聚合物-黏土纳米复合材料22
1.5.1纳米分散定义和表征22
1.5.2层状硅酸盐插层复合方法24
1.5.3层状化合物插层热力学与动力学27
1.5.4聚合物-层状硅酸盐复合材料分类及加工成型29
1.6聚合物-无机纳米复合材料31
1.6.1有机-无机纳米复合材料体系概述31
1.6.2聚合物-无机纳米复合功能体系32
1.6.3纳米复合材料多功能体系34
1.6.4生物有机-无机纳米复合材料体系37
1.6.5纳米复合材料性能比较38
1.7多样化纳米复合体系及其应用40
1.7.1聚合物多尺度凝聚态纳米复合材料特性40
1.7.2纳米组装载体与催化剂41
1.7.3通用和多功能纳米添加剂技术42
1.7.4传统能源和新能源纳米技术与应用43
1.7.5生物、仿生及信息与能源纳米技术应用44
参考文献46


第2章 聚合物无机纳米分散复合体系设计48
2.1聚合物凝聚态纳米结构48
2.1.1聚合物高分子凝聚态48
2.1.2聚合物高分子凝聚态结构性能52
2.1.3聚合物纳米复合凝聚态特性55
2.1.4聚合物纳米复合成核效应原理57
2.2有机-无机纳米复合材料设计61
2.2.1纳米复合材料的功能性61
2.2.2纳米复合材料多功能高性能及合成设计62
2.2.3设计功能聚合物纳米复合材料体系63
2.3聚合物纳米分散与复合方法67
2.3.1聚合物和纳米材料改性方法67
2.3.2聚合物多相体系纳米分散方法69
2.3.3纳米可控分散复合方法71
2.3.4调制纳米中间体及其分散复合体系73
2.4纳米核-壳颗粒分散方法75
2.4.1单分散核-壳结构粒子设计75
2.4.2多分散核-壳结构体系设计方法78
2.4.3核-壳颗粒聚合物分散方法80
2.4.4单分散颗粒在其他介质中分散复合85
2.5纳米复合材料结晶熔融行为与表征86
2.5.1纳米粒子表面基团与结晶熔融特性86
2.5.2聚酯交联共聚物纳米分散复合结构的固定效应89
2.5.3聚合物纳米复合材料特殊结晶熔融行为92
2.5.4聚合物纳米复合材料结晶动力学95
参考文献103


第3章 层状纳米结构插层化学及复合方法105
3.1黏土矿物晶体结构与结构模型105
3.1.1黏土矿物分类及组成106
3.1.2主要黏土矿物晶体与纳米结构106
3.2黏土电性与胶体化学114
3.2.1黏土矿物电性114
3.2.2主要黏土矿物水化作用118
3.2.3黏土矿物的吸附性119
3.2.4纳米胶体化学基本原理121
3.3黏土矿物纳米复合溶胶-凝胶体系124
3.3.1黏土水胶体分散与聚结稳定体系124
3.3.2金属和稀土纳米溶胶-凝胶体系128
3.3.3有机-无机纳米复合溶胶-凝胶体系设计129
3.4插层过程模型模拟与插层化学130
3.4.1层状结构物质插层反应模型与模拟计算130
3.4.2层状物质插层化学131
3.4.3层状结构体系插层过程与插层复合体系134
3.4.4插层反应工艺比较及分类体系138
3.5层状结构物质规模化纳米分散复合的原理方法141
3.5.1层状结构物质规模化可控纳米分散复合的原理141
3.5.2聚合物纳米复合材料的相容剂142
3.5.3纳米复合材料热机械分散与热加工成型143
3.5.4几类层状化合物插层分散与复合方法146
参考文献152


第4章 聚合物无机纳米复合材料设计制备与性能155
4.1聚合物中规模化纳米分散原则155
4.1.1聚合物多尺度纳米分散155
4.1.2聚合物规模化和大跨度纳米分散性156
4.1.3聚合复合纳米效应原则156
4.2聚酰胺-黏土纳米复合材料157
4.2.1聚酰胺高分子及其原料与纳米复合体系157
4.2.2聚酰胺及其纳米复合催化剂158
4.2.3聚酰胺的聚合159
4.2.4聚酰胺-黏土纳米复合材料的物化性能161
4.2.5一步法合成碱催化及铸型尼龙黏土纳米复合材料164
4.2.6尼龙66-黏土纳米复合材料合成168
4.2.7尼龙纳米复合材料的应用与发展170
4.3环氧树脂-黏土纳米复合材料171
4.3.1环氧树脂的合成反应与制备方法171
4.3.2环氧树脂层状硅酸盐纳米复合材料工艺174
4.3.3PEO-黏土纳米复合材料制备与剥离行为175
4.3.4PEO-黏土纳米复合材料的性能181
4.3.5其他黏土纳米复合材料及其应用展望185
4.4聚酯-蒙脱土纳米复合材料186
4.4.1聚酯PET-蒙脱土纳米复合材料186
4.4.2聚酯PBT-蒙脱土纳米复合材料195
4.4.3聚酯无机纳米复合材料的纳米效应与应用前景199
4.5聚烯烃-黏土纳米复合材料200
4.5.1聚烯烃及其催化剂200
4.5.2聚烯烃的聚合工艺202
4.5.3聚烯烃纳米复合材料工艺方法203
4.5.4纳米前驱体载负茂金属聚乙烯催化剂208
4.6功能高聚物纳米复合材料209
4.6.1水溶性高分子纳米复合材料209
4.6.2水溶性高分子纳米复合纳米效应211
参考文献212


第5章 纳米结构可控分散及组装复合体系215
5.1纳米结构与组装体系215
5.1.1纳米结构体系215
5.1.2纳米结构自组装与规模化重现技术217
5.1.3纳米结构规模化技术219
5.2宏观尺度模板合成纳米阵列结构220
5.2.1模板法合成纳米结构特性220
5.2.2主要模板分类和合成方法221
5.2.3模板合成纳米结构的方法222
5.3分子自组装介孔与纳米复合结构及性能225
5.3.1分子自组装体系225
5.3.2纳米孔结构自组织体系228
5.3.3介孔固体及复合体体系结构与荧光增强效应230
5.3.4多孔纳米复合材料的功能效应232
5.4表面纳米组装及光电转化效应239
5.4.1表面造孔及功能涂膜与光电转化体系239
5.4.2多晶硅纳米涂膜光伏电池239
5.4.3纳米晶太阳能电池243
5.4.4单分散粒子及光子晶体半导体效应246
5.5金属纳米粒子及其胶束自组装复合材料251
5.5.1小尺度金属纳米粒子乳液合成方法251
5.5.2银金属纳米粒子与有机体组装252
5.5.3聚电解质金属纳米复合的成核与组装253
5.6高聚物纳米复合材料相分离体系258
5.6.1高聚物有序相分离结构258
5.6.2聚酯纳米复合相分离体系263
参考文献267


第6章 纳米复合材料的结构性能及效应表征方法270
6.1纳米微粒与纳米复合效应理论270
6.1.1聚合物纳米复合增强增刚增韧效应与方法270
6.1.2超微粒和胶体稳定理论276
6.1.3超微粒子光散射理论与方法281
6.1.4纳米效应和纳米复合效应分类283
6.1.5重要纳米复合效应原理与实例285
6.2纳米复合表界面与表征289
6.2.1纳米材料界面结构特性289
6.2.2纳米粒子复合表界面结构表征290
6.2.3纳米材料表界面调控表征293
6.3层状纳米结构与物性表征297
6.3.1层状硅酸盐黏土结构组成297
6.3.2层状硅酸盐结构性能表征300
6.3.3层状硅酸盐孔结构性能表征305
6.4聚合物纳米复合结构与效应表征307
6.4.1聚酯纳米复合等温结晶效应307
6.4.2纳米复合结晶成核与热效应310
6.4.3纳米粒子组装形态313
6.5聚合物纳米复合多级结构性能及表征方法319
6.5.1聚合物纳米复合多级结构及分类319
6.5.2纳米复合多级结构调控与表征319
6.5.3聚合物层状化合物纳米复合体系多级结构322
6.5.4纳米结构与形态表征方法324
参考文献330


第7章 聚合物无机纳米复合材料工艺与应用334
7.1无机纳米材料与工艺设计334
7.1.1甄选无机原材料334
7.1.2纳-微米中间体材料336
7.1.3纳米材料微乳液合成工艺338
7.1.4纳米材料工艺原理与设计340
7.1.5纳米粉体材料工业化工艺342
7.2纳米载体催化剂与聚合物纳米复合材料346
7.2.1纳米催化剂和载体346
7.2.2黏土柱撑多孔非均匀结构催化剂349
7.2.3纳米材料载负催化剂352
7.3纳米复合涂料354
7.3.1涂料及纳米复合涂料功能体系354
7.3.2纳米复合环保仿磁与粉末涂料355
7.3.3纳米复合功能涂料与标准357
7.4纳米复合膜工艺与应用358
7.4.1高聚物纳米复合膜设计原理及制备方法358
7.4.2纳米镀与纳米复合辐射防护膜359
7.4.3纳米镀与防护膜应用工艺技术360
7.5聚合物纳米复合超短纤维工艺与应用360
7.5.1聚合物共混纳米复合短纤维工艺360
7.5.2聚合物熔融纺丝合成短纤维工艺362
7.5.3聚合物纳米复合短纤维结构性能364
7.5.4聚合物纳米复合超短纤维应用特性366
7.6聚合物纳米复合材料功能应用367
7.6.1聚合物纳米复合光学功能性367
7.6.2纳米复合材料阻隔性369
7.6.3纳米复合阻隔包装功能370
7.7聚合物纳米复合工程材料372
7.7.1聚合物纳米复合工程塑料372
7.7.2阻燃增强聚酯纳米复合材料374
7.7.3阻燃增强聚合物纳米复合专用材料375
7.7.4纳米复合材料汽车和纺织应用377
7.7.5纳米复合材料建材及应用379
7.8纳米复合处理剂及石油工业应用380
7.8.1纳米复合处理剂设计制备与应用标准380
7.8.2纳米复合悬浮液、微乳液及储层保护381
7.9聚合物纳米复合材料应用与前景386
7.9.1纳米材料和纳米复合材料综合应用386
7.9.2纳米材料技术融合与变革传统产业387
7.9.3纳米材料技术新能源应用390
参考文献392


致谢395