一、什么是納米材料？

     納米材料就是構成材料的基本尺寸很小的材料，一般認為在構成材料的三維尺寸上至少有一個維度的方向的尺度在1-100nm之間的材料。所以人們按照空間維度將納米材料分為三類：

維度為零的納米材料
指納米顆粒、原子團簇等三維空間尺度均在納米尺寸的材料；

維度為一的納米材料
指納米線、納米管等三維空間尺度中有兩維是納米尺度的材料；

維度為二的納米材料
指納米膜、超晶格等三維空間尺度中僅有一維是納米級的材料。

二、納米材料的制備方法

     按照納米材料的制備方法，可以分為物理方法和化學方法。
01 物理方法

    (1)真空冷凝法
     用真空蒸發、加熱、高頻感應等方法使原料氣化或形成等離子體，然后驟冷。其特點為純度高、結晶組織好、粒度可控，但技術設備要求高。
      (2)物理粉碎法
     通過機械粉碎、電火花爆炸等方法得到納米粒子。其特點為操作簡單、成本低，但產品純度低，顆粒分布不均勻。
      (3)機械球磨法
      采用球磨方法，控制適當的條件得到純元素納米粒子、合金納米粒子或復合材料的納米粒子。其特點為操作簡單、成本低，但產品純度低，顆粒分布不均勻。
02 化學方法

     (1)氣相沉積法
     利用金屬化合物蒸氣的化學反應合成納米材料。其特點為產品純度高，粒度分布窄。
      (2)沉淀法
     把沉淀劑加入到鹽溶液中反應后，將沉淀熱處理得到納米材料。其特點為簡單易行，但純度低，顆粒半徑大，適合制備氧化物。
      (3)水熱合成法
      高溫高壓下在水溶液或蒸汽等流體中合成，再經分離和熱處理得納米粒子。其特點為純度高，分散性好、粒度易控制。
      (4)溶膠凝膠法
      金屬化合物經溶液、溶膠、凝膠而固化，再經低溫熱處理而生成納米粒子。其特點為反應物種多，產物顆粒均一，過程易控制，適于氧化物和Ⅱ～Ⅵ族化合物的制備。
       (5)微乳液法
      兩種互不相溶的溶劑在表面活性劑的作用下形成乳液，在微泡中經成核、聚結、團聚、熱處理后得納米粒子。其特點為粒子的單分散和界面性好，Ⅱ～Ⅵ族半導體納米粒子多用此法制備。

三、高分子納米復合材料及其制備方法

01 高分子納米復合材料

      正是由于以上優異的性質，納米材料成為當今世界研究的熱點。其中高分子納米復合材料由于高分子基體具有易加工、耐腐蝕等優異性能，且能抑止納米單元的氧化和團聚，使體系具有較高的長效穩定性，能充分發揮納米單元的特異性能，而尤受廣大研究人員的重視。
     高分子納米復合材料是由各種納米單元與有機高分子材料以各種方式復合成型的一種新型復合材料，所采用的納米單元按成分分可以是金屬，也可以是陶瓷、高分子等。
02 高分子納米復合材料的制備方法

     高分子納米復合材料的涉及面較寬，包括的范圍較廣，近年來發展建立起來的制備方法也多種多樣，可大致歸為四大類：納米單元與高分子直接共混，在高分子基體中原位生成納米單元；在納米單元存在下單體分子原位聚合生成高分子及納米單元和高分子同時生成。

      2.1 納米單元與高分子直接共混
     此法是將制備好的納米單元與高分子直接共混，可以是溶液形式、乳液形式，也可以是熔融形式共混。例如在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中與聚酰亞胺溶液共混，制備出納米TiO2/PI復合材料。
     通常有兩種形式的制備：從小到大的構筑式，即由原子、分子等前體出發制備；從大到小的粉碎式，即由常規塊材前體出發制備(一般為了更好控制所制備的納米單元的微觀結構性能，常采用構筑式制備法)?？傮w上又可分為物理方法、化學方法和物理化學方法三種。
      根據表面改性劑和單元間有無化學反應可分為表面物理吸附方法和表面化學改性方法兩類，既可以采用低分子化合物主要為各種偶聯劑改性，也可以通過錨固聚合在粒子表面形成聚合物改性。

     2.2 在高分子基體中原位生成納米單元
     此法是利用聚合物特有的官能團對金屬離子的絡合吸附及基體對反應物運動的空間位阻，或是基體提供了納米級的空間限制，從而原位反應生成納米復合材料，常用于制備金屬、硫化物和氧化物等納米單元復合高分子的功能復合材料。
     如果有機高分子樹脂本身就是介孔(mesoporous)固體(介于微孔和宏孔之間)，則可以直接利用基體固有的納米級孔道、籠狀結構作為“模板”，在其中反應生成納米單元。
     另外，有機高分子納米粒子復合薄膜可以用納米粒子膠體懸浮體系直接沉積擴散在高分子膜上制成，也可以用分子沉積(MD)技術制備。

     2.3 在納米單元存在下單體分子原位聚合生成高分子
     此法主要是指在含有金屬、硫化物或氫氧化物膠體粒子的溶液中單體分子原位聚合生成高分子，其關鍵是保持膠體粒子的穩定性，使之不易發生團聚。
     對熱固性高聚物，如環氧樹脂，可以先將納米單元與環氧低聚物混合，然后再固化成型，形成納米復合材料。

      2.4 納米單元和高分子同時生成
     此法包括插層原位聚合制備聚合物基有機-無機納米復合材料，蒸發(或濺射、激光)沉積法制備納米金屬-有機聚合物復合膜及溶膠-凝膠法等。

四、高分子納米材料的應用

     由于納米材料有著特殊的微觀性質，在宏觀上，通常也能呈現出特殊的物理性能，比如高強度和韌性、高比熱容低熔點、異常的介電性能、高吸波性等。隨著納米技術的廣泛研究，科學家們在各個研究領域都取得了突破，新型納米材料也逐漸投入到實際應用中。
1●高分子納米材料在環境保護上的應用

     磁性高分子納米吸附劑具有穩定性好、比表面積大，易于分離等特點，是一類具有良好性能的吸附材料。
     用懸浮聚合和化學改性的方法制備雜化磁性吸附材料Fe3O4@PGMA-TETA(FPT)，該材料中含有大量具有配位作用的N元素，對Hg(II)表現出良好的吸附性能。并研究了FPT對水體中Hg(II)的吸附去除性能。釆用批量實驗的方法，研究了介質、接觸時間、初始濃度等因素對吸附的影響。結果表明，所合成的材料能夠對Hg(II)進行快速高效的分離，吸附過程可在15min內達到吸附平衡，最大吸附量可以達到416mg/g。吸附了的材料可在硫脲溶液中再生，具有較穩定的重復使用性，可大大降低其成本，是一種性能優異的吸附材料，可應用在處理污水方面。
2●高分子納米材料在生物醫學上的應用

     用于骨組織工程的高分子材料包括天然和人工合成高分子材料兩類。天然高分子材料包括膠原、纖維蛋白、殼聚糖和海藻酸鈉等。天然高分子生物相容性好，具有細胞識別信號利于細胞粘附、增殖和分化，但是大規模制備困難，機械強度、降解速度難以控制。
     人工合成中PGA、PLA及其共聚物是應用最為廣泛的骨組織工程用可降解生物材料，但也存在不少缺點，如機械強度不足、降解太快、無菌性炎癥、親水性差以及殘余有機溶劑的細胞毒作用等。因此，用于骨組織工程的高分子材料迄今沒有哪一種是完全滿意的。
     李堅等人以賴氨酸鹽為原料制備成賴氨酸二異氰酸酯-甘油聚合物,通過超聲分散和超臨界抗溶劑結晶技術等方法獲得納米級高分子材料賴氨酸二異氛酸醋甘油聚合物（LDIG）。高分子納米材料尺寸為100~350nm，具備作為組織工程支架材料所需要的結構特征，降解特性優良，不會改變周圍環境的值，降解產物是完全無毒的小分子物質，同時具有很好的生物相容性。
3●高分子納米材料在電子工業上的應用

     導電高分子納米復合材料結合了導電高分子的電磁學性質、納米材料高比表面積帶來的特殊性能以及其他功能性基團材料的修正作用，使導電高分子納米復合材料的導電性、穩定性、吸附能力、光電性質和生物傳感等各方面性能均得到優化，對其未來的實際應用提供有利的基礎。
     許倩倩等人合成高度可溶的PEDOT-PSS/Au納米復合材料，通過研究發現，該納米材料對酶的高活性固載，為制備導電高分子生物化學傳感器提供有力依據；同時，該研究團隊合成了N3-PEDOT單體，制備了N3-PEDOT，通過鏈接化學將具有良好化學活性物質——炔基化二茂鐵固載到N3-PEDOT中，實現PEDOT膜功能化，發現該膜具有較高的電子傳遞速率，較好的光電性以及電致變色的效果，且穩定性特別好，克服了其他材料的一些缺點，實現了材料的多功能化效應。
4●高分子納米材料在催化業上的應用

     使用功能高分子納米催化劑處理污水、修復污染環境是一種新的環境處理技術，將會受到越來越多的關注。
     余世雄等人以原料易得的對苯二胺和乙二醛合成出聚席弗堿共軛高聚物FSB-0，并經一定條件熱活化處理后將其成功地用作為系列納米催化材料PSB-1~4。其熱穩定性非常好，同時，將其對染料MB進行催化降解，發現具有較高的催化活性。由于具有豐富的能帶結構，寬的光譜響應范圍等優良特性，使之與無機半導體相比實用性更強，同時由于其性能穩定、無能耗、不會造成二次污染而使該類材料具有良好的應用前景。