有機(jī)—無機(jī)雜化材料研究進(jìn)展

張競丹*

（石家莊精英中學(xué)，河北石家莊，050000）

引言

在復(fù)合材料當(dāng)中，有機(jī)—無機(jī)雜化材料是最引人矚目的。在當(dāng)前時期，關(guān)于有機(jī)—無機(jī)雜化材料的研究正在深入展開，并已取得了一定的研究成果。本文主要對有機(jī)—無機(jī)雜化材料制備的常規(guī)方法展開深入探析，對影響材料結(jié)構(gòu)、性能的相關(guān)因素展開詳細(xì)闡述，對其實(shí)際應(yīng)用予以評述，以期能夠使得此方面的研究得到進(jìn)一步促進(jìn)。

1 有機(jī)和無機(jī)的區(qū)別

有機(jī)物的特點(diǎn)：多數(shù)有機(jī)化合物主要含有碳、氫兩種元素，此外也常含有氧、氮、硫、鹵素、磷等。部分有機(jī)物來自植物界，但絕大多數(shù)是以石油、天然氣、煤等作為原料，通過人工合成的方法制得。

和無機(jī)物相比，有機(jī)物數(shù)目眾多，可達(dá)幾百萬種。有機(jī)化合物的碳原子的結(jié)合能力非常強(qiáng)，互相可以結(jié)合成碳鏈或碳環(huán)。碳原子數(shù)量可以是1、2個，也可以是幾千、幾萬個，許多有機(jī)高分子化合物甚至可以有幾十萬個碳原子。此外，有機(jī)化合物中同分異構(gòu)現(xiàn)象非常普遍，這也是造成有機(jī)化合物眾多的原因之一。

有機(jī)化合物除少數(shù)以外，一般都能燃燒。和無機(jī)物相比，它們的熱穩(wěn)定性比較差，電解質(zhì)受熱容易分解。有機(jī)物的熔點(diǎn)較低，一般不超過400℃。有機(jī)物的極性很弱，因此大多不溶于水。有機(jī)物之間的反應(yīng)，大多是分子間反應(yīng)，往往需要一定的活化能，因此反應(yīng)緩慢，往往需要催化劑等手段。而且有機(jī)物的反應(yīng)比較復(fù)雜，在同樣條件下，一個化合物往往可以同時進(jìn)行幾個不同的反應(yīng)，生成不同的產(chǎn)物。

無機(jī)物即無機(jī)化合物。一般指碳元素以外各元素的化合物，如水、食鹽、硫酸、石灰等。但一些簡單的含碳化合物如一氧化碳、二氧化碳、碳酸、碳酸鹽和碳化物等，由于它們的組成和性質(zhì)與無機(jī)物相似，因此也作為無機(jī)物來研究。絕大多數(shù)的無機(jī)物可以歸入氧化物、酸、堿、鹽四大類。

2 有機(jī)-無機(jī)雜化材料的制備方法

2.1 溶膠-凝膠法(sol-gel)

2.1.1 溶膠-凝膠法皀基本原理

對溶膠—凝膠法進(jìn)行分析可知，其通常是將金屬烷氧化物 M(OR)z來當(dāng)作先驅(qū)體，其分子在水解之后就會產(chǎn)生活性的 OH基，這樣一來，在縮水或是縮醇反應(yīng)的作用下就會形成溶膠，此時就可將其注入到模具當(dāng)中。此外也可通過浸涂法、旋涂法成膜。在水解縮聚反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行之時，溶膠所具有的粘度也會隨之增加，最終會變成凝膠。在進(jìn)一步陳化、干燥之后，凝膠就會變成干凝膠。

2.1.2 溶膠-凝膠法制備

將有機(jī)物直接摻入溶膠—凝膠基質(zhì)當(dāng)中，這是對有機(jī)—無機(jī)雜化材料進(jìn)行制備之時最為常用的方法。無機(jī)先驅(qū)體會在有機(jī)化合物容易當(dāng)中產(chǎn)生水解縮合，進(jìn)而產(chǎn)生無機(jī)網(wǎng)，此時就可將有機(jī)物包埋到無機(jī)網(wǎng)當(dāng)中，或是將無機(jī)網(wǎng)浸漬到有機(jī)物溶液當(dāng)中，使得有機(jī)物能夠滲入到凝膠孔隙之中，這樣就可獲得雜化材料。如果是有機(jī)聚合物單體，那么可利用紫外光或是熱來激發(fā)，使得有機(jī)單體聚合。無機(jī)氧化物基質(zhì)除了能夠使得燃料在熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性方面切實(shí)提升之外，同時也會對材料所具有的光電性質(zhì)產(chǎn)生影響。

2.2 插入法皀基本原理

一些無機(jī)化合物有著典型的層狀結(jié)構(gòu)，在這類無機(jī)物當(dāng)中插入有機(jī)物，這是對高性能復(fù)合材料進(jìn)行制備的主要方法。比方說，蒙脫土、沸石都是2:1型層狀硅酸鹽，其單位晶胞通常是由兩個硅氧四面體中間夾帶一層鋁氧四面體或鎂氧八面體構(gòu)成。此種四面體、八面體的緊密堆積結(jié)構(gòu)能夠使得高度有序的晶格排列，每一層都是1nm，其剛度是較高的，層間也不滑移。

3 有機(jī)-無機(jī)雜化材料的應(yīng)用

3.1 結(jié)構(gòu)材料

聚合鏈移動之時，無機(jī)物會對其產(chǎn)生一定的限制，進(jìn)而使得雜化材料的模量增大，并具有較高的耐熱性，在力學(xué)性能方面也會提高很多。此種材料就可用作剎車片、輪胎等。將蒙脫土雜化材料和純環(huán)氧樹脂進(jìn)行比較，其拉伸模量、拉伸強(qiáng)度均要提高很多，能夠達(dá)到25MPa與7.5MPa。

3.2 涂層材料

利用金屬烷氧化物所制成的溶膠是可以方便使用的，通過浸涂法、旋轉(zhuǎn)法就可制成涂層。Schmidt是將?-縮水甘油醚基三甲氧基硅烷(KH-560)當(dāng)作原料的,通過溶膠—凝膠法制得的O RM O CER涂層在柔韌性、耐磨性方面是具有優(yōu)勢的，其能夠用作是透明聚合物的抗磨涂層。如果條件適宜的話，KH-560則會水解形成-O H使得涂層能夠具有長期濕潤的受控釋放性能。而價格氟化烷烴鏈引入到ORMOCER涂層當(dāng)中，則可獲得低能涂層。

3.3 光學(xué)材料

將有機(jī)染料摻入到溶膠—凝膠基質(zhì)當(dāng)中，所制備出的材料就會呈現(xiàn)出一定的光學(xué)性能，而將激光波長不一的染料摻入到凝膠基質(zhì)當(dāng)中，可使得波長連續(xù)可調(diào)。比方說，將一些有機(jī)染料摻到OR-M O SIL基質(zhì)當(dāng)中，就可得到比CS2大4個數(shù)量級的光學(xué)非線性值，DCM染料制成的雜化材料，將有機(jī)染料摻入ORMOSIL基質(zhì)當(dāng)中，所制成的材料可用于激光器、太陽光光導(dǎo)管。

3 .4 電學(xué)材料

將PEO插入到蒙脫土、V2 O5 H2 O、Mn PS3、Cd PS3中，得到的雜化材料呈現(xiàn)出顯著的導(dǎo)電率，熱穩(wěn)定性也相對更高一些，溫度范圍變得更寬。

4 結(jié)束語

在現(xiàn)階，有機(jī)—無機(jī)雜化材料的受關(guān)注程度有了大幅提升，其應(yīng)用范圍也變得更為廣闊。然而在進(jìn)行材料制備之時，若想保證材料真正達(dá)到要求確實(shí)較為困難的，制備過程中必須要對相關(guān)的反應(yīng)參數(shù)予以切實(shí)管控，反應(yīng)溫度，使用的催化劑、溶劑以及反應(yīng)物相熟數(shù)量等均是不能有絲毫忽視的，同時還要對最為合理的反應(yīng)步驟予以明確，對材料相結(jié)構(gòu)也要精準(zhǔn)控制。在科技水平呈現(xiàn)快速提升狀態(tài)之時，雜化材料制備的相關(guān)技術(shù)也變得越發(fā)成熟，材料所具有的性能也提高了很多。有機(jī)—無機(jī)雜化材料除了能夠?qū)o機(jī)物所具有的力學(xué)、耐熱等方面的性能充分展現(xiàn)出來之外，同時也兼具有機(jī)物強(qiáng)度較高，柔性較好的優(yōu)勢，因此說，此種材料在未來的發(fā)展前景是十分樂觀的，必將在高科技領(lǐng)域中發(fā)揮出自身的巨大作用。

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