二维材料的性能及利用前景

1  二维层状材料的性能

(a)多功能性 

　　不同客体插入纳米LDHS层间后,可组装得到具有不同应用性能的纳米层柱材料,如纳米选择性红外吸收剂、纳米选择性紫外阻隔剂、纳米杀菌防霉剂、纳米热稳定剂、环境友好纳米催化剂、安全型纳米阻燃剂、缓释型纳米除草剂、红外和雷达双功能纳米隐形材料等,可广泛应用于合成材料、建筑材料、石油化工、涂料、农药及军工等行业,产业关联度高,应用空间极为广阔。 

　　(b)低表面能 

　　层状纳米材料因纳米LDHS层状结构的特殊性,表现出较低的表面能。这一特征使得制备时无需采用昂贵的辅助剂(如有机溶剂、偶联剂等)及高能耗的生产装备(如喷雾干燥等)便可得到具有纳米尺寸的层状材料LDHS,同时因其较低的表面能,在实际应用时易于均匀分散,不易聚集。 

　　(c)几何结构效应 

　　LDHS层状材料主体二维层板结构及纳米尺寸,使其在应用时表现出独特的性能。因主体层板间的弱相互作用在外力条件下极易被打破,应用于涂料时表现出优异的触变性能;层状材料主体层板剥离后,可以纳米尺寸均匀分散至合成材料本体,这一特点在薄膜类产品中可得到充分体现,其结构是使复合膜的力学性能大幅度提高,同时具备对小分子迁移的阻隔能力(如PVC中的增塑剂、农膜中的防雾滴剂等);控制制备条件,可使层状材料具备规整的介孔结构(10-50nm),其在作为催化剂时,表现出对反应物、中间产物和产物的优异择形性能等等。 

　　(d)结构记忆效应 

　　纳米LDHS旦有独特的“结构记忆效应”,即经一定途径改变其结构后,在一定条件下其又可逆地恢复至原有结构。利用这一特点,可在纳米LDHS层间插入满足设计要求的害体、进而组装得到所需的功能性层柱纳米材料;又可将组装得到的功能性层柱纳米材料置于某种有利于结构恢复的环境中,在外界条件的促进下,使其定时、定量释放出层间客体。如层柱型除草剂,便可在富含水、空气(主要利用其中的C02)的条件下,按作物生长要求缓慢释放除草剂,以避免除草剂流失所产生的污染及药害。 

　　(e)界面效应 

采用有机分子对纳米LDHS进行插层后,一般有机分子链对主体层板具有一定程度的缠绕作用,这种作用实质上是对无机层状材料的有机化,而有机化程度可随插层客体种类及数量而定。因此,针对不同的应用目标,选择不同的插层客体,可获得理想的界面效应。 

2  二维层状材料的利用前景

1)结构优势

　　层状纳米材料的结构优势在于其结构可设计性和可调控性。即可根据应用需要，在较大范围内调变结构参数，如层板化学组成、层板电荷密度、分子识别能力、层间离子种类及密度、层间距、层板二维尺、晶体尺寸及其分布等，以获得满足苛刻设计要求目标的需要。

2)尺寸优势

　　层状纳米材料的二维尺寸一般为长20－40nm、宽30－60nm，根据应用需要，可在较大范围内精准调变上还尺寸，使长宽比得以控制。

3)性能忧势

　　由于层状纳米材料结构的可调控性，其可衍生出丰富多彩的性能，广泛应用于国民经济多领域。如：

　　(1)选择性红外吸收材料

　　纳米二维层状材料的化学组成决定其对红外具有显着吸收效果，而且纳米二维层状材料的层间可插入其它对红外有吸收作用的有机分子，如此组装得到的层柱材料对红外的吸收范围及能力可根据需要进行设计和调整。将其用于农膜、织物及涂料等，可大幅度提高保温效果。特别是应用于农膜时，二维层状材料组成和结构特点使其兼备抗迁移性能(阻止及延缓小分子如雾滴剂和增塑剂等的迁移)、抗老化性能、改善力学性能、提高阻隔性能、抗静电性能、防尘性能等。