有機—無機雜化材料研究進展

張競丹*

（石家莊精英中學，河北石家莊，050000）

引言

在復合材料當中，有機—無機雜化材料是最引人矚目的。在當前時期，關于有機—無機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—無機雜化材料制備的常規(guī)方法展開深入探析，對影響材料結構、性能的相關因素展開詳細闡述，對其實際應用予以評述，以期能夠使得此方面的研究得到進一步促進。

1 有機和無機的區(qū)別

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

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

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

無機物即無機化合物。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與無機物相似，因此也作為無機物來研究。絕大多數的無機物可以歸入氧化物、酸、堿、鹽四大類。

2 有機-無機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—凝膠法進行分析可知，其通常是將金屬烷氧化物 M(OR)z來當作先驅體，其分子在水解之后就會產生活性的 OH基，這樣一來，在縮水或是縮醇反應的作用下就會形成溶膠，此時就可將其注入到模具當中。此外也可通過浸涂法、旋涂法成膜。在水解縮聚反應持續(xù)進行之時，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

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

2.2 插入法皀基本原理

一些無機化合物有著典型的層狀結構，在這類無機物當中插入有機物，這是對高性能復合材料進行制備的主要方法。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成。此種四面體、八面體的緊密堆積結構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-無機雜化材料的應用

3.1 結構材料

聚合鏈移動之時，無機物會對其產生一定的限制，進而使得雜化材料的模量增大，并具有較高的耐熱性，在力學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)氧樹脂進行比較，其拉伸模量、拉伸強度均要提高很多，能夠達到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涂層當中，則可獲得低能涂層。

3.3 光學材料

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

3 .4 電學材料

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出顯著的導電率，熱穩(wěn)定性也相對更高一些，溫度范圍變得更寬。

4 結束語

在現階，有機—無機雜化材料的受關注程度有了大幅提升，其應用范圍也變得更為廣闊。然而在進行材料制備之時，若想保證材料真正達到要求確實較為困難的，制備過程中必須要對相關的反應參數予以切實管控，反應溫度，使用的催化劑、溶劑以及反應物相熟數量等均是不能有絲毫忽視的，同時還要對最為合理的反應步驟予以明確，對材料相結構也要精準控制。在科技水平呈現快速提升狀態(tài)之時，雜化材料制備的相關技術也變得越發(fā)成熟，材料所具有的性能也提高了很多。有機—無機雜化材料除了能夠將無機物所具有的力學、耐熱等方面的性能充分展現出來之外，同時也兼具有機物強度較高，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，必將在高科技領域中發(fā)揮出自身的巨大作用。

[1] 相恒學,王世超,成艷華,周哲,陳龍,孫賓,陳志鋼,王雪芬,朱美芳.有機/無機雜化材料與多功能纖維研究進展[J].中國科學:技術科學,2014,44(11):1137-1144.

[2] 王超,張慧.有機-無機雜化材料耐熱性研究進展[J].武漢理工大學學報,2013,35(01):48-52.

[3] 裘小寧.溶膠凝膠法制備無機有機雜化材料的研究進展[J].安徽工業(yè)大學學報(自然科學版),2015(01):20-24.

[4] 劉曉蕾,劉孝波.溶膠-凝膠法制備有機/無機雜化材料研究進展[J].高分子材料科學與工程,2014(02):28-31.

[5] 史鐵鈞,王華林,裘小寧.有機無機雜化材料研究進展[J].合肥工業(yè)大學學報(自然科學版),2014(01):112-115.