聚合物-无机纳米复合材料(第三版)

本次再版新增内容如下：首先，针对纳米复合多相体系，阐述多相作用及稳定性要素，包括纳米分散、组装与成核理论及纳米复合研究方法；其次，考虑纳米技术向油气、煤碳及化工工程等领域渗透，包括低碳零碳排放机制，以作者及其团队研究积累，呈现许多创新实例和原创性成果及国内外合作，示范阐述同一个问题不同观点及纳米科技方法实例化，供研究型教学选择；并且合理吸收国内外纳米科技前沿理论发展，提供新观点和发展方向；还针对纳米科技新能源发展，包含了太阳能电池、供能储能电池、传感、计算技术及微观-宏观原子级纳米组装制备与材料结构性能等内容。

第1章 聚合物纳米复合材料科技总论
1.1　引言 1
1.1.1 背景 1
1.1.2 自然尺度和纳米尺度 2
1.1.3 天然和人造纳米结构 4
1.1.4 纳米概念与发展简史 5
1.2　纳米科学与技术体系 7
1.2.1 纳米科技概念和技术路线 7
1.2.2 纳米结构与纳米材料术语 8
1.2.3 纳米复合与纳米效应 9
1.3　聚合物纳米复合体系 12
1.3.1 聚合物多级结构及分类 12
1.3.2 无机纳米材料原料体系分类 16
1.3.3 聚合物纳米复合材料分类及特性 18
1.3.4 纳米复合材料设计制备方法 19
1.4　层状材料结构与物性 26
1.4.1 层状硅酸盐分类与物性 26
1.4.2 蒙脱石层状结构特性 27
1.4.3 层状化合物结构剥离 28
1.5　聚合物层状结构分散复合方法 30
1.5.1 纳米分散定义和表征方法 30
1.5.2 纳米分散与复合体系 32
1.5.3 插层纳米化学原理及方法 34
1.5.4 插层纳米复合材料学原理及方法 35
1.5.5 层状结构材料插层热力学与动力学 38
1.5.6 聚合物层状纳米复合材料体系与加工特性 40
1.6　高性能多功能聚合物-无机纳米复合材料体系 41
1.6.1 有机-无机纳米复合材料结构功能体系 41
1.6.2 聚合物纳米复合材料多功能体系 44
1.6.3 聚合物纳米复合材料优异性与综合性 45
1.7　聚合物纳米复合材料创新应用前景 47
1.7.1 聚合物多尺度纳米复合材料创新体系 47
1.7.2 纳米结构载体与催化剂创新体系 48
1.7.3 多功能高性能纳米处理剂创新体系 48
1.7.4 油气与新能源纳米材料应用前景 49
1.7.5 仿生及信息能源纳米材料应用前景 50
参考文献 51
第2章 聚合物-无机纳米分散复合体系设计
2.1　聚合物聚集态纳米结构 54
2.1.1 聚合物多尺度聚集态 54
2.1.2 聚合物聚集态多尺度结构特性 59
2.1.3 聚合物聚集态纳米复合 62
2.1.4 聚合物聚集态-无机纳米共混复合 63
2.2　聚合物-无机纳米复合材料界面原理与方法 64
2.2.1 聚合物-无机纳米复合材料界面反应与功能化 64
2.2.2 聚合物纳米复合材料聚集态熔体特性 66
2.3　聚合物-层状材料纳米分散复合成核原理与方法 67
2.3.1 天然与合成层状结构材料 67
2.3.2 纳米可控成核多功能效应 70
2.3.3 纳米复合成核原理与方法 72
2.4　聚合物纳米分散复合材料多相体系设计 79
2.4.1 聚合物材料和纳米材料改性方法 79
2.4.2 聚合物多相体系纳米分散方法 80
2.4.3 纳米可控分散复合原理与方法 82
2.4.4 调制纳米中间体及其分散复合体系 83
2.5　高性能多功能纳米中间体可控分散复合材料设计 85
2.5.1 纳米复合材料功能性 85
2.5.2 高性能多功能纳米复合材料合成设计 86
2.6　核-壳结构纳米中间体表面反应与分散体系 87
2.6.1 核-壳结构纳米中间体体系与表面反应 87
2.6.2 聚合物纳米分散复合结构固定原理与方法 90
2.6.3 聚合物纳米复合材料结晶动力学 93
参考文献 98
第3章 插层纳米化学和插层纳米复合材料学原理与方法
3.1　黏土矿物晶体结构与结构模型 100
3.1.1 黏土矿物分类与组成 100
3.1.2 主要黏土矿物晶体纳米结构 101
3.2　层状黏土纳米胶体化学 110
3.2.1 层状黏土矿物电性 110
3.2.2 主要黏土矿物水化作用 112
3.2.3 层状黏土矿物吸附性 114
3.2.4 纳米胶体化学原理 115
3.3　层状黏土胶体及多功能纳米复合稳定体系 117
3.3.1 层状黏土胶体分散与聚结稳定体系 117
3.3.2 有机-无机纳米复合材料稳定功能化方法 120
3.4　插层纳米化学原理与方法 121
3.4.1 插层化学与插层纳米化学 121
3.4.2 插层纳米化学原理与方法 123
3.4.3 插层纳米化学设计复合材料 127
3.4.4 分子间作用力插层复合原理方法 132
3.4.5 重要特殊分子插层复合体 134
3.5　插层纳米复合材料学原理及工艺方法 135
3.5.1 插层纳米复合材料学原理 135
3.5.2 插层纳米化学与插层纳米复合材料学工艺 136
3.5.3 层状结构材料规模化可控插层纳米复合材料原理 139
3.5.4 插层纳米复合材料热机械分散与加工成型工艺 140
参考文献 142
第4层 塑性聚合物-无机纳米复合材料
4.1　塑性聚合物材料多尺度纳米分散原理
与方法 145
4.1.1 聚合物材料热力学性能 145
4.1.2 聚合物多尺度纳米分散复合体系 146
4.2　聚酰胺-层状硅酸盐黏土纳米复合材料 147
4.2.1 聚酰胺原料与单体体系 147
4.2.2 聚酰胺原位聚合纳米复合催化反应体系 150
4.2.3 聚酰胺纳米复合材料聚合反应原理与方法 151
4.2.4 聚酰胺-黏土纳米复合材料性能调控方法 153
4.2.5 一步法碱催化合成铸型尼龙-黏土纳米复合材料 156
4.2.6 尼龙66-黏土纳米复合材料合成 159
4.2.7 尼龙纳米复合材料功能性比较 162
4.3　环氧树脂-黏土纳米复合材料 162
4.3.1 环氧树脂与低聚物合成特性及计量 162
4.3.2 环氧树脂-层状硅酸盐纳米复合材料工艺 166
4.3.3 环氧树脂基纳米剥离分散复合材料 167
4.3.4 调控环氧树脂纳米复合材料性能方法 170
4.4　聚酯-蒙脱土纳米复合材料 174
4.4.1 聚酯和聚酯-蒙脱土纳米复合材料 174
4.4.2 聚酯纳米复合材料制备工艺 175
4.4.3 聚酯纳米复合材料结构与性能 178
4.4.4 PBT-蒙脱土纳米复合材料 182
4.4.5 聚酯纳米复合材料的纳米效应与应用特性 186
4.5　聚烯烃-黏土纳米复合材料 187
4.5.1 聚烯烃及其催化剂 187
4.5.2 聚烯烃的聚合工艺 189
4.5.3 聚烯烃纳米复合材料制备工艺 190
参考文献 192
第5章 水溶性聚合物-无机纳米复合材料
5.1　水溶性聚合物体系及其纳米复合原理与方法 195
5.1.1 水溶性聚合物分子结构与分类 195
5.1.2 水溶性聚合物及其纳米复合材料反应体系 197
5.1.3 合成水溶性聚合物缩聚反应体系 201
5.1.4 天然水溶性聚合物材料体系 202
5.1.5 水溶性聚合物纳米复合材料合成原理与方法 204
5.1.6 水溶性聚合物纳米复合材料工艺方法 204
5.2　聚丙烯酰胺-无机纳米复合材料 206
5.2.1 聚丙烯酰胺纳米复合材料组成体系方法 206
5.2.2 高性能聚丙烯酰胺纳米复合材料 208
5.2.3 高性能多功能聚丙烯酰胺纳米复合材料 209
5.2.4 丙烯酰胺共聚纳米复合体系纳米复合效应表征 212
5.2.5 丙烯酰胺共聚纳米复合材料制备工艺 212
5.2.6 抗高温丙烯酰胺共聚纳米复合材料 213
5.3　聚丙烯酸及其衍生物纳米复合材料 214
5.3.1 聚丙烯酸及其衍生物聚合反应 214
5.3.2 聚丙烯酸及其衍生物纳米复合材料制备原理与方法 217
5.3.3 聚丙烯酸及其衍生物纳米复合材料应用特性 219
5.4　聚乙烯醇无机纳米复合材料 219
5.4.1 聚乙烯醇纳米复合材料组成 219
......

本书系统阐述纳米单元与结构、纳米可控分散科学与技术、纳米复合效应与纳米复合材料分类等内容。对这些内容的研究开辟了纳米中间体可控分散与纳米结构组装新领域，创建了层状结构物质的插层化学与原理方法，创建了多功能高性能纳米复合材料体系、纳米结构性能表征及其大尺度规模化体系评价方法，实现了纳米复合材料在化工、矿藏、油气能源、新能源及催化等领域的应用。本次再版不仅针对纳米复合多相体系丰富了相关研究，并且创建了插层纳米化学学科体系及插层纳米复合材料学，阐述了插层化学纳米化在油气、煤炭及化工领域的创新研究实例及应用，提供了纳米技术前沿理论及发展方向，尤其是纳米科技新能源方面的进展。本书适于材料科学、化学、化工、能源等领域科研人员及学生阅读参考。

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，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。授权发明专利(1)?肖海斌 柯扬船，一种聚丙烯超短纤维组合物及其制备方法，2013.5.22，中国发明专利ZL200910302864.80(2)?李京子 柯扬船，渣油组合物与阻燃聚烯烃复合材料及其制备方法，2013.6.12，中国发明专利，ZL 2009 1 0300928.0(3)?魏光耀 柯扬船，一种聚丙烯酰胺无机纳米复合材料钻井液助剂及其制备方法，2013.5.22，，中国发明专利ZL200910300646.00(4)? 李京子，梁吉锋 柯扬船，一种改性聚烯烃材料及其专用改性树脂与它们的制备方法，2011.10.5，中国，ZL200810247369.7四、会议特邀学术报告(1) 柯扬船，纳米复合材料能源应用的原理、工艺技术与效应，第五届道达尔中国科学论坛-能源化工领域的先进纳米技术，厦门，2013.9.24。(2)? Jing Shui Xu，Qian Zhou Yang Chuan Ke(*)，Nanoeffects,evaluations，and applications of polymer nanocomposites，International Symposium on Advanced Polymeric Materials 2012(ISAPM 2012)，2012.7.10-2012.7.11(3) Jing Shui Xu，Yi Hu，Shuo Na Li Yang，Chuan Ke (*)，NANOEFFECTS OF SEVERAL NANOCOMPOSITES FOR THE TRADITIOANL AND NEW ENERGY，InternationalConference on Traditional and Renewable Energy,and Nanomaterial TechnologyOct.20-23,2011,Beijing，2011.10.20-2011.10.23。(4) 柯扬船，聚合物无机纳米复合材料在油气开采的应用，中国塑料技术高层论坛暨2010中国塑协塑料技术协作委员会年会（Plastech2010），兰州，2010.8.11-2010.8.15。(5)?柯扬船，Investigations of stage treatment of the lignocellulose for preparing fuel ethanol and relatednanocomposits，2010日中化工节能减排及可再生能源利用技术研讨会，东京，2010.6.26-2010.6.27。三、其他成果（请按发表或发布时的格式列出，指导硕士、博士论文情况）：(1) 曾晨露，聚丙烯酰胺纳米复合微球的制备及其性能研究，中国石油大学（北京), 硕士, 中国, 2015/5/24(2)?徐颖，系列硝基咪唑季铵盐的制备及性能研究，中国石油大学(北京),硕士, 中国, 2015/5/24(3) 王霞，聚丙烯酰胺纳米复合压裂液交联与破胶性能研究，中国石油大学，中国石油大学(北京),硕士,中国, 2015/5/24(4)?刘素燕，金属有机骨架材料的制备及其乙烯齐聚催化性能的研究，中国石油大学(北京), 博士论文, 中国, 2015/5/24(5)?秦美茹，渣油有机化改性制备成核剂及其对聚丙烯成核性的研究，中国石油大学(北京),硕士,中国, 2015/5/24(6)?徐井水，高分子层状硅酸盐纳米复合微球制备及调控孔道渗透性研究，中国石油大学(北京),博士,中国, 2015/5/24 (7) 鲁力玮，催化裂化渣油多核芳烃光活性馏分模型化合物的研究，中国石油大学(北京),硕士,中国, 2015/5/24 (8)?邵云峰，重质油浆有机化改性及染料敏化特性的研究，中国石油大学(北京),硕士,中国, 2015/5/24 (9)?李琳，基于重质油多环芳烃的染料敏化太阳能电池研究，中国石油大学(北京),硕士,中国, 2015/5/24 (10)?李硕娜，保护裂缝性储层油气通道的纳米复合材料结构与性能的研究，中国石油大学(北京),硕士,中国, 2015/5/24 (11)?王玉国，聚酯纳米复合材料及其共混超短纤维制备与性能研究，中国石油大学(北京),硕士,中国, 2015/5/24 (12)?杨莉，聚丙烯酰胺纳米复合材料弱凝胶制备及驱替行为研究，中国石油大学(北京),硕士,中国, 2015/5/24 (13)?范颜晓，渣油多环芳烃的分离表征及缩聚反应研究，中国石油大学(北中国石油大学(北京),硕士,中国, 2015/5/24四、获得学术奖励(1)? 纳-微米复合钻完井液体系研究及应用，中国石油和化学工业联合 会，科技进步奖，一等奖，2014（柯扬船，韩来聚，李公让，施进，张敬辉，蓝强，乔军，苏长明，李作会，周倩，刘宝峰，王传富，武学芹，李海滨）(2)?纳-微相材料钻采工作液的功能性调控与油气钻采应用，国家能源局，国家能源科技进步奖(三等奖)，2011年。（柯扬船，苏长明，鄢捷年，李公让，张敬辉，孟令森）(3)? ，纳-微复合结构硅酸盐及其高分子复合材料产业化与工业应用，中国石油和化学工业联合会，科技进步奖，二等奖，2011年（柯扬船，李作会，漆宗能，李公让，孙金声，鄢捷年，张敬辉，周倩，杨莉，屈沅志）