纳米微粒和碳纳米管的分散及表面改性等研究领域的重要进展
由中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷与超微结构国家重点实验室高濂研究员主持完成的《纳米微粒和碳纳米管的分散及表面改性》项目荣获2005年上海市科学技术进步一等奖。此次获奖是他们继2002年获得上海市科技进步二等奖、2003年获得上海市科技进步一等奖后，再一次获得殊荣。 纳米微粒作为纳米科技的构建基元，有巨大的比表面积，表现出小尺寸效应、界面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应，这些特点使纳米微粒在热、磁、光、电等方面具有不同于一般材料的特殊性能，对常规产品乃至传统产业会产生重要影响，因而具有广阔的应用前景。但纳米微粒颗粒尺寸小，表面能高，彼此间由于较强的范德华力的作用具有自发团聚的趋势，而团聚体的存在又将大大影响纳米粉体各种特异性能的发挥。因此如何改善纳米粉体在液相介质中的分散和稳定性一直是材料科学家致力解决的难题之一。项目的实施丰富了我国纳米微粒科学及碳纳米管复合材料学的研究体系和研究内容，对提高我国纳米材料科学的整体研究水平、为纳米微粒和碳纳米管的广泛应用奠定了坚实基础。由化工出版社出版的《纳米粉体的分散及表面改性》一书，已在台湾出版了繁体字本，对海峡两岸同行有重要的参考价值。
碳纳米管 项目组系统研究了克服各种纳米微粒、碳纳米管在液相介质中形成团聚体的机理，通过在颗粒间引入强的静电排斥力或位阻作用力，实现了单一和多种组分纳米微粒的高度均匀分散；针对纳米微粒和碳纳米管的应用目标，开展了对纳米微粒和碳纳米管进行表面改性的若干科学问题研究；在此基础上，研制出多种功能性碳纳米管复合材料。该项目发展了多种表征纳米微粒分散性的方法；首创将俄歇电子能谱用于表征分散剂在纳米微粒表面的吸附；原创性地利用分形理论定量揭示了沉积物形貌分维值与浆料分散状态的内在关系；发展了常用分散剂如聚丙烯酸铵等的紫外－可见分光光度表征方法，发现了遴选高价小分子型分散剂的一般规律。在国际上率先发明了一种半定量表征碳纳米管悬浮液稳定性的方法，获中国发明专利授权，并被国内外同 行沿用；首次提出了“反微乳非共价键键合法”实现无机纳米微粒与碳纳米管的非共价键键合，国际学术界评价此项研究成果“对保持碳纳米管自身特有的高性能，研制其他功能性新材料有重要意义”。 在国际上率先报道了多种新型功能性碳纳米管复合体材料的研制，成功解决了碳纳米管的分散及与基体材料的界面结合问题，使复合材料的导电性、力学性能或电化学性能有成倍或数量级的提高。如碳纳米管/四氧化三铁复合材料的导电性比纯四氧化三铁提高了一个数量级；碳纳米管与羟基磷灰石纳米复合材料不仅具有良好的生物活性，其断裂韧性达到3.66 MPam1/2；制备了具有良好的电化学吸放锂性能且循环稳定性好的碳纳米管/四氧化三钴纳米复合材料；研制了碳纳米管/镍铁氧体复合材料，电阻率降低了5个数量级。为提高我国纳米材料科学的整体研究水平做出了重要贡献。 该项目在纳米微粒和碳纳米管的分散、表面功能化及纳米复合材料等方面的研究居国际领先水平。所取得的多项成果得到了国际同行的高度评价和广泛引用。国际著名陶瓷学家Gauckler教授的评价道：“这些工作对深入理解纳米微粒和分散剂的相互作用以及金属氧化物微粒与碳纳米管的相互作用做出了重要贡献。在其他的多篇论文中，他成功地将胶体化学方法运用到碳纳米管的处理和性能改善上。”瑞典斯德哥尔摩大学Bergstrom教授也专门为此撰写了评价信："高濂研究员和他的合作者们在相关领域发表了80多篇学术论文，被美国化学会杂志、美国陶瓷会志、欧洲陶瓷会志多次引用，充分说明了高濂研究员在国际陶瓷领域是公认的、实力雄厚的科学家"。 多年来，高濂研究员率领其课题组在纳米粉体、纳米复相陶瓷及碳纳米管的分散和复合材料等诸多研究领域取得了丰硕的成果，在国际国内学术刊物上发表学术论文500余篇，共被SCI他引超过2000余次，申请中国发明专利56项（已授权28项），出版学术专著4部，项目第一完成人高濂研究员2004年被增选为国际陶瓷科学院院士，被美国情报研究所列为世界上“被引用频次高的科学家”。所取得的多项创新性研究成果提升了我国在纳米材料研究领域的国际学术地位。
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