前言：

纳米技术自20世纪80年代问世以来40多年的发展，在概念、理论、方法、技术、试验和应用等诸多方面，持续不断取得突破，涌现大量新颖性、创造性、实用性成功事例，积累了丰富的“高新特”科技成果。纳米技术在新材料、新能源、生物、信息、电子、环保、军事、航空航天等前沿领域，取得的成就举世瞩目。

纳米科技多样化形态，已呈现多学科技术交叉与深度融合发展态势。曾经的纳米科技经典权威理论，不断被涌现的新概念、新学说、新方法、新实例所颠覆，纳米科技发展呈现知识爆炸、理论技术多样化和信息不对称的万象特征。同一种纳米结构形态呈现多种纳米效应，石墨烯纳米片产生拓扑叠加及成核与磁电效应等，clay纳米片复合载负产生光电效应等；纳米科技概念及理论技术内涵多层次多样化演绎，纳米科技日新月异、原创性理论技术方法持续脱颖而出。

当前，纳米科技发展，呈现更深入广泛渗透多学科技术领域态势。化学领域主要研究100nm左右纳米尺度效应，物理领域主要研究100nm以内纳米效应，工程领域主要研究小于几十纳米尺度多孔纳米效应及多尺度纳米分散与团聚效应。这种纳米科技在广泛领域渗透现象，表明其非统一而再分化态势，并且呼唤原子级纳米制造。

纳米科技发展顺应国内外政治、经济、军事、文化等巨变转型，形成长久发展趋势，纳米效应现象、实例、突破及绿色发展越发丰富多彩，可预见纳米科技为人类服务、实现人类与自然和谐相处的普世价值。

利用合成和天然聚合物材料可塑、加工、复合与多功能性，发展聚合物纳米复合技术方法，我们长期居于该领域国际前沿，通过聚合物相纳米可控分散复合及组装工艺方法，形成高性能多功能智能化聚合物纳米复合材料，开辟了新一代聚合物复合材料体系及其纳米科技新领域。

聚合物纳米复合材料中的纳米单元、纳米结构、纳米片及其均匀有效分散与复合方法，贯穿全书，本书涵盖了20世纪60年代的经典插层化学、溶胶凝胶方法、插层纳米化学、插层纳米复合材料学及加工成型工艺技术方法；叙述了1996年国家自然基金委第一个纳米科技项目(No59533005,王佛松、漆宗能)，即作者首次发明的聚酯clay纳米复合材料和聚酰胺熔体插层复合材料技术在该领域的国内外影响，以及插层纳米复合材料技术体系国内主要创始者的历程。

本书还阐述二维层状材料纳米科技，包括纳米片电极、电解质、电池、太阳能电池和传感器及其光电复合技术方法。

本书第三版新增内容如下：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、煤炭及化工工程等领域渗透，包括低碳零碳排放机制，作者根据团队研究积累，呈现许多创新实例和原创性成果及国内外合作项目，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最前沿理论发展，提供最新观点和发展方向；还针对纳米科技新能源发展，介绍了太阳能电池、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。

本书前两版是我国多所高校和中国科学院有关学科博士硕士生考试参考书，本书第三版保持了前两版主要框架和表述风格及核心内容连贯性，以适应研究人员、本科和研究生学习参考，以及有关人员培训、考试需求。

本书主要内容是作者及其团队科研、开发与教学工作的提炼，所用资料及节选与观点，都尽可能接近原始状态。

笔者将持续不断地努力，通过科研和教学反复推敲取舍素材，奉献给读者经典适用可持续性的内容，寄予读者明鉴。

本书郑重致谢：

 国家科学技术部国家重大专项（批准号2017ZX05009003)、国家自然基金委员会项目（批准号51974339,51674270,51274223,51490651）、国家自然基金创新群体项目（批准号51821092,51521063,51221003）及一带一路创新人才外国专家项目（批准号DL2022122001);

 德国BASF公司资助研究的部分内容；

 中国石油天然气集团公司、中国石油化工集团公司资助研究内容；

 有关合作公司及有关组织，提供的部分文献和成果介绍；

 科学出版社允许使用有关原著中的部分图表；

 有关研究生研究成果，如陈长凤、胡旭、于呈呈、张正荣、宋有志、张国亮、卢士超、王东银、黄海燕、周旭、王君山、高秋月、袁翠翠、孟昭瑞等；

 龚雪、刘扬、谭真真、胡晓娟、鞠菲、余涛、刘莉等整理编辑校对文字图片；

 苏长明、张立德、蓝强等提供的部分文字、图表及交流资料；

 提供个别图表、通信及部分资料的个人；

 其他的帮助及未尽的事宜，也深表谢忱。

作者2023年春，于北京

目录：

1.1引言

1.1.1背景

1.1.2自然尺度和纳米尺度

1.1.3天然和人造纳米结构

1.1.4纳米概念与发展简史

1.2纳米科学与技术体系

1.2.1纳米科技概念和技术路线

1.2.2纳米结构与纳米材料术语

1.2.3纳米复合与纳米效应

1.3聚合物纳米复合体系

1.3.1聚合物多级结构及分类

1.3.2无机纳米材料原料体系分类

1.3.3聚合物纳米复合材料分类及特性

1.3.4纳米复合材料设计制备方法

1.4层状材料结构与物性

1.4.1层状硅酸盐分类与物性

1.4.2蒙脱石层状结构特性

1.4.3层状化合物结构剥离

1.5聚合物层状结构分散复合方法

1.5.1纳米分散定义和表征方法

1.5.2纳米分散与复合体系

1.5.3插层纳米化学原理及方法

1.5.4插层纳米复合材料学原理及方法

1.5.5层状结构材料插层热力学与动力学

1.5.6聚合物层状纳米复合材料体系与加工

特性

1.6高性能多功能聚合物无机纳米复合

材料体系

1.6.1有机无机纳米复合材料结构功能

体系

1.6.2聚合物纳米复合材料多功能体系

1.6.3聚合物纳米复合材料优异性与

综合性

1.7聚合物纳米复合材料创新应用前景

1.7.1聚合物多尺度纳米复合材料创新

体系

1.7.2纳米结构载体与催化剂创新体系

1.7.3多功能高性能纳米处理剂创新体系

1.7.4油气与新能源纳米材料应用前景

1.7.5仿生及信息能源纳米材料应用前景

参考文献

2.1聚合物聚集态纳米结构

2.1.1聚合物多尺度聚集态

2.1.2聚合物聚集态多尺度结构特性

2.1.3聚合物聚集态纳米复合

2.1.4聚合物聚集态无机纳米共混复合

2.2聚合物无机纳米复合材料界面原理

与方法

2.2.1聚合物无机纳米复合材料界面反应与

功能化

2.2.2聚合物纳米复合材料聚集态熔体

特性

2.3聚合物层状材料纳米分散复合成核

原理与方法

2.3.1天然与合成层状结构材料

2.3.2纳米可控成核多功能效应

2.3.3纳米复合成核原理与方法

2.4聚合物纳米分散复合材料多相体系

设计

2.4.1聚合物材料和纳米材料改性方法

2.4.2聚合物多相体系纳米分散方法

2.4.3纳米可控分散复合原理与方法

2.4.4调制纳米中间体及其分散复合体系

2.5高性能多功能纳米中间体可控分散复合

材料设计

2.5.1纳米复合材料功能性

2.5.2高性能多功能纳米复合材料合成

设计

2.6核壳结构纳米中间体表面反应与分散

体系

2.6.1核壳结构纳米中间体体系与表面反应

2.6.2聚合物纳米分散复合结构固定原理与

方法

2.6.3聚合物纳米复合材料结晶动力学

参考文献

3.1黏土矿物晶体结构与结构模型

3.1.1黏土矿物分类与组成

3.1.2主要黏土矿物晶体纳米结构

3.2层状黏土纳米胶体化学

3.2.1层状黏土矿物电性

3.2.2主要黏土矿物水化作用

3.2.3层状黏土矿物吸附性

3.2.4纳米胶体化学原理

3.3层状黏土胶体及多功能纳米复合稳定

体系

3.3.1层状黏土胶体分散与聚结稳定

体系

3.3.2有机无机纳米复合材料稳定功能化

方法

3.4插层纳米化学原理与方法

3.4.1插层化学与插层纳米化学

3.4.2插层纳米化学原理与方法

3.4.3插层纳米化学设计复合材料

3.4.4分子间作用力插层复合原理方法

3.4.5重要特殊分子插层复合体

3.5插层纳米复合材料学原理及工艺

方法

3.5.1插层纳米复合材料学原理

3.5.2插层纳米化学与插层纳米复合材料学

工艺

3.5.3层状结构材料规模化可控插层纳米复合

材料原理

3.5.4插层纳米复合材料热机械分散与加工

成型工艺

参考文献

4.1塑性聚合物材料多尺度纳米分散原理

与方法

4.1.1聚合物材料热力学性能

4.1.2聚合物多尺度纳米分散复合体系

4.2聚酰胺层状硅酸盐黏土纳米复合

材料

4.2.1聚酰胺原料与单体体系

4.2.2聚酰胺原位聚合纳米复合催化反应

体系

4.2.3聚酰胺纳米复合材料聚合反应原理与

方法

4.2.4聚酰胺黏土纳米复合材料性能调控

方法

4.2.5一步法碱催化合成铸型尼龙黏土纳米

复合材料

4.2.6尼龙66黏土纳米复合材料合成

4.2.7尼龙纳米复合材料功能性比较

4.3环氧树脂黏土纳米复合材料

4.3.1环氧树脂与低聚物合成特性及

计量

4.3.2环氧树脂层状硅酸盐纳米复合材料

工艺

4.3.3环氧树脂基纳米剥离分散复合

材料

4.3.4调控环氧树脂纳米复合材料性能

方法

4.4聚酯蒙脱土纳米复合材料

4.4.1聚酯和聚酯蒙脱土纳米复合材料

4.4.2聚酯纳米复合材料制备工艺

4.4.3聚酯纳米复合材料结构与性能

4.4.4PBT蒙脱土纳米复合材料

4.4.5聚酯纳米复合材料的纳米效应与应用

特性

4.5聚烯烃黏土纳米复合材料

4.5.1聚烯烃及其催化剂

4.5.2聚烯烃的聚合工艺

4.5.3聚烯烃纳米复合材料制备工艺

参考文献

5.1水溶性聚合物体系及其纳米复合原理

与方法

5.1.1水溶性聚合物分子结构与分类

5.1.2水溶性聚合物及其纳米复合材料反应

体系

5.1.3合成水溶性聚合物缩聚反应体系

5.1.4天然水溶性聚合物材料体系

5.1.5水溶性聚合物纳米复合材料合成原理

与方法

5.1.6水溶性聚合物纳米复合材料工艺

方法

5.2聚丙烯酰胺无机纳米复合材料

5.2.1聚丙烯酰胺纳米复合材料组成

体系方法

5.2.2高性能聚丙烯酰胺纳米复合材料

5.2.3高性能多功能聚丙烯酰胺纳米复合

材料

5.2.4丙烯酰胺共聚纳米复合体系纳米复合

效应表征

5.2.5丙烯酰胺共聚纳米复合材料制备

工艺

5.2.6抗高温丙烯酰胺共聚纳米复合

材料

5.3聚丙烯酸及其衍生物纳米复合

材料

5.3.1聚丙烯酸及其衍生物聚合反应

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

5.3.3聚丙烯酸及其衍生物纳米复合材料应用

特性

5.4聚乙烯醇无机纳米复合材料

5.4.1聚乙烯醇纳米复合材料组成

5.4.2聚乙烯醇及其纳米复合材料物化

特性

5.4.3聚乙烯醇纳米复合材料功能体系设计

方法

5.5聚乳酸纳米复合材料

5.5.1聚乳酸纳米复合材料合成体系

5.5.2聚乳酸纳米复合材料合成原理与

工艺

5.5.3可降解共聚酯纳米复合材料制备

工艺

5.6水溶性聚合物纳米复合材料降解和再用

原理与方法

5.6.1水溶性聚合物纳米复合材料催化降解

原理与方法

5.6.2水溶性聚合物纳米复合材料催化降解

方法

5.6.3水溶性聚合物及其纳米复合材料光催化

机理

5.6.4油气工程聚合物纳米复合流体催化降解

再用方法

参考文献

6.1纳米单元与纳米结构及纳米颗粒复合

效应理论

6.1.1产生纳米单元和纳米结构

6.1.2纳米颗粒刚性与柔性体系

6.1.3纳米颗粒与复合效应分类表征

6.1.4聚合物纳米复合材料增强增刚增韧机理

与模型

6.1.5超微颗粒体系稳定理论与方法

6.1.6超微颗粒光散射理论与方法

6.1.7纳米复合成核效应原理与表征

6.2层状纳米结构与物性表征

6.2.1层状硅酸盐黏土结构组成

6.2.2层状硅酸盐孔结构性能表征

6.3纳米复合表面界面结构特性表征

6.3.1纳米结构材料界面结构特性

6.3.2纳米颗粒复合表面界面结构表征

6.3.3纳米结构材料表面界面特性表征

6.4聚合物纳米复合结构效应表征

6.4.1聚酯纳米复合等温结晶效应

6.4.2纳米复合结晶成核与热效应

6.4.3聚合物纳米复合材料凝聚结构

形态

6.5聚合物纳米复合多级结构性能及表征

方法

6.5.1纳米复合体系多级结构及表征

6.5.2介孔结构合成与表征

6.5.3聚合物纳米复合多级结构及分类

6.5.4聚合物层状化合物纳米复合体系多级

结构

参考文献

7.1无机纳米材料原料体系

7.1.1优选无机纳米材料原料

7.1.2合成纳米结构中间体材料

7.1.3纳米中间体合成工艺与设计

7.1.4通用纳米材料和纳米中间体原料技术

规范

7.1.5碳层状纳米结构中间体与复合

材料

7.2天然黏土纯化改性原料体系

7.2.1主要黏土纯化改性体系

7.2.2纳米结构中间体通用工艺的优化和

程序化

7.2.3纳米中间体微乳液法合成纳米单元和

纳米材料

7.3纳米中间体微孔结构柱撑载体与

催化剂体系

7.3.1黏土纳米中间体微孔结构柱撑载体

7.3.2黏土纳米中间体微孔结构柱撑载体

催化剂体系

7.3.3黏土柱撑多孔非均匀结构催化剂

7.3.4纳米材料与纳米结构中间体联合载负

催化剂方法

7.4聚合物纳米中间体复合超短纤维

工艺

7.4.1聚合物共混纳米复合短纤维工艺

7.4.2聚合物纳米复合材料熔融纺丝和短

纤维工艺

7.4.3聚合物纳米复合超短纤维结构

性能

7.5聚合物纳米中间体复合材料油气工程

处理剂设计与应用

7.5.1聚合物纳米复合材料处理剂设计

7.5.2聚合物纳米中间体复合材料钻井工程

应用方法

7.5.3凹凸棒土纳米中间体及悬浮体形态

特性

7.5.4纳米中间体复合压裂液多功能

体系

7.5.5KLCN纳米复合压裂液体系评价

参考文献

8.1塑性聚合物共混与复合材料多功能

体系

8.1.1塑性聚合物多相体系理论

8.1.2塑性聚合物共混体系

8.1.3塑性聚合物纳米复合材料体系与

特性

8.2塑性聚合物纳米复合材料制备原料与

方法

8.2.1纳米材料原料

8.2.2工业适用纳米结构中间体制备

工艺

8.2.3MXene层状纳米中间体制备方法

8.2.4聚合物纳米复合材料设计原理与

方法

8.3聚烯烃纳米复合材料

8.3.1纳米中间体与纳米材料表面改性

方法

8.3.2聚乙烯纳米中间体复合材料熔体成型

工艺与方法

8.3.3聚丙烯聚乙烯共聚纳米复合管

8.4聚酯纳米复合材料及超短纤维

8.4.1聚酯纳米复合材料工艺

8.4.2聚酯共混纳米复合材料与纺丝工艺

方法

8.4.3聚酯共混纳米复合材料纺丝及短纤维

结构特性

8.4.4聚合物纳米复合超短纤维应用

特性

8.5聚合物纳米复合光电功能体系

8.5.1聚合物纳米复合光电膜体系

8.5.2聚合物材料锂基二次电池隔膜

8.5.3聚合物纳米复合材料传感器工业

体系

8.5.4聚合物纳米复合材料阻隔包装材料工艺

方法

8.5.5聚烯烃纳米复合材料阻燃增强工程

材料

8.5.6聚酯纳米复合材料阻燃增强工程

材料

8.5.7聚合物纳米复合材料汽车和纺织应用

技术

参考文献

9.1水溶性聚合物纳米复合材料应用

体系

9.1.1水溶性聚合物材料处理剂及纳米复合

体系

9.1.2水溶性聚合物纳米复合材料生产

技术

9.1.3水溶性聚合物纳米复合材料工业

应用

9.2水溶性聚合物纳米复合材料和处理剂

生产工艺与应用方法

9.2.1水溶性聚合物纳米复合材料和处理剂

生产工艺

9.2.2水溶性聚合物纳米复合材料工艺

9.3水溶性共聚纳米复合材料油气工程

应用原理与方法

9.3.1油气工程聚合物纳米复合材料

特性

9.3.2纳米复合钻井液和完井液应用原理与

方法

9.3.3纳米复合压裂液应用原理与方法

9.3.4纳米复合驱油液应用原理与方法

9.3.5纳米复合水泥浆应用原理与方法

9.4水溶性聚合物纳米复合材料油气工程

应用工艺与评价方法

9.4.1油气工程纳米复合材料应用设计与评价

方法

9.4.2钻井完井工程应用工艺与评价

方法

9.4.3聚合物纳米复合封堵剂及堵漏堵水应用

设计方法

9.4.4聚合物纳米复合材料储层改造压裂工程

应用方法

9.4.5聚合物纳米复合材料固井工程应用

方法

9.5水溶性聚合物纳米复合材料油气工程

综合应用技术及规范

9.5.1水溶性聚合物纳米复合材料体系应用

设计

9.5.2钻井完井工程应用技术

9.5.3封堵与堵漏应用技术

9.5.4储层改造压裂工程应用技术

9.5.5固井工程应用技术

9.5.6采油和提高采收率工程应用技术

9.5.7油气工程纳米复合废液残液催化裂解

应用实例

参考文献