无机纳米高分子材料(即无机纳米颗粒与高分子基体复合的材料)具有多方面的应用前景,主要体现在以下领域:

1. 能源领域
储能器件:用于锂离子电池、固态电池的电极材料或固态电解质,提高能量密度、循环稳定性和安全性(如纳米SiO₂、TiO₂增强聚合物电解质)。
太阳能电池:作为钙钛矿太阳能电池中的电子传输层或封装材料,提升光电转换效率和环境稳定性(如纳米ZnO、TiO₂/高分子复合涂层)。
燃料电池:用于质子交换膜或催化剂载体,增强导电性和耐久性。
2. 电子与光电领域
柔性电子:纳米银线/高分子复合材料用于柔性电极、可折叠触控屏,兼顾导电性与机械韧性。
传感器:利用纳米颗粒的敏感特性(如ZnO、石墨烯)与高分子结合,制备高灵敏度压力、气体或生物传感器。
封装材料:纳米粘土、SiO₂等添加至环氧树脂中,提升集成电路封装件的防潮、耐热和机械强度。
3. 生物医学领域
药物递送:介孔SiO₂、羟基磷灰石等纳米颗粒与聚乳酸(PLA)等生物可降解高分子结合,实现靶向控释药物。
组织工程:纳米羟基磷灰石/高分子支架模仿骨结构,促进细胞附着与组织再生。
生物成像:量子点(如CdSe)或磁性纳米颗粒(Fe₃O₄)与聚合物包裹,提升成像对比度和生物相容性。
4. 环境治理领域
吸附与催化:纳米TiO₂/高分子复合膜用于光催化降解污染物;纳米零价铁/高分子材料去除重金属离子。
水处理:碳纳米管或石墨烯嵌入高分子分离膜,提高海水淡化或污水过滤的通量与选择性。
5. 先进制造与涂层领域
轻量化材料:纳米蒙脱土、碳纳米管增强聚合物,用于航空航天、汽车领域的轻质高强部件。
功能性涂层:添加纳米SiO₂、Al₂O₃提升涂层耐磨、防腐或自清洁性能(如超疏水涂层)。
3D打印:纳米陶瓷/光敏树脂复合墨水,打印高精度耐高温结构。
6. 日常消费品与包装
智能包装:纳米粘土/聚烯烃复合材料增强阻隔性(隔氧防潮),延长食品保质期;添加纳米Ag赋予抗菌功能。
纺织品:纳米ZnO/TiO₂与纤维复合,制备抗紫外、抗菌或防水面料。
关键优势与挑战
优势:协同无机纳米材料的功能性(光、电、磁、催化)与高分子的可加工性、柔韧性,实现性能定制化。
挑战:需解决纳米颗粒分散性、界面相容性、规模化制备及长期环境/生物安全性问题。
总体而言,该类材料通过结构设计与复合技术,有望推动多个行业向高性能、多功能化方向发展。