综述：白云母加工及其在纳米复合材料中的应用进展

《Advanced Composites and Hybrid Materials》：Progress in the processing of muscovite and its consequent applications in nanocomposites

本综述系统阐述了白云母（muscovite）的改性、插层和剥离技术进展，及其在聚合物纳米复合材料（PLSNs）、珠光颜料、环境修复和二维材料生长基底等领域的创新应用。文章重点突出了白云母的高纵横比（aspect ratio）、紫外屏蔽能力和分子级光滑表面等独特性质，并展望了其在功能化纳米复合材料开发中的绿色合成与可控制备等未来方向。

　　

表面改性技术

白云母作为一种层状硅酸盐矿物，其化学式为KAl₂AlSi₃O₁₀₂，由于层间存在强静电作用的K⁺离子，其直接改性和剥离难度较高。表面改性主要通过化学接枝和无机沉积两类方法实现。化学接枝通常采用硅烷偶联剂（如KH550、KH540）与白云母表面的Si-OH基团反应形成Si-O-M共价键，使其从亲水性转为疏水性，从而提升与聚合物基体的相容性。例如，经WD-70改性后的白云母填充丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）可使刚性提高三倍。无机沉积则通过化学沉淀法、机械化学法或溶胶-凝胶法在白云母表面包覆TiO₂等金属氧化物，形成具有优异珠光效应和紫外屏蔽能力的复合颜料，显著降低TiO₂的使用量。

插层策略与应用

白云母的插层需先通过热活化、酸处理或熔融LiNO₃置换K⁺以削弱层间作用力，提高阳离子交换容量（CEC）。随后采用烷基铵盐（如CTAB）或金属离子（Cu²⁺、Al³⁺）进行插层，使层间距从1.0 nm扩大至5.2 nm。水热法可大幅缩短插层时间至12小时，且表面活性剂密度直接影响硅酸盐层的堆叠结构。插层后的白云母展现出可调的磁性和电学特性，甚至超导性，为“MICA电子学”（MICAtronics）提供了材料基础。

剥离技术与二维材料制备

白云母的剥离分为机械法和化学驱动法。机械剥离采用胶带或聚二甲基硅氧烷（PDMS）印章获得10-30 nm厚薄层，可用于柔性绝缘基底；化学剥离则通过离子交换-插层-超声等多步流程制备1-5层纳米片，其带隙小于块体材料，在电子和光电领域潜力显著。新兴的H₂插层结合微波辐照法可实现单层至五层纳米片的高效制备。剥离后的白云母纳米片具有优异电绝缘性、可见光透过率和紫外选择性，可用于仿生材料构建。

纳米复合材料应用

珠光颜料领域：白云母/TiO₂核壳结构复合材料通过光干涉效应产生角度依赖性色彩，耐热性达800°C，占据全球市场90%以上。Fe₃O₄或石墨烯改性进一步赋予其抗静电和电磁波吸收功能。

环境修复：改性白云母可高效吸附水体中的As(III)、Pb(II)、Eu(III)等重金属，并通过负载TiO₂或纳米零价铁（NZVI）形成光催化复合材料，降解四溴双酚A（TBBPA）和罗丹明B（RhB）等有机污染物。 dendrimer插层材料还能捕获CO₂，用于碳存储。

摩擦学应用：白云母/CeO₂或La₂O₃复合颗粒作为润滑添加剂，可降低摩擦系数69.2%，并在磨损表面形成自修复润滑膜。

聚合物复合材料：白云母填充聚氨酯（PU）、环氧树脂或聚酰亚胺（PI）可显著提升力学性能（拉伸强度提高110%）、热稳定性（T_g提高33°C）和阻燃性（峰值热释放率降低54%）。层状结构还赋予复合材料优异的气体阻隔性能，CO₂和O₂渗透率分别降低73%和27%。

二维材料生长基底：白云母的原子级平整表面和热稳定性（耐受600°C）使其成为MoS₂、VO₂等二维材料外延生长的理想柔性基底，应用于可穿戴电子和自旋电子器件。

挑战与展望

当前白云母功能化面临工艺繁琐、试剂消耗大、产率低等问题。未来需开发绿色剥离技术（如离子液体辅助、超临界流体剥离）、可控合成方法（厚度与表面特性调控），并拓展其在锂离子电池隔膜、生物医学支架等新兴领域的应用。理论计算与原位表征技术的结合将加速材料设计与性能优化。