黏土主要是由黏土矿物组成的，大多数黏土矿物为层状含水的铝硅酸盐。黏土中最常见的黏土矿物有三种：高岭石、蒙脱石、伊利石（也称水云母）。它们具有很强的分散性，并且还具有带电性、离子交换性以及水化膨胀性，这些性能都是在制备纳米复合材料时需要考虑并有效利用的因素。在聚合物-无机纳米复合材料中，以黏土为无机相的复合材料占据相当大的比例。
黏土矿物的水分按其存在的状态可以分为结晶水（这种水是黏土矿物晶体结构的一部分，只有温度高于℃时，结晶受到破坏，这部分水才能释放出来）、吸附水（由于分子间引力和静电引力，具有极性的水分子可以吸附到带电的黏土表面，在黏土颗粒周围形成一层水化膜，这部分水随黏土颗粒一起运动，也称为束缚水）、自由水（这部分水存在于黏土颗粒的孔穴或孔道中，不受黏土的束缚，可以自由地运动）等三种类型。各种黏土都会吸水膨胀，但是由于表面水化力、渗透水化力和毛细管作用等制约，不同的黏土矿物水化膨胀的程度不同。
黏土晶体的电荷可分为永久负电荷（黏土在自然界形成时发生晶格取代作用所产生的）、可变负电荷（所带电荷的数量随介质的pH值改变而改变）、正电荷（多数人认为是由于裸露在边缘上的铝氧八面体在酸性条件下从介质中解离出OH-）三种。黏土的正电荷与负电荷的代数和即为黏土晶体的净电荷数。由于黏土的负电荷一般多于正电荷，因此黏土一般都带负电荷。从电泳现象可以证明黏土颗粒在水中通常带有负电荷。黏土的电荷是黏土具有一系列电化学性质的基本原因，同时对黏土的各种性质都发生影响。例如，黏土吸附阳离子的多少决定于其所带负电荷的数量。
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