纳米材料和纳米技术在新型建筑材料中的应用.docVIP

纳米技术是二十世纪80年代末诞生并正在崛起的新技术,?主要是指在0.1~100nm?尺度范围内,?研究物质组成体系中电子、原子和分子运动规律与相互作用,?其研究目的是按人的意志直接操纵电子、原子或分子,?研制出人们所希望的、具有特定功能特性的材料和制品[1]。纳米技术是高度交叉的综合性学科,?它主要包括:纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学、纳米机械学。纳米技术已应用于建筑材料、光学、医药、半导体、信息通讯、军事等领域[2,?3]。目前,?纳米材料技术是唯一可以实现的纳米技术[1]。? 　　纳米材料以其特有的光、电、热、磁等性能为建筑材料的发展带来一次前所未有的革命。利用纳米材料的随角异色现象开发的新型涂料,?利用纳米材料的自洁功能开发的抗菌防霉涂料、PPR?供水管,?利用纳米材料具有的导电功能而开发的导电涂料,?利用纳米材料屏蔽紫外线的功能可大大提高PVC?塑钢门窗的抗老化黄变性能,?利用纳米材料可大大提高塑料管材的强度等。由此可见,?纳米材料在建材中具有十分广阔的市场应用前景和巨大的经济、社会效益。? 　　近年来,?国内外开始探索纳米材料和纳米技术在建材中的发展及应用工作,?并取得了一些可喜的成果,?现分类介绍如下:? 　　1?纳米技术在建筑涂料中的应用? 　　涂料是建筑物的内衣(?内墙涂料)?和外衣(?外墙涂料)?,?国内传统的涂料普遍存在悬浮稳定性差、不耐老化、耐洗刷性差、光洁度不高等缺陷。纳米复合涂料就是将纳米粉体用于涂料中所得到的一类具有耐老化、抗辐射、剥离强度高或具有某些特殊功能的涂料。在建材(?特别是建筑涂料)?方面的应用已经显示出了它的独特魅力[4]。? 　　同一种纳米粒子在不同粒径下会有不同的作用,?不同种类的纳米粒子也可以在涂料中起相同的作用。按纳米复合涂料的用途可归纳为以下几种:? 　　1.1????光学应用纳米复合涂料? 　　纳米粒子的粒径远小于可见光的波长400～750nm,具有透过作用,?从而保证了纳米复合涂料具有较高的透明性。纳米粒子对紫外线具有较强的吸收作用。在外墙建筑涂料中添加TiO2、SiO2?等纳米粒子以提高耐候性,在汽车面漆中添加TiO2?以提高汽车涂料的耐老化性等。纳米SiO2?是无定型白色粉末(?指其团聚体)?,?表面存在不饱和的残键及不同键合状态的羟基,?其分子状态呈三维链状结构[5]。一般来讲,?纳米粒子表面氢键会在外部剪切力消除后迅速复原,?使其结构迅速重组。这种依赖时间与外力作用而回复原状的剪切力弱化反应,?称为“触变性”[6]。触变性是纳米二氧化硅改善传统涂料各项性能的主要因素[7]。徐国财等人[8]通过纳米微粒填充法,将纳米二氧化硅掺杂到紫外光固化涂料中。实验表明,纳米二氧化硅减弱了紫外光固化涂料吸收UV?辐照的强度,?从而降低了光固化涂料的固化速度,?但可明显提高紫外光固化涂料的硬度和附着力。特别是金红石型超细TiO2?在汽车面漆中还可起到效应颜料作用,?与其它片状效应颜料如铝粉颜料或珠光颜料并用时,?会产生伴有乳光的随角异色性,?可用于豪华轿车面漆,?这是目前纳米TiO2?的最大用途,?也是国外纳米材料在涂料中应用最为成功的例子之一[9]。纳米氧化锌由于尺寸小,?比表面积大,?表面的键态与颗粒内部的不同,?表面原子配位不全等,?导致表面的活性位置增多,?加大了反应接触面,因此,?纳米氧化锌也是一种很好的光催化剂。在紫外光照射下,?它能分解有机物质,?起抗菌和除臭作用。具有这一性质的光催化剂可用于环保涂料中,?纳米ZnO?加入涂料可显著提高涂料的耐人工老化能力。? 　　1.2????吸波纳米复合涂料? 　　由于纳米超细粉末尺寸非常小,?具有吸收电磁波的性能,?它们对不同波长的雷达波和红外线具有很强的吸收作用。因此,?被纳米颗粒改性后的涂料可成为军事上用的隐身涂料。美国曾报道过一种“超”黑体纳米吸收材料,?即超细石墨粉纳米吸波涂料,?对雷达波的吸收率可达99%[10]。国外用纳米级羰基铁粉、镍粉、铁氧体粉末已成功配制了军事隐身涂料,?涂到飞机、军舰、导弹、潜艇等武器装备上,?使其具有隐身性能。纳米涂层材料由于具有吸收频带宽、重量轻、厚度薄等优点,?可望在未来军事隐身化方面大展身手[11]。? 　　1.3????纳米自洁抗菌涂料? 　　光的照射可以引起TiO2?表面在纳米区域形成亲水性及亲油性两相共存奇妙的超双亲性。如将国内已经工业化生产的纳米抗菌粉用于涂料中,?可制得纳米杀菌涂料,?涂覆于建材产品,?如卫生洁具、室内空间、用具、医院手术间和病房的墙面、地面等,?起到杀菌、保洁作用[12]。纳米TiO2?颗粒在波长小于400nm?的光照下,?能吸收高于其禁带宽度的短波光辐射,?产生电