納米材料和納米技術(shù)在新型建筑材料中的應(yīng)用

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1、納米技術(shù)是二十世紀(jì)80年代末誕生并正在崛起的新技術(shù),?主要是指在0.1~100nm?尺度范圍內(nèi),?研究物質(zhì)組成體系中電子、原子和分子運(yùn)動(dòng)規(guī)律與相互作用,?其研究目的是按人的意志直接操縱電子、原子或分子,?研制出人們所希望的、具有特定功能特性的材料和制品[1]。納米技術(shù)是高度交叉的綜合性學(xué)科,?它主要包括:納米體系物理學(xué)、納米化學(xué)、納米材料學(xué)、納米生物學(xué)、納米電子學(xué)、納米加工學(xué)、納米力學(xué)、納米機(jī)械學(xué)。納米技術(shù)已應(yīng)用于建筑材料、光學(xué)、醫(yī)藥、半導(dǎo)體、信息通訊、軍事等領(lǐng)域[2,?3]。目前,?納米材料技術(shù)是唯一可以實(shí)現(xiàn)的納米技術(shù)[1]。?　　納米材料以其特有的光、電、熱、磁

2、等性能為建筑材料的發(fā)展帶來(lái)一次前所未有的革命。利用納米材料的隨角異色現(xiàn)象開(kāi)發(fā)的新型涂料,?利用納米材料的自潔功能開(kāi)發(fā)的抗菌防霉涂料、PPR?供水管,?利用納米材料具有的導(dǎo)電功能而開(kāi)發(fā)的導(dǎo)電涂料,?利用納米材料屏蔽紫外線的功能可大大提高PVC?塑鋼門(mén)窗的抗老化黃變性能,?利用納米材料可大大提高塑料管材的強(qiáng)度等。由此可見(jiàn),?納米材料在建材中具有十分廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景和巨大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。?　　近年來(lái),?國(guó)內(nèi)外開(kāi)始探索納米材料和納米技術(shù)在建材中的發(fā)展及應(yīng)用工作,?并取得了一些可喜的成果,?現(xiàn)分類(lèi)介紹如下:?　　1?納米技術(shù)在建筑涂料中的應(yīng)用?　　涂料是建筑物的內(nèi)衣(?內(nèi)

3、墻涂料)?和外衣(?外墻涂料)?,?國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的涂料普遍存在懸浮穩(wěn)定性差、不耐老化、耐洗刷性差、光潔度不高等缺陷。納米復(fù)合涂料就是將納米粉體用于涂料中所得到的一類(lèi)具有耐老化、抗輻射、剝離強(qiáng)度高或具有某些特殊功能的涂料。在建材(?特別是建筑涂料)?方面的應(yīng)用已經(jīng)顯示出了它的獨(dú)特魅力[4]。?　　同一種納米粒子在不同粒徑下會(huì)有不同的作用,?不同種類(lèi)的納米粒子也可以在涂料中起相同的作用。按納米復(fù)合涂料的用途可歸納為以下幾種:?　　1.1????光學(xué)應(yīng)用納米復(fù)合涂料?　　納米粒子的粒徑遠(yuǎn)小于可見(jiàn)光的波長(zhǎng)400～750nm,具有透過(guò)作用,?從而保證了納米復(fù)合涂料具有較高的透明性

4、。納米粒子對(duì)紫外線具有較強(qiáng)的吸收作用。在外墻建筑涂料中添加TiO2、SiO2?等納米粒子以提高耐候性,在汽車(chē)面漆中添加TiO2?以提高汽車(chē)涂料的耐老化性等。納米SiO2?是無(wú)定型白色粉末(?指其團(tuán)聚體)?,?表面存在不飽和的殘鍵及不同鍵合狀態(tài)的羥基,?其分子狀態(tài)呈三維鏈狀結(jié)構(gòu)[5]。一般來(lái)講,?納米粒子表面氫鍵會(huì)在外部剪切力消除后迅速?gòu)?fù)原,?使其結(jié)構(gòu)迅速重組。這種依賴(lài)時(shí)間與外力作用而回復(fù)原狀的剪切力弱化反應(yīng),?稱(chēng)為“觸變性”[6]。觸變性是納米二氧化硅改善傳統(tǒng)涂料各項(xiàng)性能的主要因素[7]。徐國(guó)財(cái)?shù)热薣8]通過(guò)納米微粒填充法,將納米二氧化硅摻雜到紫外光固化涂料中。實(shí)驗(yàn)

5、表明,納米二氧化硅減弱了紫外光固化涂料吸收UV?輻照的強(qiáng)度,?從而降低了光固化涂料的固化速度,?但可明顯提高紫外光固化涂料的硬度和附著力。特別是金紅石型超細(xì)TiO2?在汽車(chē)面漆中還可起到效應(yīng)顏料作用,?與其它片狀效應(yīng)顏料如鋁粉顏料或珠光顏料并用時(shí),?會(huì)產(chǎn)生伴有乳光的隨角異色性,?可用于豪華轎車(chē)面漆,?這是目前納米TiO2?的最大用途,?也是國(guó)外納米材料在涂料中應(yīng)用最為成功的例子之一[9]。納米氧化鋅由于尺寸小,?比表面積大,?表面的鍵態(tài)與顆粒內(nèi)部的不同,?表面原子配位不全等,?導(dǎo)致表面的活性位置增多,?加大了反應(yīng)接觸面,因此,?納米氧化鋅也是一種很好的光催化劑。在紫

6、外光照射下,?它能分解有機(jī)物質(zhì),?起抗菌和除臭作用。具有這一性質(zhì)的光催化劑可用于環(huán)保涂料中,?納米ZnO?加入涂料可顯著提高涂料的耐人工老化能力。?　　1.2????吸波納米復(fù)合涂料?　　由于納米超細(xì)粉末尺寸非常小,?具有吸收電磁波的性能,?它們對(duì)不同波長(zhǎng)的雷達(dá)波和紅外線具有很強(qiáng)的吸收作用。因此,?被納米顆粒改性后的涂料可成為軍事上用的隱身涂料。美國(guó)曾報(bào)道過(guò)一種“超”黑體納米吸收材料,?即超細(xì)石墨粉納米吸波涂料,?對(duì)雷達(dá)波的吸收率可達(dá)99%[10]。國(guó)外用納米級(jí)羰基鐵粉、鎳粉、鐵氧體粉末已成功配制了軍事隱身涂料,?涂到飛機(jī)、軍艦、導(dǎo)彈、潛艇等武器裝備上,?使其具有隱

7、身性能。納米涂層材料由于具有吸收頻帶寬、重量輕、厚度薄等優(yōu)點(diǎn),?可望在未來(lái)軍事隱身化方面大展身手[11]。?　　1.3????納米自潔抗菌涂料?　　光的照射可以引起TiO2?表面在納米區(qū)域形成親水性及親油性?xún)上喙泊嫫婷畹某p親性。如將國(guó)內(nèi)已經(jīng)工業(yè)化生產(chǎn)的納米抗菌粉用于涂料中,?可制得納米殺菌涂料,?涂覆于建材產(chǎn)品,?如衛(wèi)生潔具、室內(nèi)空間、用具、醫(yī)院手術(shù)間和病房的墻面、地面等,?起到殺菌、保潔作用[12]。納米TiO2?顆粒在波長(zhǎng)小于400nm?的光照下,?能吸收高于其禁帶寬度的短波光輻射,?產(chǎn)生電子躍遷,?使價(jià)帶電子被激發(fā)到導(dǎo)帶,?并形成電子-?空穴對(duì),?將能量