納米材料與納米技術論文(2)
納米材料與納米技術論文篇二
納米技術在建筑材料中應用的探討
摘要： 納米技術是國內外的前沿、交叉性新興技術領域。由于納米微粒的小尺寸效應、表面效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應等， 使其具有許多不同于傳統材料的物理、化學奇異特性，在許多領域都具有非常重要的應用， 尤其是極大地推動了新型建材的發展。本文介紹了納米材料和納米技術在國外和國內研究和應用的現狀。
關鍵詞：納米;涂料;陶瓷;水泥
1 概述
納米材料以其特有的光、電、熱、磁等性能為建筑材料的發展帶來一次革命。利用納米材料具有的導電功能可以開發導電涂料，利用納米材料具有的自潔功能可以開發抗菌防霉涂料，而且利用納米材料可以到達提高塑料管材的強度等。由此可見，納米材料在建筑材料領域具有非常廣闊的市場應用前景和巨大的經濟、社會效益。
2 納米技術在建筑材料中的應用
2.1 納米技術在涂料中的應用
應用在涂料中是納米材料最有前途的用途之一。利用納米技術改性提高涂料產品質量，是目前在涂料研究領域中比較活躍的方向。傳統的涂料普遍存在懸浮穩定性和觸變性差、不耐老化、耐洗刷性差、光潔度不夠等缺陷。納米材料由于其表面和結構的特殊性， 具有一般材料難以獲得的優異性能。借助于傳統的涂層技術， 添加納米材料， 可以獲得具有優異性能的復合材料， 使得傳統涂層功能改性， 賦予宏觀材料許多特殊的前所未有的優良性能， 主要表現在以下幾個方面：一是可以提高建筑涂料與建筑物表面的粘結強度、表面硬度和耐磨性，可以增加建筑涂料的柔韌性、延展性機械強度，可以提高涂膜層耐雨水沖刷能力、耐風沙沖刷、侵蝕能力等。當涂料中的顏料顆粒達到納米級別時，由于比界面很大，具有非常大的結合力，對涂層有一定的增強作用，可以達到提高涂層的硬度、抗沖擊性和耐磨性;二是可以提高建筑涂料涂膜層光潔度及強度和保色性，賦予高分子基建筑涂料微裂痕自修復功能，提高基體的防腐蝕能力，達到表面修飾、裝飾的目的。三是可以提高建筑涂料的抗紫外光能力和耐候性，增加涂料的使用年限，可以提高建筑涂料的耐熱性、熱穩定性，賦予高分子基建筑涂料抗菌、自清潔性和凈化空氣作用，可以提高外墻涂料的阻燃、隔熱等性能。納米粒子的粒徑遠小于可見光的波長400～750nm，具有透過作用，從而保證了納米復合涂料具有較高的透明性，納米粒子對紫外線具有較強的吸收作用。在外墻建筑涂料中添加TiO2、SiO2等納米粒子以提高耐候性。納米氧化鋅是一種很好的光催化劑，在紫外光照射下，它能分解有機物質，起到抗菌和除臭作用。將納米抗菌粉應用于涂料中，可以制得納米殺菌涂料。
2.2 納米技術在陶瓷中的應用
陶瓷由于具有較好的耐高溫和抗腐蝕性能以及良好的外觀性能在工程界得到了廣泛的應用，納米陶瓷和納米陶瓷基復合材料是當前陶瓷研究的重要發展趨勢，但是由于傳統陶瓷材料易發生脆性破壞，因而使其應用受到了一定的限制。在陶瓷基體中加入納米材料，可以極大地改善材料的強度韌性及高溫性能， 用納米SiC、Si3N、ZnO、SiO2、TiO2、A12O3等制成的陶瓷材料具有高硬度、高韌性、高強度、耐磨性、低溫超塑性、抗冷熱疲勞等性能優點。
近年來國內外對納米復相陶瓷的研究表明，在微米級基體中引入納米分散相進行復合，可使材料的斷裂強度、斷裂韌性大大提高( 2～4倍)，使最高使用溫度提高( 400℃～600℃)，同時還可提高材料的硬度和彈性模量，提高抗蠕變性和抗疲勞破壞性能。將抗菌納米材料摻入陶瓷釉面中或者摻入陶瓷面層中，可以制作抗菌陶瓷釉面磚和衛生陶瓷等，用于墻地面裝飾、廚房和衛生間。利用納米技術生產的多孔陶瓷材料，可以對工業廢氣進行過濾分離。多孔陶瓷具有很好的耐熱、耐化學腐蝕等性能，具有壽命高，不用維修等特點。納米級復相陶瓷將成為21世紀新材料開發的主要方向。隨著納米技術的高速發展，納米陶瓷材料的應用將越來越廣泛。
2.3 納米技術在水泥混凝土中的應用
隨著我國工業化進程的深入發展和基礎建設的廣泛開展，水泥混凝土作為傳統的建筑材料，產量和用量都在不斷增加，由于普通混凝土因其剛性較大而柔性較小，同時其自身也存在一些固有的缺陷，在使用過程中不可避免地產生開裂并破壞，針對這一問題，高性能混凝土成為了水泥基復合材料領域中的研究熱點。納米材料具有小尺寸效應、量子效應、表面及界面效應等優異性能，因而能夠在結構或功能上賦予其所添加體系許多不同于傳統材料的優異性能。利用納米技術開發的新型混凝土可大幅度提高混凝土的強度、施工性能和耐久性能。例如在普通混凝土中摻入納米礦粉，不但可以填充水泥的空隙，提高混凝土的流動度，更重要的是可以改善混凝土中水泥石與骨料的界面結構，使混凝土強度、抗滲性與耐久性均得到提高，據有關文獻報道，當納米礦粉的摻量為水泥用量的1%～3%，并在高速混拌機中與其他混合料干混(或是制成溶膠由拌合水帶入)后， 制備成納米復合水泥混凝土結構材料，其7d和28d齡期的水泥硬化漿體的強度比未摻納米礦粉的水泥硬化漿體的強度提高50%，且其韌性、耐久性等性能也得到改善;納米金屬粉末具有很好的電磁波吸收功能，將納米金屬粉末摻入到水泥混凝土中，可以制成具有電磁屏蔽功能的混凝土，在這種納米隱身復合水泥特別適合于制作軍事掩體，使用這種水泥后，可以在很大程度上逃避雷達、紅外等信號的搜索，降低或避免軍事目標被發現和打擊的概率;將XPM水泥外加劑添加到水泥中后，可以使水泥具有很好的防水功能，水泥中摻入這種外加劑后，可以加快水泥誘導期和加速器的水化反應，使氣-液-固三相通過過飽和度達到相應的濃度梯度，改善了水泥凝固的三維結構，同時改善水泥混凝土的堆積密度。
3 結語
納米技術是對未來經濟和社會發展將產生重大影響的一種關鍵性前沿技術，納米技術在建筑材料中的應用前景將會非常廣闊，納米材料將成為新型建筑材料的發展方向。開發具有新功能的納米材料和拓寬現有納米材料在建材中的應用領域，對改造現有傳統的建材產品，提高其發展空間和市場競爭力，具有十分重要的意義。
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