纳米材料与纳米技术论文(2)
纳米材料与纳米技术论文篇二
纳米技术在建筑材料中应用的探讨
摘要： 纳米技术是国内外的前沿、交叉性新兴技术领域。由于纳米微粒的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等， 使其具有许多不同于传统材料的物理、化学奇异特性，在许多领域都具有非常重要的应用， 尤其是极大地推动了新型建材的发展。本文介绍了纳米材料和纳米技术在国外和国内研究和应用的现状。
关键词：纳米;涂料;陶瓷;水泥
1 概述
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革命。利用纳米材料具有的导电功能可以开发导电涂料，利用纳米材料具有的自洁功能可以开发抗菌防霉涂料，而且利用纳米材料可以到达提高塑料管材的强度等。由此可见，纳米材料在建筑材料领域具有非常广阔的市场应用前景和巨大的经济、社会效益。
2 纳米技术在建筑材料中的应用
2.1 纳米技术在涂料中的应用
应用在涂料中是纳米材料最有前途的用途之一。利用纳米技术改性提高涂料产品质量，是目前在涂料研究领域中比较活跃的方向。传统的涂料普遍存在悬浮稳定性和触变性差、不耐老化、耐洗刷性差、光洁度不够等缺陷。纳米材料由于其表面和结构的特殊性， 具有一般材料难以获得的优异性能。借助于传统的涂层技术， 添加纳米材料， 可以获得具有优异性能的复合材料， 使得传统涂层功能改性， 赋予宏观材料许多特殊的前所未有的优良性能， 主要表现在以下几个方面：一是可以提高建筑涂料与建筑物表面的粘结强度、表面硬度和耐磨性，可以增加建筑涂料的柔韧性、延展性机械强度，可以提高涂膜层耐雨水冲刷能力、耐风沙冲刷、侵蚀能力等。当涂料中的颜料颗粒达到纳米级别时，由于比界面很大，具有非常大的结合力，对涂层有一定的增强作用，可以达到提高涂层的硬度、抗冲击性和耐磨性;二是可以提高建筑涂料涂膜层光洁度及强度和保色性，赋予高分子基建筑涂料微裂痕自修复功能，提高基体的防腐蚀能力，达到表面修饰、装饰的目的。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热性、热稳定性，赋予高分子基建筑涂料抗菌、自清洁性和净化空气作用，可以提高外墙涂料的阻燃、隔热等性能。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。纳米氧化锌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，起到抗菌和除臭作用。将纳米抗菌粉应用于涂料中，可以制得纳米杀菌涂料。
2.2 纳米技术在陶瓷中的应用
陶瓷由于具有较好的耐高温和抗腐蚀性能以及良好的外观性能在工程界得到了广泛的应用，纳米陶瓷和纳米陶瓷基复合材料是当前陶瓷研究的重要发展趋势，但是由于传统陶瓷材料易发生脆性破坏，因而使其应用受到了一定的限制。在陶瓷基体中加入纳米材料，可以极大地改善材料的强度韧性及高温性能， 用纳米SiC、Si3N、ZnO、SiO2、TiO2、A12O3等制成的陶瓷材料具有高硬度、高韧性、高强度、耐磨性、低温超塑性、抗冷热疲劳等性能优点。
近年来国内外对纳米复相陶瓷的研究表明，在微米级基体中引入纳米分散相进行复合，可使材料的断裂强度、断裂韧性大大提高( 2～4倍)，使最高使用温度提高( 400℃～600℃)，同时还可提高材料的硬度和弹性模量，提高抗蠕变性和抗疲劳破坏性能。将抗菌纳米材料掺入陶瓷釉面中或者掺入陶瓷面层中，可以制作抗菌陶瓷釉面砖和卫生陶瓷等，用于墙地面装饰、厨房和卫生间。利用纳米技术生产的多孔陶瓷材料，可以对工业废气进行过滤分离。多孔陶瓷具有很好的耐热、耐化学腐蚀等性能，具有寿命高，不用维修等特点。纳米级复相陶瓷将成为21世纪新材料开发的主要方向。随着纳米技术的高速发展，纳米陶瓷材料的应用将越来越广泛。
2.3 纳米技术在水泥混凝土中的应用
随着我国工业化进程的深入发展和基础建设的广泛开展，水泥混凝土作为传统的建筑材料，产量和用量都在不断增加，由于普通混凝土因其刚性较大而柔性较小，同时其自身也存在一些固有的缺陷，在使用过程中不可避免地产生开裂并破坏，针对这一问题，高性能混凝土成为了水泥基复合材料领域中的研究热点。纳米材料具有小尺寸效应、量子效应、表面及界面效应等优异性能，因而能够在结构或功能上赋予其所添加体系许多不同于传统材料的优异性能。利用纳米技术开发的新型混凝土可大幅度提高混凝土的强度、施工性能和耐久性能。例如在普通混凝土中掺入纳米矿粉，不但可以填充水泥的空隙，提高混凝土的流动度，更重要的是可以改善混凝土中水泥石与骨料的界面结构，使混凝土强度、抗渗性与耐久性均得到提高，据有关文献报道，当纳米矿粉的掺量为水泥用量的1%～3%，并在高速混拌机中与其他混合料干混(或是制成溶胶由拌合水带入)后， 制备成纳米复合水泥混凝土结构材料，其7d和28d龄期的水泥硬化浆体的强度比未掺纳米矿粉的水泥硬化浆体的强度提高50%，且其韧性、耐久性等性能也得到改善;纳米金属粉末具有很好的电磁波吸收功能，将纳米金属粉末掺入到水泥混凝土中，可以制成具有电磁屏蔽功能的混凝土，在这种纳米隐身复合水泥特别适合于制作军事掩体，使用这种水泥后，可以在很大程度上逃避雷达、红外等信号的搜索，降低或避免军事目标被发现和打击的概率;将XPM水泥外加剂添加到水泥中后，可以使水泥具有很好的防水功能，水泥中掺入这种外加剂后，可以加快水泥诱导期和加速器的水化反应，使气-液-固三相通过过饱和度达到相应的浓度梯度，改善了水泥凝固的三维结构，同时改善水泥混凝土的堆积密度。
3 结语
纳米技术是对未来经济和社会发展将产生重大影响的一种关键性前沿技术，纳米技术在建筑材料中的应用前景将会非常广阔，纳米材料将成为新型建筑材料的发展方向。开发具有新功能的纳米材料和拓宽现有纳米材料在建材中的应用领域，对改造现有传统的建材产品，提高其发展空间和市场竞争力，具有十分重要的意义。
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