納米涂料

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納米涂料范文第1篇

1.1納米技術及納米材料簡介納米材料通常是指粒徑在1nm到100nm之間的材料，這種材料通常具備特殊的物理化學性質，而納米材料加入其它物質中往往會改變其它物質的性質，這種納米材料改變其它材料性質的技術稱為納米技術。納米材料因其粒徑過小而具有界面效應、小尺寸效應以及宏觀量子隧道效應等，從而改變了材料的性能，并影響了其它物質的性能。從物理學角度解釋是：納米粒度過小，其表面就占有了很大的比例，當粒度小于10nm時，材料表面的原子占材料原子總數的三分之一以上，處于表面的原子與內部的原子所處的化學環境完全不同，就會表現出一些特殊的物理化學性質，叫做表面相。在大塊材料中，由于處于表面的原子遠小于體內原子，所以表面相很難表現，而納米材料的表面相現象就十分明細，如：在催化過程中，粒度表面結構的變化、表面的吸附以及表面的擴散等。實踐證明：當材料達到納米尺度時，材料的表面相會影響到材料的性質。除此之外，納米材料中的電子相關性很強、能級分裂和電子布局的改變，量子隧道和輸運的不同以及材料中的激發態都會影響納米材料的性能。

1.2納米材料對涂料性能的影響分析目前在涂料生產領域使用的涂料有納米二氧化硅、納米二氧化鈦、納米氧化鋅等半導體材料，這些材料具備一些其它材料不具備的性能，如光電催化特性、吸收特性、光電特性等，下面以納米二氧化硅和納米二氧化鈦為例，研究納米材料對涂料性能的改變。納米材料對白色涂料的影響試驗：將經過表面處理的納米二氧化硅、納米二氧化鈦分別做成含納米材料不同含量的白色涂料（0、0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%），各制作出12塊標準的人工老化試樣板，然后各取其中6塊含納米二氧化硅或納米二氧化鈦不同的進行耐紫外老化試驗，另外的6塊作為對比樣板，最后使用尼康分光光度計測其顏色變化情況。

試驗的結果分析發現：在苯丙涂料中加入0.5%-2.0%的納米二氧化硅或二氧化鈦，涂膜的老化速度明顯變慢，說明納米二氧化硅或二氧化鈦對紫外光有著很好的屏蔽作用；作為對比，含有乳化漆抗紫外防老化分散液涂料的老化速度與含有納米材料的涂料類似，也說明了納米二氧化硅和二氧化鈦有著很好的吸收紫外線的作用。納米涂料耐老化機理分析：耐老化性能是衡量涂料好壞的一種重要性能，紫外線是導致涂料老化的一種電磁波，波長200-400nm，紫外線的波長越短，能量越強，對涂料的損壞也越大。納米二氧化鈦能夠引起紫外線的散射，從而實現屏蔽紫外線的作用，而粒徑是影響其散射能力的主要因素，經過試樣驗證得知，二氧化鈦在水中屏蔽紫外線的最佳粒徑是77nm，即銳鈦型納米級二氧化鈦，因此采用銳鈦級二氧化鈦是提高涂料耐紫外老化性能的最佳粒徑。

1.3納米材料在涂料中的應用納米材料在涂料生產中應用非常廣泛，按功能分通常分為結構涂層和功能涂層，結構涂層是通過提高基體的性質或改性，如超硬、抗氧化、耐熱、耐腐蝕等，功能性涂層是指賦予基體所不具備的其它性能，如消光、導電、絕緣、光反射等，在涂料中加入納米材料可以更好的提高涂層的防護能力，如防紫外線、抗降解、變色等。目前已經投入生產使用的涂料研究成果有很多，其中最為典型的是光催化涂料和特殊界面涂料。光催化涂料的工作原理是：某些納米材料在光照條件下對有害物質的降解有著很好的催化作用，利用這種催化作用原理研制成納米光催化涂料，如：利用特殊處理的納米二氧化鈦與純丙樹脂配制成的光催化涂料，這種涂料對氮氧化物、油脂、甲醛等有害物質有著很好的催化降解作用，其中對氮氧化物的降解效率超過了80%。

特殊界面涂料是指通過樹脂與納米材料的特殊復合后的涂料，會表現出一些特殊的物理化學性能，如疏水、疏油等，這些特殊性能是衡量涂料質量的重要指標之一，對提高涂料的耐污染性能至關重要，目前存在的有超雙親界面物性材料和超雙疏性界面材料。研究證明，通過有效的光照改變納米二氧化鈦的表面，可以形成親水性和親油性兩相共存的界面，稱為二元協同納米界面。這樣處理后的具有超雙親性的二氧化鈦表面，用作玻璃表面或建筑物表面，可以是建筑物表面和玻璃表面具有自動清潔和防止煙霧的效果。超雙疏性界面物性材料則是利用特殊的外延生長納米化學方法在特定表面構建納米尺寸幾何形狀互補的界面結構，這種構造方法是自下而上，由原子到分子、分子到聚集體的方式構建的，最終形成的凹凸相間界面的低凹表面可以吸附氣體分子穩定存在，而這種穩定存在在宏觀上表現為界面表面有一層穩定的氣體薄膜，從而使材料表現出對水和油的雙疏性。采用這樣的表面涂層修飾輸油管道，可以達到石油和管壁的無接觸運輸，很好的保護輸油管道的安全。納米材料對涂料性能的影響還有很多，如可以提高涂料觸變性、高附著力、儲存穩定性等，還有研究人員發現，納米材料與樹脂結合時可以形成的大量共價鍵，當納米材料的含量達到30%以上時，涂料膜會具有高強度、高彈性、高耐磨性等特性，但其研究成果還需要進一步驗證。納米技術還屬于新型技術，其在涂料要的應用還需要進一步的研究和探索，隨著納米技術的改性特點被不斷的開發，在不久的將來必然有更多的納米技術與涂料結合的成果出現。

2結束語

納米涂料范文第2篇

[論文摘要]科技的發展，使我們對物質的結構研究的越來越透徹。納米技術便由此產生了，主要對納米材料和納米涂料的應用加以闡述。

一、納米的發展歷史

納米（nm）是長度單位，1納米是10-9米（十億分之一米），對宏觀物質來說，納米是一個很小的單位，不如，人的頭發絲的直徑一般為7000-8000nm，人體紅細胞的直徑一般為3000-5000nm，一般病毒的直徑也在幾十至幾百納米大小，金屬的晶粒尺寸一般在微米量級；對于微觀物質如原子、分子等以前用埃來表示，1埃相當于1個氫原子的直徑，1納米是10埃。一般認為納米材料應該包括兩個基本條件：一是材料的特征尺寸在1-100nm之間，二是材料此時具有區別常規尺寸材料的一些特殊物理化學特性。

1959年，著名物理學家、諾貝爾獎獲得者理查德。費曼預言，人類可以用小的機器制作更小的機器，最后實現根據人類意愿逐個排列原子、制造產品，這是關于納米科技最早的夢想。1991年，美國科學家成功地合成了碳納米管，并發現其質量僅為同體積鋼的1/6，強度卻是鋼的10倍，因此稱之為超級纖維.這一納米材料的發現標志人類對材料性能的發掘達到了新的高度。1999年，納米產品的年營業額達到500億美元。

二、納米技術在防腐中的應用

納米涂料必須滿足兩個條件：一是有一相尺寸在1～100nm；二是因為納米相的存在而使涂料的性能有明顯提高或具有新功能。納米涂料性能改善主要包括：第一、施工性能的改善。利用納米粒子粒徑對流變性的影響，如納米SiO2用于建筑涂料，可防止涂料的流掛；第二、耐候性的改善。利用納米粒子對紫外線的吸收性，如利用納米TiO2、SiO2可制得耐候性建筑外墻涂料、汽車面漆等；第三、力學性能的改善。利用納米粒子與樹脂之間強大的界面結合力，可提高涂層的強度、硬度、耐磨性、耐刮傷性等。納米功能性涂料主要有抗菌涂料、界面涂料、隱身涂料、靜電屏蔽涂料、隔熱涂料、大氣凈化涂料、電絕緣涂料、磁性涂料等。

納米技術的應用為涂料工業的發展開辟了一條新途徑，目前用于涂料的納米材料最多的是SiO2、TiO2、CaCO3、ZnO、Fe2O3等。由于納米粒子的比表面大、表面自由能高，粒子之間極易團聚，納米粒子的這種特性決定了納米涂料不可能象顏料、添料與基料通過簡單的混配得到。同時納米粒子種類很多，性能各異，不是每一種納米粒子和每一粒徑范圍的納米粒子制得的涂料都能達到所期望的性能和功能，需要經過大量的實驗研究工作，才有可能得到真正的納米涂料。

納米涂料雖然無毒，但由于改性技術原因，性能并不理想，加上價格太貴，難以推廣；而三聚磷酸鋁也因價格原因未能大量應用。國外公司如美國的Halox、Sherwin－williams、Mineralpigments、德國的Hrubach、法國的SNCZ、英國的BritishPetroleum、日本的帝國化工公司均推出了一系列無毒納米防銹顏料，性能不錯，甚至已可與鉻酸鹽相以前我國防銹顏料的開發整體水平落后于西方發達國家，仍然以紅丹、鉻酸鹽、鐵系顏料、磷酸鋅等傳統防銹顏料為主。紅丹因其污染嚴重，對人體的傷害很大，目前已被許多國家相繼淘汰和禁止使用；磷酸鋅防銹顏料雖比。我國防銹涂料業也蓬勃發展，也可以生產納米漆。

我國自主生產的產品目前已通過國家涂料質量監督檢測中心、鐵道部產品質量監督檢驗中心車輛檢驗站、機械科學院武漢材料保護研究所等國內多家權威機構的分析和檢測，同時還經過加拿大國家涂料信息中心等國外權威機構的技術分析，結果表明其具有目前國內外同類產品無可比擬的防銹性能和環保優勢，是防銹涂料領域劃時代產品，復合鐵鈦粉及其防銹漆通過國家權威機構的鑒定后已在多個工業領域得到應用。

三、納米材料在涂料中應用展前景預測據估算，全球納米技術的年產值已達到500億美元。目前，發達國家政府和大的企業紛紛啟動了發展納米技術和納米計劃的研究計劃。美國將納米技術視為下一次工業革命的核心，2001年年初把納米技術列為國家戰略目標，在納米科技基礎研究方面的投資，從1997年的1億多美元增加到2001年近5億美元，準備像微電子技術那樣在這一領域獨占領先地位。日本也設立了納米材料中心，把納米技術列入新五年科技基本計劃的研究開發重點，將以納米技術為代表的新材料技術與生命科學、信息通信、環境保護等并列為四大重點發展領域。德國也把納米材料列入21世紀科研的戰略領域，全國有19家機構專門建立了納米技術研究網。在人類進入21世紀之際，納米科學技術的發展，對社會的發展和生存環境改善及人體健康的保障都將做出更大的貢獻。從某種意義上說，21世紀將是一個納米世紀。

由于表面納米技術運用面廣、產業化周期短、附加值高，所形成的高新技術和高技術產品、以及對傳統產業和產品的改造升級，產業化市場前景極好。

在納米功能和結構材料方面，將充分利用納米材料的異常光學特性、電學特性、磁學特性、力學特性、敏感特性、催化與化學特性等開發高技術新產品，以及對傳統材料改性；將重點突破各類納米功能和結構材料的產業化關鍵技術、檢測技術和表征技術。多功能的納米復合材料、高性能的納米硬質合金等為化工、建材、輕工、冶金等行業的跨越式發展提供了廣泛的機遇。各類納米材料的產業化可能形成一批大型企業或企業集團，將對國民經濟產生重要影響；納米技術的應用逐漸滲透到涉及國計民生的各個領域，將產生新的經濟增長點。

納米技術在涂料行業的應用和發展，促使涂料更新換代，為涂料成為真正的綠色環保產品開創了突破性的新紀元。

納米涂料已被認定為北京奧運村建筑工程的專用產品，展示出該涂料在建筑領域里的應用價值。它利用獨特的光催化技術對空氣中有毒氣體有強烈的分解，消除作用。對甲醛、氨氣等有害氣體有吸收和消除的功能，使室內空氣更加清新。經測試，對各種霉菌的殺抑率達99％以上，有長期的防霉防藻效果。納米改性內墻涂料，實際上是高級的衛生型涂料，適合于家庭、醫院、賓館和學校的涂裝。納米改性外墻涂料，利用納米材料二元協同的荷葉雙疏機理，較低的表面張力，具有高強的附著力，漆膜硬度高且有韌性，優良的自潔功能，強勁的抗粉塵和抗臟物的粘附能力，疏水性極佳，容易清洗污物的性能。耐洗性大于15000次，具有良好的保光保色性能，抗紫外線能力極強。使用壽命達15年以上。顆粒徑細小，能深入墻體，與墻面的硅酸鹽類物質配位反應，使其牢牢結合成一體，附著力強，不起皮，不剝落，抗老化。其納米抗凍涂料，除具備納米型涂料各種優良性之外，可在10℃到25℃之內正常施工。突破了建筑涂料要求墻體濕度在10％以下的規定，使建筑行業施工縮短了工期，提高了功效，又創造出高質量。

四、結語

由于目前應用納米材料對涂料進行改性尚處在初級階段，技術、工藝還不太成熟，需要探索和改進。但涂料的各種性能得到某些改進的試驗結果足以證明，納米改性涂料的市場前景是非常好的。

參考文獻：

[1]橋本和仁等［J］.現代化工.1996(8):25～28.

納米涂料范文第3篇

關鍵詞：微納米耐高溫紅外涂料 節能減排

1、引言

我國是世界上少數以煤為主要能源的國家，現已成為世界煤炭第一大消費國，煤煙型污染相當嚴重，工業鍋爐房已成為城市污染大氣的最大根源，所以，制止和減少煙塵及有害氣體排放已成為了世界范圍改善環境、保護環境的重大課題。隨著全市供熱事業突飛猛進的發展，以前供熱站那種粗放型的經驗管理模式已不適應現在形勢的發展要求，所以我辦一方面抓管理促節能降耗，一方面依靠科學技術提高各站節能減排水平。經過我辦對多項節能技術及產品的考察和對比，我們認為控制并制止煙塵和有害氣體排放最重要環節是發源點，而對我辦來講，除對鍋爐爐膛進行完善設計和正確控制燃燒外，盡量少燒煤是減少煙塵和有害氣體排放的先決條件。而采用微納米耐高溫紅外節能涂料技術恰好可以達到節能減排的目的，是一項極具現實意義的措施。

2、采用依據

（1）為提高鍋爐的節能效果，改善環境空氣質量，力求獲得其建設項目最大的經濟效益、社會效益和環境效益；（2）本著需要和可能相結合的原則，充分利用現有設施，盡量少改動，節省投資；（3）積極穩妥地采用新技術、新工藝；（4）處理工藝力求技術先進、成熟、可靠，經濟合理、高效節能，運行管理方便簡單，成本低。

依據以上原則，我辦領導親自帶領技術人員考察節能技術及產品，組織相關人員進行可行性研究，安排專人負責此項工作，按照充分利用新技術、新材料、新設備、新工藝，提升我辦整體技術水準最終選擇了微納米耐高溫紅外節能涂料在我辦部分在用供熱鍋爐上進行試刷，我有幸成為此項目的負責人，參與了此項目的全過程。

3、原理

對于應用微納米耐高溫紅外節能涂料的各種鍋爐，在紅外輻射的情況下，利用世界稀有礦藏、經科學配比，采用納米技術研制生產的新型涂料，通過先進的工藝技術處理，能有效提高受熱體表面黑度，增強熱輻射能量，使輻射率幾近于爐體受熱表面吸收率，同時促使受熱表面灰垢分子加速振動，降低灰垢分子的吸附力、降低結焦的生成，減少灰垢層厚度從而達到節能的目的。其節能原理是：

（1）在輻射受熱面上涂刷新型節能涂料，加大輻射受熱表面吸收率，輻射紅外波被涂層反復多次吸收并轉化為其內能，根據啟爾赫哥夫——克希霍夫定律，輻射率與吸收率相等，因此爐壁吸收爐氣輻射的熱量增加，煙氣帶走的熱量也減少了，達到提高熱效率的目的，從而提高了受熱面吸收輻射熱量的能力，使爐內吸收熱量有效加大；

（2）減少傳熱面年平均灰垢厚度，使灰垢層熱阻減少，爐內受熱面傳導熱量增加，根據熱傳導公式：

上式中，Q——熱量、t——灰垢表面與受熱水管后壁溫差、∑R——熱阻、A——受熱面面積。

公式中可以看出，A為常量，t不變時，有效減少∑R就可增加Q，由此達到節能目的。

4、工藝

其施工步驟為：涂刷微納米耐高溫紅外節能涂料前，首先應清除干凈應涂刷部位的浮灰和煙垢，然后將涂料的兩組成份持續攪拌均勻，時間為1小時，最后用毛刷將攪拌好的節能涂料均勻的涂刷在要刷部位的傳熱面上，涂層厚度為0.2——0.3mm，自然干燥24小時后可正常使用。施工中應盡量避開濕度特別大的雨季，濕度大時應適當延長干燥時間，避免未完全干燥時使用。在使用一年后應對涂刷部位進行檢查，發現破損應根據實際破損情況決定是否再次進行涂刷。

5、效果

2008年我辦對我辦丁字沽供熱站1臺29MW，瑞景供熱中心1臺64MW兩臺在用供熱用熱水鍋爐鍋爐上采用了微納米耐高溫紅外節能涂料進行了涂刷實驗。為保證此項目的順利實施，我辦抽調有關技術人員監督整個工程的全過程，以保證工程的質量和進度。供熱期開始后我辦又抽調技術人員專職對兩臺涂刷節能涂料的鍋爐分別和同型號未涂刷節能涂料的鍋爐進行了觀察，對比效果和采集數據進行分析。經一個采暖季的觀察，在同樣工況的燃燒條件下，涂刷節能涂料的鍋爐出水溫度一般比未涂刷節能涂料的鍋爐出水溫度高2-3攝氏度。如控制同樣的出水溫度，涂刷節能涂料的鍋爐出水溫度比未涂刷節能涂料的鍋爐可節煤6%以上。并且追溫速度顯著提高。為保證涂刷效果真實可靠，我們在2008年3月8日和2008年3月12日對我辦瑞景供熱中心1臺64MW熱水鍋爐在分別在涂刷前后于聘請天津市節能監測七站進行了對比監測，實測結果對比鍋爐熱效率提高了4.8%，其他主要技術指標也有一定的提高。通過分析我們得出采用微納米耐高溫紅外節能涂料技術的確可達到節約能源；縮短鍋爐升溫時間、提高產量；延長鍋爐的使用壽命；提高鍋爐的燃料適應能力，并減少煙塵的排放量和降低爐渣的可燃含量；提高爐膛溫度和爐溫的均勻性，降低爐膛出口煙溫和排煙溫度，提高熱效率，經濟和社會效益俱佳。

6、效益

6.1 經濟效益

我辦正常耗煤量預計23.1萬噸，此項技術實施后，按保守估計節能6%計算，預計可節省原煤13800噸，折合為標煤為9900噸。按600元/噸原煤計算可節省資金828萬元，扣除投入，當年可節省資金512.28萬元，其他大的耗煤企業將會有更可觀的效益。

6.2 環境效益

據測算，每節約1噸煤，可少向大氣排放二氧化碳0.24kg，各種粉塵3.49kg。結果可少向大氣排放二氧化碳2.376——3.312噸、煙塵34.551——48.162噸，由此可以看出處理后的煙氣對我區大氣環境污染負荷將大大降低，使其污染程度亦將得到顯著降低，大氣環境功能逐漸好轉，并對我區周圍空氣環境起到了一定保護作用，具有重要現實意義。

6.3 社會經濟效益

該項目如能推廣實施，不僅為企業節省了運行費用，而且對改善周邊空氣質量，改變地區對外形象都將起到重要作用，有利于經濟的發展，可以創造出間接的經濟效益，有著極其重要的深遠意義。

參考文獻

[1]胡志鵬.節能涂料：一種發展趨勢[J].精細化工原料及中間體，2007，（08）.

[2]薛福連.節能涂料[J].材料保護，2003，（08）.

[3]劉志強.鍋爐爐墻噴涂節能涂料在云崗礦的應用[J].山西能源與節能，2002，（03）.

納米涂料范文第4篇

關鍵詞：納米涂層；場發射；電子強關聯；軟凝聚態物質

2003年在國際和中國都發生了具有突發性的災難事件，但中國的GDP仍以9.1％的高速度在增長，達到了人民幣11.6萬億元，其中第二產業貢獻4萬多億元。中國現今的第二產業主要領域是冶金、制造和信息，在世界的地位是大加工廠，也是大市場。在國際競爭中所以有優勢是中國的勞動力廉價，這個優勢我們能保持多久?我們還注意到與化工有關的產品中，我們的生產效率是國際發達國家的5％，能耗是3倍，環境的破壞是9倍。這就是我們所付出的代價。不論形勢如何嚴峻，21世紀是中華民族振興的機遇期，制造業絕對是一個極其重要的領域，是個急速發展變化的領域。2003年3月國際真空學會執委會在北京舉行，會議上討論了將原來的冶金專委會改名為“表面工程專委會”，當時也考慮了另一個名字“涂層專委會”，我想用涂層材料更合適，含有繼承性和變革性。20世紀70年代曾經說成是塑料年代，此后塑料科技和工業迅速崛起，極大地改變了人類社會。繼而是信息時代，通信網、計算機網、萬維網、智能網，信息流，日新月異地改變著人類的生活和觀念。我們這個時代是高速發展的時代，技術和觀念都在與時俱進地改變著。

本世紀初興起了納米科技，促進其到來的是由于微電子小型化的發展趨勢，推動科技發展進入納米時代[1]，不僅電子學將進入納電子學領域，物理學進入介觀物理領域，各類科技，包括生物醫學等都在探索納米結構與特性。涂層和表面改性越來越多地增加了納米科技的內容，這是一種低維材料的制造和加工科技，將是制造技術的主流，將迅速地改變傳統制造技術的方法、理論和觀念，作為現今國際上的制造大國，世界加工廠，我們更應該注意研究制造技術的發展和未來。

1突破傳統制造技術的觀念

納米科技研究的內容主要是在原子、分子尺度上構造材料和器件，測量表征其結構和特性，探索、發現新現象、新規律和應用領域。與我們熟悉傳統的相比，納米材料和器件具有顯著的維數效應和尺寸效應。近幾年來，在納米材料制造方面做了大量的研究工作，在納米粒子粉材的制造，以及材料結構和特性測量、表征上取得了顯著成果[2～7]。接下來深入到納米線、納米管和納米帶的研究[8～14]，出現了一些成功有效的制造方法，發現了一些驚人的結構和特性。在此基礎上，發展了納米復合材料的研究，展現了非常有希望的應用前景[15～17]。近來人們在納米科技初期成果的基礎上挑戰某些產品的傳統加工技術，比如Al組件的快速加工。

T.B.Sercombe等人報道了快速加工鋁(Al)組件的新方法[18]，這個方法的主要特征是用快速成型技術先形成樹脂鍵合件，然后在氮氣氛中分解其鍵和第二次滲入鋁合金。在熱處理過程中，鋁與氮反應形成氮化鋁骨架，在滲透過程中得到剛體結構。與傳統制造工藝相比，這個過程是簡單的快速的，可以制造任何復雜組件，包括聚合物、陶瓷、金屬。圖1是過程示意和原型樣品，(a)是尼龍巾鑲嵌鋁粒子的SEM像，中心有結構細節的是Mg粒子，白色是Al粒子，加入少量的Mg是為還原氧化鋁，它將不是鑄件中的成分。在尼龍被燒去時，這個結構基本保持不變。(b)是氮化物骨架，圍繞Al粒子的一些環狀結構的光學顯微鏡像，再滲入Al時將形成密實結構。(c)是燒結的氮化鋁和滲鋁組件，小柱的厚為0.5mm其密度和強度都達到了傳統鑄造技術的水平。他們還制作了公斤重量多種結構的樣品。這是一種冶金技術的探索，開辟了一種新的冶金和制造技術途徑。

2納米材料的完美定律

描述材料結構的常用術語是原子結構和電子結構。原子結構的主要參量是晶格常數、鍵長、鍵角；電子結構的主要參量是能帶、量子態、分布函數。對于我們熟悉的宏觀體系，這些參量多是確定的常數，但對于納米體系，多數參量隨著原子數量的改變而變化。這是納米材料和器件的典型特征，它決定了納米材料的多樣性。其中有個重要規律，我們稱之為納米材料的完美定律，用簡單語言表述：“存在是完美的，完美的才能存在”。它包括了納米晶粒的魔數規則，即含有13、55、147…等數量原子的原子團是穩定的，對于富勒烯碳60和碳70存在的幾率最大，而對于碳59或碳71等結構體系根本不存在。這就是為什么斯莫利(Smmolley)他們當初能在大量的富勒烯中首先發現碳60和碳70，從而獲得了諾貝爾獎。對于一維納米結構，包括納米管和納米線，存在類似的規則。可以模型上認為是由殼層構成的，每個殼層中更精細的結構稱為股，每一股是一條原子鏈，中心為1股包裹殼層為7股的表示為7-1結構，再外殼層為11股的，表示為11-7-1結構，等等，構成最穩定的結構，這是一維納米結構的魔數規則。對二維納米膜存在類似的缺陷熔化規則，即不容許存在很多缺陷，一旦超過臨界值，缺陷自發產生，完全破壞二維晶態結構。上述這些低維結構特征是完美定律的具體表述，進步普遍表述理論是正在研究中的課題。

完美定律是我們討論涂層材料的出發點，因為納米材料有更多的人造品格，是大自然很少存在或者不存在的，需要人工大量制造。在制造過程中，方法簡單、產額高、成本低是最有競爭力的。可以想象，制造成本很高的材料和器件能有市場，一定是不計成本的特殊需要，有政治背景或短期的社會需求。因此在我們探索納米材料制造時，首先考慮的應是滿足完美定律的技術，如用甲烷電弧法制備納米金剛石粉技術[1]，電化學沉積法制備金屬納米線陣列技術[19]，以及電爐燒結法制造氧化物納米帶技術[20]等等。

3涂層納米材料將給我們帶來什么?

涂層納米材料是納米科技領域具有代表的材料，或是低維納米材料的有序堆積結構，或者是低維納米材料填充的復合結構。兩者都比傳統材料有驚人的結構和特性。如新型高效光電池[21]、各向異性結構材料[19]、新型面光源材料[22]等，這里舉例介紹基于熱電效應的新型納米熱電變換材料。

熱電效應器件的代表是熱電偶，即利用不同導體接觸的溫差電現象進行溫度測量的器件。基于熱電效應可以制成兩類器件：熱產生電和電產生溫差。前者可以用于制造焦電器件，即用熱直接發電，如將焦電材料涂于內燃機缸表面，利用缸體溫度高于環境幾百度的溫差發電，將余熱變作電能回收。后者可以做成電致冷器件。這類的直接熱電變換器件具有無污染，沒有活動部件，長壽命，高可靠性等優點，但塊體材料制成器件的效率低，限制了它的應用。納米科技興起以后，人們探索利用納米晶或納米線結構能否解決熱電效應的效率問題。認為用量子點超晶格材料有希望顯著提高熱電器件的效率，這是由于納米材料顯著的能級分裂，有利于載流子的共振輸運和降低晶格熱傳導，從而提高了器件的效率。T.C.Harman等人[23]報告了量子點超晶格結構的熱-電效應器件，他們制備了PbSeTe／PbTe量子點超晶格(QDSL)結構，用其制造了熱電器件(Thermo-electrics，TE)，圖2(a)是納米超晶格TE致冷器件的結構和電路圖，(b)電流-溫度曲線。將TE超晶格材料，其寬11mm，長5mm，厚0.104mm，n-型的TE片，一端置于熱槽，另一端置于冷槽，為了減小冷槽熱傳導而形成這同結接觸，用一根細金屬線與熱槽連接。當如圖2(a)所示加電流源時，將致冷降溫。對于這種納米線超晶格結構，由于量子限制效應，發生間隔很大的能級分裂，從而得到很高的熱電轉換效率。圖2(b)是TE器件的電流-溫度曲線，實驗點標明為熱與冷端溫差(T)與電流(I)關系，電流坐標表示相應通過器件的電流。■為熱端溫度Th與電流I的關系，其溫度對于流過器件的電流不敏感。為冷端溫度Tc與電流I的關系，其溫度對于電流是敏感的。圖中A是測得的最大溫差，43.7K，B是塊體(Bi，Sb)2(Se，Te)3固溶合金TE材料最大溫差，30.8K。從圖中可以看出，在較大電流時，冷端溫度趨于飽和。采用這種致冷器件由室溫降至一般冰箱的冷凍溫度是可能的。

電熱效應的逆過程的應用就是焦電器件，即利用熱源與環境的溫差發電。對于內燃機、鍋爐、致冷器高溫熱端等設備的熱壁，涂上超晶格納米結構涂層，利用剩余熱能發電，將是人們利用納米材料和組裝技術研究的重要課題。

類似面致冷、取暖，面光源，面環境監測等涂層功能材料，將給家電產業帶來革命性的影響，將會極大地改變人類的生活方式和觀念。

4含鐵碳納米管薄膜場發射

碳納米管陣列或含碳納米管涂層場發射被廣泛研究，以其為場發射陰極做成了平板顯示器。研究結果表明碳管的前端有較強的場發射能力，因此碳管涂層膜中多數碳管是平放在基底上的，場電子發射能力很差。我們制備了含有鐵(Fe)納米粒子的碳納米管，它的側向有更大的場發射能力，有利于用涂層法制造平板場發射陰極。圖3(a)是含鐵粒子碳納米的TEM像，碳管外形發生顯著改變。(b)是碳管場發射I-V特性曲線，I是CVD生長的豎直排列碳納米管的場發射曲線，II是含鐵粒子碳納米管豎直陣列的場發射曲線，III是含粒子碳納米管躺在基底上的場發射曲線，有最強的場發射能力。根據此結果，將含鐵的碳納米管用作涂層場發射陰極，有利于研制平板顯示器。

5電子強關聯體系和軟凝聚態物質

上面所講到的涂層納米功能材料和器件是當今國際上研究的熱門課題，會很快取得重要成果，甚至有新產品進入市場。當我們在討論這個納米科技中的重要方向時，不能不考慮更深層的理論問題和更長遠的發展前景。這就涉及到物理學的重要理論問題，即電子強關聯體系(electronstrongcorrelationsystem)與軟凝聚態物質(softcondensationmatter)。

在量子力學出現之前，金屬材料電導的來源是個謎，20世紀初量子力學誕生后，解決了金屬導電問題。基于Bloch假設：晶體中原子的外層電子，適應晶格周期調整它們的波長，在整個晶體中傳播；電子-電子間沒有相互作用。這是量子力學的簡化模型，沒有考慮電子間的相互作用，特別是在局域態電子的強相互作用。2003年又有人提出了金屬導電問題，Phillips和他的同事以“難以琢磨的Bose金屬”為題重新討論了金屬導電問題[24]。當計入電子間的相互作用時，可能產生的多體態，超導和巨磁阻就是這種狀態。晶體中的缺陷破壞了完善導體，導致電子局域化。電子與核作用的等效結果表現為電子間的吸引作用，導致電荷載流子為Cooper對。但這個對的形成，不是超導的充分條件。當所有Cooper對都成為單量子態時，才能觀察到超導性。這樣，對于費米子由于包利(Paulii)不相容原則，不可能產生宏觀上的單量子態。Cooper對的旋轉半徑小于通常兩個電子相互作用的空間，成為Bose子。宏觀上呈現單量子態，Bose子的相干防止了局域量子化。在局域化電子范圍內，超導性可能認為是玻色-愛因斯坦凝聚，這個觀點現今被很多人接受。從20世紀初至今，對于基本粒子的量子統計有兩種，一是Fermi統計，遵從Paulii不相容原理，即每個能量量子態上只能容納自旋不同的2個電子，而Bose子則不受這個限制。在凝聚態物質中有兩個基態：即共有化Bose子呈現超導態，局域化Bose子呈現絕緣態。然而，在幾個薄合金膜的實驗中，觀察到金屬相，破壞了超導體和絕緣體之間直接轉換。經分析認為這是玻色金屬態，參與導電的是Bose子。推斷這個金屬相可能是渦流玻璃態，這個現象在銅氧化物超導體中得到了驗證。

軟凝聚態物質研究的對象是原子、分子間不僅存在短程作用力，而且存在長程作用力，表觀上呈現的粘稠物質形態，稱為軟凝聚態。至今，人類對于晶體和原子存在強相互作用的固體已經知道得相當透徹了，但對軟凝聚態的很多科學問題還沒有深入研究，21世紀以來，引起了科學家的極大興趣。軟凝聚態物質包括流體、離子液體、復合流體、液晶、固體電解、離子導體、有機粘稠體、有機柔性材料、有機復合體，以及生物活體功能材料等。這其中的液晶由于在顯示器件上的很大市場需求，是被研究得相當清楚的一種。其他軟凝聚態結構和特性的科學問題和應用前景是目前被關注的研究課題。這其中主要有：微流體閥和泵、納米模板、納米陣列透鏡、有機半導體、有機陶瓷、流體類導體、表面敏感材料、親水疏水表面、有機晶體、生物材料(人造骨和牙齒)、柔性集成器件，以及他們的復合，統稱為分子調控材料(materialsofmolecularmanipulation)。其主要特征是原子結構的多變性和柔性，研究材料的設計、制造、結構和特性的測量、表征，追求特殊功能；理論上探討原子結構的穩定體系，光、電、熱、機械特性，以及載流子及其輸運。關于軟凝聚態物質，有些早已為人類所用，電解液、液晶等，但對其理論研究處于初期階段。科學的發展和應用的需求促進深入的理論研究，判斷體系穩定存在的依據是自由能最小，體系自由能可表示為F=E-TS，其中S是熵。對于軟凝聚態物質體系，S是重要參量。其中更多的缺陷，原子、分子運動的復雜行為，更多的電子強關聯，不再是單粒子統計所能描述，需要研究粒子間存在相互作用的統計理論。多樣性是這個體系的突出特征，因此其理論涉及廣泛、復雜問題。

物理學是探索物態結構與特性的基礎學科，是認識自然和發展科技的基礎，其中以原子間有較強作用的稠密物質體系為主要研究對象的凝聚態物理近些年有了迅速進展，研究范圍不斷擴大，從固體結構、相變、光電磁特性擴展到液晶、復雜流體、聚合物和生物體結構等。幾乎每一二十年就有新物質狀態被發現，促進了人類對自然的認識和對其規律把握能力，推動了科學和技術的發展。21世紀仍有一些老的科學問題需要深入研究，一些新科學問題已提到人們的面前。特別是低維量子限域體系和極端條件下的基本物理問題。20世紀80年代出現的介觀物理，后來發展成為納米科技所涉及的學科領域。與宏觀體系和原子體系相比，低維量子限域體系，還有很多物理問題有待解決，人們熟悉的宏觀體系得到的規則和結論有些不再有效，適用于低維量子限域體系的處理方法和理論需要探索，特別是將涉及到多層次多系統問題的描述和表征，將會有更多的新現象、新效應、新規律被發現。在納米尺度，研究原子、分子組裝、測量、表征，涉及有機材料、無機／有機復合材料和生物材料，這將大大的擴展了物理學研究的范圍和深度。涉及的重大科學前沿問題和重點發展方向有①強關聯和軟凝聚態物質，及其他新奇特性凝聚態物質；②低維量子限域體系的結構和量子特性，包括納米尺度功能材料和器件結構和特性；③粒子物理，描述物質微觀結構和基本相互作用的粒子物理標準模型和有關問題，以及復雜系統物理；④極端條件下的物理問題，探索高能過程、核結構、等離子體、新物理現象和核物質新形態等；⑤生命活動中的物理問題，物理學的基本規律、概念、技術引入生命科學中，研究生物大分子體系特征、DNA、蛋白質結構和功能等，其研究關鍵將在于定量化和系統性，必然是多學科的交叉發展，成為未來科學的重要領域。

6結論

本文討論了納米線涂層的結構和特性，重點是納米線的復合涂層和其電學特性、光電特性。其中包括制造技術新觀念，納米材料的完美定律，納米涂層的熱-電效應，碳納米管的側向場發射，以及電子強關聯體系和軟凝聚態物質，展示了涂層科學與技術的發展前景。

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納米涂料范文第5篇

關鍵詞：納米材料;巖土工程;地質工程;進展

中圖分類號：F407.1文獻標識碼： A

納米材料是當今材料科學研究的前沿，通過對納米材料在地質與巖土工程應用研究現狀總結，未來還需要對納米材料的性能、機理、應用進行深入的研究，并將其用于巖土與地質工程領域建筑材料的改性，實現納米材料的實際工程應用，這對于利用納米材料研發高性能新型建筑材料具有重要的應用價值。

1納米材料在巖土工程中的應用

1.1水泥土

水泥土作為一種經濟的工程材料，被廣泛應用在交通、建筑、海洋、礦物等領域.為了提高水泥土的工程性能，國內外已有學者和技術人員將納米材料作為新材料用于水泥性。王立峰等(2002)將納米硅基氧化物作為水泥土的外加劑，進行了三軸試驗，探討了納來水泥土抗壓強度的影響因素及其變化規律，提出納米硅基氧化物可以顯著提高復合納米材料水泥土的抗壓強度。朱向榮等(2003)選取納米硅作為水泥土的外摻劑，認為納米硅對水泥土強度及變形模量的增強作用明顯，影響納米硅水泥土強度大小的因素依次為:水泥摻量、納米硅摻量和土的含水量。李剛(2003)等發現摻納米材料A12O3能提高水泥土強度，摻納米材料TiO2則降低水泥土強度;影響納米鋁水泥土強度大小的因素依次為:水泥摻量、土的含水量、納米硅摻量和水灰比。王文軍等(2004)對納米礦粉水泥土固化機理及損傷特性進行了研究，試驗結果表明，水泥土的固化機理為水泥水化物的膠結作用、粘土顆粒中的離子交換效應和“二次反應”、納米硅粉的火山灰效應、納米硅粉的填充效應及納米硅粉的膠結作用。曾慶軍等(2007)分析了納米硅粉水泥土的抗腐蝕性能，提出硫酸鹽腐蝕環境能加速納米硅粉和水泥水化產物的二次水化反應，大幅提高水泥土的強度，適量納米硅粉能顯著提高水泥土的抗腐蝕性能。

1.2混凝土

隨著2l世紀混凝土工程的大型化、工程環境的超復雜化以及應用領域的不斷擴大，人們對混凝土材料提出了更高的要求，具有高強、高耐久性、高流動性和體積穩定性的高性能混凝土和高功能混凝土是今后混凝土材料科學發展的重點和方向。巴恒靜等(2003)將納米纖維材料及活性球形摻合料復合應用于高性能混凝土，發現納米纖維材料改善了體系顆粒級配及二級界面顯微結構，增加了密實度;天然納米纖維材料可以提高其抗彎強度達50%，抗壓強度21%，能夠提高混凝土抗凍性、抗滲性。杜應吉等(2005)利用納米微粉的高化學活性和微粒性，通過混凝土耐久性試驗研究，研制出新型混凝性劑，當納米微粉的摻量為1～3g/kg時，混凝土的抗滲等級提高30%，抗凍等級提高50%。仲曉林等(2006)研究了納米粘土材料對混凝土的水化作用機理，在一定摻量時，在水化混凝土中摻納米粘土材料可提高水化混凝土的流動度、抗壓強度和抗滲、抗凍融性。

1.3土國內外有部分學者將納米材料直接摻入土中，研究土體強度與變形。王文軍等(2004)對納米硅粉與黏性土的作用進行了分析，表明納米硅粉對土體含水率的影響不明顯，但能夠提高土體的液限指數，認為納米硅粉與土中水只發生物理變化，納米硅粉能提高土體抗壓強度，其加固機理為:(1)納米硅粉對水分子的吸附作用;(2)納米硅粉對土顆粒的膠結作用;(3)納米硅粉對孔隙的坡充作用。宋杰等(2010)討論了不同納米材料對土無側限抗壓強度的影響，加入百分含量相同但類型不同的納米材料時，各土樣在達到最大軸向應變之前產生相同變形所需的壓力從小到大依次為:原狀土，納米A12O3，納米ZnO，納米SiO2，加入1.5%的納米SiO2時，土的無側限抗壓強度最大。

2納米材料在地質工程中的應用

唐孝威等(1991)提出對納米地質和納米天文的研究，認為在大的構造運動中常常會產生巨大的應力，在滑動形成的斷層帶上，巖石被磨得非常細小，形成納米粒級的微粒，這些超糜棱巖化的物質可以提供有關斷裂帶內部的信息。劉岫峰(1995)介紹了納米物質和納米科學技術概貌，指出了有待研究與開發的納米地質領域，明確提出了納米地質學的研究內容和研究方法，闡述了發展納米地質學的戰略意義和高層決策建議。孫巖等(2008)針對巖石中納米粒子層的成因有著不同的觀點，傾向于剪切摩擦的主導作用，納米粒子層可稱謂摩擦———粘性薄層帶。王焰新等(2011)闡述了研究地質儲存納米尺度流體CO2的重要性，認為CO2流體－巖石相互作用是地質儲存的核心科學問題，其直接影響CO2灌注效率、儲存容量和效率、儲存安全性和穩定性，尋找、制備天然微納巖礦用于經濟高效地捕獲、儲存和轉化CO2，推動CO2減排理論和技術的發展。

由于地質因素引起巖溶土洞、地裂縫、地面塌陷等，對工程的安全使用有影響。不僅要查明不良地質現象的類型、范圍、活動性、影響因素、發生機理及對工程的影響和評價，還應采取的預防和治理的措施。注漿加固除險是解決地質災害的有效手段之一，納米材料可以作為添加劑改性注漿材料。陳蘭云等(2004)應用微硅粉水泥漿材處理基礎的不均勻沉降。陳曉彥等(2010)分析了聚硅納米材料的增注機理，室內測試了多批聚硅納米材料的增注效果，發現聚硅納米材料對提高巖心滲透率具有明顯效果，能有效改變巖心的潤濕性，使其從親水變為親油，從而降低水相流動阻力，起到降壓增注作用。陳勇剛(2010)將XPM納米灌注材料應用于井巷工程中，認為加入XPM納米灌注材料的漿液膠凝時間比原雙液漿注入后的膠凝時間提前3～5天，其強度也遠遠超出后者。

納米材料特殊的吸附特性在地質領域被廣泛應用于地質樣品中痕量元素的分離和富集、資源綜合利用研究和礦產資源開采利用過程中的污染控制，采用如納米二氧化鈦、納米氧化鈰、納米氧化鋯、碳納米管等納米材料。

3結語

納米材料可顯著改善巖土工程材料的顆粒微級配，減少堆積空隙，在水化初期作為結晶核，加快水化速度，提升早期強度，改變材料的微觀孔結構和分布，降低硬化后孔隙率，改善骨料與漿體間的過渡區，提高強度、增強耐久性;同時，部分納米材料性價比低，分散性不佳，對后期強度作用不強，相關增強作用機理研究不夠明晰;而且納米材料在天然土中的研究還處于起步階段，納米材料與土之間的作用機理等許多問題有待探究;這些都限制了納米材料在巖土與地質工程中的應用。

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