納米材料與納米技術(shù)論文(2)
納米材料與納米技術(shù)論文篇二
納米技術(shù)在建筑材料中應(yīng)用的探討
摘要： 納米技術(shù)是國內(nèi)外的前沿、交叉性新興技術(shù)領(lǐng)域。由于納米微粒的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等， 使其具有許多不同于傳統(tǒng)材料的物理、化學(xué)奇異特性，在許多領(lǐng)域都具有非常重要的應(yīng)用， 尤其是極大地推動了新型建材的發(fā)展。本文介紹了納米材料和納米技術(shù)在國外和國內(nèi)研究和應(yīng)用的現(xiàn)狀。
關(guān)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(fā)展帶來一次革命。利用納米材料具有的導(dǎo)電功能可以開發(fā)導(dǎo)電涂料，利用納米材料具有的自潔功能可以開發(fā)抗菌防霉涂料，而且利用納米材料可以到達(dá)提高塑料管材的強(qiáng)度等。由此可見，納米材料在建筑材料領(lǐng)域具有非常廣闊的市場應(yīng)用前景和巨大的經(jīng)濟(jì)、社會效益。
2 納米技術(shù)在建筑材料中的應(yīng)用
2.1 納米技術(shù)在涂料中的應(yīng)用
應(yīng)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(shù)改性提高涂料產(chǎn)品質(zhì)量，是目前在涂料研究領(lǐng)域中比較活躍的方向。傳統(tǒng)的涂料普遍存在懸浮穩(wěn)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(jié)構(gòu)的特殊性， 具有一般材料難以獲得的優(yōu)異性能。借助于傳統(tǒng)的涂層技術(shù)， 添加納米材料， 可以獲得具有優(yōu)異性能的復(fù)合材料， 使得傳統(tǒng)涂層功能改性， 賦予宏觀材料許多特殊的前所未有的優(yōu)良性能， 主要表現(xiàn)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(jié)強(qiáng)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(jī)械強(qiáng)度，可以提高涂膜層耐雨水沖刷能力、耐風(fēng)沙沖刷、侵蝕能力等。當(dāng)涂料中的顏料顆粒達(dá)到納米級別時(shí)，由于比界面很大，具有非常大的結(jié)合力，對涂層有一定的增強(qiáng)作用，可以達(dá)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(qiáng)度和保色性，賦予高分子基建筑涂料微裂痕自修復(fù)功能，提高基體的防腐蝕能力，達(dá)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(wěn)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(yuǎn)小于可見光的波長400～750nm，具有透過作用，從而保證了納米復(fù)合涂料具有較高的透明性，納米粒子對紫外線具有較強(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。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(jī)物質(zhì)，起到抗菌和除臭作用。將納米抗菌粉應(yīng)用于涂料中，可以制得納米殺菌涂料。
2.2 納米技術(shù)在陶瓷中的應(yīng)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(yīng)用，納米陶瓷和納米陶瓷基復(fù)合材料是當(dāng)前陶瓷研究的重要發(fā)展趨勢，但是由于傳統(tǒng)陶瓷材料易發(fā)生脆性破壞，因而使其應(yīng)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(qiáng)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(qiáng)度、耐磨性、低溫超塑性、抗冷熱疲勞等性能優(yōu)點(diǎn)。
近年來國內(nèi)外對納米復(fù)相陶瓷的研究表明，在微米級基體中引入納米分散相進(jìn)行復(fù)合，可使材料的斷裂強(qiáng)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(shí)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(wèi)生陶瓷等，用于墻地面裝飾、廚房和衛(wèi)生間。利用納米技術(shù)生產(chǎn)的多孔陶瓷材料，可以對工業(yè)廢氣進(jìn)行過濾分離。多孔陶瓷具有很好的耐熱、耐化學(xué)腐蝕等性能，具有壽命高，不用維修等特點(diǎn)。納米級復(fù)相陶瓷將成為21世紀(jì)新材料開發(fā)的主要方向。隨著納米技術(shù)的高速發(fā)展，納米陶瓷材料的應(yīng)用將越來越廣泛。
2.3 納米技術(shù)在水泥混凝土中的應(yīng)用
隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的深入發(fā)展和基礎(chǔ)建設(shè)的廣泛開展，水泥混凝土作為傳統(tǒng)的建筑材料，產(chǎn)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(shí)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(chǎn)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(fù)合材料領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)。納米材料具有小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)、表面及界面效應(yīng)等優(yōu)異性能，因而能夠在結(jié)構(gòu)或功能上賦予其所添加體系許多不同于傳統(tǒng)材料的優(yōu)異性能。利用納米技術(shù)開發(fā)的新型混凝土可大幅度提高混凝土的強(qiáng)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(jié)構(gòu)，使混凝土強(qiáng)度、抗?jié)B性與耐久性均得到提高，據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，當(dāng)納米礦粉的摻量為水泥用量的1%～3%，并在高速混拌機(jī)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(fù)合水泥混凝土結(jié)構(gòu)材料，其7d和28d齡期的水泥硬化漿體的強(qiáng)度比未摻納米礦粉的水泥硬化漿體的強(qiáng)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(fù)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(dá)、紅外等信號的搜索，降低或避免軍事目標(biāo)被發(fā)現(xiàn)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(dǎo)期和加速器的水化反應(yīng)，使氣-液-固三相通過過飽和度達(dá)到相應(yīng)的濃度梯度，改善了水泥凝固的三維結(jié)構(gòu)，同時(shí)改善水泥混凝土的堆積密度。
3 結(jié)語
納米技術(shù)是對未來經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展將產(chǎn)生重大影響的一種關(guān)鍵性前沿技術(shù)，納米技術(shù)在建筑材料中的應(yīng)用前景將會非常廣闊，納米材料將成為新型建筑材料的發(fā)展方向。開發(fā)具有新功能的納米材料和拓寬現(xiàn)有納米材料在建材中的應(yīng)用領(lǐng)域，對改造現(xiàn)有傳統(tǒng)的建材產(chǎn)品，提高其發(fā)展空間和市場競爭力，具有十分重要的意義。
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