摘 要:奈米技術作為一門新興的技術,在多個領域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,介紹了奈米技術在新型建築塗料、複合水泥、自潔玻璃、陶瓷、防護材料等方面的應用,通過論述可知,奈米材料在新型建材領域具有很好的發展應用前景。
關鍵詞:奈米技術;新型建材;應用;前景
1 奈米塗料的應用
通常傳統的塗料都存在懸浮穩定性差,耐老化、耐洗刷性差,光潔度不夠等缺陷。而奈米塗料則能較好的解決這一問題,奈米塗料具有下述優越的效能:(1)具有很好的伸縮性,能夠彌蓋牆體細小裂縫,具有對微裂縫的自修復作用。(2)具有很好的防水性,抗異物粘附、沾汙效能,抗鹼、耐沖刷性。(3)具有除臭、殺菌、防塵以及隔熱保溫效能。(4)奈米塗料的色澤鮮豔柔和,手感柔和,漆膜平整,改善建築的外觀等。
雖然國內外對奈米塗料的研究還處在初步階段,但是已在工程上得到了較廣泛的應用,如北京納美公司生產的奈米系列塗料已大量應用於北京建欣苑、建東苑等住宅區的外牆粉刷,效果良好。在首體改造工程中,使用奈米塗料1700噸,塗刷6萬平方米。復旦大學教育部先進塗料工程研究中心的專家已研發出了“透明隔熱玻璃塗料”。
2 奈米水泥的應用
普通水泥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,使其在使用過程中不可避免地產生開裂並破壞。為了解決這一問題就必須加速對具有特殊效能混凝土的研發,而奈米混凝土就能有效的解決這樣問題,奈米混凝土,與普通混凝土相比,奈米混凝土的強度、硬度、抗老化性、耐久性等效能均有顯著提高,同時還具有防水、吸聲、吸收電磁波等效能,因而可用於一些特殊的建築設施中(如國防設施)。通常在普通混凝土中加入奈米礦粉(奈米級SiO2、奈米級CaCO3)或者奈米金屬粉末已達到奈米混凝土的效能,而且通過改變奈米材料的摻量還能配置出防水砂漿等。目前開發研製的奈米水泥材料包括奈米防水複合水泥,奈米敏感水泥、奈米環保複合水泥以及奈米隱身複合水泥。
奈米防水水泥是通過在水泥中新增XPM水泥外加劑的奈米材料而製成的,該奈米外加劑摻入水泥後,可以加快水泥誘導期和加速期的水化反應,改善水泥凝固的三維結構,同時提高水泥石的密實度,增強了防水效能。
奈米敏感水泥是在水泥中加入對周圍環境變化十分敏感的奈米材料,從而達到改善水泥製品溫敏、溼敏、氣敏、力敏等效能。根據新增的敏感材料的不同可將奈米敏感水泥用於化工廠的建設、高速路面的鋪設等。
奈米環保複合水泥是利用奈米材料的光催化功能,從而使水泥製品具有殺菌、除臭以及表面自清潔等功能。通常是選用TiO2作為奈米新增劑。
奈米隱身複合材料是通過使用具有吸收電磁波功能的奈米材料(奈米金屬粉居多),在電磁波照射時,奈米材料的表面效應使得原子與電子運動加劇,促使電子能轉化為熱能,加強對電磁波的吸收,從何使材料能夠在很寬的頻帶範圍內避開雷達、紅外光的偵查,這一材料常用於軍事國防建築等。
3 奈米玻璃的應用
普通玻璃在使用過程中會吸附空氣中的有機物,形成難以清洗的有機汙垢,同時,水在玻璃上易形成水霧,影響可見度和反光度。而通過在平板玻璃的兩面鍍制一層TiO2奈米薄膜形成的奈米玻璃,則能有效的解決上述缺陷,同時TiO2光催化劑在陽光作用下,可以分解甲醛、氨氣等有害氣體。此外奈米玻璃具有非常好的透光性以及機構強度。將這種玻璃用作螢幕玻璃、大廈玻璃、住宅玻璃等可免去麻煩的人工清洗過程。
4 奈米技術在陶瓷材料中的應用
陶瓷因其具有較好的耐高溫以及抗腐蝕性以及良好的外觀效能而在工程界得到了廣泛的應用(如鋪貼牆面的瓷磚),但是陶瓷易發生脆性破壞,因而在使用過程中也受到了一定的限制。使用奈米材料開發研製的奈米陶瓷則具有良好的塑性效能,能夠吸收一定量的外來能量。在陶瓷基中加入奈米級的金屬碳化物纖維可以大大提高陶瓷的強度,同時具有良好的抗燒蝕性,火箭噴氣口的耐高溫材料就選用奈米金屬陶瓷作為耐高溫材料。用奈米SiC、Si3N、ZnO、SiO2、TiO2、A12O3等製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、抗冷熱疲勞等效能優點。奈米陶瓷將作為防腐、耐熱、耐磨的新材料在更大的範圍內改變材料的力學性質,具有非常廣闊的應用前景。
5 奈米技術在防護材料中的應用
通常是在膠料中加入炭黑等以提高材料的防水效能,但這種材料的耐腐蝕性以及耐侯性較差,易老化,研製具有高強、耐腐蝕、抗老化效能的防水材料也是工程界一直在積極研究的問題,奈米防水材料能夠很好滿足上述要求,北京建築科學研究院就成功的研製了具有較好耐老化效能的'奈米防水卷材,該類防水卷材具有很好的強度、韌性、抗老化性以及光穩定性、熱穩定性等。奈米防水卷材具有叫廣泛的應用前景,如建築頂面、地下室、衛生間、水利堤壩以及防潛工程等。
6 奈米保溫材料
隨著我國推行節能減排的方針,工程界也越來越注重建築的保溫節能效能,我國目前使用的比較多的仍是聚氨酯、石棉等傳統隔熱保溫材料,這些材料在使用過程中容易產生一些對人體有害的物質,如石棉與纖維製品含有致癌物質,聚氨酯泡沫燃燒後釋放有毒氣體,而通過使用奈米材料開發研製的保溫材料則能避免這些弊端,如以無機矽酸鹽為基料,經高溫高壓奈米功能材料改性而成的保溫材料不僅具有很好的保溫效果,同時對人體也無損害,是一種綠色環保保溫材料。
7 奈米技術在其粘合劑以及密封材料和潤滑劑方面的應用
對於一些在深海中作業的結構以及其他特殊環境下工作的構件,它們對結構的密封性的要求非常高,已超過了普通粘合劑和密封劑所能滿足的範圍。國外通過在普通粘合劑和密封膠中新增奈米SiO2等新增劑,使粘合劑的粘結效果和密封膠的密封效能都大大提高。其工作機理是在奈米SiO2的表面包覆一層有機材料,使之具有永久性,將它新增到密封膠中很快形成一種矽石結構,即奈米SiO2形成網路結構的膠體流動,提高粘接效果,由於顆粒尺寸小,更增加了膠的密封性。大型建材機械等主機工作時的噪聲達到上百分貝,用奈米材料製成的潤滑劑,既能在物體表面形成半永久性的固態膜,產生根好的潤滑作用,大大降低噪聲,又能延長裝備使用壽命,具有非常好的應用前景。
8 結語
奈米技術作為一門新興的學科,被譽為二十一世紀最具有發展前景的技術,是對未來經濟和社會發展產生重大影響的一種關鍵性前沿技術。奈米技術在建築材料方面的應用前景非常廣闊,奈米技術不僅會推動建材新產品的開發,還將為改善人們的生活環境,提高生活質量做出不可估量的貢獻。奈米功能材料已成為國內外研究的熱點,目前研究開發工作正處於剛剛起步階段,還有很多問題還未很好的解決,需要將進一步加速對奈米材料的研究以及推廣應用。奈米材料將成為21世紀新型建築材料的發展新方向,相信在不久的將來,我們將跨入一個全新的材料時代—奈米材料時代。
參考文獻
[1]@張立德.奈米材料[M].北京:化工出版社,2002.
[2]@宋小杰.奈米材料和奈米技術在新型建築材料中的應用[J].安徽化工,2008,(8):14-17.
[3]@楊毅,姜煒,劉巨集英,李鳳生.奈米複合技術在新型建材中的應用[J].中國粉體技術,2006,(1):43-48.
[4]@魏志強,王政軍,喬紅霞等.奈米技術在建築材料中的發展與應用[J].中國粉體技術,2005,(1):45-48.
[5]@唐輝宇,陳麗娟.奈米技術與環保建材[J].四川建材,2005,(1):6-8.