新型纳米技术在建筑学方的应用新型纳米技术在建筑学方面的应用.doc

新型纳米技术在建筑学方面的应用 王瑶 皖西学院 建筑学系 摘要：针对新型的纳米技术，简述了几种纳米材料的合成；探讨了新型纳米技术在建筑学，尤其是在建筑材料方面的可能运用。 关键字：纳米材料；建筑学；涂料；混凝土 1 引言 被誉为二十一世纪最具有发展前景的纳米材料和纳米技术一经问世,便以极快的速度渗透到各个研究领域。纳米技术是对未来经济和社会发展产生重大影响的一种关键性前沿技术,这是世界各国科学家的共识。纳米技术在建筑材料方面的应用前景非常广阔,研究开发工作刚刚起步,可以预料,纳米技术不仅会推动建材新产品的开发,还将为改善人们的生活环境,提高生活质量作出不可估量的贡献,纳米技术将为二十一世纪建筑材料的发展开拓新的方向?。 2 新型纳米材料 2.1纳米材料简述 纳米技术是二十世纪80年代末诞生并正在崛起的新技术,主要是指在0.1~100nm尺度范围内,研究物质组成体系中电子、原子和分子运动规律与相互作用,其研究目的是按人的意志直接操纵电子、原子或分子,研制出人们所希望的、具有特定功能特性的材料和制品。纳米技术是高度交叉的综合性学科,它主要包括:纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学、纳米机械学。纳米技术已应用于建筑材料、光学、医药、半导体、信息通讯、军事等领域。目前,纳米材料技术是唯一可以实现的纳米技术。 纳米材料具有纳米晶粒与高浓度晶界两个重要特点。其中大晶体连续能带可以分裂成接近分子轨道的能级，所以纳米晶粒的原子排列不能处理为无限长程序。而由纳米晶粒产生的高浓度晶界及晶界原子的特殊结构会导致材料的力学性能、磁性、介电性、超导性、光学乃至热力学性能的改变。以金为例，当金的颗粒直径小于100nm时，金颗粒由金属态转化成为胶态，可溶于水，且溶液的颜色随金颗粒直径的减小由紫色变为红色，如右图所示。 2.2纳米技术在建筑学方面的优点 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前所未有的革命。利用纳米材料的随角异色现象开发的新型涂料,利用纳米材料的自洁功能开发的抗菌防霉涂料、PPR供水管,利用纳米材料具有的导电功能而开发的导电涂料,利用纳米材料屏蔽紫外线的功能可大大提高PVC塑钢门窗的抗老化黄变性能,利用纳米材料可大大提高塑料管材的强度等。由此可见,纳米材料在建材中具有十分广阔的市场应用前景和巨大的经济、社会效益。 3 纳米技术在建筑涂料中的运用 3.1什么是建筑涂料 涂料是建筑物的内衣(内墙涂料)和外衣(外墙涂料),国内传统的涂料普遍存在悬浮稳定性差、不耐老化、耐洗刷性差、光洁度不高等缺陷。纳米复合涂料就是将纳米粉体用于涂料中所得到的一类具有耐老化、抗辐射、剥离强度高或具有某些特殊功能的涂料。在建材(特别是建筑涂料)方面的应用已经显示出了它的独特魅力。同一种纳米粒子在不同粒径下会有不同的作用,不同种类的纳米粒子也可以在涂料中起相同的作用。 3.2光学应用纳米复合涂料 ?? ??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,在汽车面漆中添加TiO2以提高汽车涂料的耐老化性等。纳米SiO2是无定型白色粉末(指其团聚体),表面存在不饱和的残键及不同键合状态的羟基,其分子状态呈三维链状结构。一般来讲,纳米粒子表面氢键会在外部剪切力消除后迅速复原,使其结构迅速重组。这种依赖时间与外力作用而回复原状的剪切力弱化反应,称为“触变性”。触变性是纳米二氧化硅改善传统涂料各项性能的主要因素。徐国财等人[8]通过纳米微粒填充法,将纳米二氧化硅掺杂到紫外光固化涂料中。实验表明,纳米二氧化硅减弱了紫外光固化涂料吸收UV辐照的强度,从而降低了光固化涂料的固化速度,但可明显提高紫外光固化涂料的硬度和附着力。特别是金红石型超细TiO2在汽车面漆中还可起到效应颜料作用,与其它片状效应颜料如铝粉颜料或珠光颜料并用时,会产生伴有乳光的随角异色性,可用于豪华轿车面漆,这是目前纳米TiO2的最大用途,也是国外纳米材料在涂料中应用最为成功的例子之一。纳米氧化锌由于尺寸小,比表面积大,表面的键态与颗粒内部的不同,表面原子配位不全等,导致表面的活性位置增多,加大了反应接触面,因此,纳米氧化锌也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,起抗菌和除臭作用。具有这一性质的光催化剂可用于环保涂料中,纳米ZnO加入涂料可显著提高涂料的耐人工老化能力。 ? 3.3吸波纳米复合涂料? ? ??由于纳米超细粉末尺寸非常小,具有吸收电磁波的性能,它们对不同波长的雷达波和红外线具有很强的吸收作用。因此,被纳米颗粒改性后的涂料可成为军事上用的隐身涂料。美国曾报道过一种“