低碳經(jīng)濟(jì)背景下納米建筑材料的發(fā)展

毛小玲

（湖北省宜昌市三峽中等專業(yè)學(xué)校，宜昌443000）

1 納米建筑材料的內(nèi)涵、效應(yīng)與特性

1.1 納米建材的內(nèi)涵

什么是納米材料？所謂的納米材料全稱是納米級(jí)結(jié)構(gòu)材料，是指其結(jié)構(gòu)單元的尺寸介于1～100nm范圍之間，（注1m＝109nm），即100nm以下，顆粒尺寸在1～100nm的超微粒材料。由于這種超微粒材料結(jié)構(gòu)單元尺寸已經(jīng)接近電子的相干長度，與光的波長尺度相接近，而且具有大表面的特殊效應(yīng)，因此在其表現(xiàn)出來的諸如光學(xué)、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱、導(dǎo)電特性、磁性方面的性能，已完全不同于該物質(zhì)在大塊固體狀態(tài)時(shí)所表現(xiàn)的性能。因此，納米材料在建材方面得到廣泛應(yīng)用。

最早的納米材料是納米金屬材料，研制成功于20世紀(jì)80年代，后來有納米半導(dǎo)體薄膜、納米陶瓷、納米瓷性材料和納米生物醫(yī)學(xué)材料相繼問世。該論文主要研討納米材料在建材方面應(yīng)用。

1.2 納米建筑材料的特性

納米材料粒子具有一定獨(dú)特性，由于其粉末粒子由微米降至納米時(shí)，其體積將會(huì)發(fā)生109倍的改變，對(duì)于物質(zhì)尺度如此之小的微粒，其行為描述將不再是傳統(tǒng)力學(xué)觀念，而是由量子力學(xué)來描述，這是導(dǎo)致納米建筑材料獨(dú)特性的根本原因。納米材料的特性主要表現(xiàn)為二點(diǎn)：一是因粒徑縮小而使得材料的活性顯著增加；二是比傳統(tǒng)粉末更易在較低滿意度下燒結(jié)，是良好的燒結(jié)促進(jìn)材料。

2 納米材料的制備

2.1 納米組裝體系的基本內(nèi)涵

納米材料基本制備方法是納米組裝體系。納米組裝體系包括納米陣列體系，薄膜鑲嵌體系等。納米組裝體系是以納米線、納米顆粒、管為基本單元在一維、二維和三維空間組裝排列成具有納米結(jié)構(gòu)的體系。納米顆粒、絲、管是有序的排列，而且組裝而成的納米結(jié)構(gòu)材料不僅會(huì)繼承其結(jié)構(gòu)單元的特性，還可能具有納米結(jié)構(gòu)單元組合產(chǎn)生的耦合效應(yīng)、協(xié)同效應(yīng)等，這些特性不僅僅是設(shè)計(jì)和制造納米器件的基礎(chǔ)，也將是進(jìn)一步設(shè)計(jì)和研發(fā)新型儲(chǔ)能納米材料的新方向。

2.2 納米材料制備方法

納米材料制備方法如表1所示。

表1 納米材料的制備

3 納米材料和技術(shù)在新型建筑材料中的應(yīng)用

近年來，國內(nèi)開始探索納米材料和納米技術(shù)在建材中的發(fā)展及應(yīng)用工作，現(xiàn)取得了一些可喜的成果，分類介紹如下：

3.1 納米涂料的應(yīng)用

納米涂料具有優(yōu)勝的功用：1）具有極好的伸縮性，可以彌蓋墻體細(xì)微裂縫，具有對(duì)微裂縫的自修正作用。2）具有極好的防水性，抗異物粘附、沾污功用，抗堿、耐沖刷性好。3）具有除臭、滅菌、防塵以及隔熱保溫功用。4）納米涂料的色澤艷麗，手感柔軟，漆膜平坦，改進(jìn)修建的外觀等。

總之，納米涂料很好的克服了一般傳統(tǒng)的涂料都存在的懸浮穩(wěn)定性差，耐老化、耐洗刷性差，光潔度不行等缺點(diǎn)。盡管國內(nèi)外對(duì)納米涂料的研討還處在初步階段，但其已在工程上得到了較廣泛的運(yùn)用，如北京納美公司出產(chǎn)的納米系列涂料已很多運(yùn)用于北京建欣苑、建東苑等住宅區(qū)的外墻粉刷，作用杰出。在首體改造工程中，運(yùn)用納米涂料1 700t，涂刷6萬m2。復(fù)旦大學(xué)教育部領(lǐng)先涂料工程研討中心的教授已研發(fā)出了“通明隔熱玻璃涂料”。

3.2 納米水泥的應(yīng)用

納米防水水泥是經(jīng)過在水泥中增加XPM水泥外加劑的納米材料而制成的，該納米外加劑摻入水泥后，可以加快水泥誘導(dǎo)期和加快期的水化反應(yīng)，改進(jìn)水泥凝結(jié)的三維布局，一起提高水泥石的密實(shí)度，增強(qiáng)了防水功用。

納米靈敏水泥是在水泥中摻加對(duì)周圍環(huán)境改變非常靈敏的納米材料，然后達(dá)到改進(jìn)水泥制品溫敏、濕敏、氣敏、力敏等功用。依據(jù)增加的靈敏材料的不一樣可將納米靈敏水泥用于化工廠的建造、高速路面的鋪設(shè)等。

納米環(huán)保復(fù)合水泥是運(yùn)用納米材料的光催化功用，然后使水泥制品具有滅菌、除臭以及外表自清洗等功用。一般是選用TiO2作為納米增加劑。

3.3 納米混凝土應(yīng)用

一般水泥混凝土因其剛性較大而柔性較小，其本身也存在一些固有的缺點(diǎn)，使其在運(yùn)用過程中不可避免地發(fā)生開裂并損壞。而與一般混凝土比較，納米混凝土的強(qiáng)度、硬度、抗老化性、耐久性等功用均有明顯進(jìn)步，且還具有防水、吸聲、吸收電磁波等功用，因此可用于一些特別的修建設(shè)備中（如國防設(shè)備）。通常在一般混凝土中摻加納米礦粉（納米級(jí)SiO2、納米級(jí)CaCO3）或納米金屬粉末已能達(dá)到納米混凝土的功用，并且經(jīng)過改動(dòng)納米材料的摻量還能設(shè)計(jì)出防水砂漿等。當(dāng)前研發(fā)的納米水泥材料包含納米防水復(fù)合水泥、納米靈敏水泥、納米環(huán)保復(fù)合水泥以及納米隱身復(fù)合水泥。

3.4 納米陶瓷應(yīng)用

傳統(tǒng)的陶瓷材料中晶粒不易滑動(dòng)，材料質(zhì)脆，燒結(jié)溫度高。納米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上運(yùn)動(dòng)，因此，納米陶瓷材料具有極高的強(qiáng)度和高韌性以及良好的延展性，這些特性使納米陶瓷材料可在常溫或次高溫下進(jìn)行冷加工。這種冷加工方法制成的納米材料，是一種表面保持常規(guī)陶瓷材料的硬度和化學(xué)穩(wěn)定性，而內(nèi)部卻具有納米材料的延展性的高性能陶瓷。

應(yīng)用納米二氧化硅、高純球型硅粉、高性能樹脂等可制成特種耐高溫復(fù)合陶瓷材料。其中納米二氧化硅用于降低燒成溫度和提高成品率；而高純球型硅粉作為載體、填料方面，可提高陶瓷制品的韌性、光潔度；而球型硅粉則是高性能樹脂、陶瓷的基體材料。這種復(fù)合納米陶瓷作為高新科技材料應(yīng)用廣泛。“飛船”外表面采用的“太空”納米陶瓷，防靜電性能穩(wěn)定永久，且具有理想的耐磨、耐腐蝕、耐高溫、防滲透等太空飛船外表面必備的特性。納米陶瓷應(yīng)用于刀具方面，能生產(chǎn)出遠(yuǎn)勝于金屬刀具的新型刀具，該種刀具采用氧化鋯材料精制而成，具有如下特性：1）鋒利無比，既能切割鋼鐵等超堅(jiān)硬物質(zhì)，也能將肉之類的柔軟物質(zhì)切削得像紙一樣薄；2）硬度高、耐磨性好，耐磨性是金屬刀的60倍；3）完全無磁性，不生銹變色，是用于健康環(huán)保方面的理想材料；4）良好的耐酸堿性，可耐各種酸堿有機(jī)物的腐蝕；5）全致密材料，無孔隙、不沾污、易清潔。

上述納米陶瓷充分體現(xiàn)了新世紀(jì)、新材料的綠色環(huán)保概念，是高新技術(shù)為現(xiàn)代科技奉獻(xiàn)的又一杰作。

3.5 納米材料其他應(yīng)用

納米材料在其他方面應(yīng)用也很廣。納米復(fù)合材料是經(jīng)過運(yùn)用具有吸收電磁波功用的納米材料（納米金屬粉居多），在電磁波照耀時(shí)，納米材料的外表效應(yīng)使得原子與電子運(yùn)動(dòng)加重，促進(jìn)電子能轉(zhuǎn)化為熱能，加強(qiáng)對(duì)電磁波的吸收，從而使材料可以在很寬的頻帶范圍內(nèi)避開雷達(dá)、紅外光的偵辦，這一材料常用于軍事國防修建等。

4 存在的問題

1）對(duì)納米顆粒合成裝置研究不夠成熟充分，制造成本高，難以形成工業(yè)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。且納米微粒的收集、存放問題難以解決。

2）納米材料實(shí)用化技術(shù)的研究系統(tǒng)性和應(yīng)用性不深，其性能和表征測試手段亟待改進(jìn)。

3）納米產(chǎn)品的毒理學(xué)沒有廣泛的深入，在某種意義上講一些東西處于探索階段。

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