低碳經濟背景下納米建筑材料的發展

毛小玲

（湖北省宜昌市三峽中等專業學校，宜昌443000）

1 納米建筑材料的內涵、效應與特性

1.1 納米建材的內涵

什么是納米材料？所謂的納米材料全稱是納米級結構材料，是指其結構單元的尺寸介于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構單元尺寸已經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，因此在其表現出來的諸如光學、熔點、導熱、導電特性、磁性方面的性能，已完全不同于該物質在大塊固體狀態時所表現的性能。因此，納米材料在建材方面得到廣泛應用。

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

1.2 納米建筑材料的特性

納米材料粒子具有一定獨特性，由于其粉末粒子由微米降至納米時，其體積將會發生109倍的改變，對于物質尺度如此之小的微粒，其行為描述將不再是傳統力學觀念，而是由量子力學來描述，這是導致納米建筑材料獨特性的根本原因。納米材料的特性主要表現為二點：一是因粒徑縮小而使得材料的活性顯著增加；二是比傳統粉末更易在較低滿意度下燒結，是良好的燒結促進材料。

2 納米材料的制備

2.1 納米組裝體系的基本內涵

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構的體系。納米顆粒、絲、管是有序的排列，而且組裝而成的納米結構材料不僅會繼承其結構單元的特性，還可能具有納米結構單元組合產生的耦合效應、協同效應等，這些特性不僅僅是設計和制造納米器件的基礎，也將是進一步設計和研發新型儲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 納米材料和技術在新型建筑材料中的應用

近年來，國內開始探索納米材料和納米技術在建材中的發展及應用工作，現取得了一些可喜的成果，分類介紹如下：

3.1 納米涂料的應用

納米涂料具有優勝的功用：1）具有極好的伸縮性，可以彌蓋墻體細微裂縫，具有對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，改進修建的外觀等。

總之，納米涂料很好的克服了一般傳統的涂料都存在的懸浮穩定性差，耐老化、耐洗刷性差，光潔度不行等缺點。盡管國內外對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用，如北京納美公司出產的納米系列涂料已很多運用于北京建欣苑、建東苑等住宅區的外墻粉刷，作用杰出。在首體改造工程中，運用納米涂料1 700t，涂刷6萬m2。復旦大學教育部領先涂料工程研討中心的教授已研發出了“通明隔熱玻璃涂料”。

3.2 納米水泥的應用

納米防水水泥是經過在水泥中增加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，可以加快水泥誘導期和加快期的水化反應，改進水泥凝結的三維布局，一起提高水泥石的密實度，增強了防水功用。

納米靈敏水泥是在水泥中摻加對周圍環境改變非常靈敏的納米材料，然后達到改進水泥制品溫敏、濕敏、氣敏、力敏等功用。依據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、高速路面的鋪設等。

納米環保復合水泥是運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，使其在運用過程中不可避免地發生開裂并損壞。而與一般混凝土比較，納米混凝土的強度、硬度、抗老化性、耐久性等功用均有明顯進步，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備中（如國防設備）。通常在一般混凝土中摻加納米礦粉（納米級SiO2、納米級CaCO3）或納米金屬粉末已能達到納米混凝土的功用，并且經過改動納米材料的摻量還能設計出防水砂漿等。當前研發的納米水泥材料包含納米防水復合水泥、納米靈敏水泥、納米環保復合水泥以及納米隱身復合水泥。

3.4 納米陶瓷應用

傳統的陶瓷材料中晶粒不易滑動，材料質脆，燒結溫度高。納米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上運動，因此，納米陶瓷材料具有極高的強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陶瓷材料的硬度和化學穩定性，而內部卻具有納米材料的延展性的高性能陶瓷。

應用納米二氧化硅、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。這種復合納米陶瓷作為高新科技材料應用廣泛。“飛船”外表面采用的“太空”納米陶瓷，防靜電性能穩定永久，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。納米陶瓷應用于刀具方面，能生產出遠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硬物質，也能將肉之類的柔軟物質切削得像紙一樣薄；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，是用于健康環保方面的理想材料；4）良好的耐酸堿性，可耐各種酸堿有機物的腐蝕；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了新世紀、新材料的綠色環保概念，是高新技術為現代科技奉獻的又一杰作。

3.5 納米材料其他應用

納米材料在其他方面應用也很廣。納米復合材料是經過運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，納米材料的外表效應使得原子與電子運動加重，促進電子能轉化為熱能，加強對電磁波的吸收，從而使材料可以在很寬的頻帶范圍內避開雷達、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，難以形成工業產業化生產。且納米微粒的收集、存放問題難以解決。

2）納米材料實用化技術的研究系統性和應用性不深，其性能和表征測試手段亟待改進。

3）納米產品的毒理學沒有廣泛的深入，在某種意義上講一些東西處于探索階段。

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