纳米材料和技术在新型建筑材料中的应用

纳米材料和技术在新型建筑材料中的应用

纳米材料和技术在新型建筑材料中的应用

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。

而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。

近年来,国内外开始探索纳米材料和纳米技术在建材中的发展及应用工作,

并取得了一些可喜的成果.

1纳米技术在建筑涂料中的应用

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。

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。按纳米复合涂料的用途可归纳为以下几种:

1.1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。

1.2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

纳米材料和技术在新型建筑材料中的应用

事上用的隐身涂料。纳米涂层材料由于具有吸收频带宽、重量轻、厚度薄等优点,可望在未来军事隐身化方面大展身手。

1.3纳米自洁抗菌涂料

光的照射可以引起TiO2表面在纳米区域形成亲水性及亲油性两相共存奇妙的超双亲性。如将国内已经工业化生产的纳米抗菌粉用于涂料中,可制得纳米杀菌涂料,涂覆于建材产品,如卫生洁具、用具、医院手术间和病房的墙面、地面等,起到杀菌、保洁作用。 纳米TiO2颗粒在波长小于400nm的光照下,能吸收高于其禁带宽度的短波光辐射,产生电子跃迁,使价带电子被激发到导带,并形成电子

-空穴对,将能量传递到周围介质,诱导光化学反应,从而具有光催化性能。

1.4纳米导电涂料

日本松下公司已研制成功具有良好静电屏蔽作用的纳米复合涂料,所用的纳米粒子有Fe2O3、TiO2、ZnO等。这些具有半导体特性的纳米氧化物粒子在室温下具有比常规的氧化物高的导电特性,同时,纳米氧化物粒子的颜色不同,这种涂料不但具有静电屏蔽特性,而且克服了涂料颜色的单调性。

2纳米技术在混凝土材料中的应用

随着社会工业化的深入发展和我国基础建设的广泛开展,水泥混凝土作为一种传统的建材,其产量和用量都在不断地增加,高性能混凝土已成为水泥基复合材料领域中的研究热点。同时,许多特殊领域要求水泥混凝土具有一定的功能性,如希望其具有吸声、防冻、高强且高韧性等功能。纳米材料由于具有小尺寸效应、量子效应、表面及界面效应等优异特性,因而能够在结构或功能上赋予其所添加体系许多不同于传统材料的性能。利用纳米技术开发新型的混凝土可大幅度提高混凝土的强度、施工性能和耐久性能。

2.1纳米矿粉在水泥混凝土中的应用

纳米矿粉如纳米SiO2、纳米CaCO3和纳米硅粉等不但可以填充水泥的空隙,提高混凝土的流动度,更重要的是可改善混凝土中水泥石与骨料的界面结构,使混凝土的强度、抗渗性与耐久性均得以提高。

2.2纳米金属粉末在混凝土中的应用

由于纳米材料的表面效应,增加了纳米材料的活性,使得纳米金属粉末具有两个特殊性能,其一是纳米金属粉末的强度、硬度高,并随着晶粒尺寸的减小,其

纳米材料和技术在新型建筑材料中的应用

强度、硬度不断提高,同时还表现出非常好的塑韧性;其二是纳米金属粉末是一种良好的吸波材料。利用上述纳米金属粉末的特殊性能,如果把它掺入到水泥混凝土中,可制成具有功能性的电磁屏蔽混凝土。

2.3纳米金属氧化物在混凝土中的应用

锐钛型纳米TiO2是一种优良的光催化剂,它具有净化空气、除臭、表面自洁等特殊功能。利用纳米TiO2具有净化空气的特性来制备光催化混凝土,它在净化机动车排出的尾气时发生了光催化反应,对机动车辆排放的二氧化硫、氮氧化物等对人体有害的污染气体进行分解去除,起到净化空气的作用。

2.4聚合物/无机纳米复合材料在混凝土中的应用

由于聚合物/无机纳米复合材料的优异性能,使得有关它的理论和应用研究成为当前复合材料的热点,它也有可能应用于水泥混凝土中。把聚合物/无机纳米复合材料用于水泥混凝土中,不仅可以提高混凝土的抗压、抗拉和弯曲强度,而且可提高其耐久性。在混凝土混合料中掺入一定量的聚合物/无机纳米复合材料,使之均匀分散在混凝土中,利用聚合物/无机纳米复合材料的导电性能,测试电阻的变化,建立电阻与荷载之间的模型,从而可以预测混凝土结构的破坏。

3纳米技术在陶瓷材料中的应用

3.1纳米材料在耐高温陶瓷中的应用

二十世纪90年代初,日本Nihara首次报道了以纳米尺寸SiC颗粒为第二相的纳米复相陶瓷具有很高的力学性能,并具有很多独特的性能。含有20%纳米钴粉的金属陶瓷是火箭喷气口的耐高温材料。

3.2纳米材料在保健抗菌陶瓷中的应用

纳米材料的抗菌系列主要有TiO2系列、Ag系列、Cu系列、ZnO系列等,主要是掺入陶瓷釉面中或掺入陶瓷面层中,生产抗菌陶瓷釉面砖和卫生陶瓷等产品,主要用于墙地面装饰、厨房、浴室及卫生间。在生产抗菌陶瓷的过程中,如果再加入远红外陶瓷粉,就可以制成具有复合功能的抗菌保健陶瓷,这种产品不断向外辐射红外线,可促进人体微循环,增加血流量,并提高人体抗寒、抗病及抗衰老能力。

3.3纳米材料在环境友好陶瓷中的应用

利用纳米技术生产的多孔陶瓷(陶瓷微孔材料)材料,可对工业废气进行过滤

纳米材料和技术在新型建筑材料中的应用

分离。多孔陶瓷具有很好的耐热、耐化学腐蚀等性能,具有寿命长、免维修的特点。

3.4纳米材料在绿色能源陶瓷中的应用

利用纳米粒子特殊的光电磁特性制成太阳能陶瓷、远红外陶瓷等,用于建筑物饰面,可开发太阳能,调节环境温度,促进人们身体健康。

4纳米技术在其它方面的应用

建筑钢材也是现代土木工程中应用较广泛的工程材料之一,也在向高强轻质方向发展,特别是利用纳米技术开发自身防火和防腐的钢材,必将促进钢结构更快的发展。

在玻璃、瓷砖等建筑材料表面采用超双亲界面材料技术后,水滴或油滴与表面的接触角接近于零,从而实现自清洁及防雾效果,使作为外墙使用的玻璃、陶瓷等建筑材料也能像荷花一样出污泥而不染,这是纳米界面材料技术赋予传统建材的神奇效果。

利用纳米材料可以提高塑料(高分子材料)的强度,同时还能起到增韧作用。纳米材 …… 此处隐藏：1974字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……