納米材料在建築材料中的應用

導語：納米級結構材料簡稱為納米材料，廣義上是三維空間中至少有一維處於納米尺度範圍超精細顆粒材料的總稱。根據2011年10月18日歐盟委員會通過的定義，納米材料是一種由基本顆粒組成的粉狀、團塊狀的天然或人工材料，這一基本顆粒的一個或多個三維尺寸在1納米至100納米之間，並且這一基本顆粒的總數量在整個材料的所有顆粒總數中佔50%以上。

　　一、納米塗料的應用

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。而納米塗料則能較好的解決這一問題，納米塗料具有下述優越的性能：(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、沾污性能，抗鹼、耐沖刷性。(3)具有除臭、殺菌、防塵以及隔熱保温性能。(4)納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。

雖然國內外對納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納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，使用納米塗料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”。

　　二、納米水泥的應用

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性能混凝土的研發，而納米混凝土就能有效的解決這樣問題，納米混凝土，與普通混凝土相比，納米混凝土的強度、硬度、抗老化性、耐久性等性能均有顯著提高，同時還具有防水、吸聲、吸收電磁波等性能，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納米礦粉(納米級SiO2、納米級CaCO3)或者納米金屬粉末已達到納米混凝土的性能，而且通過改變納米材料的摻量還能配置出防水砂漿等。目前開發研製的納米水泥材料包括納米防水複合水泥，納米敏感水泥、納米環保複合水泥以及納米隱身複合水泥。

納米防水水泥是通過在水泥中添加XPM水泥外加劑的納米材料而製成的，該納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，增強了防水性能。

納米敏感水泥是在水泥中加入對周圍環境變化十分敏感的納米材料，從而達到改善水泥製品温敏、濕敏、氣敏、力敏等性能。根據添加的敏感材料的不同可將納米敏感水泥用於化工廠的建設、高速路面的鋪設等。

納米環保複合水泥是利用納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作為納米添加劑。

納米隱身複合材料是通過使用具有吸收電磁波功能的納米材料(納米金屬粉居多)，在電磁波照射時，納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。

　　三、納米玻璃的應用

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污垢，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納米薄膜形成的納米玻璃，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。此外納米玻璃具有非常好的透光性以及機構強度。將這種玻璃用作屏幕玻璃、大廈玻璃、住宅玻璃等可免去麻煩的人工清洗過程。

　　四、納米技術在陶瓷材料中的應用

陶瓷因其具有較好的耐高温以及抗腐蝕性以及良好的外觀性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。使用納米材料開發研製的納米陶瓷則具有良好的塑性性能，能夠吸收一定量的外來能量。在陶瓷基中加入納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，火箭噴氣口的耐高温材料就選用納米金屬陶瓷作為耐高温材料。用納米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、低温超塑性、抗冷熱疲勞等性能優點。納米陶瓷將作為防腐、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。

　　五、納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性能，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、抗老化性能的防水材料也是工程界一直在積極研究的問題，納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性能的納米防水卷材，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。納米防水卷材具有叫廣泛的應用前景，如建築頂面、地下室、衞生間、水利堤壩以及防潛工程等。

　　六、納米保温材料

隨着我國推行節能減排的方針，工程界也越來越注重建築的保温節能性能，我國目前使用的比較多的'仍是聚氨酯、石棉等傳統隔熱保温材料，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，而通過使用納米材料開發研製的保温材料則能避免這些弊端，如以無機硅酸鹽為基料，經高温高壓納米功能材料改性而成的保温材料不僅具有很好的保温效果，同時對人體也無損害，是一種綠色環保保温材料。公務員之家

　　七、納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添加納米SiO2等添加劑，使粘合劑的粘結效果和密封膠的密封性能都大大提高。其工作機理是在納米SiO2的表面包覆一層有機材料，使之具有永久性，將它添加到密封膠中很快形成一種硅石結構，即納米SiO2形成網絡結構的膠體流動，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，用納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。

　　八、結語

納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。納米技術在建築材料方面的應用前景非常廣闊，納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。納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納米材料的研究以及推廣應用。納米材料將成為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-納米材料時代。