纳米陶瓷的应用及发展趋势
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目前，各国都相继加大了对纳米陶瓷研究的力度，以 便能使性能优良的陶瓷材料与新兴的纳米科技结合，产生 １＋１＞２ 的效果，使纳米陶瓷具有特殊的使用性能［３］。通过往 陶瓷中加入或生成纳米级颗粒、晶须、晶片纤维等，使晶 粒、晶界以及他们之间的结合都达到纳米水平，使材料的 强度、韧性和超塑性大幅度提高。纳米陶瓷克服了工程陶 瓷许多不足，对材料的力学、电学、热学、磁光学等性能 产生了重要影响，为工程陶瓷开拓了新的应用领域［４］。 ２ 纳米陶瓷的应用 ２．１ 信息领域
随着纳米功能陶瓷研究的不断发展，其在军事领域的 应用已变得日趋重要起来。纳米陶瓷具有高活性和耐冲击
的性能，可有效提高主战坦克复合装甲的抗弹能力，能够 增强速射武器陶瓷衬管的抗烧蚀性和抗冲击性，可以制成 坚硬如钢的防弹背心，还能够提高火炮、鱼雷等高射武器 的抗烧结冲击能力，延长其使用寿命［１８］ 。特种纳米功能防 弹陶瓷以其优异的防弹性能、较轻的质量及相对便宜的价 格已成为使用最为广泛的防弹材料。目前，国内外主要使 用的特种防弹陶瓷有 Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ 、Ｓｉ３Ｎ４ 等。
电子陶瓷的应用范围日趋广阔，包括基板、传感器、感 测器、电容器、压电蜂鸣器和热敏电阻等［５］。纳米陶瓷粉体
之所以广泛地用于制备电子陶瓷，原因在于陶瓷粉体晶粒 的纳米化会造成晶界数量的大大增加，当陶瓷中的晶粒尺 寸减小一个数量级，晶粒的表面积及晶界的体积亦以相应 的倍数增加。纳米功能陶瓷可降低产品的成本，并且大大 提高产品的质量。如纳米 Ｙ２Ｏ３ 和 ＺｒＯ２ 在较低温度烧结的陶 瓷具有很高的韧性和强度，被用于轴承和刀具等耐磨器件［６］。 用纳米Ａｌ２Ｏ３ 陶瓷粉体为基体，利用其致密速度快、烧结温 度低和良好的界面延展性，在烧结过程中控制颗粒尺寸在 ２ ０ ０ ￣ ５ ０ ０ ｎ ｍ 的最佳范围，可以获得具有良好超塑性的纳 米陶瓷材料［７］。 ２．２ 生物领域
（１）在设备技术方面，应该向低温烧结、纳米材料的 调控和复合、小型化方向发展，完善和发展陶瓷粉体、纳 米陶瓷结构和性能表征方法。
（２）在性能方面，应该向开发制备高效率、低成本、 多功能和智能化的方向发展。
（３）在应用方面，应该向着智能化敏感陶瓷元件计算 机用光纤陶瓷材料、计算机硬盘和高稳定性陶瓷电容器、纳 米粉体对环境的污染机理等方向发展。
５ 贡长生，等．新型功能材料［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００１， １：１３２￣１３９
６ ＹｅｅＹ．Ｎａｍ，Ｈ．ＬｅｅＳ，ｅｔａｌ．ＰＺＴＡｃｔｕａｔｅｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒｆｏｒｆｉｎｅ－ ｔｒａｃｋｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｈｉｇｈｄｅｎｓｉｔｙｏｐｔｉｃａｌｄａｔａｓｔｏｒａｇｅ［Ｊ］． ＳｅｎｓｏｒｓａｎｄＡｃｔｕａｔｏｒｓ，２００１，Ａ８９：１６６￣１７３
参考文献
１ 周玉．陶瓷材料学［Ｍ］．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社， １９９５：８￣７７
２ 高濂，李蔚．纳米陶瓷［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００２： ８３￣１６
３ 张凯锋，陈国清，等．陶瓷材料超塑性研究进展［Ｊ］．无机材料 学报，２００３，１８（４）：７０５￣７１５
４ 张立德，牟季美．纳米材料和纳米结构［Ｍ］．北京：科学出版 社，２００２：１
生物功能陶瓷能够模仿人体某些特殊生理行为，可以 用来构成牙齿和骨骼等某些人体部位，甚至可望部分或整 体地修复或替换人体的某种组织器官，或者增加其功能［８］。 要使生物陶瓷具有特殊生理行为，必须满足下述生物学要 求［ ９ ］ ：（１ ）与 生 物 机 体 相 容 ，对生物机体组织无毒、无 刺 激 、 无过敏反应、无 致 畸 、致突变和致癌等作用；（２ ）满足一 定的力学要求，有足够的强度弹性形变和被替换的组织相 匹配；（３ ）能和人体其它组织相互结合。
重防腐纳米陶瓷涂料，可以有效防护航标、灯座、船 舶、石油化工设备和各类贮罐、桥梁、桥墩、铁路涵洞、百度文库 井设备、海上油田等设施以及强酸强碱等生产设备的外表 面，在较长的时间内防止强酸碱、盐雾、冻融、霉菌等的 浸渍。 ３ 前景
纵观纳米陶瓷的发展历史，对高纯度、高均匀性和化 学组成精确的纳米陶瓷粉体的制备和应用开发研究是纳 米技术研究的一个长久课题，如何高效率、低成本地获取
纳米吸波材料在具有良好吸波性能的同时，兼备了宽 频带、兼容性好、质量轻、厚度薄等特点，可作军用隐身 材料。目前研究较多的纳米碳化硅陶瓷吸波材料，不仅吸 波性能好、能减弱发动机红外信号，而且具有密度小、强 度高、韧性好、电阻率大等特点，是国内外发展很快的吸 收剂之一［１９］。
此外，有的纳米陶瓷材料润滑作用十分突出，可使坦 克炮塔转动灵活，使枪管润滑从而提高弹丸初速，同时提 高武器使用寿命。纳米陶瓷材料制成的烧结体可作为储氢 材料、热交换器、微孔过滤器以及检测温度气体的多功能 传感器［２０］。 ２．７ 汽车工业
Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｑｉｎｇｄａｏ ２６６５１０） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｓｐｅｃｉａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｎａｎｏｍｅｔｅｒ ｃｅｒａｍｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｎ ａ ｇｒｅａｔ ｍａｎｙ ｄｏｍａｉｎ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ， ｆｏｒ ｉｎｓｔａｎｃｅ， ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｂｉｏｌｏｇｙ，ａｎｔｉｂａｃｔｅｒｉａｌ，ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ，ｐａｉｎｔｉｎｇ，ｅｎｈａｎｃｉｎｇ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ，ｍｉｌｉｔａｒｙ ａｆｆａｉｒｓ ａｎｄ ａｕ－ ｔｏｍｏｂｉｌｅ ｉｎｄｕｓｔｒｙ． Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ， ｓｅｖｅｒａｌ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｎａｎｏｍｅｔｅｒ ｃｅｒａｍｉｃ ｗｅｒｅ ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｎａｎｏｍｅｔｅｒ ｃｅｒａｍｉｃ； ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｓｐｅｃｔ； ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ
关键词： 纳米陶瓷；应用前景；发展趋势
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｔｒｅｎｄ ｏｆ Ｎａｎｏｍｅｔｅｒ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｚｈｅｎｇ Ｈｅｎｇ， Ｓｏｎｇ Ｙｉｎｕｏ， Ｗａｎｇ Ｊｉａｎｍｉｎｇ， Ｚｈｕ Ｚｏｎｇｋｕｉ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
抗菌（杀菌）陶瓷是一种保护环境的新型功能材料，是 抗菌剂、抗菌技术与陶瓷材料结合的产物，也是材料科学 与微生物学相结合的产物，是利用高科技抑制和杀灭细菌， 使传统产品增加科技含量的典型例证［１１］。由于纳米材料具 有表面与界面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量 子隧道效应，其纳米抗菌粉体的抗菌效果将更强，能够广 泛用于卫生、医疗、家庭居室、民用或工业建筑，有着广 阔的市场前景，已成为高技术产品研究开发的热点之一。目 前，按照作用于微生物的机理来划分，抗菌陶瓷可分为两 大类：一类是银系缓释型抗菌陶瓷；另一类是纳米钛系光 触媒型抗菌陶瓷。其中纳米磷酸锆载银抗菌粉体载陶瓷釉 具有缓释性，使得载银抗菌瓷具有持久抗菌性［１２］ 。 ２．４ 压电方面
纳米陶瓷粉末涂料在高温环境下具有优异的隔热保温 效果，不燃烧、不脱落、耐水、防潮、无毒，对环境没有污 染。经测试证明，几个厘米厚的纳米陶瓷涂料涂在热力管 道外面，就可以有效地防止热力向外扩散 ；涂料涂在炼钢 厂等高温炉内，能使炉外表温度控制在 ５０ ℃以内，适用于 冶金、化工工业电厂的热力锅炉及焦化煤气等热力设备和 热力管网等高温设备的防腐、炉外降温。
纳米陶瓷具有高硬度、高韧性、超塑性、高耐磨性以 及耐高温高压性、抗腐性、气敏性、易加工可切削性等性 能，拓展了它在汽车工业中的应用领域［２１］ 。纳米陶瓷既可 作连杆、推杆、轴承、气缸内衬、活塞顶等材料，又可作 氧传感器材料以用于检测汽车尾气，还可用于制造燃料电 池汽车中的高温燃料电池。如用纳米陶瓷作为气缸内衬材 料，因耐高温，可促使燃料燃烧，使燃料的热效率提高；涂 覆于汽车玻璃表面可起到防污和防雾、隔热作用，还具有 保洁杀菌功能；掺入油漆中，不仅能抗老化变脆、防脱落， 极大地提高粘接性能、耐污染性能和汽车面漆的耐候性能， 而且还具有吸波隐身功能和自修功能，可作为磁致冷的工 作物质［２２］。 ２．８ 涂料工业
技 术 进 展
China Chemicals
纳米陶瓷的应用及发展趋势
◆ 郑衡 宋宜诺 王建明 朱宗奎 （ 山东科技大学 化学与环境工程学院 山东 青岛 ２６６５１０）
摘 要： 文章主要介绍了纳米陶瓷材料在信息、生物、抗菌、压电、增韧、军事、涂料工业以及汽车工业等领 域的特殊应用，并对纳米陶瓷的应用前景提出了几个发展方向。
纳米功能陶瓷很好地解决了陶瓷的脆性问题，将纳米 金属颗粒尤其是高温合金相制成的纳米颗粒，加入到陶瓷 材料中，可以使陶瓷的韧性和抗冲击力得到很大的提高，又 不降低原有的强度和硬度，综合了陶瓷和金属两方面的优 势，应用领域十分广泛［１６］ 。特别是轴承工业，目前，陶瓷 材料己被成功地用来制造机床滚动轴承、水泵滑动轴承等。 如水泵中的陶瓷滑动轴承，由于它能够在含有泥沙类固相颗 粒的液体中运转，并且具有良好的耐腐蚀性，因而对于直接 输送海水或江水的船用泵来说，具有特别重要的意义。加之 良好的导热性能，使泵在一定的干运转期间，不会因过高的 升温而发生烧毁。目前纳米陶瓷在轴承中的应用主要有以 下几个方面：（１ ）制成全陶瓷的纳米陶瓷，使制品与常规 陶瓷材料相比，其综合性能，尤其是抗断裂韧性有大幅度 的提高；（２ ）将纳米陶瓷添加到橡胶等轴承材料中，改善 原材料的强度和耐磨性；（３ ）通过在原轴承材料表面涂覆 纳米陶瓷涂层，提高原轴承材料的耐磨性和使用寿命［１７］。 ２．６ 军事领域
１ 概述 纳米陶瓷的研究始于 ２０ 世纪 ８０ 年代中期，它是指通
过有效的分散、复合使异质相纳米颗粒均匀、弥散地保留 于陶瓷基质结构中而得到的复合材料，当其具有某种特殊 功能时便称之为纳米功能陶瓷［１￣２］。现今，通过对纳米尺度 的复杂多元氧化物体系的物理、化学及结构、组成、性能 和使用效能等相互关系的研究，并借助于离子置换、掺杂 等方法调节优化其功能，已经出现了许多具有优异性能或 特殊性能的纳米陶瓷。
纳米陶瓷晶体结构上没有对称中心，具有压电效应。压 电陶瓷具有易于制造、成本低、不受尺寸和形状的限制等 很多优点。通过精选材料组成体系和添加物改性，可以获 得高性能和低温烧结兼优的压电纳米陶瓷材料。通过控制 纳米晶粒的生长可获得量子限域效应，以及性能奇异的铁 电 体 ，以 提 高 压 电 热 解 材 料 机 电 转 换 和 热 释 性 能［ １ ３ ］ 。近 年迅速发展的各类压电变压器、压电驱动器、大功率超声 焊接技术、压电式振动给料器、超声 Ｃ Ｖ Ｄ 新工艺和核电 站相配套的大功率超声工程都是纳米陶瓷在压电方面的 应用［１４￣１５］ 。 ２．５ 增韧方面
化工文摘 ２００８ 年 ２ 期
中 国 国 际 化 工 网 www.intchem.net
４３
技 术 进 展
China Chemicals
优 质 纳 米 陶 瓷 粉 体 ，仍 然 是 当 今 各 国 科 学 家 和 企 业 界 研 究的重点［２３￣２４］。未来纳米陶瓷发展的方向主要有以下几个 方面：
利用纳米微粒可在体内方便传输的特点，科学家开发 出放射疗法用的陶瓷微粒。把可放射β射线的化学元素掺
４２
中 国 国 际 化 工 网 www.intchem.net
化工文摘 ２００８ 年 ２ 期
China Chemicals
技 术 进 展
入纳米微粒内，制成β射线源材料，把它植入肿瘤附近，就 可直接照射癌细胞又不损伤周围正常组织。目前，一种生 物陶瓷材料硅酸铝钇（ＹＡＳ ）就可以满足这些要求。初步临 床表明，用这种材料治疗可以大大延长病人的寿命［１０］。 ２．３ 抗菌（杀菌）方面
随着纳米功能陶瓷研究的不断发展，其在军事领域的 应用已变得日趋重要起来。纳米陶瓷具有高活性和耐冲击
的性能，可有效提高主战坦克复合装甲的抗弹能力，能够 增强速射武器陶瓷衬管的抗烧蚀性和抗冲击性，可以制成 坚硬如钢的防弹背心，还能够提高火炮、鱼雷等高射武器 的抗烧结冲击能力，延长其使用寿命［１８］ 。特种纳米功能防 弹陶瓷以其优异的防弹性能、较轻的质量及相对便宜的价 格已成为使用最为广泛的防弹材料。目前，国内外主要使 用的特种防弹陶瓷有 Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ 、Ｓｉ３Ｎ４ 等。
电子陶瓷的应用范围日趋广阔，包括基板、传感器、感 测器、电容器、压电蜂鸣器和热敏电阻等［５］。纳米陶瓷粉体
之所以广泛地用于制备电子陶瓷，原因在于陶瓷粉体晶粒 的纳米化会造成晶界数量的大大增加，当陶瓷中的晶粒尺 寸减小一个数量级，晶粒的表面积及晶界的体积亦以相应 的倍数增加。纳米功能陶瓷可降低产品的成本，并且大大 提高产品的质量。如纳米 Ｙ２Ｏ３ 和 ＺｒＯ２ 在较低温度烧结的陶 瓷具有很高的韧性和强度，被用于轴承和刀具等耐磨器件［６］。 用纳米Ａｌ２Ｏ３ 陶瓷粉体为基体，利用其致密速度快、烧结温 度低和良好的界面延展性，在烧结过程中控制颗粒尺寸在 ２ ０ ０ ￣ ５ ０ ０ ｎ ｍ 的最佳范围，可以获得具有良好超塑性的纳 米陶瓷材料［７］。 ２．２ 生物领域
（１）在设备技术方面，应该向低温烧结、纳米材料的 调控和复合、小型化方向发展，完善和发展陶瓷粉体、纳 米陶瓷结构和性能表征方法。
（２）在性能方面，应该向开发制备高效率、低成本、 多功能和智能化的方向发展。
（３）在应用方面，应该向着智能化敏感陶瓷元件计算 机用光纤陶瓷材料、计算机硬盘和高稳定性陶瓷电容器、纳 米粉体对环境的污染机理等方向发展。
５ 贡长生，等．新型功能材料［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００１， １：１３２￣１３９
６ ＹｅｅＹ．Ｎａｍ，Ｈ．ＬｅｅＳ，ｅｔａｌ．ＰＺＴＡｃｔｕａｔｅｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒｆｏｒｆｉｎｅ－ ｔｒａｃｋｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｈｉｇｈｄｅｎｓｉｔｙｏｐｔｉｃａｌｄａｔａｓｔｏｒａｇｅ［Ｊ］． ＳｅｎｓｏｒｓａｎｄＡｃｔｕａｔｏｒｓ，２００１，Ａ８９：１６６￣１７３
参考文献
１ 周玉．陶瓷材料学［Ｍ］．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社， １９９５：８￣７７
２ 高濂，李蔚．纳米陶瓷［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００２： ８３￣１６
３ 张凯锋，陈国清，等．陶瓷材料超塑性研究进展［Ｊ］．无机材料 学报，２００３，１８（４）：７０５￣７１５
４ 张立德，牟季美．纳米材料和纳米结构［Ｍ］．北京：科学出版 社，２００２：１
生物功能陶瓷能够模仿人体某些特殊生理行为，可以 用来构成牙齿和骨骼等某些人体部位，甚至可望部分或整 体地修复或替换人体的某种组织器官，或者增加其功能［８］。 要使生物陶瓷具有特殊生理行为，必须满足下述生物学要 求［ ９ ］ ：（１ ）与 生 物 机 体 相 容 ，对生物机体组织无毒、无 刺 激 、 无过敏反应、无 致 畸 、致突变和致癌等作用；（２ ）满足一 定的力学要求，有足够的强度弹性形变和被替换的组织相 匹配；（３ ）能和人体其它组织相互结合。
重防腐纳米陶瓷涂料，可以有效防护航标、灯座、船 舶、石油化工设备和各类贮罐、桥梁、桥墩、铁路涵洞、百度文库 井设备、海上油田等设施以及强酸强碱等生产设备的外表 面，在较长的时间内防止强酸碱、盐雾、冻融、霉菌等的 浸渍。 ３ 前景
纵观纳米陶瓷的发展历史，对高纯度、高均匀性和化 学组成精确的纳米陶瓷粉体的制备和应用开发研究是纳 米技术研究的一个长久课题，如何高效率、低成本地获取
纳米吸波材料在具有良好吸波性能的同时，兼备了宽 频带、兼容性好、质量轻、厚度薄等特点，可作军用隐身 材料。目前研究较多的纳米碳化硅陶瓷吸波材料，不仅吸 波性能好、能减弱发动机红外信号，而且具有密度小、强 度高、韧性好、电阻率大等特点，是国内外发展很快的吸 收剂之一［１９］。
此外，有的纳米陶瓷材料润滑作用十分突出，可使坦 克炮塔转动灵活，使枪管润滑从而提高弹丸初速，同时提 高武器使用寿命。纳米陶瓷材料制成的烧结体可作为储氢 材料、热交换器、微孔过滤器以及检测温度气体的多功能 传感器［２０］。 ２．７ 汽车工业
Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｑｉｎｇｄａｏ ２６６５１０） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｓｐｅｃｉａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｎａｎｏｍｅｔｅｒ ｃｅｒａｍｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｎ ａ ｇｒｅａｔ ｍａｎｙ ｄｏｍａｉｎ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ， ｆｏｒ ｉｎｓｔａｎｃｅ， ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｂｉｏｌｏｇｙ，ａｎｔｉｂａｃｔｅｒｉａｌ，ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ，ｐａｉｎｔｉｎｇ，ｅｎｈａｎｃｉｎｇ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ，ｍｉｌｉｔａｒｙ ａｆｆａｉｒｓ ａｎｄ ａｕ－ ｔｏｍｏｂｉｌｅ ｉｎｄｕｓｔｒｙ． Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ， ｓｅｖｅｒａｌ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｎａｎｏｍｅｔｅｒ ｃｅｒａｍｉｃ ｗｅｒｅ ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｎａｎｏｍｅｔｅｒ ｃｅｒａｍｉｃ； ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｓｐｅｃｔ； ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ
关键词： 纳米陶瓷；应用前景；发展趋势
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｔｒｅｎｄ ｏｆ Ｎａｎｏｍｅｔｅｒ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｚｈｅｎｇ Ｈｅｎｇ， Ｓｏｎｇ Ｙｉｎｕｏ， Ｗａｎｇ Ｊｉａｎｍｉｎｇ， Ｚｈｕ Ｚｏｎｇｋｕｉ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
抗菌（杀菌）陶瓷是一种保护环境的新型功能材料，是 抗菌剂、抗菌技术与陶瓷材料结合的产物，也是材料科学 与微生物学相结合的产物，是利用高科技抑制和杀灭细菌， 使传统产品增加科技含量的典型例证［１１］。由于纳米材料具 有表面与界面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量 子隧道效应，其纳米抗菌粉体的抗菌效果将更强，能够广 泛用于卫生、医疗、家庭居室、民用或工业建筑，有着广 阔的市场前景，已成为高技术产品研究开发的热点之一。目 前，按照作用于微生物的机理来划分，抗菌陶瓷可分为两 大类：一类是银系缓释型抗菌陶瓷；另一类是纳米钛系光 触媒型抗菌陶瓷。其中纳米磷酸锆载银抗菌粉体载陶瓷釉 具有缓释性，使得载银抗菌瓷具有持久抗菌性［１２］ 。 ２．４ 压电方面
纳米陶瓷粉末涂料在高温环境下具有优异的隔热保温 效果，不燃烧、不脱落、耐水、防潮、无毒，对环境没有污 染。经测试证明，几个厘米厚的纳米陶瓷涂料涂在热力管 道外面，就可以有效地防止热力向外扩散 ；涂料涂在炼钢 厂等高温炉内，能使炉外表温度控制在 ５０ ℃以内，适用于 冶金、化工工业电厂的热力锅炉及焦化煤气等热力设备和 热力管网等高温设备的防腐、炉外降温。
纳米陶瓷具有高硬度、高韧性、超塑性、高耐磨性以 及耐高温高压性、抗腐性、气敏性、易加工可切削性等性 能，拓展了它在汽车工业中的应用领域［２１］ 。纳米陶瓷既可 作连杆、推杆、轴承、气缸内衬、活塞顶等材料，又可作 氧传感器材料以用于检测汽车尾气，还可用于制造燃料电 池汽车中的高温燃料电池。如用纳米陶瓷作为气缸内衬材 料，因耐高温，可促使燃料燃烧，使燃料的热效率提高；涂 覆于汽车玻璃表面可起到防污和防雾、隔热作用，还具有 保洁杀菌功能；掺入油漆中，不仅能抗老化变脆、防脱落， 极大地提高粘接性能、耐污染性能和汽车面漆的耐候性能， 而且还具有吸波隐身功能和自修功能，可作为磁致冷的工 作物质［２２］。 ２．８ 涂料工业
技 术 进 展
China Chemicals
纳米陶瓷的应用及发展趋势
◆ 郑衡 宋宜诺 王建明 朱宗奎 （ 山东科技大学 化学与环境工程学院 山东 青岛 ２６６５１０）
摘 要： 文章主要介绍了纳米陶瓷材料在信息、生物、抗菌、压电、增韧、军事、涂料工业以及汽车工业等领 域的特殊应用，并对纳米陶瓷的应用前景提出了几个发展方向。
纳米功能陶瓷很好地解决了陶瓷的脆性问题，将纳米 金属颗粒尤其是高温合金相制成的纳米颗粒，加入到陶瓷 材料中，可以使陶瓷的韧性和抗冲击力得到很大的提高，又 不降低原有的强度和硬度，综合了陶瓷和金属两方面的优 势，应用领域十分广泛［１６］ 。特别是轴承工业，目前，陶瓷 材料己被成功地用来制造机床滚动轴承、水泵滑动轴承等。 如水泵中的陶瓷滑动轴承，由于它能够在含有泥沙类固相颗 粒的液体中运转，并且具有良好的耐腐蚀性，因而对于直接 输送海水或江水的船用泵来说，具有特别重要的意义。加之 良好的导热性能，使泵在一定的干运转期间，不会因过高的 升温而发生烧毁。目前纳米陶瓷在轴承中的应用主要有以 下几个方面：（１ ）制成全陶瓷的纳米陶瓷，使制品与常规 陶瓷材料相比，其综合性能，尤其是抗断裂韧性有大幅度 的提高；（２ ）将纳米陶瓷添加到橡胶等轴承材料中，改善 原材料的强度和耐磨性；（３ ）通过在原轴承材料表面涂覆 纳米陶瓷涂层，提高原轴承材料的耐磨性和使用寿命［１７］。 ２．６ 军事领域
１ 概述 纳米陶瓷的研究始于 ２０ 世纪 ８０ 年代中期，它是指通
过有效的分散、复合使异质相纳米颗粒均匀、弥散地保留 于陶瓷基质结构中而得到的复合材料，当其具有某种特殊 功能时便称之为纳米功能陶瓷［１￣２］。现今，通过对纳米尺度 的复杂多元氧化物体系的物理、化学及结构、组成、性能 和使用效能等相互关系的研究，并借助于离子置换、掺杂 等方法调节优化其功能，已经出现了许多具有优异性能或 特殊性能的纳米陶瓷。
纳米陶瓷晶体结构上没有对称中心，具有压电效应。压 电陶瓷具有易于制造、成本低、不受尺寸和形状的限制等 很多优点。通过精选材料组成体系和添加物改性，可以获 得高性能和低温烧结兼优的压电纳米陶瓷材料。通过控制 纳米晶粒的生长可获得量子限域效应，以及性能奇异的铁 电 体 ，以 提 高 压 电 热 解 材 料 机 电 转 换 和 热 释 性 能［ １ ３ ］ 。近 年迅速发展的各类压电变压器、压电驱动器、大功率超声 焊接技术、压电式振动给料器、超声 Ｃ Ｖ Ｄ 新工艺和核电 站相配套的大功率超声工程都是纳米陶瓷在压电方面的 应用［１４￣１５］ 。 ２．５ 增韧方面
化工文摘 ２００８ 年 ２ 期
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４３
技 术 进 展
China Chemicals
优 质 纳 米 陶 瓷 粉 体 ，仍 然 是 当 今 各 国 科 学 家 和 企 业 界 研 究的重点［２３￣２４］。未来纳米陶瓷发展的方向主要有以下几个 方面：
利用纳米微粒可在体内方便传输的特点，科学家开发 出放射疗法用的陶瓷微粒。把可放射β射线的化学元素掺
４２
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化工文摘 ２００８ 年 ２ 期
China Chemicals
技 术 进 展
入纳米微粒内，制成β射线源材料，把它植入肿瘤附近，就 可直接照射癌细胞又不损伤周围正常组织。目前，一种生 物陶瓷材料硅酸铝钇（ＹＡＳ ）就可以满足这些要求。初步临 床表明，用这种材料治疗可以大大延长病人的寿命［１０］。 ２．３ 抗菌（杀菌）方面