浅谈纳米技术在新型建筑材料中的应用

浅谈纳米技术在新型建筑材料中的应用

摘要:纳米技术作为一门新兴的技术,在多个领域具有非常重要的应用,尤其是极大地推动了新型建材的发展,介绍了纳米技术在新型建筑涂料、混凝土、陶瓷、等方面的应用,通过论述可知,纳米材料在新型建材领域具有很好的发展应用前景。

关键词:纳米技术新型建材应用前景

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。在建材(特别是建筑涂料)方面的应用已经显示出了它的独特魅力。

纳米材料由于其表面和结构的特殊性,具有一般材料难以获得的优异性能,显示出强大的生命力。表面涂层技术也是当今世界关注的热点。纳米材料为表面涂层提供了良好的机遇,使得材料的功能化具有极大的可能。借助于传统的涂层技术,添加纳米材料,可获得纳米复合体系涂层,实现功能的飞跃,使得传统涂层功能改性。为了提升传统建筑涂料的各种性能,可用的纳米材料有很多品种。但最主要的是纳米金属、纳米金属氧化物(如TiO2、SiO2、CaCO3、ZnO2等)。

纳米材料涂层具有广泛变化的光学性能,纳米材料多层组合涂层经过处理后在可见光范围内出现荧光,因为纳米材料具有随角度变色效应,添加在涂料中,能使涂层产生丰富而神秘的颜色效应,从而使传统的娱乐设施和雕塑制品大为增辉。在玻璃等产品表面上涂覆纳米材料层,可达到减少光的透射和热传递效果,产生隔热作用。如用纳米材料改性的纳米有机无机复合乳液制备外墙涂料、纳米二氧化硅系列胶体用于外墙涂料等,可以提高涂层户外的耐候性、耐污染性、耐水性、耐擦洗性及涂料悬浮稳定性。

北京开闭幕式上大规模的燃放焰火没有对“鸟巢”的特有膜结构造成损害,究其原因,“鸟巢”顶部膜结构涂有的运用了纳米技术的特种防护涂层起到了重要的作用。

此外,2008年北京奥运会国家体育馆工程建设中采用了纳米石材防护液,经过处理的场馆石材具有超强的耐化学性和耐候性、抗紫外线、不吐黄,防护效果可达数年,同时能增加石材的光泽,使石材色泽艳丽。这种纳米防护液是含有特殊纳米结构物质的液体,可在石材毛细孔内壁上反应形成薄膜,薄膜极低的表面张力阻止了液态水的渗入,使石材容易清洗,脏水和口香糖等都容易清除。同时,这层薄膜保持了石材的质感和呼吸性,石材内部的湿气可以“呼吸”出来,避免了湿气的长期积累,防止出现锈斑和白华,延长石材的寿命。纳米防护液在天安门广场的石材也得到了应用,有效阻止了污渍对石材的渗透,防止口香糖等的沾污．提高了石材清洁度。

纳米技术在涂料行行业的应用和发展,促使涂料更新换代,为成为真正的绿色环保产品开创了突破性的新纪元。

2 纳米技术在水泥混凝土的应用

普通水泥混凝土因其刚性较大而柔性较小,同时其自身也存在一些固有的缺陷,使其在使用过程中不可避免地产生开裂并破坏。为了解决这一问题就必须加速对具有特殊性能混凝土的研发,而纳米混凝土就能有效的解决这样问题。采用纳米技术,开发硅酸盐系胶凝材料的超细粉碎技术和颗粒球形化技术等,可大幅度提高水泥熟料的水化率,在保证混凝土强度的前提下,能降低水泥用量20％～25％,对降低资源负荷和环境负荷,为实现建材工业可持续发展做出重大贡献。

利用纳米材料特性,提高混凝土弹性和韧性,在建筑应用中可提高建筑物防震能力性能。同时还具有防水、吸声、吸收电磁波等性能。

纳米防水水泥是通过在水泥中添加XPM水泥外加剂的纳米材料而制成的,该纳米外加剂掺入水泥后,可以加快水泥诱导期和加速期的水化反应,改善水泥凝固的三维结构,同时提高水泥石的密实度,增强了防水性能。

纳米环保复合水泥是利用纳米材料的光催化功能,从而使水泥制品具有杀菌、除臭以及表面自清洁等功能。通常是选用TiO2作为纳

米添加剂。利用纳米材料量子尺寸效应和光催化效应等性质,使混凝土具备环境净化功能,分解有毒物质和某些微生物,净化空气和地表水等,可在空间和地面同时起到保护环境的良好作用。

利用纳米技术还可以使混凝土具备自我修复功能。当混凝土出现裂纹等缺陷时,通过纳米技术的机制,调动混凝土自身的原子微区反应,进行自我修复,延长工程寿命,提高建筑物安全性。

3 纳米技术在陶瓷材料中的应用

陶瓷因其具有较好的耐高温以及抗腐蚀性以及良好的外观性能而在工程界得到了广泛的应用(如铺贴墙面的瓷砖),但是陶瓷易发生脆性破坏,因而在使用过程中也受到了一定的限制。使用纳米材料开发研制的纳米陶瓷则具有良好的塑性性能,能够吸收一定量的外来能量。20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。纳米技术在陶瓷上的应用潜力不可估量。在陶瓷基中加入纳米级的金属碳化物纤维可以大大提高陶瓷的强度,同时具有良好的抗烧蚀性,火箭喷气口的耐高温材料就选用纳米金属陶瓷作为耐高温材料。用纳米SiC、Si3N、ZnO、SiO2、TiO2、A12O3等制成的陶瓷材料具有高硬度、高韧性、高强度、耐磨性、低温超塑性、抗冷热疲劳等性能优点。纳米陶瓷将作为防腐、耐热、耐磨的新材料在更大的范围内

改变材料的力学性质,具有非常广阔的应用前景。

纳米技术还可以生产生产抗菌陶瓷。纳米材料的抗菌系列主要有TiO2系列、Ag系列、Cu系列、ZnO2系列等,主要是掺人陶瓷釉面中或掺人陶瓷面层中,生产抗菌陶瓷釉面砖和卫生陶瓷等产品。如果再加人远红外陶瓷粉,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。

利用纳米技术生产的多孔陶瓷材料,可对工业废气进行过滤分离。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。利用纳米材料的光催化效应,可对汽车尾气催化分解。还可制成直接吸收并固定So2的陶瓷材料。将这些材料做成饰面瓷砖,可净化空气,提高环境质量。

纳米技术作为一门新兴的学科,被誉为21世纪最具有发展前景的技术,是对未来经济和社会发展产生重大影响的一种关键性前沿技术。纳米技术在建筑材料方面的应用前景非常广阔,纳米技术不仅会推动建材新产品的开发,还将为改善人们的生活环境,提高生活质量做出不可估量的贡献。纳米功能材料已成为国内外研究的热点,目前研究开发工作正处于刚刚起步阶段,还有很多问题还未很好的解决,需要将进一步加速对纳米材料的研究以及推广应用。纳米材料将成为21世纪新型建筑材料的发展开拓新的方向。