纳米技术及其在建材的发展和应用于前景

l、纳米技术的由来及其战略意义 　　纳米是英文namometer的译名，是一种度量单位。1纳米（nm）为百万分之一毫米，也就是10亿分之一（10－9））米。氢原子的直径为0.Inm，一般金属原子的直径为0.3－0.4nm……因此Inm大体上相当于4个原子的直径。纳米技术的研究范围为1-100nm……纳米技术是指在纳米尺度范围内，通过操纵原子、分子、原子团或分子团使其重新排列组合成新物质的技术。也可以说，纳米技术是研究同一小堆原子或分子打交道的技术。 　　最早是1974年在日本有人将“纳米”这个尺度术语用到工程技术上，但是以“纳米”命名的材料刚出现在80年代。 　　它作为一种材料的定义，把纳米颗粒限制1nm－100nm范围。 　　事实上，人们对这一尺度范围材料的研究历史还要早些。人工纳米微粒在60年代由日本科学家首先在实验室制备成功，60年代后期，德国科学家也在实验室获得人工合成纳米微粒。 　　直到1982年，扫描隧道显微镜的发明，人们才意识到，其实在自然界早就有纳米微粒存在。科学家们发现，由几十个或几百个原子组成的纳米微粒，不同于宏观大块物体，也不同于单个的原子和分子，它具有许多新的特性，是人类从未探索过的非宏观非微观的中间领域（介观）。80年代中期，德国萨尔兰大学的格莱特教授以及美国的阿贯实验室的席格尔相继以纳米微粒作为结构单元成功地合成了纳米块体材料。 　　令人振奋的是，他们得到的纳米氟化钙离子晶体和纳米二氧化钛陶瓷材料在室温下表现出良好的韧性，甚至在180℃经受弯曲时，不产生裂纹。这一突破性的进展，使那些为陶瓷的增韧奋斗了近一个世纪的材料科学家们看到了希望，从而也开创了人类利用纳米技术的先河。 　　纳米结构通常是指尺寸在100nm以下的微小结构，只有在电子显微镜下才能观察到其颗粒形态。其主要特点是粒子的比表面积很大（达每克重近百至上千平方米），表面原子占有率高，表面具有来饱和键、悬空键的特殊电子结构，使其在光学性质、磁性、导热以及化学活性等方面具有常规材料所没有的奇异功能和特性。 　　纳米技术是人类社会对物质世界的认识过程中又一重大发现。专家们预测，其重要意义远比集成电路的发明重大得多。集成电路的发明创造了“硅时代”和“信息时代”。而纳米技术在总体上对社会的冲击远比硅集成电路大得多，以至将在21世纪引发许多产业领域的革命。正如美国科学家估计的“这种人们肉眼看不见的极微小的物质很可能给予各个领域带来一场革命”。 　　2、纳米技术在建材中的发展与应用 　　近年来，我国一些单位开始探索纳米技术在建材中的发展反应用工作，取得了一些可喜的成果，现举例介绍如下： 　　浙江省舟山明日纳米材料有限公司继1997年成功地开发出纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米氧化锆、纳米氧化铁后，近年又和化工部橡胶设计研究院合作，研制成功纳米SiO2改性的彩色防水卷材、其原理是以氯化聚乙烯和丁苯橡胶作为主体材料，在传统配方中去掉炭黑，改用纳米sio2作为补强剂和抗老化剂。合成出新型彩色防水卷材，其各项性能指标均达到或优于三元乙丙卷材，并从根本上改变黑色卷材一统天下的格局，可生产各种颜色卷材以满足美化建筑环境的需要。 　　泰兴纳米材料厂近年来相继开发生产了纳米氧化铝、纳米氧化铁、纳米二氧化硅等多种粉体后，又开发了HN－300纳米无机载银抗菌粉。这种纳米无机载银抗菌粉具有广谱抗菌抗毒性，能避免细菌的交叉感染。扬州素成塑胶建材有限公司采用该厂生产的HN－300纳米无机载银抗菌粉已用于生产聚乙烯上水管。 　　浙江南水金池亚纳米材料有限公司于1998年研究和生产的MOD纳米高性能无机抗菌剂，对常见的大肠杆菌、线脓杆菌、金黄色葡萄球菌、黑曲霉菌、青霉菌等有很强的杀菌功能，灭菌率可达99％以上。适用于陶瓷、塑料、水泥、涂料、玻璃、木材、金属等材料的生产，制备各种纳米建材制品。 　　浙江省舟山明日纳米工程技术中心开发生产的MFS350纳米载银抗菌材料具有颗粒尺寸小，粒径分布窄、抗菌谱广、高效、无毒、耐高温、抗菌持久等特点。上海天邦公司将MFS350纳米载银抗菌材料应用于内墙涂料中，生产出具有长久性抗菌功能的内墙涂料。 　　北京市建材科学研究院从1997年开始致力于纳米技术的研究开发工作，通过与国内院校的合作，采用纳米材料为添加剂，研制成功了高耐老化性能的彩色氯化聚乙烯防水卷材。其各项主要技术性能达到了黑色三元乙丙橡胶防水卷材的性能标准，并通过了技术鉴定。随后该院又完成了北京市科委重点项目“北京纳米材料应用技术转化平台的建设”，并开展了纳米材料建筑色浆、纳米材料改性高耐候性建筑涂料，纳米材料改性防水密封胶粘带和中空玻璃密封胶条等建材制品的开发工作。取得了较好的产业化成果。 　　北新建材集团拥有从德国和日本引进的年产6万吨建筑涂料的生产线，生产四大系列20多个品种的环保型乳胶漆。 　　近年来，该公司与国内有关科研院所合作，开发成功力牌纳米漆，具有耐刷洗、抗菌和净化空气等特点。2000年12周该公司在中关村科技团投资500万元，组建成立了北京纳米港科技有限公司，以中国建材科学研究院为主要技术依托，专门从事纳米技术在建材应用方面的研究。 　　浙江上虞正奇化工有限公司研究成功并生产的纳米级透明氧化铁颜料，呈典型的针状微粒结构，其尺寸长油为45nm，短轴为6－7nm.，具有良好的分散性和结晶性，是替代进口产品，用于生产高档颜料和高品质涂料的优良纳米材料。 　　国家工程塑料研究中心、中国科学院化学所工程塑料国家重点实验室等单位，目前正致力于纳米塑料材料及其制品的研究和开发工作。可以预见，一批刚性好、耐热、耐老化、透气性低、抗菌性好等性能优越的塑料异型材、管材等制品将问世，并随着纳米技术研究的深入开展，必将大大推动我国新一代塑料建材的发展。 　　3、加快发展我国纳米建材的几点建议 　　3.l提高纳米技术重要性的认识，促进我国纳米建材的健康发展。 　　纳米技术是对未来经济和社会的发展将产生重大影响的一种关键性前沿技术，这是世界各国科学家的共识。纳米技术经过近20年大量基础性研究工作，目前一些科技成果的产业化正处于大发展的前夜。可以说，哪个国家对纳米技术的重要性认识得深，行动得快，投入的人力和财力多。科研成果转化得快，谁就占领这一领域的科技至高点，谁就赢得这一领域发展的市场主动权。纳米技术对建材的发展也是十分巨大的。因此，我们对纳米材料，纳米技术的战略地位要有足够的认识，要制定纳米建材的发展战略，要集中优势人力和财力，加快纳米建材的研究和开发工作。加快纳米技术提升，改造传统建材的步伐，是时代的要求，是对世纪建材业面临的机遇和挑战。 　　3.2要重视宏观协调和产、学、研结合的研究和开发工作 　　随着人们对纳米技术的重要性认识的不断提高，纳米材料和技术即将成为全行业内外关注并竞争开发投资的热点。 　　为使我国纳米建材沿着健康的方向发展，建议建材主管部门和行业协会加以引导并做好宏观协调工作，把握好总体发展的方向，避免一哄而上，带来脱离市场实际需要的低水平重复性开发和建设。在纳米建材的研究开发中提倡产，学研结合的模式进行联合攻关，联合开发。充分发挥各自的优势，以便少走弯路，尽快出成果，缩短产业化周期，提高研究开发的经济效益。 　　3.3做好纳米材料和技术的评价和信息工作 　　要重点抓好纳米材料及技术检测，评价机构的建立，做好相关产品的检测，标准和认证工作，杜绝假冒纳米建材产品流入市场。要充分发挥信息的导向作用，加强国内外信息交流。建立健全倩息库和网络，为从事纳米材料和技术的单位提供及时，精确，系统的信息，以促进我国纳米建材更快更好的发展。