纳米陶瓷材料论文

纳米陶瓷材料论文（精选6篇）

篇1：纳米陶瓷材料论文

纳米材料与纳米技术

学院：自动化学院

专业年级： 2015级物联网工程 学生姓名：梁建业 学号：3115001473

4班 摘要：纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术。文章简要了解纳米材料和纳米技术，介绍它的一些相关的应用及其在国内外的现状，并尝试预测它的发展趋势。与此同时，也共同探讨下其存在的问题。首先，让我们来简单地了解下纳米材料和纳米技术吧！一． 什么是纳米材料？

纳米是一个长度单位，1nm=10ˉ9m。纳米材料是指在结构上具有纳米尺度调制特征的材料，纳米尺度一般是指1~100nm。当一种材料的结构进入纳米尺度特征范围时，其某个或某些性能会发生明显的变化。纳米尺度和性能的特异变化是纳米材料必须同时具备的两个基本特征。

按材质，纳米材料可分为纳米金属材料、纳米非金属材料、纳米高分子材料和纳米复合材料。其中纳米非金属材料又可细分为纳米陶瓷材料、纳米氧化物材料和其他非金属纳米材料。

按纳米尺度在空间的表达特征，纳米材料可分为零维纳米材料即纳米颗粒材料、一维纳米材料（如纳米线、棒、丝、管和纤维等）、二维纳米材料（如纳米膜、纳米盘和超晶格等）、纳米结构材料即纳米空间材料（如介孔材料。

按形态，纳米材料可分为纳米颗粒材料、纳米固体材料（也称纳米块体材料）、纳米膜材料以及纳米液体材料（如磁性液体纳米材料和纳米溶胶等）。

按功能，纳米材料可分为纳米生物材料、纳米磁性材料、纳米药物材料、纳米催化材料、纳米智能材料、纳米吸波材料、纳米热敏材料以及纳米环保材料等）。

二．什么是纳米技术？

纳米技术（nanotechnology）是指在0.1~100nm空间尺度上操纵原子和分子，对材料进行加工，制造具有特定功能的产品或对物质及其结构进行研究的一门综合性的高新技术学科。其实通俗的讲就是“use little things to finish the big work”。我们在分子原子这样的微小尺度上加工材料，得到一些新型的功能性的高科技产品，他们往往具有相比于一般材料更优良的性能，具有很高的实用价值和研究价值。而将纳米应用到测量等方面，又可以达到高精度的效果，比如扫描隧道显微镜(STM)、原子显微镜(AFM)的发明等。另外还有：纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学等方面的应用。

三． 纳米技术的特异性质及其相关的应用。

1.纳米技术的具有的个性效应。

小尺寸效应是指：随着颗粒尺寸的不断减小，当进入纳米量级的时候，颗粒的光、声、电磁和热力学等物理性质将发生根本性变化的一类现象。比如磁性的纳米颗粒的矫顽力异常之高，而且其有很多应用，磁性车票、磁性钥匙、磁性信用卡等都是应用这一性质；又如纳米二氧化钛陶瓷一改传统陶瓷在室温下可弯曲，塑性形变可达到100%，这就克服了传统陶瓷性非常脆的弱点。

量子尺寸效应是指：随着颗粒的尺寸进入纳米量级，电子能级也随之从连续转变为离散的，也就是量子化的了，而且能级间距也发生了分裂。这时纳米微粒的磁、光、声、热、电等性能有了根本性的转变，例如实验结果表明，纳米银是绝缘体。表面效应是指：伴随着颗粒尺寸的不断减小，颗粒总的表面积大幅度变大，表面原子数急剧上升，与此同时，纳米材料的表面能也急剧变大，这种现象称之为表面效应。由于表面原子活化能大，所以它们具有非常高的活性，很不稳定，就更容易与其他物质结合。我们熟悉的现象：纳米金属微粒在空气中就能够燃烧。

宏观量子隧道效应是指：一些宏观量，例如量子相干器件中的磁通量、纳米颗粒的电导率、超微颗粒的磁化强度等也具有隧道效应的现象。

2.纳米技术的特殊性质。

（一）力学性质

高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳米材料中位错滑移和增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。金属陶瓷作为刀具材料已有50多年历史，由于金属陶瓷的混合烧结和晶粒粗大的原因其力学强度一直难以有大的提高。应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油钻探等恶劣环境下使用。

（二）磁学性质

当代计算机硬盘系统的磁记录密度超过1.55Gb/cm2，在这情况下，感应法读出磁头和普通坡莫合金磁电阻磁头的磁致电阻效应为3%，已不能满足需要，而纳米多层膜系统的巨磁电阻效应高达50%，可以用于信息存储的磁电阻读出磁头，具有相当高的灵敏度和低噪音。目前巨磁电阻效应的读出磁头可将磁盘的记录密度提高到1.71Gb/cm2。同时纳米巨磁电阻材料的磁电阻与外磁场间存在近似线性的关系，所以也可以用作新型的磁传感材料。高分子复合纳米材料对可见光具有良好的透射率，对可见光的吸收系数比传统粗晶材料低得多，而且对红外波段的吸收系数至少比传统粗晶材料低3个数量级，磁性比FeBO3和FeF3透明体至少高1个数量级，从而在光磁系统、光磁材料中有着广泛的应用。

（三）电学性质

由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。2001年用碳纳米管制成的纳米晶体管，表现出很好的晶体三极管放大特性。并根据低温下碳纳米管的三极管放大特性，成功研制出了室温下的单电子晶体管。随着单电子晶体管研究的深入进展，已经成功研制出由碳纳米管组成的逻辑电路。

（四）热学性质

纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作用，从而有效地将太阳光能转换为热能。

（五）光学性质

纳米粒子的粒径远小于光波波长。与入射光有交互作用，光透性可以通过控制粒径和气孔率而加以精确控制，在光感应和光过滤中应用广泛。由于量子尺寸效应，纳米半导体微粒的吸收光谱一般存在蓝移现象，其光吸收率很大，所以可应用于红外线感测器材料。

（六）生物医药材料应用

纳米粒子比红血细胞（6～9nm）小得多，可以在血液中自由运动，如果利用纳米粒子研制成机器人，注入人体血管内，就可以对人体进行全身健康检查和治疗，疏通脑血管中的血栓，清除心脏动脉脂肪沉积物等，还可吞噬病毒，杀死癌细胞。在医药方面，可在纳米材料的尺寸上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的药品纳米材料粒子将使药物在人体内的输运更加方便。

纳米材料和纳米技术的现状： 一．国内的研究现状：

与国外相比,由于我们自身的某些特殊原因,国内对纳米材料的研究起步晚,确切的应该是20世纪80年代,到现在仅仅三十来年的时间,但在纳米材料其特异性能的诱惑下，在以中科院为龙头的引导下，我国对纳米材料的研究一直保持高速发展，并取得很多重大成果，使我国对纳米材料的研究在总体水平上达到国际先进水平，当然这些成就的取得得益于国家对纳米高端技术的高度重视，近年来纳米材料已经成为社会热点话题，纳米材料的应用研究正如火如荼地进行，我国已经进入了基础研究与应用研究并重的新局面。由于我国纳米材料研究方面已经取得的骄人成果，使我们的研究情况在国际上都占有一定的地位。目前，我国纳米材料研究资助项目，主要以金属和无机非金属材料主，占80%左右，高分子和化学合成材料是另一个重要方向，都有所突破。而纳米结构材料研究集中在纳米晶、纳米粉、纳米薄膜、纳米材料、纳米材料改性、增强增韧、纳米结构和纳米特性研究;纳米功能材料的重点领域为纳米信息材料、纳米环境材料、纳米传感材料、热电光磁环境下的特性研究。信息领域包括纳米信息材料、纳米电子学、纳米器件等，是材料、物理、信息相互交叉、促进的领域。生命领域主要集中资助生物材料及应用，如生物纳米传感、检测等。矿物和岩土介质中纳米颗粒的分布和形成机理及应用研究则是地球科学的主要内容。

二．国外的研究现状：

科学家很早就预言纳米技术将在21世纪科技舞台上扮演重要的角色。日本通产省政府与1990年做出资助两项十年计划的重要决定，分别是量子装置计划和关于原子技术的计划，因此日本也就成为了世界上大规模大投入研究纳米技术的先导国。日本的公司和研究所主要集中研究材料的加工和制造，包括先进的医疗诊断器械和微电子应用方面。纳米技术广泛而细致，包括如纳米颗粒的合成、加工，以及具有纳米结构的材料的制造等。目前，从总体实力上客观评价，在纳米材料合成和组装研究方面美国处于领先地位，欧洲和日本紧随其后；在生物方法以及其实际应用方面，美国和欧洲又要强一点，日本稍逊一点点；纳米分散和涂层方面美国与欧洲相近，日本的研究较晚一些，但日本在纳米装置领域和固体材料方面相当强悍，比美国、欧洲都先进。发展趋势

一．纳米材料的发展趋势

(1)纳米尺度。通过精确地控制尺寸和成分来合成材料单元,制备更轻更强的材料,并具有寿命长、维修费用低等特点;以新原理和新结构在纳米层次上构筑特定性质的生物材料和仿生材料;由于纳米技术能使物质的物理、化学性能发生根本的改变,如纳米陶瓷硬如钢铁,而纳米钢却能像橡胶那样富有弹性等。所以,纳米技术被认为是21世纪材料技术的发展方向。(2)航天和航空。这方面的研究主要包括:研制低能耗、抗辐射、高性能计算机;微型航天器用纳米集成的测试、控制仪器和电子设备;抗热胀、耐磨损的纳米结构涂层材料。(3)国家安全。通过纳米电子器件在信息控制中的应用,使军队在预警、导弹拦截等领域快速反应;用纳米机械设备控制,国家核防卫系统的性能将大大提高;通过纳米材料的应用,可使武器装备的耐腐蚀、吸波性和隐蔽性有很大提高,可用于舰船、潜艇和战斗机等。二．纳米技术的发展趋势(1)微电子和计算机。纳米结构的微处理器的效率将提高100万倍,并实现兆兆比特的存储器(提高1000倍);研制集成纳米传感器系统。(2)环境和能源。发展绿色能源和环境处理技术,减少污染和恢复被破坏的环境;制备孔径1nm的纳孔材料作为催化剂的载体,用以消除水和空气中的污染;成倍提高太阳能电池的能量转换效率。

(3)医学。纳米粒子将使药物在人体内的传输更方便,将来用纳米结构“组装”一种寻找病毒的药物进入人体后,可对艾滋病、癌症、病毒性感冒等进行治疗;在人工器官外涂上纳米粒子可预防移植后的排斥反应;研究与人体友好的人工组织、器官复明和复聪器件等。

(4)生物。在纳米尺度上按照预定的对称性和排列制备具有生物活性的蛋白质、核糖核酸等,在纳米材料和器件中植入生物材料使其兼具生物功能,生物仿生化学药品和生物可降解材料;动植物的基因改善和治疗,测定DNA的基因芯片等。存在的问题： 一．社会危害

纳米材料（包含有纳米颗粒的材料）本身的存在并不是一种危害。只有它的一些方面具有危害性，特别是他们的移动性和增强的反应性。只有某些纳米粒子的某些方面对生物或环境有害，我们才面临一个真的危害。二．健康问题

纳米颗粒进入人体有四种途径：吸入，吞咽，从皮肤吸收或在医疗过程中被有意的注入（或由植入体释放）。一旦进入人体，它们具有高度的可移动性。在一些个例中，它们甚至能穿越血脑屏障。

纳米粒子在器官中的行为仍然是需要研究的一个大课题。基本上，纳米颗粒的行为取决于它们的大小，形状和同周围组织的相互作用活动性。它们可能引起噬菌细胞（吞咽并消灭外来物质的细胞）的“过载”，从而引发防御性的发烧和降低机体免疫力。它们可能因为无法降解或降解缓慢，而在器官里集聚。还有一个顾虑是它们同人体中一些生物过程发生反应的潜在危险。由于极大的表面积，暴露在组织和液体中的纳米粒子会立即吸附他们遇到的大分子。这样会影响到例如酶和其他蛋白的调整机制。三．环境问题

主要担心纳米颗粒可能会造成未知的危害。四．社会风险

纳米技术的使用也存在社会学风险。在仪器的层面，也包括在军事领域使用纳米技术的可能性。（例如，在MIT士兵纳米技术研究所[1]研究的装备士兵的植入体或其他手段，同时还有通过纳米探测器增强的监视手段。

尽管到目前为止，纳米材料与纳米技术仍然是个饱受争议的话题，对人类的危害还是个未知数，但随着科技的发展,我相信这些问题都将会被妥善解决。纳米的应用领域将不断拓展,将会产生革命性的变革。预计不久的将来,纳米科技将深入到各行各业乃至千家万户,并将成为今后二三十年科技发展的主导技术。

[参考文献] [1]白春礼.纳米科技及其发展前景[J].中国工程咨询, 2000,(4):38-41.[2]夏秦海.纳米技术与环境保护[J].环境保护,2001,(3): 44.[3]张立德.纳米材料研究的进展与我国的对策[J].科技导 报,2000,(10):33-34 [4]百度百科

篇2：纳米陶瓷材料论文

纳米材料在化工产业中的应用

摘要:纳米材料是处于原子簇与宏观物体交界过渡区的一种系统,具有独特的物理性质和化学性质。纳米材料的发展在物理、化学、生物、医药和材料等领域带来了新机遇,在化工产业也得到了一些应用。本文主要介绍了纳米材料的制备方法,然后对它在催化、过滤分离、涂料和精细化工四方面的应用进行了浅析。

关键词:纳米材料 化工产业

纳米材料又称为超细微粒、超细粉末。因为其具有既不同于块体材料,也不同于原子的结构,其晶粒的分界面处于既非长程有序、又非短程有序的高度无序状态,因此纳米材料具有表面效应、体积效应、小尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应等一系列特殊的物理性质和化学性质[1]。80年代初纳米材料概念形成后,纳米材料引起了物理学家、化学学家和材料学家越来越多的兴趣与重视。由于其表现出独特的光、电、磁、热、力学、机械等性能,纳米技术已经快速的渗透到各个领域中去。近年来,纳米材料在化工产业中也得到了一定应用,并表现出了它应有的独特魅力。本文首先介绍了纳米材料的制备方法,然后在文章最后分析了其在催化、过滤分离、涂料与精细化工四方面的应用。

1纳米材料的制备

纳米材料的制备方法主要包括物理方法和化学方法。物理方法由于制备的颗粒档次不高,因此化工产业主要采用化学方法进行制备。化学方法主要包括化学共沉淀法、溶胶—凝胶法、水热法、微乳液法、喷雾热解法、冲击波合成法等。下面对其中的一些制备方法进行一下简单介绍。

1.1化学共沉淀法

化学沉淀法是指在包含两种或两种以上金属离子的可溶性盐溶液中加入适当沉淀剂,将金属离子均匀沉淀或结晶出来,再经过滤、洗涤、干燥、煅烧和热分解等工艺而得到纳米材料的方法。

以ZnFe2O4的合成为例,其反应过程可用下式表示:

产生共沉淀 Fe(NO3)3+Zn(NO3)2+5NaOH=Fe(OH)3+Zn(OH)2+5NaNO3

煅烧时的故乡反应 2Fe(OH)3+Zn(OH)2=ZnFe2O4+4 H2O

1.2溶胶—凝胶法

溶胶—凝胶法是将金属醇盐或者无机盐经过水解而直接形成溶胶,或者经过解凝形成溶胶,然后使溶质聚合凝胶化,然后使凝胶干燥、煅烧以去除有机成分,最后合成纳米材料的方法。

1.3水热法

水热法是以水为溶剂,在较高温度和压力下(100℃、105Pa以上),在一个密闭压力容器内进行反应而制备纳米材料的方法,它制备的纳米材料具有粒径小、粒度均匀、不需要高温煅烧预处理和可实现多价离子掺杂等优点。

2纳米材料在化工产业中的应用

2.1纳米材料在催化方面的应用

催化剂在化工产业生产中可以有效控制反应时间、提高反应效率和速度。但传统的催化剂催化效率比较低,不仅造成原料浪费、难以提高经济效益,而且对环境也造成了很大程度的污染。

纳米材料由于表面活性中心多,其多孔的结构成为它作为催化剂的必要条件,它可以在很大程度上提高反应速度和效率,降低反应温度和条件,甚至使原先不能进行的反应也得以

实现。纳米材料作为催化剂在反应速度上比传统的催化剂提高了10到15倍。纳米材料作为催化剂应用较多的是半导体光催化剂,每一个半导体颗粒可以看成一个分散在溶液里的短路的微型电池。用一定能量的光照射半导体时,半导体吸光形成电子—空穴对。然后在外加电场的作用下,电子—空穴对分离,分别迁移到颗粒不同的表面位置,与溶液中相似的成分进行氧化与还原反应。半导体光催化剂一般可以有效降解水中的有机污染物。比如氧化钛不仅有着较高的光催化活性,而且耐酸碱腐蚀、对光稳定、无毒、成本低、易制备等特点。用纳米材料作为化学产业生产中的催化剂是未来催化科研不可忽视的课题。

2.2纳米材料在过滤分离方面的应用

纳米材料过滤分离技术主要应用在水和空气的纯化、药物和酶的提纯、油水分离等方面。虽然氧分子与氮分子大小差距仅0.02nm,但利用纳米材料进行纯氧的生产无需深冷工艺,可以直接从氧分子中去除氮[2]。除此之外,纳米多孔材料实现了除重金属等环境治理方面的应用,碳纳米管制成的分离膜实现了高速低压气体的分离。

2.3纳米材料在涂料方面的应用

由于纳米材料表面和结构的特殊性,具有强度高、耐磨耗、透明和导电等特点。在传统涂料中加入纳米材料,可以实现传统涂料功能的改性,比如在卫生用品上实现杀菌保洁作用、在标牌上可以实现储存太阳能的目的、在玻璃等建材产品上实现减少光的透射与热传递、在汽车装饰喷涂业上使汽车的金属闪光面漆涂层产生神秘的色彩效果。具有半导体性质的纳米氧化物材料由于在室温下具有比传统氧化物较高的导电性,从而起到良好的静电屏蔽作用。而纳米SiO2可以使涂料抗紫外线辐射、抗老化、提高光洁度和强度。

2.4纳米材料在精细化工方面的应用

精细化工是一个数量繁多、用途广泛的工业领域。纳米材料由于其优越的性能也注定在精细化工方面得到广泛的应用。比如在橡胶中加入纳米SiO2可以提高抗紫外辐射能力,加入纳米SiO2和Al2O3可以提高耐磨性、介电性与弹性。在塑料中加入纳米材料可以提高强度、韧性,从而提高塑料的致密性与防水性。在有机玻璃中加入经过表面修饰处理的纳米SiO2可以提高有机玻璃的抗紫外、抗老化的目的,而加入纳米Al2O3可以提高有机玻璃的高温冲击韧性,而且不会影响其透明性。

3结语

21世纪将是纳米技术的时代,是21世纪最前沿、最重要的科学。随着纳米材料制备、改性技术的不断创新,纳米材料在化工产业生产中得到了越来越广泛的应用。本文主要介绍了纳米材料化学沉淀法、溶胶—凝胶法、水热法等化学制备方法,并对纳米材料在催化、过滤分离、涂料、精细化工等化工产业方面的应用进行了浅析。纳米材料的应用前景无可限量,必将对人类社会产生深远的影响。

参考文献

篇3：纳米陶瓷:开辟工程陶瓷新领域

氧化锆纳米线的合成方法

成果简介:该项目研制的氧化锆纳米线的合成方法, 涉及一种纳米陶瓷材料的制备工艺。该方法是以氧氯化锆 (ZrOCl2·8H2O) 、草酸 (H2C2O4·2H2O) 为原料, 在室温下, 分别配制氧氯化锆 (ZrOCl2) 与草酸 (H2C2O4) 水溶液, 并在不断搅拌氧氯化锆 (ZrOCl2) 溶液的情况下, 将草酸 (H2C2O4) 水溶液慢慢加入到氧氯化锆ZrOCl2溶液中, 然后继续不断地搅拌, 得到锆溶胶;然后将多孔氧化铝膜浸入到所得的锆溶胶中, 待10分钟后, 在压力为1.3MPa情况下加压5小时;将经处理过的膜从溶胶中取出, 在红外灯下烘干, 再在500℃、氩气氛下常压焙烧5小时, 即得到氧化锆纳米线阵列。该方法工艺简单, 原料易得, 可合成出直径为50～300纳米, 长度大于10微米的氧化锆纳米线。该发明可望在催化、涂料、氧传感器、陶瓷增韧、固体氧化物燃料电池等诸多领域中得到广泛的应用。

纳米陶瓷粉体表面乳液聚合改性方法

成果简介:该项目研制的纳米陶瓷粉体表面乳液聚合改性的方法属于纳米陶瓷粉体制造技术领域, 其特征在于依次含有以下步骤:用高速混合搅拌法使陶瓷粉体表面预先涂覆用以使陶瓷粉体表面呈疏水性的偶联剂;使经过偶联剂预处理的纳米陶瓷粉体、乳化剂和水在超声波的作用下形成稳定的乳液体系;以5～0份纳米陶瓷粉体, 0.5～5份有机单体的质量比来加入有机单体, 继续超声分散, 同时缓慢滴加入引发剂, 升温到形成自由基的温度 (70～80℃) , 直至反应结束。用该发明所述的方法可制出具有良好分散性的、经过表面聚合改性的、稳定的陶瓷粉体乳液体系以直接进行离心成型得到颗粒分散均匀的陶瓷素坯。打碎了纳米陶瓷粉体间的硬团聚, 消除了直接影响素坯成型的消极因素, 有利于陶瓷的低温烧结和晶粒细化。

热喷涂用纳米陶瓷粉末的低成本规模化生产方法

成果简介:该技术生产纳米热喷涂粉末材料, 可以控制粉末的晶体粒度、颗粒粒度和形貌, 颗粒内部保持纳米结构。粉末技术指标如颗粒大小及其分布、颗粒形状、流动性等, 满足热喷涂工艺的要求。该技术方法适用于Al2O3、ZrO2、TiO2、SiO2等氧化物陶瓷材料及其复合物的纳米热喷涂粉末的生产。通过反应物浓度、温度、压力、添加剂、成型、晶化等参数的控制和调节, 可实现低成本规模化生产。该技术成果具有良好的应用前景。

低温燃烧-水热合成制备纳米陶瓷颜料

成果简介:该项目的目的就是突破传统的烧结工艺, 将低温燃烧 (Low-Temperature Combustion Synthesis, 简称LCS) 技术和水热合成 (Hydrothermal Synthesis) 技术相结合, 制造纳米陶瓷颜料。该类颜料在陶瓷计算机喷墨打印装饰等领域具有广阔的用途。该颜料主要指标包括, 颜料平均粒径<50nm;颜料使用温度 (根据产品而定) 在1250℃左右;其他性能与普通陶瓷颜料相同。

纳米电子陶瓷材料及其器件工业性制备新技术

成果简介:该项目采用超重力反应沉淀法合成纳米级介质陶瓷基体材料, 利用超重力的作用, 消除微观混合的影响, 克服了常规搅拌釜或管式沉淀法合成颗粒的过程技术上的不足, 同时结合溶胶-凝胶法引入表面改性剂, 提高基体材料与添加剂的混合均匀程度, 控制添加剂的分布状态, 改善成型、烧结等特性, 制备出粒径、粒度分布、物相均可控的改性中低温纳米介质陶瓷材料;并从浓悬浮体结构模型出发, 协调超细粉体在介质中的分散行为;利用纳米效应特性及三维仿真设计软件, 优化介质材料设计及合成工艺。

微乳液纳米反应器合成制备纳米陶瓷颜料

成果简介:微乳液法制备纳米陶瓷颜料是利用两种互不相溶的溶剂在表面活性剂分子界面膜的作用下生成的热力学稳定的、各向同性的、外观透明或半透明的低粘度分散体系。微乳液中剂量小的溶剂被包裹在剂量大的溶剂中形成一个微泡, 微泡的表面被表面活性剂所包裹, 其粒径在1～100nm, 通过选择表面活性剂及控制相对含量, 可将其水相液滴尺寸限制在纳米级, 不同微乳液滴相互碰撞发生物质交换, 在水核中发生化学反应, 每个水相微区相当于一个“微反应器”, 在每个微泡中固相的成核、生长、凝结等过程仅仅局限在一个微小的球形液滴内从而形成球形微粒, 从而得到纳米陶瓷颜料。

精密纳米陶瓷手术刀

成果简介:传统钢制手术刀在使用和加热消毒时易腐蚀、钝化, 寿命低;金刚石手术刀加工工艺复杂, 透明, 操作困难, 价格昂贵。该成果采用纳米陶瓷材料与加工高技术克服了上述缺点, 刀口锋利, 无磁, 无毒, 无静电, 寿命长, 防腐蚀, 具有生物体组织相容性, 精度高, 刀口可快速愈合, 术后无明显切痕, 易于操作, 可在高温下使用, 且成本适中。

永久性自洁净纳米陶瓷釉

成果简介:该产品是一种永久性自洁净纳米陶瓷釉, 在普通陶瓷釉中添加进多种纳米氧化物材料, 改变传统陶瓷釉配方, 使用传统的陶瓷类产品制备工艺烧结, 使新陶瓷类产品陶瓷釉表面有纳米结构, 因此具有疏水和永久性自洁净功能。该陶瓷釉主要用于电力瓷瓶、瓷棒、建筑和家用等自洁净陶瓷类产品中。该发明的陶瓷釉制备工艺简单、成本低、不改变陶瓷产品的生产工艺, 且耐温范围大、耐酸碱性好。

纳米陶瓷涂层、纹路技术在电饭煲、电压力锅上应用

成果简介:电饭煲、电压力锅的内锅需要采用纳米陶瓷涂料。该项目研制的涂料采用无机质的陶瓷经过纳米技术处理和机能性添加剂结合, 加水分解和缩合过程后, 最终形成精密的、高强度的纳米陶瓷涂料, 以金属为基质的内锅表面经过超硬化处理后, 在低温下 (200摄氏度以下) 固化成形, 表面硬度高, 无任何毒性和腐蚀性物质, 无任何气味, 具有节能、耐高温、不粘、安全等特点。采用纹路技术的电饭煲、电压力锅的风锅, 其特征在于锅体内壁均布多边形或圆形或椭圆形凹槽, 特点是内锅加热辐射面积增加, 扩大内锅受热面积, 节约热源。大米或烹饪的食物与锅体均布有间隙, 水填充其中, 加热时水汽传热更充分, 底部受热均匀, 不糊底。

金属陶瓷材料

成果简介:该项目建成乌海市第一条用焦化厂废气生产年产3万吨耐火材料生产线, 主要针对高铝、异形耐火材料的生产。进行了“稀土电解用新型惰性阳极材料”“纳米陶瓷刀具”开发。该项目产品为新型惰性阳极材料及配套产品。以既有良好导电性又具有高温抗腐蚀性且成本低廉的金属铝化物材料为阳极, 替代传统的石墨阳极。利用陶瓷相的纳米尺寸效应提高刀具的韧性使其高于10MPam1/2以上, 同时使用具有特殊物理、化学性质及高温性能的新金属间化合物材料来粘结纳米陶瓷。

纳米材料及加工技术

成果简介:该项目来源于黑龙江省科技攻关计划, 主要研究内容包括纳米材料的制备及成形、纳米材料的加工技术、超分子薄膜体系的自组装技术与机理。取得的成果如下:超纯超细纳米陶瓷粉末原料的制备技术:采用湿化学法制备超纯超细纳米陶瓷粉末, 粒度在30～80nm之间, 无硬团聚;纳米陶瓷超塑成形技术:采用无粘结剂冷等静压成形素坯, 在真空热压烧结炉中烧结, 最后在真空烧结炉中完成超塑成形;纳米复合粉体制备技术:应用高能球磨法采用变转速多次循环球磨工艺, 制备出了平均晶粒尺寸约为25nm的WC-10Co-0.8VC-0.2Cr3C2 (wt%) 纳米复合粉末, 提高了纳米WC-Co复合粉末的制备效率;纳米复合粉体压制成形技术:采用二次双向模压成形工艺对纳米WC-Co复合粉末进行压制, 纳米WC-Co粉末素坯的相对密度达到55%以上;控制纳米晶WC-Co烧结过程中晶粒长大技术:制备出了平均晶粒尺寸为250nm, 综合性能较高的硬质合金块体;纳米陶瓷表面精密磨削技术:采用了在线电解修整 (ELID) 磨削技术对纳米陶瓷块材进行了镜面磨削;纳米陶瓷材料特性的测量技术:采用了纳米压痕技术原理, 获得纳米陶瓷的力学性能;超分子薄膜体系自组装技术:采用液相沉积的方法, 完成了硫醇单分子表面金属团簇的形成。

纳米陶瓷材料产业化制备技术开发

成果简介:该项目运用了材料设计理论和显微结构的控制技术。该项目采用高温溶胶-凝胶工艺, 将几十种矿物原料或工业废渣在高温下溶化成均质的高温溶胶 (玻璃质溶体) , 从而解决了陶瓷材料制备中的组成不均匀性和残留气孔等难题, 将高温容胶快速冷却后形成非晶态溶胶体 (一种可晶化的玻璃) , 然后将非晶态的凝胶体在特定的热处理制度下使之原位受控晶化, 形成晶粒尺寸在纳米级且结构均匀致密的纳米微晶陶瓷。该项目的关键技术主要包括高温溶制技术, 是解决材料组成均匀和性能可靠的关键技术;玻璃熔体的成形技术, 是实现纳米微晶陶瓷制品产业化制备的关键;原位受控晶化技术, 获得具有理想显微结构和优良性能的纳米微晶陶瓷材料的关键。

新型纳米复相陶瓷的制备和性能

成果简介:该成果内容包括CrN、TiN和NbN纳米粉体的制备、高强度高导电Si3N4/TiN纳米复相陶瓷、高强度可切削的Si3N4/BN纳米复相陶瓷和高力学性能的ZTM/SiC、ZTA/LaAl11O18纳米复相陶瓷等。通过纳米复合工艺制备了高强度的纳米复相陶瓷及高强度高导电和高强度可切削的具有结构-功能一体化特性的纳米复相陶瓷, 在汽车、电子、机械和化工行业具有潜在的应用前景。

α-氧化铁基纳米陶瓷制备的CO气敏元件 (中试)

成果简介:该项目是在完成省科技厅1995年下达的“用于CO选择性检测的α-Fe2O3基纳米粉体的合成及气敏元件研制” (闽科鉴字[1997]第81号) 成果基础上, 进行的中试。中试目标是考察放大批量合成纳米粉体并制作CO气敏元件的工艺的可行性和元件的各项性能指标:建立一条制作元件的中试生产线及气敏元件自动检测系统;建立CO气敏元件技术标准。中试选定的纳米粉体和元件生产工艺是可行的。元件性能仍保持小试的样品水平, 达到国内外同类产品先进水平。其主要技术指标:加热功率≤100mV;清洁空气中阻值≤10M;灵敏度≥3 (100ppmCO) ;响应时间≤10秒;气体分辨率≥3 (100ppmCO, H2) 。中试所确定的元件制作工艺可作为批量生产的依据, 建议进行批量生产, 并着手组织力量设计与元件匹配的传感器, 并组织生产整机。

纳米陶瓷粉体表面乳液聚合改性方法

成果简介:该项目研制的纳米陶瓷粉体表面乳液聚合改性的方法属于纳米陶瓷粉体制造技术领域, 其特征在于依次含有以下步骤:用高速混合搅拌法使陶瓷粉体表面预先涂覆用以使陶瓷粉体表面呈疏水性的偶联剂;使经过偶联剂预处理的纳米陶瓷粉体、乳化剂和水在超声波的作用下形成稳定的乳液体系;以5～0份纳米陶瓷粉体, 0.5～5份有机单体的质量比来加入有机单体, 继续超声分散, 同时缓慢滴加入引发剂, 升温到形成自由基的温度 (70～80℃) , 直至反应结束。用该发明所述的方法可制出具有良好分散性的、经过表面聚合改性的、稳定的陶瓷粉体乳液体系以直接进行离心成型得到颗粒分散均匀的陶瓷素坯。打碎了纳米陶瓷粉体间的硬团聚, 消除了直接影响素坯成型的消极因素, 有利于陶瓷的低温烧结和晶粒细化。

篇4：纳米陶瓷材料论文

关键词：纳米技术与纳米材料；教学改革；教学实践

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）12-0029-02

纳米科技是继信息技术之后，人类的又一次技术革命，在人类未来的生活中有着非常重要的影响，纳米科技包括纳米材料学、纳米电子学、纳米生物学、纳米机械学、纳米加工学、纳米检测与表征等多种学科，是21世纪飞速发展的一门新兴学科，[1]它涉及到物理、化学、生物、电子、机械等多个学科，一个交叉性综合性学科。而纳米材料是整个纳米科技的基础，纳米技术则是整个纳米科技的灵魂，两者在纳米科技中相互交织，一起构成了纳米科技的主体，将会带动整个纳米科技发展。认识纳米技术与纳米材料将会是学生能够了解并跟上未来科技的发展，使学生能够对纳米这种新的科学技术有较为全面认识，开拓视野，扩展知识，从而能够让学生在今后从事纳米方面的工作打下良好的技术，所以很多高校在本科生中开设了《纳米技术与纳米材料》课程。《纳米技术与纳米材料》是一门交叉性综合性学科，涉及到物理、化学、电子、生物等学科的基础知识，而授课所面向的学生在这些技术知识方面存在不同程度的不足，在教学方面存在很大的难度；同时纳米科技发展迅猛，需要不断地更新纳米科学技术的最新进展。如何让学生能够全面地了解纳米科技，理解纳米科技中的一些基本原理，对纳米科技产生兴趣，并培养学生的创造能力和思考能力，这是授课中需要思考的问题。针对上述问题，需要对课程的内容安排，教学的方式方法，教学形式以及考核方面做出一些改进和补充。

一、教学内容的安排与更新

《纳米技术与纳米材料》这门课基本涵盖了纳米科技的整个领域，具有内容多，更新快，范围广等特点，且需要在规定的时间内将整个纳米领域讲授给学生，这就需要教学内容条理清晰，重点突出，逻辑性强，结合纳米科技的特点具有较强的创新性和启发性。在我校这门课所选用的教材为国防工业出版社的《纳米技术与纳米材料》（张志焜，崔作林著），该书主要以纳米材料为中心，介绍了纳米材料的制备、特性以及纳米材料的加工、表征手段，内容丰富，知识面广，介绍详细且深入，是一本较为全面的图书。但对于课程的授课对象——本科生以及学校的实际授课课时来说，这本书的还存在一定的问题，如学时较少，涉及的知识面较宽，书中涉及到的理论较为深奥，而学生的基础知识较为薄弱，且授课课时受限，因此导致学生很难接受教材中的知识，全面地理解书中内容。为此，需要将整个教材的内容重新规划，根据纳米科技领域中所涉及到的学科，故将这门课分为纳米基础及概况、纳米材料的应用、纳米材料的制备、纳米材料加工、纳米电子学、纳米机械学，纳米生物学，纳米的发展前景八个部分，这八个部分既相互独立，也相互联系。以这八个部分为主线，将纳米材料的制作，性能，原理以及应用通过总体介绍、分类介绍、综合讲述，全面地介绍纳米科技以及纳米材料的总体以及两者的相互联系。并且在实际授课中，需要言简意赅，重点突出，条理分明，前后贯通，对于纳米科技所涉及的知识尽量深入浅出，对于抽象的知识，通过比喻等方法，将其形象化，易于让学生接受。如讲授纳米电子学的时候，就需要将纳米材料有哪些特殊的电子学特性及优越性明确指出来，以提起学生的兴趣，随后介绍出为什么纳米材料以及纳米结构会出现这种特性，通过比喻等方法，形象化介绍纳米电子机理、机制。针对本科生基础知识薄弱，所以要尽量减少一些不必要的理论知识，并且重点介绍纳米科技中的方法以及思路，从而能够让学生既能够了解纳米科技，又能从纳米科技的发展中学习到纳米科技的创新思路，从而能够培养学生的创新精神和科学素养。同时针对纳米科技这一新兴学科不断发展的特性，适时、适当地开展专题课程介绍目前纳米科技发展的最新动态，从而能够让学生更多地了解目前纳米科技的科研动态，引导学生关注纳米科技的最新动态。希望能够通过这些内容的学习，从而能够使学生真正的了解纳米科技，掌握其中的基础知识，以及其中的一些实用基础，并拓宽知识面，养成科学、严谨、创新的基本素质。

二、课堂教学方式方法的改变

课堂讲授在教学中是一个非常重要的环节，如何有效地利用课堂时间，激发学生的兴趣、注意力，提高学生的学习能力在教学中一直是一个至关重要的问题。这就需要通过启发、诱导、提问、互动等方式，引起学生的注意力，让学生能够参与到课堂中，培养学生的学习自学能力。[2-7]在讲授方面需由浅入深、深入浅出，务必让学生能够理解课堂所讲述的内容，并根据学生的兴趣，引入一些相关感兴趣的内容，激发学生的学习热情和兴趣。这就需要在教学方式，以及教学方法上，根据课程自己的特点和学生的特点对课程的教学进行一些改革，充分利用多媒体教学，通过影像、板书、图片等方法将一些抽象的知识以丰富多彩的方式讲授给学生，同时，这种课堂的互动，通过提问，自发提问，以及课堂小讲演等方法，激发学生的学习兴趣以及自学能力，培养学生的基础素质。首先针对纳米科技教学内容的特点，其中第一部分纳米的基础及概况即导论将介绍整个课程大体情况，是一门课的开篇，这部分将总体介绍课程的特点，课程的结构，以及教学大致内容，纳米导论部分的讲授将直接影响学生对这门课的印象以及日后学习的兴趣。纳米科技已成为人们普遍关注的一个热点领域，并且已经有一部分纳米产品已经在军事，医疗以及日常生活中出现，并且展示出其独特的魅力，如在军工已经应用的雷达波隐身涂层，纳米衣物，纳米灭菌涂层等，由于纳米科技诞生不久，这些只是纳米科技在未来应用的冰山一角，而目前很多性能奇特的纳米材料以及纳米科技还在科学工作者的研究中，所以很多同学对于纳米科技的了解很浅，知其名而不解其意。针对这个现状，就要通过导论的讲授，让学生了解纳米科技的整体轮廓以及纳米科技的长远意义，使学生能够对纳米科技产生较为浓厚的兴趣。为此，对于导论的讲述需要分为四个部分，第一部分，首先要介绍什么是纳米，以及纳米材料和纳米科技的定义，并举一些纳米材料特例，第二部分介绍纳米材料与纳米技术所研究的范围以及构成，从而让学生能够了解纳米科技的整体雏形以及纳米材料与纳米技术在整个纳米中的关系，以及与传统学科之间的关系。第三部分为纳米科技的发展历程，第四部分为纳米科技的研究热点以及研究现状，结合科技和生活实例，并且配合丰富多彩的图像，引领学生进入纳米领域，让学生对纳米科技有一个直观全面的了解，同时激发学生的学习兴趣。同时在课堂上让同学举出自己所了解的一些纳米科技以及纳米材料，进行互动式讨论。让学生对纳米科技有一个较为深刻的印象。其次，利用多媒体教学中丰富的图片以及影像，直观地让学生了解纳米科技中的一些内容。图片以及视频以直观形象的讲授，让学生更容易了解纳米科技中的一些抽象难懂的内容。利用多媒体教学，可以通过文字讲解，配合形象的图片以及视频可以以多种方式相互配合，让学生了解纳米科技，并对其产生兴趣，同时丰富了教学内容。纳米科技日新月异，在纳米领域，不断有新的科技成果出现。针对这一个特点，对于纳米科技的授课，就需要不断地给学生介绍一些最新的具有价值的科技成果，从而能够对学生有所启发，培养学生的创新精神。同时通过学生参观纳米科技相关的科学仪器，组织学生进纳米材料实验室自己动手制备一些纳米材料，培养他们的科研和创新能力。另外，在教学中需要学生能够积极参与，通过讨论、上台讲解的方式将学生的思维、思想引入课堂，以互动的方式进行教学，能够让学生更加深入地了解纳米科技。

三、考核方式的改变

与基础知识课程不同，纳米科技是一门新兴的且实践性较强的课程，所以通过传统的闭卷或者开卷考试，让学生了解知识点对于纳米科技这门课不是非常适合。对于这门课程，需要注重学生的学习效果，学生的平时表现，平时成绩，学习态度，以及独立创新的素质养成，避免学生为应试而死记硬背，所以需要取消考试，以出勤（10），课堂表现（10），平时作业（20），书面调研报告（30），口头报告（30）的考查形式考核学生，培养学生良好的学习习惯。综上所述，在教学工作中教师应有效地掌握所学知识，激发学生的学习热性，引导学生养成良好的学习习惯，培养学生实事求是的科学素养，以及用于探索的创新精神。

参考文献：

[1]翟华嶂，李建保，黄勇.纳米材料和纳米科技的进展、应用及产业化现状[J].材料工程，2011，（11）：43-48.

[2]第23期高校中青年干部培训班“高校教学改革”课题研究组.关于高校“两课”教学方法改革的若干思考[J].国家教育行政学院学报，2006，（2）：31-34.

[3]李进才，孙超.教学方法改革的关键在于教育思想观念的转变[J].中国大学教学，2009，（11）：55-57.

[4]钟延强，李国栋，鲁莹，等.讨论式授课在药剂学教学方法改革中的尝试与体会[J].药学实践杂志，2006，24（5）：307-308.

[5]胡卫东.发达国家职业能力培养的教学方法改革经验借鉴[J].大家，2010，（9）：276.

篇5：纳米材料之电池电极材料

锂离子电池及电极材料

锂离子电池纳米氧化钛UG20具有能量密度高，无记忆效应，环境友好，寿命长等优点。自1991年日本索尼公司率先将其商品化以来，发展迅速，市场范围不断扩大。仅十年时间，其全球产值已超过镍镉和镍氢电池的总和。锂离子电池已在很多领域有着重要的应用，如手机，笔记本电脑，摄像机等电子产品和交通工具中，见图3.21.用锂离子动力电池改装的叫车，每次充电后可运行约480KM；从零加速到每小时100KM只需16s；反复充放电可行程2*10五次方KM；用于航空航天领域的蓄电池要求具有可靠性高，低温性能好，循环寿命长，能量密度高和体积小等特点，而锂离子电池具备这些特点，并已成功的应用与活性着陆器和漫游器的系列探测任务。在军事方面，前线部队动力系统的能量密度的高低是横梁其作战能力的一项重要指标。锂离子电池纳米氧化钛UG20可用于先进潜艇，导弹，隐性飞机等武器装备的动力电源。

锂离子电池（纳米氧化钛UG20）的广泛应用加快了锂离子电池，尤其是锂离子电极材料的研究和发展。特别是近几年来，随着纳米材料的发展，纳米电极也被很广泛应用，为锂离子电池材料的研究开辟了一种全新的思路。事实证明，利用纳米电极材料可以极大的提高电池的可用容量和扩散速率。

篇6：纳米孔绝热材料

一、概述

目前超效绝热材料主要有两种：一种是真空绝热材料，另一种是 纳米孔绝热材料。超效绝热材料已发展成为绝热材料大家族中的重要成员，特别是近几年来，国外超效绝热材料发展明显加快，已成为有关绝热技术国际研讨会上关注的重点之一，“纳米孔绝热材料”的概念在我国的提出只是近两年的事情。

二、纳米孔绝热材料应同时具备以下几个特征：

1、材料内几乎所有的孔隙都应在100小于100nm以下，我国学者近几年来对组成纳米材料的单元尺寸曾有过热烈的讨论：基本认为大部分纳米材料的单元尺寸只有小于100nm才能够有性能方面的跨越式变化，因此目前一般认为只有组成材料的单元尺寸小于100nm时才能称其为纳米材料。

2、材料内80%以上的气孔尺寸都应小于50nm，由于空气中的主要成分氧气和氮气的自由程都在70 nm左右，因此只有在大部分气孔尺寸都小于50nm时材料内部才能基本消除对流，使对流热大幅度降低。

3、材料应具有很低的体积密度。

4、材料在常温和设定的使用温度下都应该有“无对流空气”更低的导热系数。

除上述特征之外，对于大多数绝热材料还要求具有较好的耐高温性能。

三、纳米孔硅质绝热材料的主要产品及其应用 为了满足各种应用需求，纳米孔硅质绝热产品形式的多样化、系列化也是近几年来纳米孔硅质绝热材料发展的一大特点。按照产品的性能特点，大致可分为5类：

1、标准型

典型的标准型纳米孔硅质绝热产品价格适中，最高使用温度一般为950℃。

2、高温型

在原料中加入一些能改善制品加热线收缩率的添加剂，就可得到由标准型改性而成的高温型纳米孔硅质绝热产品，其最高使用温度一般为1025℃。

3、防水型

由于硅质纳米孔结构具有亲水性，而且水的进入可直接导致纳米孔结构的塌陷，因此，在一些可能与水接触的使用场合就需选用具有防水功能的防水型纳米孔硅质绝热产品。

4、高温防水型

高温防水型是通过对高温型纳米孔硅质绝热材料进行防水改性而获得的。

5、优化型

优化型纳米孔硅质绝热产品的强度指标及使用温度均比标准型有所改进，其短时间使用温度可达1200℃，长期使用温度1000℃。此外，由粉尘引起的矽肺危害也比其它产品明显降低。按照产品的外形特点，纳米孔硅质绝热产品又可分为7类：

1、绝热块

纳米孔硅质绝热块的典型容量为每立方米330㎏，标准外形规格有：长×宽×厚（mm）=150×150×3;300×300×10;900×900×25;1500×900×50;1500×900×65.在应用中,绝热块可按需要切割成各种形状的制品。

2、模制哈夫管

模制哈夫管主要用于管道的绝热。哈夫管的组合接缝一般是企口型,以减少“热桥”效应。

3、异型模制件

异型模制件一般均是一些特殊性另用途的绝热制品。大部分是一些电工产品的隔热制品以及航天、航空用绝热制品（如、飞机“黑匣子”的绝热盒等）。

4、贴面的增强板

纳米孔硅质绝热产品采用 贴面主要是增加板材强度，降低产品成本。供选择的贴面材料有：玻纤布，铝箔及某些塑料薄膜。产品容重范围：每立方米200-275 ㎏；厚度范围：3-50mm。标准外形规格有：长×宽×厚（mm）=300×300×3；600×600×10；1500×1000×25；1500×1000×50。

5、玻纤贴面增强带

玻纤贴面增强带除了拥有贴面增强板的特点外，还具有更广的使用范围。它在宽度方向上具有良好的折卷性，因此它适用于一些柱面 3 体的绝热结构。产品容重范围：每立方米200-275 ㎏；厚度范围：3-19mm。

6、玻纤缝制半硬板

玻纤缝制半硬板是由低容重的纳米孔硅质绝热材料外覆玻纤缝制面成的制品，它在所有方向上都具有一定的卷曲性，因此具有更广泛的应用范围（英国的“美洲报”战斗机上就使用了该产品）。产品容重范围：每立方米175-225 ㎏；厚度范围：3-9mm。

7、玻纤复合绳

该产品外覆玻纤布套作为增强，具有容重轻，成本低的特点。可应用于直径小于70 mm的管道绝热。纳米孔硅质绝热产品可以用多种机械的方法进行加工，也可以用激光切割来获得更为精密的尺寸形状。在应用中，如果遇到只能用两块以上绝热产品才能覆盖绝热面的情况，应尽量采用两层或两层以上的绝热结构，并保证相临的层内结缝相互错开。尽量避免“热桥”的产生。对于应用温度超过纳米孔硅质绝热产品规定温度的场合。可采用粘贴、喷涂等施工方法与陶瓷纤维等制品配合使用。

四、纳米孔绝热材料的应用展望

具有优良综合性能的纳米孔绝热材料一旦问世，在军工和宇航领域有着迫切的市场。

在民用方面随着纳米孔绝热材料生产技术的不断成熟与生产规模的有不断扩大，其生产成本将有较大的下降。该材料将首先应用于家庭及单位的太阳能热水器。将纳米孔绝热材料应用于热水器储水箱、管道和集热器，将比现有太阳能热水器的集热效力提高一倍以上，而热损失下降到现有水平的30%以下。太阳能热水器性能的提高对我国阳光充足、气候寒冷的西北地区尤为重要，可以大幅度降低对植物型燃料的依赖，对生态环境的保护具有重要意义。

我国目前拥有家庭太阳能热水器2000万台以上，如每台热水器使用0.1立方米的纳米孔绝热材料,则全国将有200万立方米的潜在市场。

另外,纳米孔绝热材料也应用治金、建材、石化，电子、电力等部门。如电力行业应用于热力电、核电厂的管道及汽轮机保温等，如钢铁厂工人用的炼钢服。

我国第一部《公共建筑节能设计标准》已于今年7月1日起正式实施。建设部相关负责人认为：建筑使用过程中的能耗主要包括建筑采暖、空调、热水供应等方面，各部分能耗大体比例为：采暖空调占65％，热水供应占15％，电气占14％，炊事占6％。采暖空调节能降耗首当其冲。从今年起，中国将大力推广绿色建筑，将对新建住宅要求采取隔热保温措施

建筑隔热涂料产品能够降低冬季采暖能耗，兼顾降低夏季降温能耗，大幅度降低外墙传热系数，节能水平达到国际先进水平，并填补国内墙体保温材料的空白，使当前新旧建筑物均能达到政府的节能要求。根据建筑隔热涂料隔热机理和隔热方式的不同，可分为阻隔性隔热涂料、反射隔热涂料及辐射隔热涂料三类。

阻隔性隔热涂料——转型中

阻隔性隔热涂料是通过对热传递的显著阻抗性来实现隔热的涂料。热传递是通过对流、辐射及分子振动热传导3种途径来实现的。应用最广泛的阻隔性隔热涂料是硅酸盐类复合涂料，这类涂料是20世纪80年代末发展起来的一类新型隔热材料。我国有上百家研究单位和企业在进行保温涂料的研究工作，各生产厂对产品的称呼不尽相同，如“复合硅酸镁铝隔热涂料”、“稀土保温涂料”、“涂覆型复合硅酸盐隔热涂料”等，涂料配方、施工方法各异，性能如快干速硬、防水憎水等也各不相同，但均属硅酸盐系涂料。主要由海泡石、蛀石、珍珠岩粉等无机隔热骨料、无机及有机粘结剂及引气剂等助剂组成。经过机械打浆、发泡、搅拌等工艺制成膏状保温涂料。国家质量技术监督局于1998年5月发布了硅酸盐复合隔热涂料国家标准（CB／T17371—1998），为硅酸盐隔热涂料的生产和应用提供了一个可供参照的技术标准。受历史和社会经济条件等因素的影响，成本较低的阻隔性隔热涂料在我国的发展已达到世界先进水平，但主要用作工业隔热涂料，如发动机、铸造模具、贮油罐等的隔热涂层等。目前这类涂料正在经历一场由工业隔热保温向建筑隔热保温的转变，但由于存在自身材料结构带来的缺陷，如干燥周期长，施工受季节和气候影响大，抗冲击能力弱，干燥收缩大，吸湿率大，对墙体的粘结强度偏低以及装饰性有待进一步改善等，故这类隔热涂料较少用于外墙涂装。

反射隔热涂料———节能高

反射隔热涂料（水性）是在铝基反光隔热涂料的基础上发展而来，通过选择合适的树脂、金属、或金属氧化物颜、填料及生产工艺，制得高反射率涂层，反射太阳光来达到隔热目的。

地球每时每刻受到太阳的照射。太阳每秒有1．765×1017（上标）J能量到达地球，巨大的能量给人类的生存和生活提供了必备条件，但太阳的强烈辐射，也给人们的生活带来一些不便，太阳的高热辐射会给人类赖以生存的空间带来许多危害。夏季阳光照在建筑物屋顶上，顶楼房间的室内温度要比楼下房间高出3－5℃。许多发达国家中，喷淋装置、空调、冷气机和电风扇等降温制冷设备所耗用的能量，占全年总能耗的20％以上。在我国，这些设备消耗的能量则更多。采用太阳热反射涂料则可克服或缓解这些问题，因此具有广阔的发展前景，是能为市场所接受的产品。这种产品现已用于建筑业的钢结构屋顶和玻璃幕墙；石油工业的海上钻井平台、油罐、石油管道；运输业的汽车、火车、飞机表面；造船工业的船壳、甲板；以及坦克、军舰、火箭、宇宙飞船等，起到阻止热传导，降低暴露在太阳热辐射下装备的表面温度和内部环境温度，改善工作环境，提高安全性等作用。

据美国一家公司测算，使用太阳热反射涂料可以节约15％－20％的空调费。它的性能特点决定了其目标市场在石油化工领域、粮储仓库部门、建筑业及车辆、船舶的制造业等方面，市场范围相当广泛。

反射隔热涂料采用进口固体丙烯酸树脂作为基料，利用特种材料，如“空心微珠”等组合形成高太阳热反射漆膜，不仅具有工业、建筑涂料的防腐装饰功能，同时起到了极佳的降温隔热作用。空心微珠填料对近红外光的反射比远远高于普通填料。玻璃微珠与陶瓷微珠的反射比相近，但陶瓷微珠的贮存稳定性差，空心玻璃微珠保温涂料较稳定。

辐射隔热涂料———降温快

辐射隔热涂料是通过辐射的形式把建筑物吸收的日照光线和热量以一定的波长发射到空气中，从而达到良好隔热降温效果的涂料。

其中的关键技术是制备具有高热发射率的涂料组分。研究表明，多种金属氧化物，如Fe2O3、Mn02、C0203、CuO等具有反型尖晶石结构的掺杂型物质具有热发射率高的特点，因而广泛用作隔热节能涂料的填料。人们详细研究了红外辐射的原理，并通过在硅酸盐结晶相中加入Al2O3，Vi02等金属氧化物细粉作为填料而研制出的红外辐射涂料在5－15μm波段内辐射红外线的能力在85％以上。

辐射隔热涂料不同于玻璃棉、泡沫塑料等多孔性低阻隔性隔热材料，因这些材料只能减慢但不能阻挡热能的传递。白天太阳能经过屋顶和墙壁不断传人室内空间及结构，一旦热能传入，就算室外温度减退，热能还是困陷其中。而辐射隔热涂料却能够以热发射的形式将吸收的热量辐射掉，从而促使室内与室外以同样的速率降温。另类新型隔热涂料

薄层隔热反射涂料———还防火

选择耐候性好、韧性好、耐温较高、成膜性好的基料，加入轻质、孔隙率高、热绝缘系数大的绝缘填料及反射率高、表面光洁的反射填料，并辅以合适的分散剂、阻燃剂、成膜助剂等，研制成的薄层隔热反射涂料的热反射率可达85％以上，可用于成品油罐及低温容器的隔热保温。

真空绝热保温涂料———超级薄

真空状态能使分子振动热传导和对流传导两种方式完全消失，为此采用真空的填料以制备性能优良的保温涂料成为当前研究的热点之一。美国推出利用太空科技的ASTEC陶瓷绝热涂料在建筑物内使用，施以薄层即可有效地增强隔热保温效果，秋天可使室温提高2.8－4.4℃，夏天可使室内降低同样的温度，该涂料也具有较长的使用寿命。如一种由极微小的真空陶瓷微珠和与其相适应的环保乳液组成的水性涂料，它与墙体、金属、木制品等基体有较强的附着力，直接在基体表面涂抹0．3mm左右即可达到隔热保温目的纳米孔超级绝热保温涂料———研发中

纳米孔超级绝热材料是建立在低密度和超级细孔（小于50nm）结构基础上，理论上其导热系数可趋近于零。采用纳米孔原料获得比静止空气导热系数（0．023W／m·K）更小的涂膜是完全可能的。降低生产成本，开发使用温度高于1050℃的纳米孔绝热材料是今后研发的主要方向。作为最具市场应用潜力的新兴纳米科学技术，其发展为隔热涂料的研究提供了前所未有的机遇和可能性。

未来发展方向

（1）现有产品及其技术的改进提高。降低成本、提高性能、扩大品种，以满足不同用户的需要。如复合硅酸盐保温涂料应向快速固化、憎水、提高粘接强度、降低密度、负温施工、降低成本和用于建筑节能等方向发展。（2）研制生产复合型多功能保温涂料。一种保温效果良好的涂料往往是两种或多种隔热机理协同作用的结果，各种保温涂料各有其优缺点，可充分发挥各自的特点，进行优势互补，研制出性能优良的复合型保温涂料。

（3）大力发展建筑保温涂料及相关技术。在我国能源消耗中，建筑能耗大约占全国能源消耗的1／4，而建筑用保温材料仅占总量的11％左右，可见建筑节能潜力很大。

（4）积极开发新型保温涂料及相关技术。如低辐射传热涂料、高效薄层隔热防腐一体化涂料等。含纳米或亚纳米微孔结构的涂膜及采用纳米材料制得的涂膜将是下一阶段保温涂料发展的热点之一。

（5）注重环保，利用“三废”开发保温涂料。环保越来越引起世界各国的重视，保温涂料的研制应遵循涂料发展的潮流，向水性、环保的方向发展，避免使用环保法规中禁用的有害物质。

此外，在国防和军事方面，面向未来生物化学战争的特殊军事服装也在研制和生产中。据来自北京安特普纳公司的研究人员黄志永先生介绍，纳米二氧化钛（TiO2）具有光催化性能，在阳光（紫外线）照射下，它能使大多数有机物（包括细菌在内）发生氧化还原反应，生成无污染的CO2和H2O，从而在很短的时间内杀死细菌和病毒，消除空气中的恶臭和纺织品上的油污等。根据纳米二氧化钛（TiO2）的这种性能，我国的军备研究机构已成功地完成了对有毒气体“全氟异丁烯”的彻底无毒降解。将这一成果应用于专用防化服装对我国应对未来高科技战争具有极为特殊的意义。

五、结论

纳米孔绝热材料是随着世界整体纳米技术的发展而形成的新概念、新技术、新产品。其技术的不断成熟和生产成本的不断下降将带来绝热材料与绝热工程领域的一场革命。开发具有我国自主知识产权的纳米孔绝热材料是我国绝热材料工作者的历史史命。我国绝热材料的生产企业只有不断创新，开发与掌握世界最先进的绝热材料生产技术与理论，才能在未来的全球化经济竞争中取得主动权。