新型纳米建筑材料

第一篇：新型纳米建筑材料

新 型 纳 米 建 筑 材 料 综 述 报 告

班级：土木123 姓名：霍峰磊 学号：3121611092

新型纳米建筑材料

1.前言

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，研究内容主要包括纳米材料技术、纳米加工技术、纳米性能检测技术和纳米应用技术等。从20世纪8O年代以来，纳米科技研究在世界范围内受到高度重视，有的技术已实用化了。目前纳米科技已经渗透到很多的传统产业中，如染料、涂料、食品等。纳米技术作为一门新兴科学，必将对建材领域产生深远的影响，利用纳米技术解决高性能建材将成为未来建材领域发展的必然趋势。把高科技的纳米材料引入建筑业，开发多功能、高附加值的建筑新材料，以提高我国建行业的技术竞争实力，开拓建筑材料在国内外的市场地位。纳米科技发展到今天，成为一项影响产业发展和国家竞争力的社会化的科技，纳米科技将在新世纪对社会、经济以及国家安全产生重大影响。2.主题

2.1高强度和高韧性纳米陶瓷材料

纳米陶瓷和纳米陶瓷基复合材料是当前陶瓷研究的重要发展趋势。传统陶瓷材料质地较脆，韧性．强度较差，因而使其应用受到了较大的限制。由于纳米陶瓷的晶粒细化有助于晶粒内的滑移，因而使材料具有超塑性行为，也因晶粒细化从而引起材料内气孔或缺陷尺寸减少。在陶瓷基体中加入纳米材料，极大改善了材料的强度韧性及高温性能，用纳米SiC、Si3N4、ZnO、SiO2、Ti02、A12O3等制成的陶瓷材料具有高硬度、高韧性、高强度，并且耐磨性、低温超塑性、抗冷热疲劳性能优异等优点。这种高强度和高韧性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，其应用前景十分宽广。

20世纪90年代初，日本Nihara首次报道了以纳米尺寸的SiC颗粒为第二相的纳米复相陶瓷具有很高的力学性能，纳米陶瓷还具有很多独特的性能，例如①作为外墙用的建筑陶瓷材料，在经过修饰的陶瓷表面具有清洁和防雾功能；②纳米陶瓷具有的塑性行为，使陶瓷在本质上具备了吸收外来能量的机制，陶瓷的脆性有可能解决；③纳米陶瓷具有低的烧结温度、短的烧结时间、高的塑性性能和高的断裂韧性；④在陶瓷基中加人纳米级的金属碳化物纤维，可大大提高其硬度，同时具有良好的抗烧蚀和防热性。

随着科技界对纳米陶瓷材料的研究和开发的深入，人们发现了越来越多的问题：由于纳米陶瓷粉体颗粒细小，必然带来体积庞大、容重较小不利于混合均匀且难以压实、试样成型困难等问题；同时它还具有很大的表面积，在范德华力、静电力和磁力的作用下易发生团聚等问题。因此，为了开发利用纳米陶瓷粉体崭新特性的应用及使之在世界范围内得到最快的推广应用，有下列问题有待解决：①深人研究和探索开发高纯度的纳米陶瓷粉体的制备技术，同时努力搞清楚各种因素对纳米陶瓷粉体性能的影响；②团聚现象是纳米陶瓷粉体制备中最难控制的问题，加强对团聚和解聚的研究势在必行；③研究纳米陶瓷粉体在粒径逐渐变小时的性能变化，特别是低温性能的变化已经越来越必要了。因此，如何控制纳米陶瓷粉体的优势发挥，已经成为高技术陶瓷的一个重要研究课题。【1-2】 2.2在建筑涂料中的应用 2.2.1光学应用纳米复合涂料

纳米粒子的粒径远小于可见光的波长(400～750 nm)。具有透过作用，从而保证了纳米复合涂料具有较高的透明性。纳米粒子对紫外线则具有较强的吸收作用。在外墙建筑涂料中添加TiO2，SiO2等纳米粒子以提高耐候性，在汽车面漆中添加TiO2以提高汽车涂料的耐老化性等。特别是金红石型超细TiO2在汽车面漆中还可起到效应颜料作用，与其他片状效应颜料如铝粉颜料或珠光颜料并用时，会产生伴有乳光的随角异色性，可用于豪华轿车面漆，这是目前纳米TiO2的最大用途，也是国外纳米材料在涂料中应用最为成功的例子之一【3】。2.2.2吸波纳米复合涂料

利用纳米粒子的表面效应，可以制备出吸收不同频段电磁波的纳米复合材料，可用作雷达波吸收剂的纳米粉体有：纳米金属(Fe，co，Ni等)与合金的复合粉体、纳米氧化物(Fe3O4，Fe2O3，ZnO，NiO2，TiO2，MoO2等)的粉体、纳米石墨、纳米碳化硅及混合物粉体等。国外用纳米级羰基铁粉、镍粉、铁氧体粉末已成功配制了军事隐身涂料，涂到飞机、军舰、导弹、潜艇等武器装备上，使该装备具有隐身性能。由于纳米涂层材料具有吸收频带宽、重量轻、厚度薄等优点，因而可望在未来军事隐身化方面大展身手。【4】 2.2.3纳米抗菌涂料

在国内纳米抗菌粉体已实现工业化生产，市场上已有多个牌号的产品出售，主要用于纤维织物中。制成新一代抗菌保洁内衣。如将纳米抗菌粉用于涂料中，则可制得纳米杀菌涂料，涂覆在建材产品，如卫生洁具、室内空间、用具、医院手术间和病房的墙面、地面等，起到杀菌、保洁效果。【5】

另外，采用纳米技术可制成纳米界面涂料，其涂膜界面为超双亲性二元协同界面(既疏水又避油)，将这种涂料涂于建筑材料(如玻璃、陶瓷等)，任何油质、水、灰尘等都不能存留于表面，可保持玻璃和陶瓷等挂面的建筑物长期一尘不染，也会使浴室内的大镜子以及人戴的眼镜在任何情况下也不会产生雾气；如果涂于布料，它不仅可以防水、防油，而且可以防止墨水、酱油等将衣服弄脏，是一种理想的卫生保健布料。

目前，美国研究开发成功并进行产业化的具有随角异色性的豪华轿车面漆、军事隐身涂料、绝缘涂料等，另外，还开展了光致变色涂料、透明耐磨涂料、包装用阻隔涂料层等纳米涂料的研究。日本则在静电屏蔽涂料、光催化自洁涂料的研究开发方面取得了成功并实现了产业化。我国目前的研究开发主要集中在改善建筑外墙涂料的耐候性和建筑内墙涂料的抗菌性方面，二者基本已研制成功。而在工业用涂料、航空航天用涂料以及功能性涂料的研究开发和产业化方面则落后于发达国家。我国已有较多的纳米粉末生产企业，但其并未打开在涂料工业中的应用市场，纳米粒子生产企业及科研单位在纳米粒子的制备及表面改性技术方面具有优势，而涂料科研单位则在涂料的应用研究方面具有优势，只有两者之间紧密结合，才能加快纳米粒子在涂料中的应用步伐。纳米材料在涂料中应用产业化与基础研究应齐头并进。由于涂料种类繁多、成分复杂，纳米粒子的一种亲油改性并不能适用于所有涂料体系，因而必须加强纳米粒子的表面特性与不同涂料体系之间的匹配性研究，只有这样，才能充分发挥纳米粒子的特性。【6】

2.3纳米材料在新型混凝土材料中的应用 2.3.1纳米矿粉在水泥混凝土中的应用

纳米材料由于具有小尺寸效应、量子效应、表面及界面效应等优异特性，因而能够在结构或功能上赋予其所添加体系许多不同于传统材料的性能。利用纳米技术开发新型的混凝土可大幅度提高混凝土的强度、施工性能和耐久性能，如添加纳米SiO2、纳米CaCO3和纳米硅粉等。纳米矿粉不但可以填充水泥的空隙，提高混凝土的流动度，更重要的是可改善混凝土中水石与骨料的界面结构，使混凝土强度、抗渗性与耐久性均得以提高。有研究报道【7】，当纳米材料的添加量为水泥用量的1～3％，并在高速混合机中与其他混合料进行混合后，制备成的纳米复合水泥结构材料，在7d和28d龄期的水泥硬化强度比未添加纳米材料水泥的提高约5O倍，而且韧性、耐久性等性能也得到较大的改善。文献【8】研究了硅灰和纳米级SiO2 对水泥浆体需水量的影响。研究表明，纳米级SiO2的掺量对水泥浆体的需水量影响非常显著，当纳米级SiO2掺量达到水泥用量的8时，水泥浆体的需水量增大一倍，而硅灰的掺量在水泥用量10%以内时，对水泥浆体的需水量影响不明显。同时，研究发现当将两者进行复合添加时，纳米级SiO2的小球体填充于硅灰颗粒之间，与硅灰形成很好的颗粒级配结构。因此，当两者同时添加且纳米级SiO2为1%和硅灰为9%时，需水量并未双倍增加，可见两者的交互作用十分明显。2.3.2纳米金属粉末在混凝土中的应用

纳米金属粉末具有两个特殊性能，其一是纳米金属粉末的强度、硬度高，并随着晶粒尺寸的减小，其强度、硬度不断提高，同时还表现出非常好的塑韧性；其二是纳米金属粉末是一种良好的吸波材料【9】，这是由于纳米材料的表面效应，增加了纳米材料的活性。利用上述纳米金属粉末的特殊性能，如果把它掺入到水泥混凝土中，可制成功能性的电磁屏蔽混凝土。

纳米金属粉末种类较多，同时还包括纳米合金粉末；故应选择合适的纳米金属或合金粉末，使之对混凝土的强度、耐冲击性能的提高最大，而且电磁屏蔽效果最好。此外，要重视和加强纳米金属或合金粉末参与水泥水化反应机理的研究以及吸收电磁波的机理研究。2.3.3纳米金属氧化物在混凝土中的应用

锐钛型纳米TiO2是一种优良的光催化剂，它具有净化空气、杀菌、除臭、表面自洁等特殊功能[9]。利用纳米TiO2具有净化空气的特性来制备光催化混凝土，它在净化机动车排出的尾气时发生了光催化反应，对机动车辆排放的二氧化硫、氮氧化物等对人体有害的污染气体进行分解去除，起到净化空气的作用

2.3.4聚合物／无机纳米复合材料在混凝土中的应用 关于聚合物用于混凝土中，国内外已经有许多报道，而关于聚合物／无机纳米复合材料用于混凝土中却未见报道。由于聚合物／无机纳米复合材料的优异性能，使得有关它的理论和应用研究成为当前复合材料的热点，它也有可能应用于水泥混凝土中。根据聚合物／无机纳米复合材料的性能和聚合物水泥混凝土的研究，如果把聚合物／无机纳米复合材料用于水泥混凝土中，不仅可提高混凝土的抗压、抗拉和弯曲强度，而且可提高其耐久性。在混凝土混合料中掺入一定量的聚合物／无机纳米复合材料，使之均匀分散在混凝土中，利用聚合物／无机纳米复合材料的导电性能，测试电阻的变化，建立电阻与荷载之间的模型，从而可以预测混凝土结构的破坏。【10】 2.3.5绿色水泥工业中的应用

在水泥配料中加人部分纳米级粉料，经均匀分散，在生产过程中可大大节约能源，降低烧成温度，并有利于固相反应和水泥材料显微结构的形成，改善水泥性能，提高水泥强度、耐久性等一系列指标。若采用一定措施控制配料中纳微米颗粒的晶粒长大，则可获得一系列其他意想不到的良好性能，生产系列高性能水泥新品种，如弹性水泥、延性水泥、太阳能水泥、远红外一水泥、环境友好水泥等。

虽然纳米矿粉的掺量一般为水泥质量的l％ ～3％时就有明显的效果，但由于加工纳米矿粉的成本很高，这在一定程度上限制了纳米矿粉在水泥材料中的使用。这就需要探索研制纳米级SiO2，CaCO3，Al2O3。和Fe2O3。等溶胶的方法，并由拌合水带入此溶胶直接制备纳米复合水泥结构材料。随着纳米技术的突飞猛进，相信其加工成本将大幅度地降低，纳米矿粉将成为超高性能混凝土的重要组分。纳米矿粉必须充分均匀地分散到水泥浆或混凝土拌合物中，才能有效地发挥纳米粉的潜在能力，但要做到均匀地分散是比较困难的。较有效的方法是在高速混样器中进行干混或制成溶胶由拌合水带人，直接制备纳米复合水泥结构材料。【11】 2.4纳米技术在高分子材料中的应用

2.4.1新型纳米结构的玻璃、塑料和橡胶制品

纳米材料在玻璃、塑料和橡胶等领域都能发挥重要作用，如纳米Al2O3和sio2加入橡胶中可提高橡胶的介电性和耐磨性，而且弹性也明显优于用炭黑作填料的橡胶。在有机玻璃中加入经过表面修饰处理的SiO2，既不影响透明度又提高了玻璃强度和韧性，可使有机玻璃抗紫外线辐射而达到抗老化的目的，并具有屏蔽紫外线和短波辐射功能，有可能替代传统的钢化玻璃和某些镀膜玻璃。在透明产品塑料中添加少量的纳米Al2O3 和SiO2，利用它透光、粒度小，可使塑料变得更致密，可使塑料薄膜的透明度、强度和韧性、防水性能大大提高，会大大减弱紫外线对透明产品的损伤作用，已被广泛用于塑料薄膜方面。2.4.2抗静电、防电磁辐射的静电屏蔽材料

电子产品的普及使得电磁辐射对人体健康造成了巨大威胁，一些纳米微粒如纳米氧化铁、纳米氧化镍等能强烈吸收电磁辐射，从而对人体起到防护作用。以往的静电屏蔽材料一般都是由树脂掺加碳黑喷涂而成，但性能并不是特别理想。13本松下公司已研制出具有良好静电屏蔽的纳米涂料，利用具有半导体特性的纳米氧化物粒子如Fe2O3、Cr2O3、TiO2、ZnO等做成涂料，在室温下具有比常规的氧化物高的导电特性，就会产生良好的静电屏蔽性能，可以达到防静电、防爆、防尘、防电磁波辐射等功效。2.4.3耐热、隔热、阻燃材料

由于纳米微粒具有特殊的光学性能，对波长为800 nm以上的红外光反射率达70％以上，所以有高度的抗热辐射性能，可达到减少光的透射和热传递效果，具有优良的隔热效果。在建材产品如玻璃、涂料中加入适宜的纳米材料，可以达到减少光的透射和热传递效果，产生隔热、阻燃等效果。在新型、高效防火涂料的研制中，使用氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、铝化合物以及锡化合物等超细无机阻燃添加剂，由于其粒径小，分散性能好，能显著提高涂料的阻燃消烟效果，并能节省阻燃剂的用量，改善涂层的物理机械性能。【12】 2.5纳米技术在其他方面的应用

2.5.1在粘合剂，密封胶和润滑剂方面的应用

利用纳米技术可开发粘合剂及密封胶，将纳米SiO2作为添加剂加入到粘合剂和密封胶中，使粘结效果和密封性能大大提高。其原因是在纳米SiO2：表面包覆一层有机材料，使其具有永久性，而添加到密封胶中很快能形成一种硅石结构，即纳米SiO2，形成网络结构，提高粘结效果，由于颗粒尺寸小，更增加了胶的密封性。【13】大型建材机械等主机工作 时的噪声达到上百分贝，用纳米技术制成的润滑剂，既能在物体表面形成半永久性的固态膜，产生很好的润滑作用，大大降低噪声，又能延长装备寿命。【14】 2.5.2在净化空气和水抗菌、消毒除臭等方面的应用

利用离子交换复合工艺，使层状无机材料在极性分子的作用下发生膨胀、层离，均匀分散在水介质中。其层间可交换性阳离子在电性力的作用下与交联剂发生交换，通过这种交换作用，抗菌或净化成分进入其层间，把层与层撑开，在层间交替形成分子级支柱，从而形成各不相同的纳米复合抗菌材料、净化空气材料。这种纳米复合抗菌材料和净化空气材料可净化甲醛、苯等有毒有害挥发物80％以上，抗菌率达98％以上。

利用纳米技术可开发可净化CO2并产生负离子具有森林功能的建材。森林功能建材具有两个特点，可净化CO2及有害气体，室内的CO2浓度可减少到森林中大气的浓度，还可增加空气中负离子的数量。由于人类的活动，一方面使CO2向大气中的排放量逐年增加。加上人类大量采伐森林，毁灭草木，以致减少了植物从大气中吸收CO2的数量。目前，全球CO2的浓度正在逐年上升，据测定，19世纪CO2的环境浓度为290X10（-6）像荷花一样出污泥而不染，这是纳米界面材料技术赋予传统建材的神奇效果。资料表明20世纪初正负离子的比例为1：12，现在正负离子的比例为12：1，正离子的增加引起慢性病增加，交通事故增多。负离子的主要作用为：① 减少电子波的污染；② 空气净化；③ 减少VOC（挥发性有机化合物）和香烟污染；④ 抗菌防霉；⑤ 促进动植物的成长。减少空气中CO2的作用有：① 减少地球环境负荷；② 空气净化作用；③ 减少细菌繁殖；④减轻疲劳，创造舒适环境。总之，增加负离子和减少CO2均可创造清爽和舒适的环境，有利于健康。【15】 2.5.3性能特殊的光学材料

纳米材料具有特殊的抗紫外线、吸收和反射红外线能力，这种材料用建筑材料可获得抗紫外、抗可见光和抗红外功能。研究表明纳米TiO2、ZnO、SiO2对波长在300～400 nm波段具有很强的紫外线吸收能力，大大降低了紫外线对高分子材料分子链的攻击，大大减少了活性自由基的产生，保护了高分子链不被紫外线所降解，从而可有效地保护人体免受紫外线的损伤。纳米微粒TiO2、ZnO、SiO2、A12O3和Fe203的复合粉体与高分子纤维结合，对中红外波段有很强的吸收性能。2.5.4光催化材料

纳米材料催化剂具有独特的晶体结构及表面特性，因而其催化活性和选择性都大大优于常规催化剂。例如Fe和Ni微颗粒可生成MrxCyHz组成的准金属有机粉末，其对氮氧化物、油脂、甲醛等物质具有明显的催化降解作用。在玻璃、陶瓷和瓷砖的表面涂上一层纳米TiO2薄层后具有的光催化氧化活性，在光的照射下任何玷污在表面上的物质，包括油污、细菌和病毒均可被其分解氧化变成气体或者很容易被擦掉的物质，达到除毒、脱色、矿化的目的，高层建筑的玻璃、厨房、外墙陶瓷、瓷砖的保洁都可以很容易地进行。2.5.5新型防护材料

我国传统建筑防水材料是在胶料中加入炭黑，这种工艺比较成熟，但制成品全都为黑色，耐腐性及耐候性差，易老化，不能满足人们对色彩的要求。如何选择一种既能提高强度、弹力、耐腐、耐候、抗老化性能，又不影响染色剂染色效果的浅色无机填料，成为合成高性能彩色防水卷材的关键。北京市建材科学研究院成功研制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。同时还开发了纳米材料建筑色浆、纳米材料改性高耐候性建筑涂料等。纳米SiO2，改性的防水卷材具有色彩新颖、光稳定性、热稳定性及化学稳定性好，弹力、强度、韧性、抗老化性极佳等优点，是一种新型的高性能的彩色防水卷材，可广泛用于建筑顶面、地下室、卫生间、水池、水利堤坝、隧道等防水、防潜工程，发展前景极为广阔。2.6纳米材料在建筑材料应用中存在的问题

在以上利用纳米材料对建筑材料进行改性的应用过程中都存在的主要问题就是纳米微粒的分散性差，易团聚凝聚。目前纳米材料应用的关键技术问题是在大规模制备的质量控制中，如何做到均匀化、分散化、稳定化。为解决这一问题，应当对纳米粒子的表面进行处理而降低其表面能，对颗粒表面进行表面化学改性和表面吸附包覆改性处理。尽管目前纳米材料的应用研究已经取得了一定的成果，但由于纳米微粒本身的高活性而引起的团聚问题，以及纳米微粒的制备、保存、运输等环节之间的关系问题使其应用受到限制，如何均匀地把纳米微粒分散到目标物中仍然是目前纳米微粒应用研究的热点之一。【16】 3.总结

纳米功能材料及纳米技术已成为世界各国研究的热点，纳米技术已渗透到人类生活和生产的各个领域，使得许多传统产业得到改进。随着建筑业的飞速发展，越来越多的新型纳米材料必将对建筑材料产生深远的影响，开发具有新功能的纳米材料和拓宽现有纳米材料在建材中的应用领域，对改造现有传统的建材产品，提高其发展空间和市场竞争力，具有十分重要的意义。4.参考文献

【1】胡圣飞．纳米级CaCO3粒子对PVC增韧增强研究[J】．中国塑料，1999，(6)【2】张志强，王玉平(西南科技大学，四川绵阳621010)第34卷第3期2008年6月

【3】周树学，武利民．纳米材料在涂料中的应用研究[J]．新产品新材料，2001，(3)【4】任晓菲，李静．纳米技术与新型建筑材料[J]．太原大学学报，2003，(2)【5】焦恒，周万城．雷达吸收剂研究进展[J]．材料导报，2000，(3)【6】阎鑫，胡小玲，等．雷达波吸收剂材料的研究进展[J]．材料导报，2001，(1)【7】叶青．纳米复合水泥结构材料的研究与开发I-J]．新型建筑材料，2OOl(11)【8】李颖，唐 明，聂元秋．纳米级SiOx与硅灰对水泥浆体需水量的影响I-J]．沈阳建筑工程学院学报(自然科学版)，2002，18(4)【9】阎 鑫，胡小玲．雷达波吸收剂材料的研究进展I-J]．材料导报，2001(1)【10】宋小杰 纳米材料在新型混凝土材料中的应用 安徽建筑工业学院学报(自然科学版)第l5卷第4期2007年8月

【11】张志强，王玉平(西南科技大学，四川绵阳621010)第34卷第3期2008年6月

【12】魏志强 王政军等 纳米技术在建筑材料中的发展与应用 中国粉体技术 第11卷第1期 2005年2月

【13】张化萍．划时代的建筑材料[J]．专家论坛，2001，(1)【14】魏志强 王政军等 纳米技术在建筑材料中的发展与应用 中国粉体技术 第11卷第1期 2005年2月 【15】何登良 董发勤等 纳米技术在建筑材料领域的应用 混凝土 2005年第8期(总第190期)【16】魏志强 王政军等 纳米技术在建筑材料中的发展与应用 中国粉体技术 第11卷第1期 2005年2月

第二篇：浅谈新型建筑防水材料

浅谈新型建筑防水材料

孙媛媛

（中南大学土木工程学院，湖南 长沙410075）

【摘要】本文主要介绍防水材料，突出强调新型防水材料。除此之外，本次论文的主要目的为搜集现有各种防水材料的特性及施工特点，利用纳米技术等新兴技术，对已有防水材料进行改进，向单层、冷施工的方向发展。新型防水材料的开发与应用对提高建筑工程质量，完善人居环境有着重要的意义。

【关键词】新型；建筑；防水材料；纳米技术；产业化

Review to New Building Waterproof Material

Sun Yuanyuan（Civil Engineering College，Central South University，Changsha，Hunan 410075，China）【 abstract 】This paper introduces new waterproof materials, highlight new waterproof material.In addition,the main purpose of this paper is to collect existing waterproofing properties of the materials and construction features, the use of nanotechnology and other emerging technologies, there are waterproof material to improve the direction of the single-layer, cold construction.The development and application of new waterproof materials to improve the quality of construction, improve the living environment has an important significance.【 key words 】New;Building construction;Waterproof material;Nanotechnology;Industrialization

一、建筑防水材料

建筑防水材料（简称防水材料）是一类能使建筑物和构筑物具有防渗、防漏功能的材料，是建筑物的一个重要组成部分。i． 防水材料的作用

防水材料的防渗作用是指防止地下水、雨水或地基中的盐分等腐蚀性介质渗透到建筑构件或地基基础的内部，防止由此而造成的性能劣化，甚至失效。防漏作用是指防止雨水、雪水、地下水等从屋顶、墙面、地基或混凝土构件的接缝处渗漏到建筑使用空间，蓄水结构或渠道结构内的水向外渗漏或建筑物、构筑物内部相互止水。所以防水材料是能保护建筑物和构筑物及其构件不受水的侵蚀和破坏，保证建筑物和构筑物正常使用的一类不可缺少的功能性材料。目前已广泛应用于工业与民用建筑、市政建筑、地下水工程、道路、桥梁、地铁、隧道、涵洞、大坝、渠道护坡、海港工程、国防工事、洞库等领域。正确选择和合理使用建筑防水材料，对保证建筑物和构筑物的质量和使用功能，延长其使用寿命是至关重要的环节。

ii． 建筑防水材料的种类

1、按材料的性质划分

（1）柔性材料 ：柔性材料又可以分为高弹性防水材料—橡胶、柔性树脂的硫化物（固化物）；塑性（延性）防水材料—非反应性材料，如腻子。

（2）刚性材料 ：如防水砂浆及混凝土、金属板材等。

2、按材料的外观形态及使用功能划分

（1）防水卷材 ：适用于平整的大面积施工。施工快捷、防水效果好。但是卷材与基层（底材）的粘接、卷材接缝处的防水处理是其薄弱环节。不宜用于像卫生间这样面积小、形状复杂、边缘及接缝密集的部位，易被基层不平处尖角刺穿而失效。

（2）防水涂料 ：可形成无缝的整体防水层，防水效果好。边缘处防水处理简易，宜用于形状复杂、边缘多的部位。涂层与基层贴合紧密，粘结强度高，提高了耐裂缝及水密性。对基层的平整度要求不高，不会出现尖角刺穿的现象。采用刷涂施工效率低，劳动强度大。采用喷涂施工可提高工效，但环境污染大。

（3）防水密封材料

（4）防水胶黏剂：它是防水材料的主要配套材料，用于粘接防水卷材，填充基层的微裂缝，填平粗糙的表面，使卷材与基层粘贴密实。它不仅具有较大的粘接强度，还应具有较好耐水性和水密性。

（5）灌浆材料 ：灌浆材料能减少基础渗漏、改善裂隙岩体的物理力学性质，增加建筑物和构筑物地基的整体稳定性，提高其抗渗性、强度和耐久性。在建筑工程和水利工程中得到广泛应用。灌浆材料可以分为三大类：①无机灌浆材料 ②沥青灌浆材料 ③化学灌浆材料。

（6）刚性防水材料（7）堵漏防水材料

3、按基体（母体）材料的类型划分（1）无机材料。如水泥等

（2）天然有机材料。如石油沥青、煤沥青、焦煤油等

（3）合成高分子材料。如聚氨酯、环氧树脂、氯丁橡胶、有机硅、氯化聚乙烯等

二、纳米技术的诞生

纳米技术的灵感，来自于已故物理学家理查德·费曼 1959 年所作的一次题为 《在底部还有很大空间》的演讲。这位当时在加州理工大学任教的教授向同事们提出了一个新的想法。从石器时代开始，人类从磨尖箭头到光刻芯片的所有技术，都与一次性地削去或者融合数以亿计的原子以便把物质做成有用的形态有关。范曼质问道，为什么我们不可以从另外一个角度出发，从单个的分子甚至原子开始进行组装，以达到我们的要求？他说：“至少依我看来，物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物品的可能性。” 1990 年，IBM 公司阿尔马登研究中心的科学家成功地对单个的原子进行了重排，纳米技术取得一项关键突破。他们使用一种称为扫描探针的设备慢慢地把 35 个原子移动到各自的位置，组成IBM 三个字母。这证明范曼是正确的，二个字母加起来还没3个纳米长。不久科学家不仅能够操纵单个的原子，而且还能够“喷涂原子”。使用分子束外延长生长技术，科学家们学会了制造极薄的特殊晶体薄膜的方法，每次只造出一层分子。目前，制造计算机硬盘读写头使用的就是这项技术。

著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德· 费曼预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，最后将变成根据人类意愿，逐个地排列原子，制造产品，这是关于纳米技术最早的梦想。

三、纳米材料的特性以及其与建筑防水材料所要求性能的高度契合

1、纳米材料的特性

广义地说，纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围（0.1nm~100nm）或由他们作为基本单元构成的材料。特性 :（1）表面与界面效应：这是指纳米晶体粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。例如粒子直径为10纳米时，微粒包含4000个原子，表面原子占40%；粒子直径为1纳米时，微粒包含有30个原子，表面原子占99%。主要原因就在于直径减少，表面原子数量增多。

（2）小尺寸效应：当纳米微粒尺寸与光波波长，传导电子的德布罗意波长及超导态的相干长度、透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，它的周期性边界被破坏，从而使其声、光、电、磁，热力学等性能呈现出“新奇”的现象。

（3）量子尺寸效应 ：当粒子的尺寸达到纳米量级时，费米能级附近的电子能级由连续态分裂成分立能级。当能级间距大于热能、磁能、静电能、静磁能、光子能或超导态的凝聚能时，会出现纳米材料的量子效应，从而使其磁、光、声、热、电、超导电性能变化。

（4）宏观量子隧道效应：微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。纳米粒子的磁化强度等也有隧道效应，它们可以穿过宏观系统的势垒而产生变化，这种被称为纳米粒子的宏观量子隧道效应。

2、建筑防水材料所要求的物理及化学性能

如石油沥青特性 :(1)防水性：石油沥青是憎水性的胶凝材料，本身结构致密、不溶于水，同时具有良好的塑形以及与矿物材料的粘附性和粘结力，故它具有良好的防水性。

(2)黏滞性：是指沥青在外力作用下，抵抗变形的能力。沥青在常温下的状态不同，黏滞性的指标也不同。对于在常温下呈固体或半固体的石油沥青，以其针入度来表示黏滞性的大小；对于在常温下呈液体的石油沥青，以黏滞度来表示其黏滞性的大小。

(3)塑形：是指沥青在外力作用下，产生变形而不破坏，除去外力后，仍保持变形后形状的性质。塑形用延度来表示。

(4)温度敏感性：是指石油沥青的粘滞性和塑性随温度升降而变化的性能。沥青是高分子非晶态物质，没有一定的熔点，随着温度的升降发生变化（固体→半固体→液体）的变化。

(5)大气稳定性：是指沥青在热、阳光、氧气等大气因素的长期综合作用下，抵抗衰老的性能。在大气因素的综合作用下，沥青中低分子组分向高分子组分转变，且树脂转变为地沥青质比油份转变为树脂的速度快的多，油份和树脂逐渐减少，地沥青质逐渐增多，使沥青的流动性、塑性和粘结性降低，硬脆性增大，这种现象称之为石油沥青的“老化”。

四、新型防水材料

新型建筑防水材料是相对传统石袖沥青油毡及其辅助材料等传统建筑防水材料而言的，其“新”字一般来说有两层意思，一是材料“新”，二是施工方法“新”。改善传统建筑防水材料的性能指标和提高其防水功能，使传统防水材料成为防水“新”材料，是一条行之有效的途径，例如对沥青进行催化氧化处理，沥青的低温冷脆性能得到了根本的改变，使之成为优质氧化沥青，纸胎沥青油毡的性能得到了很大提高，在这基础上用玻璃布胎和玻璃纤维胎来逐步代替纸胎，从而进一步克服了纸胎强度低、伸长率差、吸油串低等缺点，提高了沥臂油毡的品质。

i． 主要新型防水材料

新型建筑防水材料主要有合成高分子防水卷材、高聚物改性沥青防水卷材以及防水涂料、防水密封材料、堵漏材料、刚性防水材料等。

1、高聚物改性沥青防水卷材系以高聚物改性的沥青为涂盖材料，以玻纤毡、黄麻布、聚酯毡为胎体所制成的卷材，它克服了普通沥青油毡的不足，具有高温不流淌、低温不脆裂、拉伸强度高、延伸率较大等优异性能，是我国今后大力发展和推广的防水卷材之一。

2、合成高分子防水卷材系以合成橡胶、合成树脂或两者的共混体为基料，加入适当化学助剂和填充料等经过塑炼混炼、压延或挤出成型、硫化、定型等工序加工而成。该卷材具有抗拉强度高，断裂伸长率大，抗撕裂强度高，耐热、耐低温性能好以及耐腐蚀、耐老化、可冷施工等优良特性，是高档次防水卷材，也是我国今后要大力发展的新型防水材料。

3、高聚物改性沥青防水涂料通常是用再生橡胶、合成橡胶、SBS或树脂对沥青进行改性而制成的溶剂型或水乳型涂涂膜防水材料。通过对沥青改性的防水涂料，具有高温不流淌、低温不脆裂、耐老化、增加延伸率和粘结力等性能，能够显著提高防水材料的物理性能，扩大应用范围。

4、刚性防水材料主要是水泥防水砂浆及混凝土、金属板材等。刚性防水本身具有很好的水密性，但其接缝处仍需采用柔性防水材料来密封。

5、堵漏材料是针对建筑物和构筑物由于种种原因形成裂缝或孔洞而产生的渗漏进行修补或抢修用的材料。堵漏止水材料应不溶于水，且具有较好的耐水解性和水密性。自身强度和粘接强度较高，能在潮湿面上或水中快速固化、粘接，最好具有较大的高弹性和水胀性。

6、防水密封材料又称嵌缝材料。主要用于建筑物和构筑物中各种接缝或裂缝的嵌填以保持水密性。防水密封材料应具有较大的塑性和粘结性，或具有较大的高弹性，以适应接缝或裂缝拉压等位移变形，保持水密性。ii．我国新型防水材料的发展前景

按国家建材行业及制品导向目录要求及市场走势，SBS、APP改性沥青防水卷材仍是主导产品，将大力发展；高分子防水卷材重点发展三元乙丙橡胶（EPDM）、聚氯乙烯（PVC）P型两种产品，并积极开发热塑性聚烯烃（TPO）防水卷材。防水涂料前景看好是聚氯酯防水材料（尤其是环保单组分）及丙烯酸酯类。密封材料仍重点发展硅酮、聚氨酯、聚硫、丙烯酸。防水保温一体化材料、刚性防水材料、防渗堵漏材料、金属屋面材料、沥青瓦、土木材料有一定市场。在“十五”期间，我国经济进入新的阶段，新型防水材料年平均增长率将逐步加大，预计在全国防水工程的占有率达到50%以上。

新型防水材料应用于工业与民用建筑，特别是住宅建筑的屋面、地下室、厕浴、厨房、地面防水外，还将广泛用于新建铁路、高速公路、轻轨交通(包括桥面、隧道)、水利建设、城镇供水工程、污水处理工程、垃圾填埋工程以及建筑物外墙防水。

参考文献

［1］ 沈春林．新型防水材料产品手册［Ｍ］．北京：化学工业版社，2001．

［2］ 韩喜林．新型防水材料应用技术［Ｍ］．北京：中国青年出版社，1979．

［3］ 邓钫印．建筑工程防水材料手册［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，2001．

［4］ 沈春林，苏立荣，李芳，高德才．刚性防水及堵漏材料［Ｍ］．北京：化学工业出版社，2004．

［5］ 李荣，孙曼灵，任普亮．聚氨酯防水材料与施工技术［Ｍ］．北京：化学工业版社，2005．

［6］ 蔡建中，傅雁，陆继光．新型建筑材料应用技术［Ｍ］．江苏：科学技术出版社，1988．

［7］ 沈朝福，周新，谢征薇，李筠花，艾胜兰，王晓斌．新型防水材料及施工［Ｍ］．北京：中国建筑工业版社，1988．

［8］ 陕西省建筑设计研究院编.新型建筑材料施工手册［Ｍ］.北京：中国建筑工业出版社，1999.［9］ 俞苗庭，张钰，国产新型建筑防水材料介绍［Ｍ］．北京：中国建筑工程公司科技情报站，中国建筑第一工程建筑科学研究所，1991． ［10］ 张树培，防水材料选用［Ｍ］．中国建筑防水出版社，1998

第三篇：新型纳米晶荧光材料及其应用技术(技术)

三、化工材料类

（九）材料学院

1.新型纳米晶荧光材料及其应用技术（技术）

 成果简介：

北京理工大学材料学院纳米光子学材料与技术实验室在致力于开发性能优异、绿色、实用的纳米晶发光材料研究。在国家“973”计划项目和自然基金项目的支持下，研制出一种基于铜铟硫（CuInS2）和铜铟硒（CuInSe2）的新型、绿色、低毒荧光纳米晶材料，已在白光照明、发光二极管、生物标记、太阳能电池等领域获得重要的应用，相关的材料制备和应用技术已申请了专利。

本项目所制备的新型纳米晶荧光材料性能优异，波长可在500-900 nm之间调控，荧光量子产率超过50%，可作为荧光材料用于白光照明二极管、电致发光器件、近红外生物标记以及低成本太阳能电池等领域，具有广泛的应用前景。该材料是使用我们自己发展起来的技术路线，具有成本低廉，合成路线绿色，可大规模生产等特点，已经在实验室已经实现其10g量级的制备，未来中试开发能够实现公斤级别的放大生产。

 项目来源：973项目/自然科学基金项目

 技术领域：新材料技术/信息技术/生物和医药技术/先进能源技术  应用范围：白光照明二极管、电致发光器件、近红外生物标记以及低成本太阳能电池等领域

 现状特点：国内领先、国际先进  技术创新：新型材料、绿色合成路线  所在阶段：研发阶段/样机/小批量生产

 成果知识产权：已经申请发明专利两项，发表学术论文4篇  成果转让方式：合作开发/技术许可

 市场状况及效益分析：有望代替稀土荧光粉成为白光照明二极管的荧光粉材料；有望代替广泛使用的CdSe量子点，作为发光二极管和生物标记材料；有望成为“电子墨水”成为低成本的太阳能电池材料。

2.动脉大出血用快速止血材料制备技术（技术）

 成果简介：

平时严重交通伤，战时火器伤，恐怖袭击，抢险救灾以及塌方、台风、地震、海啸、泥石流等自然灾害可能造成短时间内同时出现大批伤员。对这些伤员伤口的急救历来是创伤急救医学甚为关注的问题。由于不及时的止血，可能会导致伤员昏迷、休克甚至死亡的严重后果。

目前临床常用的止血材料主要适合于日常手术中的止血，但对大动脉剧烈喷射状出血止血效果欠佳。对这种类型出血的止血一直是医学研究中的难题。美国军方早在2003年伊拉克战争中就已将所研制的动脉出血用快速止血材料装备部队，并在2007年开发出了可快速止血的先进军装。我国进行此类产品目前仍是市场空白。本课题组对新型止血材料已经过多年的深入研究，目前材料性能稳定，价格低廉，止血效果突出。

本课题组根据功能高分子材料结构—性能相关性，设计、制备了对动脉喷射状大出血具有快速止血作用的新型止血材料。该材料在第三军医大学创伤、烧伤、复合伤国家重点实验室和军事医学科学院对本材料的止血性能进行了全面的试验。止血性能试验结果表明，该材料对动脉喷射状出血具有优异的止血效果，使用该材料后创面恢复情况良好，不会产生任何刺激作用,材料具有良好的生物相容性,性能明显优于目前常用的明胶海绵、海藻酸钙、云南白药等止血材料。第三军医大学创伤、烧伤、复合伤国家重点实验室对本材料的使用效果给予了高度评价，认为“此研究成果处于国内先进地位，具有很强的独创性”。 项目来源：自然科学基金项目，横向项目等  技术领域：新材料技术

 应用范围：该类材料可制成止血粉、止血海绵、止血栓、止血绷带、喷雾剂等剂型。可用于临床手术，院外急救，家庭药房，装备军队等。 现状特点：国内领先  所在阶段：中试阶段  成果知识产权：发明专利申请

 成果转让方式：技术转让或技术许可

 市场状况及效益分析： 针对动脉大出血的快速止血材料具有较大的市场需求量。目前，美国已经将具有类似功能的快速止血材料装备于部队，但国内未见具体应用；国内临床手术用的较好的止血材料也多是Merocel、Ivalon等进口材料，但价格昂贵。本项目所制得的产品止血性能优异，制造成本低，具有良好的公益效益、经济价值和产业化前景。 图片展示：

表1 不同材料对新西兰白兔不同部位动脉出血的止血效果

股动脉

止血材料

止血时间/s 本研究成果 云南白药 明胶海绵 海藻酸钙 阴性对照 空白对照 34.00±8.43 84.00±58.92 50.50±13.83 80.00±48.99 62.00±18.74 69.00±28.85

止血率/%

90 100 90 100 100

止血时间/s 20.00±0.00 110.00±42.43 118.00±57.62 56.00±26.08 122.00±79.50 180.00±00.00

止血率/% 100 90 100 100 40 0

止血时间/s 23.00±6.75 41.50±14.92 35.00±13.33 41.00±21.83 107.00±43.47 154.00±35.34

止血率/% 100 100 100 100 100 40

脾脏

耳动脉

注：止血率指180s内止血成功率

A

B

C

D

新西兰白兔耳动脉止血后创面恢复情况

A手术后5min, B手术后7d, C手术后15d, D手术后20d 3.包埋缓释型功能高吸水性树脂（技术）

 成果简介：

在高吸水性树脂的网络结构中包埋肥料、药物等功能性物质，可利用高吸水性树脂本身优异的网络结构获得良好的缓释效果，大大提高高吸水性树脂的功能，拓宽其应用范围。但传统的高吸水性树脂包埋技术将包埋与聚合、交联过程同步进行，由于聚合单体的强化学腐蚀性以及聚合过程的放热作用，极易对包埋物质的结构及功效造成破坏，使这些物质难以起到应有的应用效果。

本课题组近期新开发了一种温和、高效的包埋功能性物质的高吸水性树脂制备技术，此过程不会对各种需要包埋的功能性肥料或药物造成任何破坏作用，制备过程简单，制备好的树脂对包埋分子具有良好的缓释效果。

树脂饱和吸水倍率>800g/g，饱和吸生理盐水倍率>60g/g，对包埋的药物不产生破坏作用，具有良好的缓释效果。 项目来源：自然科学基金项目，横向项目等  技术领域：新材料技术

 应用范围：采用此技术制备的功能性高吸水性树脂可在农业、医药等领域获得广泛应用。 现状特点：国内领先  技术创新：  所在阶段：中试阶段  成果知识产权：发明专利申请  成果转让方式：技术转让或技术许可

 市场状况及效益分析： 该包埋型高吸水性树脂的制备方法独特，分子包埋效果好，制备过程温和、能耗小。采用此方法制备的高吸水性树脂可作为缓释型医疗吸收剂，也可作为农业中对肥料、农药的缓释制剂，具有很大的市场需求量。

4.新型高效稳定型壳聚糖衍生物络合碘杀菌材料（技术）

 成果简介：

将功能性壳聚糖的改性产物（壳聚糖改性接枝共聚物，壳聚糖改性季铵盐衍生物等）与碘络合，制得新型高分子抗菌剂。该材料具有高效、安全的杀菌、抗病毒效果，成为新一代抗菌材料：

① 有效碘含量＞60mg/g，远高于目前市场使用的碘制品；

② 碘结合稳定，60℃下加热6h，有效碘含量降低比率＜3%，碘具有良好的缓释性；

③ 具有广谱的杀菌性能，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、绿脓杆菌、粪肠球菌、肺炎克雷伯菌、白色念珠菌、淋球菌、单纯疱疹病毒及乙肝病毒有良好的杀灭效果，近期研究发现，对HIV、HPV病毒等均体现出杀灭作用；

④ 动物实验表明，该衍生物动动物皮肤及粘膜都不会产生任何刺激作用。⑤ 产品形式多样，冻干型制剂使用促进冻干新技术，可在极短的时间内迅速冷冻干燥成粉末状固体，易于与其它敷料一起混合后冷冻干燥定型；水溶性及油溶性碘络合物可分别与不同性质基体复合，制得多用途、多剂型的抗菌材料。 项目来源：自然科学基金项目，横向项目等  技术领域：新材料技术

 应用范围：该类敷料，具有特别好的碘稳定性，具有很强的市场竞争力，在各类医疗器械、消毒制剂、药品中可广泛使用，具有良好的效果和优异的稳定性能。

 现状特点：国内领先  所在阶段：中试阶段  成果知识产权：发明专利申请  成果转让方式：技术转让或技术许可

 市场状况及效益分析：该类络合碘制品具有高的有效碘含量，高的碘稳定性，高的广谱杀菌性，低刺激性等优异特点，在高端抗菌医疗器械方面有很好的应用效果，具有广阔的应用前景。

5.廉价、高效的材料微、细观力学性能原位观察系统（产品）

 成果简介：

对于各种颗粒、纤维增强复合材料，目前主要采用大规模的宏观力学实验寻找力学性能变化规律，进而为提高材料力学性能提供支持，实验繁杂，周期长，投入大。采用显微镜原位力学性能测试方法，对复合材料在各种外力作用下的破坏过程进行细观观测，有助于对填料、纤维的增强效果及其对复合材料力学性能的影响进行研究，进而探寻影响材料力学性能的主要因素，可大大节约开发成本，提高开发效率。但目前国内所具有的细观力学性能观测条件主要利用带有原位加载台的扫描电镜技术，该实验系统成本昂贵，国内仅有少数几家科研院所拥有此设备，主要适于科学研究，不适于企业、应用型研究单位的平时性能调配试验，不利于本实验技术的推广普及。

本课题组与分析设备企业联合开发，设计研制了满足企业、科研单位日常生产、研究所需的立体显微镜—原位细观力学观测—数据评价系统。利用此系统，可对材料在不同温度下（200℃~-70℃），在一定的外力作用下的细观破坏过程进行原位观测、数据分析和评价，发现影响材料力学性能的主要因素，进而对材料的力学性能的调整提供技术支持。此系统以立体显微镜代替扫描电镜，同时创新性地开发了原位拉伸系统的数据分析、评价功能，大大提高了分析研究水平。目前，此设备已完成了开发及试用，使用效果受到好评。在合作中，可根据企业、研究单位的具体测试需求进行设计与加工。 项目来源：973项目，横向项目等  技术领域：新材料技术

 应用范围：该技术可应用于各种颗粒、显微增强复合材料的细观力学性能观测与评价，大大提高复合材料力学性能调节效率，促进企业、研发单位相关技术的提高。 现状特点：国内领先  所在阶段：样机

 成果知识产权：发明专利申请

 成果转让方式：合作开发/技术服务/技术转让/技术许可/合作办厂等  市场状况及效益分析：

该实验系统包括立体显微镜（材料表面细观变化的观测系统）—原位加载台及控制系统（实现准静态、可控、可测量加载）—数据分析及评价系统（对实验结果进行判定，指导力学性能调节）。该系统应用于力学性能调节等研究中，可大大节约研究成本，提高研究效率。

6.耐油膨胀型防火橡胶及防火捆扎带（产品）

 项目简介：由北京理工大学阻燃材料研究国家专业实验室研发的耐油膨胀型防火橡胶及防火捆扎带，可应用于燃油、润滑油等环境中电线电缆火安全防

护。已通过20kg级工艺放大，材料厚度≤1.0 mm的耐火时间≥5 min（1200℃火焰）；热稳定性≥200℃；具有耐油、耐高温加速老化、耐冷热循环及良好的力学性能。

7.阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料（产品）

 成果简介：由北京理工大学阻燃材料研究国家专业实验室研发的阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料，可广用于建筑外墙保温、管道保温及电冰箱隔热材料。该材料具有阻燃效率高、产烟量低、压缩强度高、导热系数低、等优点。密度6080 kg/m3；氧指数＞30%；垂直燃烧自熄时间＜10s、燃烧高度＜60mm；辐射热流50kW/m2下的峰值热释放速率＜170kW/m2。

8.赤泥复合阻燃剂开发和应用（产品）

 成果简介：赤泥复合阻燃剂属于环保型无机阻燃剂，具有高效阻燃、低的热释放速率、低的产烟量及低成本的优势。可应用于阻燃聚乙烯、阻燃聚丙烯等通用塑料及乙丙胶等橡胶材料。在阻燃电缆料、铝塑复合板等领域有广泛应用前景。已建成1000t/a赤泥复合型阻燃剂试验线。

性能指标

赤泥复合阻燃剂性能指标

序号 1 2 检测项目 粒度 热分解温度

检测标准 GB/T 19077.1-2008 JY/T014-1996

阻燃PE性能指标

序号

检测项目

检测标准

检测结果 检测结果 ≤10µm ≥200℃ 2 3 4 热释放速率峰值 垂直燃烧等级 烟密度等级

GB/T 16172-2007 GB/T 2408-2008 GB/T 8627-2007

≤150 kW/m2 FV-0 级 SDR≤75 满足应用需求 拉伸强度及断裂伸长率 GB/T1040.2-2006

9.无卤膨胀阻燃PES热熔胶（产品）

 本项目所研制的无卤膨胀阻燃PES热熔胶，具备优异的阻燃性能、良好的加工成膜性、环保、低烟。可应用于电子行业、服装行业等。 性能指标

1)阻燃PES热熔胶通过UL 94垂直燃烧V-0级； 2)具有良好的加工成膜性；

3)热熔胶膜厚度为0.5mm时，UL 94垂直燃烧通过VTM-0级； 4)热熔胶及其成膜后的力学性能及耐水洗性良好

10.新型多种肠溶包衣材料及生物纳米纤维制备（产品）

 成果简介：本项目是系列纤维素基医用肠溶包衣材料及其纳米纤维的制造技术。首先以天然棉纤维素为原材料, 通过成熟技术制备pH敏感性智能材料羟烷基烷基纤维素醋酸琥珀酸酯(HPMCAS/HEMCAS)、羟烷基烷基纤维素邻苯二甲酸酯(HPMCP/ HEMCP)、羟烷基烷基纤维素醋酸邻苯二甲酸酯(HPMCAP/HEMCP)、羟烷基烷基纤维素偏苯三甲酸酯(HPMCT/HEMCT)等系列pH值（3.5-6.8）溶液敏感的功能材料，可作为肠溶包衣或特殊环境监测用材料。产品为白色、无臭无味的颗粒；不溶于水、酸性溶液，在pH4.0～6.8缓冲溶液中能溶解；不溶于己烷，但溶于丙酮/甲醇、丙酮/乙醇或甲烷/氯甲烷混合液；25℃/80%RH时，平衡吸湿量为11%。它不溶于胃液，但能在小

肠上端快速膨化溶解，故是肠溶衣的良好材料，常用浓度一般为7%～10%。其特点为成膜性好，溶解的pH较低（pH5.0～5.5以上），溶解速度快，理化性质稳定等。它是性能优良的新型肠溶性薄膜包衣材料，无味，不溶于唾液，故可用作薄膜包衣，口服应用本品安全无毒。本项目进一步是采用静电纺丝技术，通过对以上新型材料的共混后溶解形成溶液，得到不同直径的纳米级纤维，该纳米纤维可载不同的药物，实现在人体不同位臵缓释控释目的。 项目来源：自行开发  技术领域：生物医药  应用范围：医药辅料

 技术创新：纤维素基肠溶包衣材料及其纳米纤维的制备。 所在阶段：中试

 成果知识产权：发明专利：纤维素类固体肠溶包衣材料的沉析改进方法.2007103003604.3  成果转让方式：转让专利、技术合作、合资

 市场状况及效益分析：静电纺丝纤维在组织工程、药物缓释、超敏感传感器、过滤材料等方面具有很大的潜在应用前景；薄膜包衣，形象美观，可进行企业标识或字体标识。从操作的标准化来讲，薄膜包衣技术也符合GMP的要求。

11.高品质低成本纤维素醚制备技术（技术）

 成果简介：项目结合生产实际，从配方（含溶剂体系）、工艺、设备等三方面进行优化、设计、实验与反复分析，在长期研究的基础上，集成多项专利技术，设计了一条制造设备独到、布局合理、工艺及配方科学的大规模生产线，实现了多品种、高品质、低成本、低消耗的纤维素醚生产。极大提高了反应过程的效率和产品均匀性，降低消耗、减少污染，提高了产品的应用性能，如溶解性、透光率、抗酸性、抗盐性、抗酶变性能等。 项目来源：自行开发  技术领域：新材料

 应用范围：适合于多种纤维素醚的制造，产品可用于石油开采、建材、食品、日用化工、航空航天和医药等多个工业领域。

 技术创新：采用了连续增溶液浆法技术，提高了产品质量与生产能力，减少了污染，降低了成本。

 所在阶段：产业化

 成果知识产权：授权专利号ZL03104639.8；专利申请号200610078867.4。 成果转让方式：出让专利、技术合作、合资

 市场状况及效益分析：采用连续增溶液浆法，提高了产品质量与生产能力，减少了污染，降低了成本；一线多用，适合于多种纤维素醚的制造。产品可用于石油开采、食品、医药和航空航天等多个领域。是“产、学、研”有机结合的楷模。 图片展示：

12.天然纤维素蒸汽闪爆改性及其在新型溶剂中溶解与绿色湿纺技术（技术）

 成果简介：项目针对目前粘胶纤维工业生产过程存在的污染严重问题，采用自行设计的高压热蒸汽闪爆（Steam Explosion，简称SE）技术，在超分子水平实现对天然木纤维素快速、安全可靠、低污染物理改性并固化其构象，同时利用环保、廉价的新型纤维素溶剂体系，实现温和条件下纤维素的溶解，通过真空脱泡、充氮、喷丝、凝固等工艺的优化获得了纤维素纤维的绿色湿纺技术，丝性能达到或超过粘胶丝。 技术领域：工业材料  应用范围：粘胶纤维工业生产

 技术创新：1）建立了可靠、高效、无污染的闪爆处理系统，自主创新，拥有专利（专利200310113788.9）；2）优化了绿色溶剂体系，实现闪爆纤维素溶解，得到可纺丝好的溶液体系，国内首创；3）新溶剂绿色纺丝技术，国内首创。

 成果来源：国家技术创新项目计划，编号00BK127  经济、社会或军事效益：传统粘胶法成本约为21900元/吨；闪爆法19600元/吨，按5000吨/年算，前者税后利润2112万元/年，闪爆法可达2882万元/年。采用闪爆技术使木浆可高效率的溶解在新型溶剂体系，实现绿色纺丝技术，是湿纺领域一场技术革命。

13.北京市建筑干混砂浆综合技术及质量控制体系研究（服务）

 成果简介：本项目是采用独特的首创工艺—“连续增溶液浆法”在同一条生产线上生产多种高质量的非离子型纤维素醚（主要是混合醚）和其交联产品。 应用范围：产品可广泛用于建筑用新型保水材料，功能性涂料成膜剂、增稠剂、乳化剂和稳定剂。

 创新点：项目要将“制备工艺规范化、产品多样化和系列化、品种功能化”。同时针对市场需求，开发多种配方，以满足高质量、高难度施工环境用水泥浆料、干混砂浆、砂灰浆料、石膏和建筑染料配制。确定、规范建筑材料行业纤维素醚的行业标准。

 经济、社会或军事效益：发展干混砂浆是节约资源、保护环境、提高建筑工程质量、实现文明施工和促进建筑施工现代化的重要技术，本项目利用自主的知识产权优势，替代美国、日本、德国和南韩产品，提高我国建筑材料的产品粘度、凝胶点、保水性、透明性、缩短生产周期。

14.天然高分子基医用植物胶囊（产品）

 成果简介：传统胶囊囊壳基本由动物明胶构成，其易失水硬化、吸潮软化，遇醛类易交联，再加上国际穆斯林、犹太教和素食协会等特殊文化人群的抵制，使植物胶囊成为传统胶囊优选的替代产品。但国产的植物胶囊骨架材料——羟丙基甲基纤维素(HPMC)性能不达标。本技术解决了植物胶囊专用医药级HPMC研发、应用，及其胶囊母料复配技术与加工成型难题。胶囊的制备充分利用现有明胶生产设备与条件，在不改动或少改动胶囊加工设备的前提下，调整溶液浓度、成型工艺，控制烘干温度、风速、时间来调整胶囊的形

状、厚度及透明度、脱模性能与切割性能。

 关键技术： 1）植物胶囊用HPMC的控制技术；2）凝胶互补协同增效优化技术；3）低成本的植物胶囊的加工成型技术。

 经济、社会或军事效益：植物胶囊符合当今崇尚自然的消费群体的需求，对制药、保健品企业而言，采用区别于传统动物源性胶囊的植物胶囊，为产品区分和品牌价值提升提供了更多可能性，且成为国内药品和保健品出口的绿色通道。

 图片展示：图1 植物胶囊加工用0号胶囊轴针照片

15.纳米纤维素衍生物层层自组装胶囊研究（技术）

 成果简介：微胶囊技术现已广泛应用于生物医药，环境保护，日用化工，农业科学及航空航天等领域，随着应用范围的扩大，开发新技术与新方法制备微胶囊，使其具有更精确可控的结构成为微胶囊技术发展的重点课题之一。 技术特点：本研究采用了具有优越生物相容性和低生物毒性的天然聚电解质，羧甲基纤维素（CMC）和壳聚糖（CS），以三聚氰胺甲醛胶体微球为模板，在其表面交替组装CMC与CS，制成具有纳米核壳结构的粒子。通过调节组装条件控制聚电解质多层膜囊壁结构。通过盐酸熔解去除模板，得到中空微胶囊。得到的膜材料具有优越的控制释放能力，在药物控制释放，环境保护、纳米反应器及生物医用材料等方面具有广阔的应用前景。

16.硝化棉氮量及其分布均匀性快速测试系统（产品）

 成果简介：目前硝化棉（NC）生产厂家对其质量的监控主要是采用各种方法测定其含氮量，而人们在应用过程中发现，不仅是NC的含氮量，而且氮量分布的均匀性也是影响其一系列工艺和应用性能的重要指标之一。但一直以来缺乏一套能够在工业上应用的快速、准确、有效地表征NC氮量分布均匀

性的指标和测试方法。北京理工大学纤维素技术研发中心与四川北方硝化棉公司联合，研制出一套在国内外首创的NC硝化均匀性质量快速分析仪。该系统以偏光显微镜为核心部件，同时集成了现代CCD、角度传感器和计算机硬软件，是目前国内外唯一能够同时测得NC含氮量和氮量均匀性的科学手段。

 项目来源：合作开发  技术领域：其他高新技术

 应用范围：适用于硝化棉生产及以硝化棉为原料的军用火炸药或民用涂料、塑料厂。可以实现在线检测、实时监控，为生产调控和应用提供依据。 所在阶段：产业化

 成果知识产权：发明专利：一种测定硝化棉含氮量与氮量均匀性的方法.200710119614.1  成果转让方式：技术许可、技术合作、出让专利

17.小口径人工血管制备（产品）

 成果简介：心血管疾病已经成为人类死亡率最高的疾病之一，人工心血管的制备及介入治疗是治疗心血管疾病的有效手段。小口径血管的制备在人工血管领域是一个很大的难题，我们采用自己独特的技术路线，采用生物相容性良好的天然丝素蛋白材料为基本原料，经过改性，解决了丝素蛋白易溶于水及脆性问题，制备出力学性能达到手术缝合要求及体内血流膨胀及收缩要求的小口径血管，通过改性大大提高其抗凝血性能。 项目来源：自行开发  技术领域：新型材料、生命

 技术特点：该小口径丝素血管在狗的颈动脉血管替代实验中表明：管材具有良好的缝合性能和与动物血管的顺服性；不存在血液渗透现象；管材在体内具有良好的抗凝血性能；缝合手术完成半年，经过对血管进行血管造影和流量测定，确定血管在体内没有堵塞现象。动物实验组织病理切片结果标明：材料较完整；组织有完整纤维囊包裹，外层明显胶原化，内层异细胞为主；细胞成分少，细胞成分以淋巴、单核细胞为主，偶见中性粒细胞，未见异物巨细胞；血管内腔面有薄层纤维结缔组织。目前动物实验最长时间已达22个月，畅通率达到100%。 所在阶段：小规模生产  成果知识产权：发明专利申请

 成果转让方式：共同开发  图片展示：

18.超薄钢结构防火涂料（产品）

 成果简介：普通钢结构在540度左右，就损失了它的结构强度,就算是混凝土结构，在600度以上高温也迅速损失其强度。采用防火涂料对钢结构进行防火保护，可将钢结构的耐火极限从0.25小时提高至2.0小时以上。根据钢结构的不同型式、不同部位以及相应的耐火极限要求，应选用不同类型的钢结构防火涂料加以涂覆保护。根据钢结构防火涂料的施工技术规范要求（CECS 24:90标准），对外观装饰性要求较高的钢结构（主要指轻钢结构的梁、网架和屋架），一般选用薄涂型的膨胀型钢结构防火涂料加以保护，尤其是选用可刷涂施工的超薄型钢结构防火漆或防火乳胶漆（涂层厚度<3毫米）。

 项目来源：自行开发  技术领域：新型材料

 应用范围：电厂、油田、发电机组车间、输电线路的铺设底层、电缆、石油管道、钻井平台等。

 现状特点：该项技术提高了涂料的环境友好程度，同时提高耐火的极限。预计建设部几年内计划要取消环氧类涂料的使用。我们将使用目前国际上推崇的丙烯酸或氨基树脂系列；耐火体系选择中排除卤系元素，涂层遇火时烟密度低，无任何有毒气体产生，大大提高对环境的友好程度。

 技术创新：最终产品通过国家级别的性能测试，耐火极限在1-2小时。涂料不燃、不爆、无毒、无污染、环境友好度高。施工方便，防火阻燃效果突出，同时使涂料具有良好的装饰效果。理化性能优越：粘接性好、干燥快、抗潮、耐水和耐冻融性好。 所在阶段：小规模生产

 成果转让方式：技术转让、合作开发、合作建厂

 市场状况及效益分析：目前建筑多采用轻钢结构框架，按国家技术标准，普通钢结构防火涂料的涂层厚度在5mm-3mm，而超薄钢构件防火涂料的涂层厚度为1.5mm-3mm，超薄钢结构防火涂料必将是防火涂料的发展趋势。 成本投资估算：涂料产品成本预计在11000-14000元/吨

19.CdS/PAMAM纳米材料的制备及潜指纹显现技术（技术）

 成果简介：本项目以聚酰胺-胺型树形分子（PAMAM）为模板制备了粒径可控、颜色可调的CdS/PAMAM量子点溶液，该溶液具有较高的荧光强度；应用于潜指纹识别时选择性吸附能力优异，发光量子点沉积在纹线上，小犁沟没有吸附（图1）；尤其对胶带粘面潜指纹具有非常理想的显现效果，可以通过室温反射和紫外可见荧光两种形式成像，具有较广的适应性；对陈旧指纹的显现效果良好，大大提高了使用范围。该显现液在公安部物证鉴定中心、北京市公安局等实战部门进行了实际应用，均取得很好的效果，一致认为其操作简便、显现潜指纹效果好，达到了国际先进水平。 知识产权：该项目申请国家发明专利1项。

 应用范围：该溶液具有较强的荧光性能和靶向作用，在癌细胞显现等领域也具有较大的应用前景。

20.高性能二次电池及相关能源材料、技术

 成果简介：项目获国家973、863计划支持，获得国家科技进步二等奖1项、省部级科技一等奖3项，发明专利20余项。 技术领域：新型材料

 应用范围：能源环保，新材料  所在阶段：小规模生产，试生产阶段

 成果转让方式：技术转让、技术入股与合作、技术服务 市场状况及效益分析：本项目研究开发的具有自主知识产权的高功率镍氢动力电池(>1250W/kg)和锂离子动力电池(>1800W/kg)已应用于东风、奇瑞、长安、长春一汽、沈阳华晨等公司的混合动力车；基于轻元素多电子反应和离子液体基复合电解质，构筑了Li/S电池新体系，研制电池样品能量密度达到378Wh/kg，展示出良好应用前景。

第四篇：纳米论文

聚合物基-纳米二氧化硅复合材料的应用研究进展

班级12材料2班学号1232230042姓名王晓婷

摘要本文介绍了近年来国内外纳米SiO2聚合物复合材料的制备方法，讨论了制备方法的特点，阐述了聚合物纳米SiO2复合材料的研究进展, 并展望了聚合物纳米SiO2 的应用前景。

关键词纳米SiO2复合材料;聚合物;制备;应用 前言

纳米SiO2是目前应用最广泛的纳米材料之一,它特有的表面效应、量子尺寸效应和体积效应等,使其与有机聚合物复合而成的纳米二氧化硅复合材料, 既能发挥纳米SiO2自身的小尺寸效应、表面效应以及粒子的协同效应, 又兼有有机材料本身的优点, 使复合材料具有良好的机械、光、电和磁等功能特性, 引起了国内外研究者的广泛关注[

1，2]

。本文就纳米Si02一聚合物复合材料的制备方法、制备方法的特点和应用进行一次全面的综述。

2聚合物/ 纳米Si O2 复合材料的制备

2．1 共混法

共混法是制备聚合物／无机纳米复合材料最直接的方法，适用于各种形态的纳米粒子，但是由于纳米粒子存在很大的界面自由能，粒子极易自发团聚。要将无机纳米粒子直接分散于有机基质中制备聚合物纳米复合材料，必须通过化学预分散和物理机械分散打开纳米粒子团聚体，消除界面能差，才能实现均匀分散并与基体保持良好的亲和性。具体途径如下。

2．1．1 高分子溶液(或乳液)共混

首先将聚合物基体溶解于适当的溶剂中制成溶液(或乳液)，然后加入无机纳米粒子，利用超声波分散或其他方法将纳米粒子均匀分散在溶液(或乳液)中。

姜云鹏等利用PVA与纳米Si02表面的羟基形成的氢键实现了纳米si02对PVA的改性；张志华等用溶胶一凝胶反应制备纳米Si02颗粒，然后通过超声分散机将颗粒分散到聚氨酯树脂中制备出了聚氨酯／Si02纳米复合材料；以上各种方法都使不同材料的各方面性能得到了改善。

2．1．2熔融共混

将纳米无机粒子与聚合物基体在密炼机、双螺杆等混炼机上熔融共混。

郭卫红等[5]在密炼机上将PMMA和纳米Si02粒子熔融共混后，用双螺杆造粒制得纳米复[4][3]合材料。石璞[6]通过熔融共混法将纳米si02粒子均匀地分散于PP基体中制得复合材料，由于复合偶联剂的一端易与离子表面上大量的羟基发生化学反应形成稳定的氢键，另一端与聚丙烯相容性较好，使纳米粒子基本没有团聚，实现了增强、增韧的目的。张彦奇等[7]将纳米Si02经超声分散并经偶联剂处理后与LLDPE等组分预混、挤出、造粒，制备了线性低密度聚乙烯(LU)PE)／纳米Si02复合材料，所得薄膜雾度显著提高。

2.2在位分散聚合法

首先采用超声波分散、机械共混等方法在单体溶液中分散纳米粒子，或采用偶联剂对纳米粒子表面进行处理，然后单体在纳米粒子表面进行聚合，形成纳米粒子良好分散的纳米复合材料(in situ polymerization)。通过这种方法，无机粒子能够比较均一地分散于聚合物基体中。

欧玉春等[8]利用带有羟基的丙烯酸酯表面处理剂对Si02进行表面处理，应用本体法聚合制备si02／PMMA纳米复合材料，结果显示纳米Si02的加入可以提高聚甲基丙烯酸甲酯材料的机械性能、玻璃化温度及材料的耐水性。Jose-Luiz Luna—Xavier等[9]采用原位聚合法以阳离子偶氮化合物AIBA为引发剂，液相纳米Si02为核，聚甲基丙烯酸甲酯为壳合成了纳米Si02一聚甲基丙烯酸甲酯乳液聚合物。由于阳离子偶氮化合物AIBA为引发剂的使用增强了与纳米si02的相互作用，使效率大大提高。

2.3溶胶-凝胶法

溶胶一凝胶法(Sol-gel)是制备聚合物／无机纳米复合材料的一种重要方法。通过烷氧基金属有机化合物的水解、缩合，将细微的金属氧化物颗粒复合到有机聚合物中并得到良好分散，从而在温和条件下制备出具有特殊性能的聚合物／无机纳米复合材料。

2.4硅酸钠溶胶一凝胶法

溶胶一凝胶法在制备聚合物／纳米si02复合材料时显示出很多优势。但是，所用的无机组分的前驱物正硅酸烷基酯价格昂贵、有毒，因此为了降低制备成本，改善生产条件和减少环境污染，张启卫等[10]用硅酸钠为无机si02组分的前驱物，与PVAC或PMMA的THF溶胶混合，经溶胶一凝胶过程制备出聚合物／Si02杂化材料。结果表明，si02含量在一定范围时，由于发生了纳米级微区效应，有机一无机两相间相容性好，不产生相分离，材料透光率提高，热稳定性增强。

3聚合物/ 纳米Si O2 复合材料的研究进展

3.1 纳米SiO2/环氧树脂复合材料

Mascia等通过红外光谱和定性黏度分析得知,纳米SiO2 和环氧树脂随着环氧树脂的分子量增加、加入偶联剂、增加溶剂的极性以及提高反应温度都会使二者的相容性提高[11]。宁荣昌等用分散混合法研究了纳米SiO2有无表面处理及其含量对复合材料性能的影响, 采用透射电镜和正电子湮没技术(PALS)对纳米SiO2 的分布和自由体积的尺寸及浓度进行了表征[12]。结果表明, SiO2表面处理后, 复合材料性能得到提高, 使环氧树脂增强和增韧;且纳米SiO2含量为3 % 时,自由体积浓度最小, 纳米复合材料的性能最佳。刘竞超等通过原位分散聚合法制得了纳米SiO2/环氧树脂复合材料[13]。结果表明, 对复合材料力学性能的影响较大的是偶联剂, 在最优工艺条件下制得的复合材料冲击强度、拉伸强度比基体分别提高了124% 和30%;复合材料的Tg和耐热性也有所提高。

3.2 纳米SiO2/丙烯酸酯类复合材料

欧玉春等用原位聚合方法制备了分散相粒径介于130 nm 左右的PMMA/SiO2(聚甲基丙烯酸甲酯/二氧化硅)复合材料[14]。结果表明, 经表面处理的SiO2在复合材料基体中分散均匀, 界面粘结好;SiO2粒子的填充使基体的Tg和损耗峰上升, 随着SiO2含量的增加, 对应试样的Tg和损耗峰值增大;随着SiO2含量的增加, 基体的拉伸强度、弹性模量表现为先下降后升高, 而基体的断裂伸长率表现为先升高后下降。武利民等通过原位聚合、高速剪切法分散共混和球磨法分散共混等3 种方法制备丙烯酸酯/纳米SiO2复合乳液, 以相同的方法制备丙烯酸酯/微米SiO2复合乳液[15]。结果表明, 共混法制得的纳米复合物的拉伸强度、断裂伸长率和玻璃化转变温度随纳米SiO2含量的增加先上升然后逐渐下降。涂层对紫外光的吸收和透过随纳米SiO2 含量的增加分别呈上升和下降趋势, 而微米SiO2复合丙烯酸酯乳液, 其涂层对紫外光的吸收和透过基本不受微米SiO2 的影响。

3.3 纳米SiO2/硅橡胶复合材料

王世敏等对纳米SiO2/二甲基硅氧烷复合材料的光学、力学性能进行了研究[16]。结果表明, 复合材料对波长λ＞390 nm 的可见光基本能透过, 透过率达80%, 硬度随纳米SiO2的增加呈上升趋势。Mackenzie 等制备的纳米SiO2/硅氧烷复合材料在非氧化气氛中加热到1 000 ℃以上, 分子发生重排, 形成块状微孔体;继续加热到1 400 ℃时,有机碳仍不分解, 且热膨胀系数很小[17]。由于聚硅氧烷的高柔顺性, 在溶胶－凝胶过程中不会因干燥而破裂, 该材料可以作为涂层改善基体(如聚合物、金属)表面的物理化学性质。潘伟等研究SiO2纳米粉对硅橡胶复合材料的导电机理、压阻及阻温效应的影响[18]。结果表明,随着SiO2纳米粉的增加, 压阻效应越来越显著,在一定压力范围内, 材料电阻随压力呈线性增加;同时, SiO2纳米粉的加入使复合材料的电阻随温度增加而增加。

3.4 纳米SiO2/聚碳酸酯材料

聚碳酸酯具有较好的透明性, 较高的硬度, 以及较强的蠕变性。为了进一步提高其应用价值, 王金平等以聚碳酸酯为基体, 采用溶胶－凝胶法技术在聚碳酸酯表面覆盖一层纳米SiO2无机涂层, 涂层与聚碳酸酯较好的结合, 使材料的耐磨性得到明显提高[19]。

3.5 纳米SiO2/聚酰亚胺复合材料 聚酰亚胺(PI)是一种广泛应用于航空、航天及微电子领域的功能材料, 它的优点是介电性良好,力学性能优良, 但其吸水性强和热膨胀性高的缺点限制了他的应用。而采用纳米SiO2改性后的PI 在这方面得到了很大改善。杨勇等的研究表明, 采用纳米SiO2改性后的PI 其热稳定性得到加强, 热膨胀系数得到降低[20]。曹峰等研究PI/SiO2复合材料的力学性能时发现, 随着SiO2含量的增加, 其杨氏模量、拉伸强度、断裂强度增加, 加入适量的插层剂, 有利于增加有机分子与无机物分子之间的相容性, 从而可制备强度和韧性更加优异的复合材料[21]。

3.6 纳米SiO2/聚烯烃类复合材料

张彦奇等采用熔融共混法制备了线性低密度聚乙烯(LLDPE)/纳米SiO2复合材料[22]。结果表明, 纳米SiO2使LLDPE 的拉伸弹性模量、冲击强度、拉伸强度提高, 且均在纳米SiO2用量为3 份左右时达到最大值;加入少量的纳米SiO2后, LLDPE 薄膜对长波红外线(7～11 μm)的吸收能力较纯LLDPE 膜有显著提高, 透光率略有下降, 但雾度提高。曲宁等利用纳米SiO2、马来酸酐接枝PE(PE-g-MAH)和PP 通过熔融共混制备了PP/纳米SiO2复合材料[23]。结果表明, 经表面处理、用量为4 %的纳米SiO2 与4 % 的PE-g-MAH 发生协同作用, 可以使PP/纳米SiO2复合材料的冲击强度提高40 %,拉伸强度提高10%, 耐热温度提高22℃。

3.7 纳米SiO2/尼龙复合材料

E.Reynaud 等研究了不同粒径和含量的纳米SiO2 与尼龙6 通过原位聚合得到的纳米复合材料的特性[24]。形貌分析出粒子的存在不影响复合材料的结晶相;粒子的加入明显增强了基体的弹性模量,且复合材料的性能受粒子尺寸和分散状况的影响。

3.8 纳米SiO2/聚醚酮类树脂复合材料

邵鑫等研究了纳米SiO2对聚醚砜酮(PPESUK)复合材料摩擦学性能的影响[25]。结果表明, 纳米SiO2不但可以提高PPESUK 的耐磨性, 而且还有较好的减摩作用, 其最佳用量为25%。靳奇峰等采用悬浮液共混法制备了纳米SiO2填充新型杂萘联苯聚醚酮(PPEK)复合材料[26]。当纳米SiO2用量为1 % 时, 复合材料的综合力学性能最佳。纳米SiO2的加入使得复合材料的摩擦性能比纯PPEK 有了明显提高, 当纳米SiO2用量为7 % 时,材料的摩擦磨损性能最好, 并且在大载荷下纳米SiO2 更能有效改善复合材料的摩擦磨损性能。

3.9纳米SiO2/聚苯硫醚(PPS)复合材料

张文栓等首先将纳米SiO2粒子与硅烷偶联剂KH-550 的乙醇溶液混合, 在40 ℃以下用超声波振荡60 min 后脱去溶剂, 烘干后与PPS 在高速搅拌机中混合均匀, 然后用双螺杆挤出机造粒制得PPS/纳米SiO2复合材料[27]。纳米SiO2粒子呈颗粒状均匀分布在PPS 基体中, 尺寸在10～40 nm 范围内。当纳米SiO2用量为3 % 时, PPS/纳米SiO2 复合材料的力学性能最佳, 拉伸强度、弯曲弹性模量和缺口冲击强度分别提高13.4%、7.4% 和27.3%。张而耕等用转化剂、分散剂和稳定剂制备了PPS/纳米SiO2水基涂料[28]。PPS/纳米SiO2复合涂层的耐冲蚀磨损性比普通涂层提高了约50 倍, 能够用于零部件的防冲蚀磨损。

3.10纳米SiO2/PMMA 复合材料

张启卫等利用溶胶-凝胶法制备了PMMA/纳米SiO2复合材料[29]。发现PMMA 与纳米SiO2两相间的相容性好, 材料透光率可达80 %, 并且热稳定性和Tg都比纯PMMA 有较大的提高。郭卫红等将经过表面处理的纳米SiO2分散于PMMA 单体中形成胶体, 原位聚合制备了PMMA/纳米SiO2复合材料[30]。结果表明, 复合材料的耐紫外线辐射能力提高1 倍以上, 冲击强度提高80 %。同时由于纳米粒子尺寸小于可见光波长, 复合材料具有高的光泽度和良好的透明度。

4总结与展望

聚合物/纳米SiO2复合材料具有优良的综合性能, 展现出诱人的应用前景。尽管近年来对其研究较多, 并取得了较大进展, 但是对它的研究还不够深入, 还有许多问题亟待研究和解决, 如纳米SiO2在聚合物基体中的均匀分散问题, 纳米复合材料的相界面结构, 纳米SiO2 对聚合物性能影响的机理等。相信随着制备技术的进一步完善及对材料的结构与性能关系的进一步了解, 人们将能按照需要来设计和生产高性能和多功能的聚合物/纳米SiO2复合材料。纳米Si02可以改性多种高分子材料，通常对聚合物的机械性能如拉伸强度、弹性模量、断裂伸长率，以及热稳定性、动态力学行为、光学行为等都有较大影响。因此人们都在力求解决很多问题，诸如纳米Si02在聚合物基体中的均匀分散；纳米Si02复合材料中有机相和无机相的相界面结构；Si02粒径大小、几何形状等形态参数及添加量对复合材料性能的影响；纳米Si02对聚合物基体材料性能影响的机理等。随着研究的不断深入，纳米Si02一聚合物体系将在越来越多的领域发挥出它的重要作用。

参考文献

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第五篇：纳米论文

纳米技术在医学上的应用

[摘要]纳米医学是纳米技术与医药技术结合的产物,纳米医学研究在疾病诊断和治疗方面显示出了巨大的应用潜力。近几年,纳米技术突飞猛进,作为纳米技术的重要领域的纳米生物工程也取得了辉煌的成就。本文从纳米医学、纳米生物技术和纳米生物材料三个方面,讲述了纳米生物工程的重大进展。本文就纳米诊断技术、组织修复和再生医学中的纳米材料、纳米药物载体、纳米药物等方面的研究现状与进展进行综述,并探讨纳米医学的发展前景。

[引言] 纳米技术的基本概念是用单个原子、分子制造和操作物质的技术,是现代高科技前沿技术.纳米技术应用前景广阔,几乎涉及现有科学技术的所有领域,世界各国都把纳米技术列为重点发展项目,投入巨资抢占纳米技术战略高地.[关键词]纳米医学;纳米生物材料;诊断;治疗

1、跨世纪的新学科——纳米科技

所谓/纳米科技,就是在0.1~100纳米的尺度上,研究和利用原子和分子的结构、特征及相互作用的高新科学技术,它是现代科学和先进工程技术结合的产物。1990年7月,第一届国际纳米科技会议的召开,标志着纳米科技的正式诞生。时至今日,纳米科技涉及到几乎现有的所有科学技术领域。它的诞生,使人类改造自然的能力直接延伸到分子和原子。它的最终目标,是人类按照自己的意志操纵单个原子,在纳米尺度上制造具有特定功能的产品,实现生产方式的飞 跃。目前,纳米科技已经取得一系列成果,正处于重大突破的前夜。研究者认为,这一兴起于本世纪90年代的纳米科技,必将雄踞于21世纪,对人类社会产生重大而深远的影响。

2、纳米医学的提出

纳米医学的形成除了纳米技术之外，其医学本身也应具有可应用纳米技术的客观基础和必要条件。客观基础是指，像其他物质一样，医学研究的主体———人体本身是由分子和原子构成的。实现纳米医学的必要条件是，要在分子水平上对人体有更为全面而详尽的了解。随着现代生物学和现代医学的不断发展,人类在生物学和医学等领域的研究内容已开始从细胞、染色体等微米尺度的结构深入到更小的层次,进入到单个分子甚至分子内部的结构。这些极其微细的分子结构的特征:尺度空间在0.1-100 nm,属于纳米技术的尺度范围。研究这些纳米尺度的分子结构和生命现象的学科,就是纳米生物学和纳米医学。纳米医学是一门涉及物理学、化学、量子学、材料学、电子学、计算机学、生物学以及医学等众多领域的综合 性交叉学科。Freitas曾给纳米医学下过一个较详细的定义:他认为,纳米医学是利用人体分子工具和分子知识,预防、诊断、治疗疾病和创伤,劫除疼痛,保护和改善人体健康的科学和技术。目前的纳米医学研究水平还处于初级阶段,当然,由于各国科学工者的不懈努力,纳米医学研究领域已初露曙光,有部分研究成果已开始接近临床应用。

从定义来看,纳米医学可以分为两大类,一是在分子水平上的医学研究,基因药物和基因疗法等就是典型体现;二是把其他领域的纳米研究成果引入医学领域,如某种纳米装置在医疗和诊断上的应用。纳米医学的奥秘在于,可以从纳米量级的尺度来进行原来不可能达到的医疗操作和疾病防治。当生命物质的结构单元小到纳米量级的时候,其性质会有意想不到的变化。这种变化既包括物质的原有性能变得更好,还可能有我们所意想不到的性能和效益,从而用来治病防病。

3、纳米技术的医学应用 3.1 诊断疾病

在诊断方面，将应用纳米医学技术手段，在诊室内进行全面的基因检查和特殊细菌涂层标记物的实时全身扫描；检测肿瘤细胞抗原、矿质沉积物、可疑的毒素、源于遗传或生活方式的激素失衡，以及其它以亚毫米空间分辨率制成所定目标三维图谱的特定分子。在纳米医学时代，这些强有力的手段将使医务人员能够检查患者的任何部位，且可详尽到分子水平，并能以合理的费用，在数分钟或数秒钟内获得所需的结果。许多以往诊断比较困难或无法诊断的疾病,随着纳米技术的介入,将很容易被确诊。为判断胎儿是否具有遗传缺陷,以往常采用价格昂贵并对人体有损害的羊水诊断技术。如今应用纳米技术,可简便安全地达到目的。孕8周左右血液中开始出现非常少量的胎儿细胞,用纳米粒很容易将这些胎儿细胞分离出来进行诊断。目前美国已将此项技术应用于临床诊断。肝癌患者由于早期没有明显症状,一旦发现常已到晚期,难以治愈,因而早期诊断极为重要。中国医科大学第二临床学院把纳米粒应用于医学研究,经过4年的努力,完成了超顺磁性氧化铁超微颗粒脂质体的研究。动物实验证明,运用这项研究成果,可以发现直径3mm以下的肝肿瘤。这对肝癌的早期诊断、早期治疗有着十分重要的意义。3.2 纳米药物和纳米药物载体

这是纳米医学中的一个非常活跃的领域,适时准确地释放药物是它的基本功能之一。科学家正在为糖尿病人研制超小型的,模仿健康人体内的葡萄糖检测系统。它能够被植入皮下,监测血糖水平,在必要的时候释放出胰岛素,使病人体内的血糖和胰岛素含量总是处于正常状态。美国密西根大学的博士正在设计一种纳米/智能炸弹,它可以识别出癌细胞的化学特征。这种智能炸弹很小,仅有20nm左右,能够进入并摧毁单个的癌细胞。

德国医生尝试借助磁性纳米微粒治疗癌症,并在动物实验中取得了较好疗效。将一些极其细小的氧化铁纳米微粒注入患者的肿瘤里,然后将患者置于可变的磁场中,氧化铁纳米微粒升温到45~ 47度,这一温度可慢慢热死癌细胞。由于肿瘤附近的机体组织中不存在磁性微粒,因此这些健康组织的温度不会升高,也不会受到伤害。科学家指出,将磁性纳米颗粒与药物结合,注入到人体内,在外磁场作用下,药物向病变部位集中,从而达到定向治疗的目的,将大大提高肿瘤的药物治疗效果。

纳米药物与传统的分子药物的根本区别在于它是颗粒药物。广义的纳米药物可分为两类:一类是纳米药物载体,即指溶解或分散有分子药物的各种纳米颗粒,如纳米球、纳米囊、纳米脂质体等。二是纳米药物,即指直接将原料药物加工成的纳米颗粒,或利用崭新的纳米结构或纳米特性,发现基于新型纳米颗粒的高效低毒的治疗或诊断药物。前者是对传统药物的改良,而后者强调的是把纳米材料本身作为药物。

3.2.1 纳米药物

直接以纳米颗粒作为药物的应用之一是抗菌药物。纳米抗菌药物具有广谱、亲水、环保、遇水后杀菌力更强、不会诱导细菌耐药性等多种性能。以这种抗菌颗粒为原料,成功地开发出了创伤贴、溃疡贴等纳米医药类产品。例如,纳米二氧化钛树脂基托材料具有一定的抗变形链球菌和抗白色念珠菌的效果,当树脂基托中抗菌剂的浓度达到3%时,即可达到满意的抗菌效果。

无机纳米颗粒作为新型的抗癌药物为肿瘤治疗提供了新的思路。研究人员用Gd@C82(OH)22处理得肝癌的小鼠,在10.7mol/kg的注射剂量下能有效地抑制肿瘤生长,同时对机体不产生任何毒性。其抑瘤效应不是通过纳米颗粒对肿瘤的直接杀伤起作用,而是可能通过激活机体免疫来实现对肿瘤的抑制作用。纳米羟基磷灰石在体外对恶性肿瘤细胞产生明显的抑制作用,而对正常细胞作用甚微,可望通过进一步的研究获得一种区别于传统的化疗药物的纳米无机抗癌药物。此外,有的物质纳米化后出现新的治疗作用,如二氧化钛纳米粒子可抑制癌细胞增殖;二氧化铈纳米颗粒可以清除眼中的电抗性分子并防治一些由于视网膜老化而带来的疾病。

3.2.2 纳米药物载体

实现细胞和亚细胞层次上药物的靶向传递和智能控制释放,是降低药物毒副作用、提高治疗效果的共性问题。纳米粒子介导的药物输送是纳米医学领域的一个关键技术,在药物输送方面具有许多优越性。目前,用作药物载体的材料有金属纳米颗粒、生物降解性高分子纳米颗粒及生物活性纳米颗粒等。理想的纳米药物载体应具备以下性质:毒性较低或没有毒性;具有适宜的制备及提纯方法;具有合适的粒径与形状;具有较高的载药量;具有较高的包封率;对药物具有良好的释放特性;具有良好的生物相容性,可生物降解或可被机体排出;具有较长的体内循环时间,并能在疗效相 关部位持久存。3.3 纳米生物技术

纳米生物技术是纳米技术和生物技术相结合的产物,它即可以用于生物医学,也可以服务于其它社会需求。所包含的内容非常丰富,并以极快的速度增加和发展,难以概述。

3.3.1生物芯片技术

生物芯片是在很小几何尺度的表面积上,装配一种或集成多种生物活性,仅用微量生理或生物采样,即可以同时检测和研究不同的生物细胞、生物分子和DNA的特性,以及它们之间的相互作用,获得生命微观活动的规律。生物芯片可以粗略地分为细胞芯片、蛋白质芯片(生物分子芯片)和基因芯片(即DNA芯片)等几类,都有集成、并行和快速检测的优点,已成为21世纪生物医学工程的前沿科技。

近2年,已经通过微制作(MEMS)技术,制成了微米量级的机械手,能够在细胞溶液中捕捉到单个细胞,进行细胞结构、功能和通讯等特性研究。美国哈佛大学的教授领导的研究人员,发展了微电子工业普遍使用的光刻技术在生物学领域的应用,并研制出效果更好的软光刻方法。以此,制出了可以捕捉和固定单个细胞的生物芯片,通过调节细胞间距等,研究细胞分泌和胞间通讯。此类细胞芯片还可以作细胞分类和纯化等。它的功能原理非常简单,仅利用芯片表面微单元的几何尺寸和表面特性,即可达到选择和固定细胞及细胞面密度控制。

美国圣地亚国家实验室的发现实现了纳米爱好者的预言。正像所预想的那样,纳米技术可以在血流中进行巡航探测,即时发现诸如病毒和细菌类型的外来入侵者,并予以歼灭,从而消除传染性疾病。

研究人员做了一个雏形装置,发挥芯片实验室的功能,它可以沿血流流动并跟踪像镰状细胞血症和感染了爱滋病的细胞。血液细胞被导入一个发射激光的腔体表面,从而改变激光的形成。癌细胞会产生一种明亮的闪光;而健康细胞只发射一种标准波长的光,以此鉴别癌变。3.3.2纳米探针

一种探测单个活细胞的纳米传感器,探头尺寸仅为纳米量级,当它插入活细胞时,可探知会导致肿瘤的早期DNA损伤。

3.4组织修复和再生医学中的纳米材料

将纳米技术与组织工程技术相结合,构建具有纳米拓扑结构的细胞生长支架正在形成一个崭新的研究方向。相对于微米尺度,纳米尺度的拓扑结构与机体内细胞生长的自然环境更为相似。纳米拓扑结构的构建有可能从分子和细胞水平上控制生物材料与细胞间的相互作用,引发特异性细胞反应,对于组织再生与修复具有潜在的应用前景和重要意义。将纳米纤维水凝胶作为神经组织的支架,在其中生长的鼠神经前体细胞的生长速度明显快于对照材料。向高分子材料中加入碳纳米管可以显著改善原有聚合物的传导性、强度、弹性、韧性和耐久性,同时还可以改进基体材料的生物相容性。研究发现,随着复合物中碳纳米管含量的增加,神经元细胞和成骨细胞在复合材料上的黏附与生长也越来越活跃,而星形细胞和成纤维细胞的活性则呈现同等程度的下降。研究人员设计的人造红细胞输送氧的能力是同等体积天然红细胞的236倍,可应用于贫血症的局部治疗、人工呼吸、肺功能丧失和体育运动需要的额外耗氧等。研究人员成功合成了模拟骨骼亚结构的纳米物质,该物质可取代目前骨科常用的合金材料,其物理特性符合理想的骨骼替代物的模数匹配,不易骨折,且与正常骨组织连接紧密,显示出明显的正畸应用优势。

纳米自组装短肽材料RADA16-I与细胞外基质具有很高相似性,RADA16-I纳米支架可以作为一种临时性的细胞培养人工支架,它能很好地支持功能型细胞在受损位置附近生长、迁移和分化,因而有利于细胞抵达伤口缝隙,使组织得以再生。有研究人员利用RADA16-I纳米支架修复了仓鼠脑部的急性创伤,并且恢复了仓鼠的视觉功能。RADA16-I形成的水凝胶可用作新型的简易止血剂,用于多种组织和多种不同类型伤口的止血。

4、我国发展纳米生物学和纳米医学的现状和发展策略

目前,我国在纳米生物和医学领域内的研究基础还比较薄弱,通过采取各种激励措施和各种研究计划的实施,特别是国家自然科学基金委的纳米技术重大研究计划对纳米生物和纳米医学项目的支持,我国在纳米生物和纳米医学方面的研究状况有了很大的改善,生物、医学界的许多院、所相继建立了有关纳米技术的研究室,如中国医学科学院基础医学研究所、军事医学科学院毒物药物研究所和生物物理研究所等都设立了纳米研究室,初步形成了一只较强的研究队伍。近年来,来自化学、物理、信息、药物、生物和医学等领域的科学家通过几次研讨会进一步明确了纳米生物和纳米医学领域的研究方向和内容,并建立了较密切的合作。我国在纳米生物和纳米医学的研究领域也涌现了一批极具特色的研究成果,如在生物传感器、生物芯片、新型药物载体和靶向药物、新型纳米药物剂型、新造影剂、重大疾病的机制、纳米材料的应用和生物安全性及重大疾病预防和早期诊断与治疗技术等方面。但是,这些研究的水准与国际先进水平还有相当的差距,离国家、社会的需求也有相当远的距离。

纳米医学工程的建立不仅是因为有其迫切的需要,而且也因为有了实现的可能。如今,纳米科技在国际上已崭露头角,世界各发达国家纷纷开展纳米科技的研究。在我国,科技界对纳米科技的重要性有了共识,纳米科技研究已取得引人注目的成果。学科发展和社会需要是推动社会发展的巨大动力,学科发展可以创造新的需求,社会需求可以促进学科向深度和广度发展。纳米生物医学工程正在出现,我们无力将它阻挡。虽然它的广泛应用尚有待时日,并潜在危险,但若没有它,我们现在面临的许多生物医学工程问题就不可能得到满意的解决。

人类正在被历史及自身推向一个崭新的陌生世界,倘若人类能直接利用原子、分子进行生产活动,这将是一个质的飞跃,将改变人类的生产方式,并空前地提高生产能力,有可能从根本上解决人类面临的诸多困难和危机。我们有必要把纳米科技和生物医学工程概念进行拓展,把纳米科技的理论与方法引入生物医学工程的相关研究领域,创立新的边缘学科——纳米生物医学工程。可以相信,纳米医学工程将会成为纳米科技的重要分支,并开创生物医学工程新纪元。科学家认为,纳米科技在生物医学方面,甚至有可能超过信息技术和基因工程,成为决胜未来的关键性技术。[参 考 文 献] [1]刘吉平,郝向阳.纳米科学与技术[M].北京:科学出版社,2002:2,227-229,234-238,239-242,230-234.[2]李道萍.21世纪崭新的学科——纳米医学[J]1世界新医学信息文摘,2003,1(3):208-210.[3]李会东.纳米技术在生物学与医学领域中的应用[J].湘潭师范学院学报(自然科学版),2005,27(2):49-51.[4]皮洪琼,吴俊,袁直等.注射用生物可降解胰岛素纳米微球的制备[J]1应用化学,2001,18(5):365-369.[5]常津.阿毒素免疫磁性毫微粒的体内磁靶向定位研究[J].中国生物医学工程学报,1996,15(4):216-221.[6]张共清,梁屹.纳米技术在生物医学的应用[J]1中国医学科学院学报,2002,24(2):197-201.〔7〕中国社会科学院语言研究所词典编辑室编.现代汉语词典.北京:商务印书馆2002年版:1711〔8〕奇云.21世纪的纳米医学.健康报,2001(4):12〔9〕纪小龙.纳米医学怎样诊治疾病.健康报,2001,7,19[9]奇 云.纳米医学——21世纪的科技新领域[N].中国医药报,1995年6月8日~1995年7月18日,第1160期-1178期,第7版.[10]奇 云.纳米材料——21世纪的新材料[J].科技导报,1992(10):28-31.[11]奇 云.纳米电子学研究进展[J].现代物理知识,1994,6(5):24-25.[12]奇 云.纳米生物学的诱人前景[N].光明日报,1993年5月7日,第15864号第3版.[13]奇 云.纳米化学研究进展[J].自然杂志,1993,16（9、10):2-5.[14]奇 云.纳米化学研究进展[J].现代化工,1993,13(8):38-39.[15] 华中一.纳米科学与技术[J].科学,2000,52(5):6-10..