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塑料涂料的研究现状与展望摘要:从塑料涂料的成膜基料、涂料性能、施工应用等方面,阐述了国内外塑料涂料的研究现状,并提出了塑料涂料研究存在的问题与发展要求。关键词:塑料涂料;涂料性能;涂料应用;现状与展望0引言随着石油化工与煤化工的发展,高分子材料的合成技术与新材料的推广应用不断延伸,塑料作为新型非金属材料,在抗张强度、韧性、尺寸稳定性等方面取得一系列进展。传统的塑料制品表面抗老化、抗静电、耐划伤、颜填料印痕等问题与新型塑料制品的功能化、装饰性、安全性等问题共同成为塑料涂料与涂装的中心内容。塑料的一个重要发展课题就是合金化。所谓合金化,实际上是多种高分子材料的物理混合,利用各种高分子材料的优点,互相补充。然而合金化给涂装带来了新的问题———涂层材料的成膜物树脂与塑料底材之间的匹配性,正因为如此,目前塑料涂料采用的成膜树脂将日趋多组分、多官能团化,同时塑料涂料的环境影响也日益受到关注,加之新型功能性颜填料与助剂的采用,塑料涂料已以全新的面貌呈现在人们面前。1成膜基料的官能化趋势鉴于塑料底材结构的复合化,与传统的塑料相比,单纯从氢键值、溶解度参数等角度考察单一树脂与塑料底材之间的相容性已十分困难。作者在塑料涂装厂对ABS塑料进行涂装过程中发现,厂方声称的ABS基料耐溶剂性能极差,当涂料中含有一定的芳烃溶剂时,涂膜干燥过程中出现细细的“银纹”。经了解,塑料本身掺入大量高抗冲聚苯乙烯改性,而这种情况目前在塑料涂装市场上非常多见,现在能遵循的规律是表面张力与结构相似程度,只有成膜物的表面张力比底材低,且成膜树脂与底材相比具有一定的相容性,涂膜才能附着在塑料表面。因此,具有低极性的聚丁二烯、聚丙烯酸酯与醇酸改性氯代烃聚合物等对很多塑料乃至塑料合金都具有极佳的亲合性。对于聚乙烯与聚丙烯塑料,氯化聚烯烃的改性仍是目前较佳的选择。Muenster等[1]用混有高密度聚乙烯的聚亚乙烯基氯化物作为成膜基料对聚乙烯复合塑料具有极好的粘附性。Lami等[2]直接采用氯化聚乙烯涂敷在聚乙烯表面,然后与聚氨酯配套。Menovcik等[3]利用羟基官能化烯烃聚合物与可与羟基反应的化合物反应制得对烯烃具有良好附着的附着力促进树脂。巴斯夫公司则利用对聚烯烃进行聚氨酯改性,在确保对聚烯烃底材附着力的同时,与其他树脂的配套相容性也得到保证[4]。上述改性树脂从某种意义上说,解决附着力的根本原因在于结构的相似相亲。Eaztman公司的cp343系列产品、中海油常州涂料化工研究院的P-18系列等产品均为氯化烯烃的接枝改性物。目前氯化聚烯烃的丙烯酸酯、马来酸酐等改性极其活跃,而王小逸等[5]以双戊烯烃聚合物为母体,丙烯酸单体在引发剂作用下接枝形成苯乙烯-双戊烯烃共聚物,实际上是利用聚戊二烯在结构上与聚烯烃塑料的相似性和低表面能状态,所以说,成膜物主体结构与塑料基体结构的相似性仍是塑料涂料成膜树脂合成追寻的重要手段。在研究中曾发现,某些羟基丙烯酸树脂作为基料的涂料,利用脂肪族异氰酸酯作为交联剂在特定的ABS塑料表面涂覆(目前市场多为合金)几乎没有附着力,而当交联剂改为芳香族异氰酸酯时,附着力却十分优异。笔者认为,根本原因在于交联剂转变为芳香族异氰酸酯时,由于成膜后树脂中苯环结构增多,结构的相似性(多体现在溶解度参数与氢键值上的相近)增强,所以附着牢度增大。同样作为结构的相似相亲,环氧-聚酰胺在尼龙底材上的润湿就是利用涂膜中的聚酰胺与尼龙结构的相似性而产生强附着[6]。而各种聚氨酯成膜物(丙烯酸聚氨酯、聚酯聚氨酯等)在聚氨酯塑料上的附着同样与结构相似相关联[7-8]。除传统的溶剂型合成方法外,等离子聚合[8]、乳液聚合也成为塑料涂料成膜树脂合成的新方法,而乳液聚合技术是伴随水性化技术的发展而发展的,在塑料涂料水性化方面起了相当大的作用。作为与光固化配套的底漆,塑料涂料用基体树脂除传统的羟基丙烯酸类外,高软化点、耐溶剂侵蚀的热塑性丙烯酸树脂成为人们关注的焦点之一。为了提高热塑性树脂的耐溶剂性,—CN基或微交联特征的硅氧烷的存在是必要的,有时为了解决配套性,可能在树脂中掺入纤维素类树脂。总之,塑料涂料用成膜树脂如同塑料本身的复合化一样,基料组分从单一结构向多组分结构拓展,甚至采用不同软化点的同类型树脂复合体。依靠单一成膜树脂已很难满足现代塑料涂料的发展要求,而通过合成技术一次性将同一树脂中掺入多组官能团且在同一种树脂中实现软、硬段的高度分离都极其困难,不同结构、不同属性的基料通过物理混合的方法要简单得多,但是物理混合往往出现相容性问题,这是在塑料涂料的配方设计过程中需高度关注的。2环保型塑料涂料2·1粉末涂料一般来说,粉末涂料由于采用静电涂装,且需高温烘烤交联成膜,所以在通常情况下塑料并不适合采用粉末涂料涂覆。然而由于粉末涂料高交联特征,在耐介质等许多方面具有特定的优势,所以近年来,在如冰箱、空调、小家电等众多领域,粉末涂料成了新宠。为了实现静电涂装,一般在塑料中注入导电纤维,比较常见的如尼龙、聚丙烯、玻璃纤维增强塑料等,涂料品种主要涉及氨基丙烯酸、氨基聚酯等。2·2水性涂料在玩具领域,出于健康、安全方面的考虑,水性化是大势所趋。Patil等[9]利用亲水性淀粉、水性环氧树脂、蜡乳液、三聚氰胺-甲醛树脂及氟化表面活性剂等混匀涂覆于聚乙烯膜表面, 80℃加热24 h后,由于热交联的缘故,涂膜强度、耐水性及附着力均显著提升。Park等[10]通过氯化聚丙烯与丙烯酰胺在引发剂作用下接枝共聚,得到的共聚物在聚丙烯表面具有很好的附着力。利用VeoVa 10 (叔碳酸乙烯酯)与丙烯酸酯共聚,内、外乳化并存,亲水性的二丙二醇丁醚作成膜助剂,所得涂料涂覆于聚丙烯板上,涂膜附着力、耐水性均十分优异[11]。利用磷酸酯与丙烯酸酯反应,用碱中和的方法得到的聚合物配制铝粉漆,不仅铝粉漆分散、贮存稳定性好,而且对塑料底材的润湿性好[12-13]。在研究过程中发现,利用二双键或三双键的丙烯酸酯与其他柔性丙烯酸单体进行乳液共聚,得到弹性的丙烯酸共聚物,不仅强度与普通乳液对比明显增强,而且耐水性十分突出,甚至在PC表面涂覆干燥后在去离子水中煮沸2 h仍不起泡,而一般的溶剂型聚丙烯酸酯均难达到这种要求。笔者认为,这些亲水型聚合物表面均含有一定量的亲水性官能团,水分子可以借助于这些亲水性官能团,十分容易地在膜两边自由进出,而高聚物本身与塑料底材之间的作用远大于高聚物与水及塑料底材与水之间的作用,所以即使在煮沸状态下,水分子对高聚物与塑料底材之间的破坏作用仍比较缓慢,以致耐水煮时间较长。而一般溶剂型树脂多有一定的耐水性,但涂层中的缝隙仍能让水分子缓慢进出,随着水温的升高,水分子运动的动能加大,水分子通过涂膜向底材表面扩散加快,但在加热状态下水分子向涂膜外表面扩散时,由于缺乏亲水性官能团的水合化转移,水分子不断向涂膜冲撞,致使涂膜易于被冲撞而剥落形成气泡。当然水性高分子涂膜的耐水性也仅局限于不被锈蚀的非金属塑料或玻璃表面,而金属材料由于易被氧化产生锈蚀而引起涂层疏松导致起泡。目前,见诸于报导的用于改性水性聚合物成膜后耐水性的研究主要集中在对聚合物进行疏水性改性(降低表面张力)、聚合物内交联、立体结构(如二丙烯酸酯与多丙烯酸酯)、聚合物成膜后自交联(有机硅、酰胺等改性)等[14-15]。为了改善涂膜成膜后的耐溶剂性,在树脂结构中引入耐溶剂的官能团如腈基(—CN)等,或采用交联单体。Kosugi和陈伟林等[16-17]利用苯乙烯与丙烯腈、丙烯酸酯共聚,涂膜的耐水、耐酸性均得到提高。而王玉香等[18]则利用水分散型的多异氰酸酯与水性羟基丙烯酸树脂外交联用于ABS及PC、PVC等塑料的涂装,涂膜的力学性能、耐水性、耐化学性十分理想。Zie-gler等[19]则在水性双组分体系中引入亲水性的助溶剂辅助成膜,由于树脂本身的水溶性相对下降,树脂在硬度等方面调节的空间非常大,以致得到的涂膜综合性能优异,可适应各种塑料底材涂装要求。目前水性塑料用涂料的研究十分活跃,但真正进入工业化生产的规模尚很小,笔者只在汽车、玩具、家电等少数领域发现有使用水性塑料涂料的情况,而且品种主要集中在聚氨酯水分散体、丙烯酸乳液与水性双组分丙烯酸酯涂料,究其原因在于涂料水性化后涂膜综合性能与溶剂型涂料相比尚存在一定的差距,然而无论从环境方面考虑,还是从节能、节约成本角度出发,水性体系是关注的重点,随着新的合成技术、新原材料的拓展,水性塑料涂料的发展空间会相应增大。2. 3光固化涂料相比于粉末涂料和水性化塑料涂料,光固化涂料在塑料涂装领域的发展显得异常迅捷。目前在摩托车、电动车与家电等领域,光固化塑料涂料已得到了广泛的推广,相应地推动了光固化涂料技术本身的进步,包括从单体到助剂与合成技术的进步。Hamada等[20]利用甲基丙烯酸甲酯的均聚物与氨基丙烯酸酯、甲基丙烯酸氧基酯等在光敏剂的引发作用下,得到在ABS表面涂覆的快干涂层。Yaji等[21]采用含三环癸烷结构的光敏剂引发聚丙烯酸酯配制丙烯酸涂料,涂覆在聚苯乙烯底材上,涂层的透光性与表面流平性均非常突出。在聚碳酸酯表面,采用热与光同时激发固化的双重固化模式,涂膜耐紫外光性能得到显著改善[22]。而降冰片烯烃聚合物薄膜表面采用UV固化的聚氨酯改性的氨基丙烯酸酯,在膜中引入二氧化硅不会影响涂层的透明性,且涂层的耐划伤性优异[23]。在树脂中引入弹性链段可提高涂膜的附着力与耐冲击性[24];分子链段中引入含氟的硅氧烷与A-174(γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)及胶体二氧化硅,涂膜的透明性、流平性、防污性、耐磨性均因交联和表面张力的降低而得到明显改善[25]。UV固化涂料目前在聚碳酸酯、ABS、聚苯乙烯、聚丙烯等塑料表面应用较为普遍,但仍存在一些问题:(1)涂料与底漆(本色漆或金属漆)之间的附着力问题;(2)罩光漆涂膜放置一段时间易出现雾影,耐湿热性能较差;(3)与聚氨酯等体系相比,涂层耐水性往往显得不够; (4)涂料目前主要用于清漆,通过颜料着色对光固化过程影响较大。光固化残留的自由基影响涂膜的耐黄变性等。3功能化涂料塑料涂料除对塑料制品具有保护功能外,近年来在装饰及功能化领域取得了一系列进展。利用硅氧烷与环氧-硅酸酯共聚物与叔胺作用,得到的涂层在聚酯切片上不仅附着力好,而且耐磨性突出[26-28]。同样对于聚酯片,用丙烯酸-β-羟乙酯酯化二苯基四羧酸二酐,再与甲基丙烯酸缩水甘油酯和邻苯基苯基缩水甘油醚反应,涂膜不仅折光指数高,而且耐磨性好[29]。而利用增滑剂如石蜡或润滑剂,对于含氨基甲酸酯改性聚亚烷基二醇聚(甲基)丙烯酸酯与氨基甲酯改性的聚(甲基)丙烯酸酯混合物在光敏剂存在时,利用UV光照射,得到的涂膜不仅耐划伤、耐候,而且防雾性能好[30]。同样,为了改善防雾性能,Konno等[31]则利用外乳化法,得到的聚丙烯酸酯与胶体二氧化硅、具有阴离子特征的碳酸酯-聚氨酯复合,得到的涂膜对聚烯烃不仅润湿性好,而且具有优良的防雾性。Brand等[32]发现用低氧透过性的聚硅氧烷涂覆在PET膜上,氧透过值只有14 mL/(dm2bar);Yamazaki等[33]发现部分锌中和的聚丙烯酸具有对氧的阻隔性。而Miyasaka[34]则发现聚乙烯醇和浮型二氧化硅混合物制成的涂膜(涂覆于双轴取向的聚丙烯膜)水蒸气与氧的渗透性极低,在20℃, 60%相对湿度及40℃, 90%相对湿度下,分别只有1·5 mL/(m2·24 h·atm)和4·9 mL/(m2·24 h·atm)(1 atm=101·325 Pa)。利用橡胶的减震性,将橡胶与聚硅氧烷、可固化聚氨酯等复合,成膜后由于物件与涂覆底材接触或移动产生的噪音,在一段时间内保持起始静态摩擦系数,具有减震性[35]。热固性或紫外光固化的树脂与含氟聚合物通过热固化或紫外光引发聚合,在聚酯膜上涂覆,具有防反射功能[36]。硅氧烷聚合物等具有低反射指数的涂料,同样具有防反射功能[37]。研究发现,氢氧化铝粒子与低玻璃化转变温度的树脂(Tg: -50~50℃)混合涂覆在聚酯膜表面,具有热辐射功能。4特种塑料涂料塑料涂料除了涂料与塑料之间的作用外,往往还可能存在与其他介质之间的作用,真空镀膜涂料即是如此,它除了与塑料接触外,还与金属镀膜层发生作用,这些涂料在金属膜与塑料底材之间起到桥梁作用。目前真空镀膜底漆主要涉及丙烯酸、氨酯油及改性聚丁二烯等,主要涉及灯具、塑料镀铬装饰,有时具有辅助塑料导电、导热之功能。而面漆则主要为丙烯酸、聚氨酯及聚乙烯醇缩丁醛。孙永泰[38]利用HDI与水作用形成的多羟基型聚氨酯涂覆在塑料镀铬件的外表面,涂膜丰满、坚韧,具有良好的耐磨性、耐冲击、耐化学品与耐湿热性。而氨基丙烯酸涂料、叔碳酸缩水甘油酯改性丙烯酸涂料、含氟丙烯酸酯聚合物等应用于真空镀膜涂料得到的涂膜往往具有高硬度、丰满、耐污染等特征[39-41]。近年来,紫外光固化涂料在真空镀膜领域中取得了较好的应用效果,为了降低涂膜表面的缺陷,改善涂膜的性能,通常在涂料中加入少量惰性溶剂。与此同时,热固化与光固化同时存在于真空镀膜涂料中,涂膜的交联密度、硬度与耐磨性均能得到改善,而且涂膜外观更好。环氧改性对塑料镀银附着力的提升十分有效,Ozu等利用四甲氧基硅烷部分缩合物(Me Silicate51)与缩水甘油(EpiolOH)酯交换反应,再与2-羟乙基乙烯二胺-异佛尔酮二胺-异佛尔酮二异氰酸酯-聚碳酸酯二醇(PlaccelCD220)共聚物反应,得到的底漆喷涂于ABS板上,在80℃干燥10 min,对ABS和镀银镜面附着力高[42]。5塑料涂料研究存在的问题到目前为止,塑料涂料研究大多数停留在配方性能测试阶段,由于塑料对溶剂的敏感性不同,对于溶剂型涂料,涂料中的溶剂或多或少对塑料底材存在侵蚀性,塑料与涂料界面之间容易发生互相渗透、扩散,导致物理与化学作用共存,加上多数塑料本身的使用寿命较短,塑料涂料的时效性和涂料对塑料本身应用改变的影响程度常被忽视,而这些对塑料制品的应用往往十分重要。一些高结晶度的工程塑料,如聚甲醛、聚砜等在没有对塑料进行表面处理时,直接涂覆涂料一般比较困难,有必要寻找到与这些材料之间亲和性较好的化合物,开发出能直接在塑料表面涂装的涂料,减少表面处理带来的环境与成本问题。
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纳米材料技术作为一门高新科学技术，纳米技术具有极大的价值和作用。下面我给大家分享一些纳米材料与技术3000字论文， 希望能对大家有所帮助！纳米材料与技术3000字论文篇一：《试谈纳米复合材料技术发展及前景》 [摘要]纳米材料是指材料显微结构中至少有一相的一维尺度在100nm以内的材料。纳米材料由于平均粒径微小、表面原子多、比表面积大、表面能高，因而其性质显示出独特的小尺寸效应、表面效应等特性，具有许多常规材料不可能具有的性能。纳米材料由于其超凡的特性，引起了人们越来越广泛的关注,不少学者认为纳米材料将是21世纪最有前途的材料之一，纳米技术将成为21世纪的主导技术。 [关键词]高聚物纳米复合材料 一、 纳米材料的特性 当材料的尺寸进入纳米级，材料便会出现以下奇异的物理性能： 1、尺寸效应 当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或投射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体的边界条件将被破坏，非晶态纳米微粒的颗粒表面附近原子密度减小，导致声、光电、磁、热、力学等特性呈现出新的小尺寸效应。如当颗粒的粒径降到纳米级时，材料的磁性就会发生很大变化，如一般铁的矫顽力约为80A/m，而直径小于20nm的铁，其矫顽力却增加了1000倍。若将纳米粒子添加到聚合物中，不但可以改善聚合物的力学性能，甚至还可以赋予其新性能。 2、表面效应 一般随着微粒尺寸的减小，微粒中表面原子与原子总数之比将会增加，表面积也将会增大，从而引起材料性能的变化，这就是纳米粒子的表面效应。 纳米微粒尺寸d(nm) 包含总原子表面原子所占比例(%)103×1042044××1028013099从表1中可以看出，随着纳米粒子粒径的减小，表面原子所占比例急剧增加。由于表面原子数增多，原子配位不足及高的表面能，使这些表面原子具有高的活性，很容易与 其它 原子结合。若将纳米粒子添加到高聚物中，这些具有不饱和性质的表面原子就很容易同高聚物分子链段发生物理化学作用。 3、量子隧道效应 微观粒子贯穿势垒的能力称为隧道效应。纳米粒子的磁化强度等也具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统的势垒而产生变化，这称为纳米粒子的宏观量子隧道效应。它的研究对基础研究及实际 应用，如导电、导磁高聚物、微波吸收高聚物等，都具有重要意义。 二、高聚物/纳米复合材料的技术进展 对于高聚物/纳米复合材料的研究十分广泛，按纳米粒子种类的不同可把高聚物/纳米复合材料分为以下几类： 1、高聚物/粘土纳米复合材料 由于层状无机物在一定驱动力作用下能碎裂成纳米尺寸的结构微区，其片层间距一般为纳米级，它不仅可让聚合物嵌入夹层，形成“嵌入纳米复合材料”，还可使片层均匀分散于聚合物中形成“层离纳米复合材料”。其中粘土易与有机阳离子发生交换反应，具有的亲油性甚至可引入与聚合物发生反应的官能团来提高其粘结。其制备的技术有插层法和剥离法，插层法是预先对粘土片层间进行插层处理后，制成“嵌入纳米复合材料”，而剥离法则是采用一些手段对粘土片层直接进行剥离，形成“层离纳米复合材料”。 2、高聚物/刚性纳米粒子复合材料 用刚性纳米粒子对力学性能有一定脆性的聚合物增韧是改善其力学性能的另一种可行性 方法 。随着无机粒子微细化技术和粒子表面处理技术的 发展 ，特别是近年来纳米级无机粒子的出现，塑料的增韧彻底冲破了以往在塑料中加入橡胶类弹性体的做法。采用纳米刚性粒子填充不仅会使韧性、强度得到提高，而且其性价比也将是不能比拟的。 3、高聚物/碳纳米管复合材料 碳纳米管于1991年由 发现，其直径比碳纤维小数千倍，其主要用途之一是作为聚合物复合材料的增强材料。 碳纳米管的力学性能相当突出。现已测出碳纳米管的强度实验值为30-50GPa。尽管碳纳米管的强度高，脆性却不象碳纤维那样高。碳纤维在约1%变形时就会断裂，而碳纳米管要到约18%变形时才断裂。碳纳米管的层间剪切强度高达500MPa，比传统碳纤维增强环氧树脂复合材料高一个数量级。 在电性能方面，碳纳米管作聚合物的填料具有独特的优势。加入少量碳纳米管即可大幅度提高材料的导电性。与以往为提高导电性而向树脂中加入的碳黑相比，碳纳米管有高的长径比，因此其体积含量可比球状碳黑减少很多。同时，由于纳米管的本身长度极短而且柔曲性好，填入聚合物基体时不会断裂，因而能保持其高长径比。爱尔兰都柏林Trinity学院进行的研究表明，在塑料中含2%-3%的多壁碳纳米管使电导率提高了14个数量级，从10-12s/m提高到了102s/m。 三、前景与展望 在高聚物/纳米复合材料的研究中存在的主要问题是：高聚物与纳米材料的分散缺乏专业设备，用传统的设备往往不能使纳米粒子很好的分散，同时高聚物表面处理还不够理想。我国纳米材料研究起步虽晚但 发展 很快，对于有些方面的研究 工作与国外相比还处于较先进水平。如：漆宗能等对聚合物基粘土纳米复合材料的研究;黄锐等利用刚性粒子对聚合物改性的研究都在学术界很有影响;另外，四川大学高分子 科学 与工程国家重点实验室发明的磨盘法、超声波法制备聚合物基纳米复合材料也是一种很有前景的手段。尽管如此，在总体水平上我国与先进国家相比尚有一定差距。但无可否认，纳米材料由于独特的性能，使其在增强聚合物 应用中有着广泛的前景，纳米材料的应用对开发研究高性能聚合物复合材料有重大意义。特别是随着廉价纳米材料不断开发应用，粒子表面处理技术的不断进步，纳米材料增强、增韧聚合物机理的研究不断完善，纳米材料改性的聚合物将逐步向 工业 化方向发展，其应用前景会更加诱人。 参考 文献 ： [1] 李见主编.新型材料导论.北京：冶金工业出版社，1987. [2]都有为.第三期工程科技 论坛 ——‘纳米材料与技术’ 报告 会. [3]rohlich J，Kautz H，Thomann R[J].Polymer，2004，45(7)：2155-2164. 纳米材料与技术3000字论文篇二：《试论纳米技术在新型包装材料中的应用》 【摘 要】作为一门高新科学技术，纳米技术具有极大的价值和作用。进入20世纪90年代，纳米科学得到迅速的发展，产生了纳米材料学、纳米化工学、纳米机械学及纳米生物学等，由此产生的纳米技术产品也层出不穷，并开始涉及汽车行业。 【关键词】纳米技术 包装材料 1 纳米技术促进了汽车材料技术的发展 纳米技术可应用在汽车的任何部位，包括发动机、底盘、车身、内饰、车胎、传动系统、排气系统等。例如，在汽车车身部分，利用纳米技术可强化钢板结构，提高车体的碰撞安全性。另外，利用纳米涂料烤漆，可使车身外观色泽更为鲜亮、更耐蚀、耐磨。内装部分，利用纳米材料良好的吸附能力、杀菌能力、除臭能力使室内空气更加清洁、安全。在排气系统方面，利用纳米金属做为触媒，具有较高的转换效果。 由于纳米技术具有奇特功效，它在汽车上得到了广泛的应用，提升汽车性能的同时延长使用寿命。 2 现代汽车上的纳米材料 (1)纳米面漆。汽车面漆是对汽车质量的直观评价，它不但决定着汽车的美观与否，而且直接影响着汽车的市场竞争力。所以汽车面漆除要求具有高装饰性外，还要求有优良的耐久性，包括抵抗紫外线、水分、化学物质及酸雨的侵蚀和抗划痕的性能。纳米涂料可以满足上述要求。纳米颗粒分散在有机聚合物骨架中，作承受负载的填料，与骨架材料相互作用，有助于提高材料的韧性和其它机械性能。研究表明，将10%的纳米级TiO2粒子完全分散于树脂中，可提高其机械性能，尤其可使抗划痕性能大大提高，而且外观好，利于制造汽车面漆涂料;将改性纳米CaCO3以质量分数15%加入聚氨酯清漆涂料中，可提高清漆涂料的光泽、流平性、柔韧性及涂层硬度等。 纳米TiO2是一种抗紫外线辐射材料，加之其极微小颗粒的比表面积大，能在涂料干燥时很快形成网络结构，可同时增强涂料的强度、光洁度和抗老化性;以纳米高岭土作填料，制得的聚甲基丙烯酸甲酯纳米复合材料不仅透明，而且吸收紫外线，同时也可提高热稳定性，适合于制造汽车面漆涂料。 (2)纳米塑料。纳米塑料可以改变传统塑料的特性，呈现出优异的物理性能：强度高，耐热性强，比重更小。随着汽车应用塑料数量越来越多，纳米塑料会普遍应用在汽车上。主要有阻燃塑料、增强塑料、抗紫外线老化塑料、抗菌塑料等。阻燃塑料是燃烧时，超细的纳米材料颗粒能覆盖在被燃材料表面并生成一层均匀的碳化层，起到隔热、隔氧、抑烟和防熔滴的作用，从而起到阻燃作用。 目前汽车设计要求规定，凡通过乘客座舱的线路、管路和设备材料必须要符合阻燃标准，例如内饰和电气部分的面板、包裹导线的胶套，包裹线束的波纹管、胶管等，使用阻燃塑料比较容易达到要求。增强塑料是在塑料中填充经表面处理的纳米级无机材料蒙脱土、CaCO3、SiO2等，这些材料对聚丙烯的分子结晶有明显的聚敛作用，可以使聚丙烯等塑料的抗拉强度、抗冲击韧性和弹性模量上升，使塑料的物理性能得到明显改善。 抗紫外线老化塑料是将纳米级的TiO2、ZnO等无机抗紫外线粉体混炼填充到塑料基材中。这些填充粉体对紫外线具有极好的吸收能力和反射能力，因此这种塑料能够吸收和反射紫外线，比普通塑料的抗紫外线能力提高20倍以上。据报道这类材料经过连续700小时热光照射后，其扩张强度损失仅为10%，如果作为暴露在外的车身塑料构件材料，能有效延长其使用寿命。抗菌塑料是将无机的纳米级抗菌剂利用纳米技术充分地分散于塑料制品中，可将附着在塑料上的细菌杀死或抑制生长。这些纳米级抗菌剂是以银、锌、铜等金属离子包裹纳米TiO2、CaCO3等制成，可以破坏细菌生长环境。据介绍无机纳米抗菌塑料加工简单，广谱抗菌，24小时接触杀菌率达90%，无副作用。 (3)纳米润滑剂。纳米润滑剂是采用纳米技术改善润滑油分子结构的纯石油产品，它不会对润滑油添加剂、稳定剂、处理剂、发动机增润剂和减磨剂等产品产生不良作用，只是在零件金属表面自动形成纯烃类单个原子厚度的一层薄膜。由于这些微小烃类分子间的相互吸附作用，能够完全填充金属表面的微孔，最大可能地减小金属与金属间微孔的摩擦。与高级润滑油或固定添加剂相比，其极压可增加3倍-4倍，磨损面减小16倍。由于金属表面得到了保护，减小了磨损，使用寿命成倍增加。 另外，由于纳米粒子尺寸小，经过纳米技术处理的部分材料耐磨性是黄铜的27倍、钢铁的7倍。目前纳米陶瓷轴承已经应用在奔驰等高级轿车上，使机械转速加快、质量减小、稳定性增强，使用寿命延长。 (4)纳米汽油。纳米汽油最大优点是节约能源和减少污染，目前已经开始研制。该技术是一种利用现代最新纳米技术开发的汽油微乳化剂。它能对汽油品质进行改造，最大限度地促进汽油燃烧，使用时只要将微乳化剂以适当比例加入汽油便可。交通部汽车运输节能技术检测中心的专家经试验后认为，汽车在使用加入该微乳化剂的汽油后，可降低其油耗10%～20%，增加动力性能25%，并使尾气中的污染物(浮碳、碳氢化合物和氮氧化合物等)排放降低50%～80%。它还可以清除积碳，提高汽油的综合性能。更令人注意的是，纳米技术应用在燃料电池上，可以节省大量成本。因为纳米材料在室温条件下具有优异的储氢能力。根据实验结果，在室温常压下，约2/3的氢能可以从这些纳米材料中得以释放，故其能替代昂贵的超低温液氢储存装置。 (5)纳米橡胶。汽车中橡胶材料的应用以轮胎的用量最大。在轮胎橡胶的生产中，橡胶助剂大部分成粉体状，如炭黑、白炭黑等补强填充剂、促进剂、防老剂等。以粉体状物质而言，纳米化是现阶段橡胶的主要发展趋势。新一代纳米技术已成功运用其它纳米粒子作为助剂，而不再局限于使用炭黑或白炭黑，汽车中最大的改变即是，轮胎的颜色已不再仅限于黑色，而能有多样化的鲜艳色彩。另外无论在强度、耐磨性或抗老化等性能上，新的纳米轮胎均较传统轮胎都优异，例如轮胎侧面胶的抗裂痕性能将由10万次提高到50万次。 (6)纳米传感器。传感器是纳米技术应用的一个重要领域，随着纳米技术的进步，造价更低、功能更强的微型传感器将广泛应用在社会生活的各个方面。半导体纳米材料做成的各种传感器，可灵敏地检测温度、湿度和大气成分的变化，这在汽车尾气和大气环境保护上已得到应用。纳米材料来制作汽车尾气传感器，可以对汽车尾气中的污染气体进行吸附与过滤，并对超标的尾气排放情况进行监控与报警，从而更好地提高汽车尾气的净化程度，降低汽车尾气的排放。我国纳米压力传感器的研制已获得成功，产品整体性能超过国外的超微传感器，缩小了我国在这一技术领域与世界先进国家存在的差距。有专家认为，到2020年，纳米传感器将成为主流。 (7)纳米电池。早在1991年被人类发现的碳纳米管韧性很高，导电性极强，兼具金属性和半导体性，强度比钢高100倍， 密度只有钢的1/6。我国科学家最近已经合成高质量的碳纳米材料，使我国新型储氢材料研究一举跃入世界先进行列。此种新材料能储存和凝聚大量的氢气，并可做成燃料电池驱动汽车，储氢材料的发展还会给未来的交通工具带来新型的清洁能源。 结语 随着材料技术的发展，纳米技术已成为当今研究领域中最富有活力，对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象。纳米科技正在推动人类社会产生巨大的变革，未来汽车技术的发展，有极大部分与纳米技术密切相关，纳米材料和纳米技术将会给汽车新能源、新材料、新零部件带来深远的影响。对于汽车制造商而言，纳米技术的有效运用，有效地促进技术升级、提升附加价值。相信在不久的将来，纳米技术必将在汽车的制造领域得到更广泛的应用。 参考文献 [1]肖永清.纳米技术在汽车上的应用[J].轻型汽车技术，. [2]潘钰娴，樊琳.纳米材料的研究和应用[J].苏州大学学报(工科版)，2002. [3]周李承，蒋易，周宜开，任恕，聂棱.光纤纳米生物传感器的现状及发展[J].传感器技术，2002，(1)：18～21 纳米材料与技术3000字论文篇三：《试谈纳米技术及纳米材料的应用》 摘要：本文主要论述了纳米材料的兴起、纳米材料及其性质表现、纳米材料的应用示例、纳米材料的前景展望，以供与大家交流。 关键词：纳米材料;应用;前景展望 1.纳米技术引起纳米材料的兴起 1959年，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，最后实现根据人类意愿逐个排列原子、制造产品，这是关于纳米科技最早的梦想。80年代初，德国科学家成功地采用惰性气体凝聚原位加压法制得纯物质的块状纳米材料后，纳米材料的研究及其制备技术在近年来引起了世界各国的普遍重视。由于纳料材料具有独特的纳米晶粒及高浓度晶界特征以及由此而产生的小尺寸量子效应和晶界效应，使其表现出一系列与普通多晶体和非晶态固体有本质差别的力学、磁、光、电、声等性能，使得对纳米材料的制备、结构、性能及其应用研究成为90年代材料科学研究的 热点 。1991年，美国科学家成功地合成了碳纳米管，并发现其质量仅为同体积钢的1/6，强度却是钢的10倍，因此称之为超级纤维.这一纳米材料的发现标志人类对材料性能的发掘达到了新的高度。1999年，纳米产品的年营业额达到500亿美元。 2.纳米材料及其性质表现 纳米材料 纳米(nm)是长度单位，1纳米是10-9米(十亿分之一米)，对宏观物质来说，纳米是一个很小的单位，不如，人的头发丝的直径一般为7000-8000nm，人体红细胞的直径一般为3000-5000nm，一般病毒的直径也在几十至几百纳米大小，金属的晶粒尺寸一般在微米量级;对于微观物质如原子、分子等以前用埃来表示，1埃相当于1个氢原子的直径，1纳米是10埃。一般认为纳米材料应该包括两个基本条件：一是材料的特征尺寸在1-100nm之间，二是材料此时具有区别常规尺寸材料的一些特殊物理化学特性。 纳米材料的特殊性质 纳米材料高度的弥散性和大量的界面为原子提供了短程扩散途径，导致了高扩散率，它对蠕变，超塑性有显著影响，并使有限固溶体的固溶性增强、烧结温度降低、化学活性增大、耐腐蚀性增强。因此纳米材料所表现的力、热、声、光、电磁等性质，往往不同于该物质在粗晶状态时表现出的性质。与传统晶体材料相比，纳米材料具有高强度——硬度、高扩散性、高塑性——韧性、低密度、低弹性模量、高电阻、高比热、高热膨胀系数、低热导率、强软磁性能。这些特殊性能使纳米材料可广泛地用于高力学性能环境、光热吸收、非线性光学、磁记录、特殊导体、分子筛、超微复合材料、催化剂、热交换材料、敏感元件、烧结助剂、润滑剂等领域。 3.纳米材料的应用示例 目前纳米材料主要用于下列方面： 高硬度、耐磨WC-Co纳米复合材料 纳米结构的WC-Co已经用作保护涂层和切削工具。这是因为纳米结构的WC-Co在硬度、耐磨性和韧性等方面明显优于普通的粗晶材料。其中，力学性能提高约一个量级，还可能进一步提高。高能球磨或者化学合成WC-Co纳米合金已经工业化。化学合成包括三个主要步骤：起始溶液的制备与混和;喷雾干燥形成化学性均匀的原粉末;再经流床热化学转化成为纳米晶WC-Co粉末。喷雾干燥和流床转化已经用来批量生产金属碳化物粉末。WC-Co粉末可在真空或氢气氛下液相烧结成块体材料。VC或Cr3C2等碳化物相的掺杂，可以抑制烧结过程中的晶粒长大。 纳米结构软磁材料 Finemet族合金已经由日本的Hitachi Special Metals，德国的Vacuumschmelze GmbH和法国的 Imply等公司推向市场，已制造销售许多用途特殊的小型铁芯产品。日本的 Alps Electric Co.一直在开发Nanoperm族合金，该公司与用户合作，不断扩展纳米晶Fe-Zr-B合金的应用领域。 电沉积纳米晶Ni 电沉积薄膜具有典型的柱状晶结构，但可以用脉冲电流将其破碎。精心地控制温度、pH值和镀池的成份，电沉积的Ni晶粒尺寸可达10nm。但它在350K时就发生反常的晶粒长大，添加溶质并使其偏析在晶界上，以使之产生溶质拖拽和Zener粒子打轧效应，可实现结构的稳定。例如，添加千分之几的磷、流或金属元素足以使纳米结构稳定至600K。电沉积涂层脉良好的控制晶粒尺寸分布，表现为Hall-Petch强化行为、纯Ni的耐蚀性好。这些性能以及可直接涂履的工艺特点，使管材的内涂覆，尤其是修复核蒸汽发电机非常方便。这种技术已经作为 EectrosleeveTM工艺商业化。在这项应用中，微合金化的涂层晶粒尺寸约为100nm，材料的拉伸强度约为锻造Ni的两倍，延伸率为15%。晶间开裂抗力大为改善。 基纳米复合材料 Al基纳米复合材料以其超高强度(可达到)为人们所关注。其结构特点是在非晶基体上弥散分布着纳米尺度的a-Al粒子，合金元素包括稀土(如Y、Ce)和过渡族金属(如 Fe、Ni)。通常必须用快速凝固技术(直接淬火或由初始非晶态通火)获得纳米复合结构。但这只能得到条带或雾化粉末。纳米复合材料的力学行为与晶化后的非晶合金相类似，即室温下超常的高屈服应力和加工软化(导致拉神状态下的塑性不稳定性)。这类纳米材料(或非晶)可以固结成块材。例如，在略低于非晶合金的晶化温度下温挤。加工过程中也可以完全转变为晶体，晶粒尺寸明显大干部份非晶的纳米复合材料。典型的Al基体的晶粒尺寸为100～200nm，镶嵌在基体上的金属间化合物粒子直径约50nm。强度为～1GPa，拉伸韧性得到改善。另外，这种材料具有很好的强度与模量的结合以及疲劳强度。温挤Al基纳米复合材料已经商业化，注册为Gigas TM。雾化的粉末可以固结成棒材，并加工成小尺寸高强度部件。类似的固结材料在高温下表现出很好的超塑性行为：在1s-1的高应变速率下，延伸率大于500%。 4.纳米材料的前景趋向 经过我国材料技术人员多年对纳米技术的研究探索，现在科学家已经能够在实验室操纵单个原子，纳米技术有了飞跃式的发展。纳米技术的应用研究正在半导体芯片、癌症诊断、光学新材料和生物分子追踪4大领域高速发展。可以预测：不久的将来纳米金属氧化物半导体场效应管、平面显示用发光纳米粒子与纳米复合物、纳米光子晶体将应运而生;用于集成电路的单电子晶体管、记忆及逻辑元件、分子化学组装计算机将投入应用;分子、原子簇的控制和自组装、量子逻辑器件、分子电子器件、纳米机器人、集成生物化学传感器等将被研究制造出来。 近年来还有一些引人注目的发展趋势新动向，如：(1)纳米组装体系蓝绿光的研究出现新的苗头;(2)巨电导的发现;(3)颗粒膜巨磁电阻尚有潜力;(4)纳米组装体系设计和制造有新进展。
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