Nano是21世纪初的流行语。目前没有其他技术比它更能发人深省。从自我清洁表面开始，到自我繁殖的纳米机器人，技术、科学和科幻小说之间的界限几乎不存在。纳米技术正在跨越物理、化学、生物和工程等不同的学科发展，因为这种跨学科的方法创造了新的解决方案。纳米技术领域最先进的市场之一是使用纳米技术修饰表面特性的领域。从新的光刻技术，到自组装，再到纳米技术在现有涂料中的应用，该技术的应用范围是巨大的。特别是在涂料中，纳米颗粒的潜在用途的评估是学术界和工业界非常感兴趣的。

纳米技术的定义

每个人都很熟悉“原子”这个词，意思是希腊哲学家德谟克利特所能想到的物质中最小的不可分割的部分。他得出了一个哲学结论:原子必须通过将物质分解成越来越小的部分而存在，最终形成了构成所有物质的最小部分。如果今天有人想起这些想法，他会惊讶地发现，从宏观物质到原子的大小变化总是伴随着性质的变化。例如，当减少一个金属单位的尺寸时，金属的颜色会发生巨大的变化。如果金颗粒的大小被缩小到大约5纳米，金属的颜色就会变成强烈的红色，例如，以前用来给教堂的玻璃窗上色。因此，只有通过改变尺寸，颜色的物理性质才会发生变化。引起这种颜色变化所需的尺寸在10-9米的范围内，换句话说，在几纳米的范围内。这种物理性质的变化归因于物质电子性质的变化。电子被限制在一个更小的空间里，导致了这些变化的发生。纳米技术处理的就是这些电子效应。 Matter reduced in at least one dimension to a size less than 100 nm can be considered nanomaterial. At the same time, the surface area of nanomaterial is enhanced by orders of magnitude so that surface effects become a critical aspect in nanotechnology. Stabilization of individual units as well as the surface activity become important when using nanomaterials. Assuming a dense packing of atoms, almost 60% of all atoms are located on the surface of 2-nm particles. Even for 10-nm particles it is still around 20%, as can be seen in Figure 1.

只有分散良好的纳米单元才能以最好的方式表现出纳米材料的特性。即使是轻微的聚集也会导致所有纳米效应的丧失。因此，预分散纳米颗粒母批次是在涂料中利用纳米材料的理想方式。188金宝搏bet官网通过只使用少量的有效成分并在主批中实现非常高的有效成分含量，纳米添加剂是引入新的或增强的涂层性能的聪明方法。

纳米技术在涂料

纳米技术在我们日常生活的各个领域都有巨大的潜力。目前纳米技术应用最成熟的领域之一是塑料和涂料领域。将涂层应用到基材上的主要原因可能是为了预期的装饰或保护效果。对表面涂料的保护需求包括对各种环境影响的保护需求，如紫外线、湿度和氧气、机械攻击等。为了满足这些需求，主要基于有机和聚合化学的技术解决方案已逐步开发出来。如今，为了在涂料中达到类似的、改进的甚至是新的效果，纳米技术正被涂料制造商所关注。例如，通过将某些纳米氧化物充分分散到涂层配方中，这些涂层的力学性能可以显著改善。特别是纳米氧化铝和二氧化硅，因为可以通过使用纳米尺寸的填料而不是微米尺寸的材料来实现高光、高透明的涂层。188金宝搏bet官网图2为气相合成纳米氧化铝的TEM图像。该材料在不同的介质中以超过50%的浓度分散。 Due to the nature of the particles, the viscosity of those dispersions is very low since there is no tendency for bridging flocculation, as for example in materials made by flame pyrolysis. When incorporating a small amount of nanoalumina in a UV-curable coating system, the resistance against mechanical scratching can be increased significantly. In Figure 3, the increase in haze due to scratches formed on the coated surface is measured as an indicator for scratch resistance.

可以看出，1%的纳米氧化铝减少了70%的雾霾增加。同时，使用10%的二氧化硅效果不太明显。产生这种差异的原因是纳米氧化铝和二氧化硅的力学性能不同。氧化铝的杨氏模量约为410 GPa，而二氧化硅的杨氏模量仅为55 GPa，假设模量不变，而尺寸更改为约40 nm。更硬的材料只会产生更耐刮的纳米复合材料。除了材料本身外，颗粒与基体之间的界面决定了力学性能的提高。例如，当纳米氧化铝和某些硅酮添加剂一起使用时，会产生协同效应。在图4中，显示了纳米氧化铝与uv固化有机硅氧烷(BYK-UV 3500)在8种不同的uv固化树脂体系中的组合。

如果没有有机硅氧烷，就不能在所有系统中达到抗划伤的效果。有时划痕后的外观更差(例如，系统3从2变为3)。只需添加少量0.1%的BYK-UV 3500，纳米氧化铝的有效性就可以显著增强，导致8个涂层系统中的7个划痕后的外观得到改善。

目前，纳米材料在涂料中的应用重点除了耐划伤性外，还包括紫外线稳定性、抗菌活性、188金宝搏bet官网红外吸收性或导电性/抗静电性能。无机紫外线吸收剂在涂料中的应用越来越广泛。在这里，三种不同的材料正在密集开发:纳米二氧188金宝搏bet官网化钛，纳米氧化锌和纳米二氧化铈。

这些材料188金宝搏bet官网的价格、性能和吸收特性各不相同。最昂贵的物质是Ceria。此外，二氧化铈是一种氧化催化剂，这是目前用于半导体晶圆机械化学平面化(CMP)领域的一种性质。这种催化活性，加上原材料的高成本，是考虑在涂料中使用二氧化铈时的两个主要缺点。188金宝搏bet官网二氧化钛比二氧化铈便宜，但作为纯金红石，它在紫外线辐射下具有光活性。自由基的形成导致有机物的分解。188金宝搏bet官网因此，必须涂覆和掺杂二氧化钛，以扑灭自由基的形成。观察纳米二氧化钛的吸光度特性，其吸光度边缘在320-350 nm左右，处于UV-A区域。

与三种无机紫外线吸收剂中最后一种氧化锌相比，二氧化钛具有更高的吸收系数，但在近UV- a区更透明。氧化锌非常有效地阻挡400纳米以下的辐射，同时比其他两种氧化物更便宜。在图5中，通过自由基聚合固化的苯乙烯-不饱和聚酯涂层中，ZnO的稳定效果与苯并三唑相比较。由于聚苯乙烯含量高，即使在UV-A光的适度照射下也会变黄。

150小时后，DE值的参考偏移了近2个单位，主要是由于b值的偏移，这相当于一个变黄的过程。苯并三唑(BT)浓度为1%时，可将这一转变降低至1,0.25% ZnO和0.5% BT效果相当。500小时后氧化锌的性能是BT的两倍。这些结果仍是初步的，但已经表明无机纳米紫外线吸收剂的优势。由于粒子的纳米尺寸，当添加少于2%的氧化锌时，涂层的光泽和颜色不会受到影响。即使最初无机和有机紫外线吸收剂的性能一样好，特别是在很长的使用寿命中，无机吸收剂的性能也会优于有机吸收剂，因为它不会通过紫外线引起的光化学反应分解。

总结

在短期和中期的未来，纳米技术将越来越多地影响我们的生活。只需改变现有材料的尺寸，就可以利用新的、改进的或增强的性能。188金宝搏bet官网纳米技术在产品中的应用非常迅速的一个领域是纳米复合材料领域，主要是在涂料领域。通过添加少量纳米添加剂来改善涂层的保护性质或创造涂层的新性能将是纳米技术在该领域的未来发展方向。工业界在当前的研发领域，包括纳米技术的环境和健康方面，处于领先地位。可持续和安全地使用纳米技术将有助于以更负责任的方式利用现有资源。

本文在2005年1月由油漆研究协会主办的纳米和混合涂料会议上发表，曼彻斯特，英国。会议记录可与会议行政官珍妮特·萨拉提联系j.saraty@pra.org.uk．