摘要：綜述了碳納米管涂料的最新研究進(jìn)展,介紹了碳納米管在復(fù)合材料、導(dǎo)電、電磁屏蔽、吸波、吸熱、抗菌等特殊涂料中的應(yīng)用。初步探討了碳納米管涂料特殊性能的機(jī)理,指出了納米涂料產(chǎn)業(yè)化所面臨的困難,并對(duì)今后的發(fā)展進(jìn)行了展望。
關(guān)鍵詞：碳納米管；涂料；研究進(jìn)展
0前言
近年來(lái),將納米技術(shù)應(yīng)用于涂料,提高其原有性能或賦予其他性能,逐漸成為國(guó)內(nèi)外涂料行業(yè)研究的熱點(diǎn),并已經(jīng)取得了初步的成效。有研究表明[1],將納米材料應(yīng)用于涂料中,不僅可使其粘結(jié)性、耐沖擊性、柔韌性、耐老化性、耐腐蝕性、抗輻射性等傳統(tǒng)性能得到大大的提高和改善,而且還能夠使涂料增加一些新的功能,如自潔性、抗靜電、吸波隱身等,從而提高涂料產(chǎn)品的性能。這是因?yàn)閇2],隨著材料分散程度達(dá)到納米級(jí),其表面積會(huì)極大地增大,從而導(dǎo)致表面物理和表面化學(xué)性能發(fā)生突變,具有了宏觀材料不具備的一些特殊性能。表面活性的增加,可以促進(jìn)納米材料與聚合物及底材在分子水平上結(jié)合,增強(qiáng)涂層的強(qiáng)度及與底材的附著力；納米材料的加入可以改善涂層中顏填料的體積填充密度,從而減少毛細(xì)管作用,提高涂層對(duì)腐蝕介質(zhì)的屏蔽作用；由于粒度分布及材料自身的光學(xué)性能使納米材料對(duì)不同波長(zhǎng)的光顯示特殊的光化學(xué)、吸收和散射及光催化等作用。
1應(yīng)用于涂料領(lǐng)域中的納米材料
納米復(fù)合涂料,屬納米復(fù)合材料中的品種范疇。納米復(fù)合涂料必須具備2個(gè)基本條件：一是至少有一相尺寸在1～100nm；二是因?yàn)榧{米相的存在使涂料性能有明顯提高或產(chǎn)生新功能[3]。目前,應(yīng)用于涂料中的納米材料大體可分為5類：
(1)某些金屬氧化物,如TiO2、SiO2、FeO、ZnO等；
(2)納米級(jí)金屬粉末,如Al、Co、Ti、Cr、Nd、Mo等；
(3)無(wú)機(jī)鹽類,如CaCO3；
(4)層狀硅酸鹽,如納米級(jí)黏土；
(5)碳納米管。
前4類納米復(fù)合涂料由于起步較早,許多西方國(guó)家都已經(jīng)開(kāi)始了產(chǎn)業(yè)化,我國(guó)的各大科研院所也已經(jīng)取得了較大的成就[4]。碳納米管涂料的研究,雖然起步較晚,但所蘊(yùn)含的巨大潛力,使其從發(fā)現(xiàn)以來(lái)便迅速成為關(guān)注的焦點(diǎn)。
2碳納米管
碳納米管是由片層結(jié)構(gòu)的石墨卷曲而成的納米級(jí)管狀結(jié)構(gòu),主體部分是由無(wú)縫中空的六角形環(huán)組成的同軸圓柱體,圓柱體的兩端各有一個(gè)類似于半個(gè)富勒烯結(jié)構(gòu)的“帽子”。根據(jù)組成碳納米管管壁中碳原子的層數(shù)不同,碳納米管可分為單壁碳納米管(SWNTs)和多壁碳納米管(MWNTs)2種[5],見(jiàn)圖1、圖2。自1991年,日本的Iijima教授[6]宣布合成了碳納米管以來(lái),它就以其優(yōu)異性能引起了人們的深入研究。碳納米管有優(yōu)良的電學(xué)性能,其導(dǎo)電性根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同而異,可以是導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體,甚至可以僅次于超導(dǎo)體。碳納米管有優(yōu)良的力學(xué)性能,它的拉伸強(qiáng)度達(dá)到50～200GPa,是鋼的100倍,密度卻只有鋼的1/6,其彈性模量最高達(dá)600GPa,導(dǎo)熱性是銅的5倍。利用碳納米管的這些優(yōu)良性能,將其應(yīng)用到涂料中,制成碳納米管涂料,可以更有效地提高涂料的性能。 |
