纳米材料在建筑中的前沿应用

编者按：世界各国对纳米材料给予极大关注。它所具有的独特物理和化　学性质，使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等　

学科的研究带来新的机遇。近年来，它在建筑材料领域也得到了一定的　

应用，并显示出独特魅力。但是，这种被普遍看好的新型纳米材料对人　

体及环境的影响还不为人知，进而引发了一系列的思考。因此，各国的　

科学家都呼吁在纳米材料被更广泛地应用之前，应该通过进一步的实　

验对其风险收益比进行评估。本文就纳米材料在建筑业中的应用和安　

全性问题进行简要阐述，希望能够对我国的相关工作有所裨益。　

纳米材料在建筑行业中的　

应用和安全性问题　

■文／栗慧刚　孙智波　

１．中国科学院武汉文献情报中心　

２．中国科学院武汉物理与数学研究所　

纳米技术革命正在对各种不同　

的科学部门、工程部门、商业部门产生　

开拓性的影响，这其中也包括了建筑　

产业。纳米材料独特的化学和物理特　

性能够为（照片）催化作用、（电和热）　

传导性、机械强度光敏感的能效带来　

显著的提高。通过追踪新兴纳米技术　

在生物医学和电子产业中的应用，建　

筑产业启动探寻一个能提高传统建筑　

材料性能的方法，即使用多种人造纳　

米材料（ＭＮＭｓ）。各种不同的ＭＮＭｓ　能够增进建筑材料的一些至关重要　

的属性，例如强度、耐久性、亮度等；　

ＭＮＭｓ还能赋予建筑材料许多有用的　

属性（例如隔热、自洁和防雾）和一些　作为传感元件的关键功能，用来监控　

施工安全和建筑结构的合理健康。　

纳米产品尽管现在具有相对较高　的成本，但由于被赋予了相对较低的　

囫Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　材料添加比率的特性，加之新应用的　

飞速发展以及大规模生产纳米材料时　

其基础成本的降低，人造纳米产品在　

建筑材料中的应用可能会增进。纳米　

材料以其特有的光、电、热、磁等性能　

为建筑材料的发展带来一次前所未有　

的革命，在建材中具有十分广阔的市　场应用前景和巨大的经济、社会效益。　

不仅会推动建材新产品的开发，还将　为改善人们的生活环境、提高生活质　

纳米材料在建筑中的应用：建筑涂料加入纳米材料以改良建筑外墙

摘要：随着科技的发展，人类对于建筑的要求也逐渐增强，不再满足于一栋简单的居住“机器”，更要求其舒适，耐用，美观，甚至要具有一定的体量感，较强的视觉感，抗辐射，及最大程度减少污染的特性。一般的水泥、乳胶漆已渐渐达不到建筑师的要求，同时现代的科学技术也逐渐将旧的建筑材料代替。尤其某些建筑涂料抗老化性、硬度等各方面性能无法应用到现代化的高层建筑中；玻璃的韧性，强度不够，无法做承重材料，并不能有效防止阳光辐射：建筑外墙散热较慢或无法长时间保温，导致对空调设施依赖较大，耗能较多。本论文将讨论试图利用纳米材料的特殊物理化学性能改良建筑材料，如纳米材料改性建筑外墙乳胶漆等。

关键词：纳米材料，建筑涂料改性，复合材料，防辐射，隔热

发展现状：

一、 隔热材料：

在许多发达国家冬季供暖和夏季空调所用的能量，占全年总能量消耗的20%以上。我国经济发达的地区，空调机正在普及，这将消耗很多能源，因此探索研究用新的方法降低空调和保暖能耗，已成为一个新的研究课题。如果新型隔热材料得以推广，不仅可以为国家节省大量能源，而且，建筑的美观和舒适程度也将大大增加，如范斯沃斯住宅，大量使用玻璃墙体，尽管外形与环境完美结合，十分美观，但却是冬冷夏热，使居住者十分难受，如果利用非晶晶化法并结合纳米隔热材料，制成既可承重又透明，隔热的墙体，即可以解决美感与使用矛盾的问题。

1、隔热机理与方式

建筑隔热涂料根据隔热机理和隔热方式的不同被分为阻隔型隔热涂料、反射型隔热涂料和辐射型隔热涂料三类。阻隔型隔热涂料是通过对热传递的显著阻抗性实现隔热的涂料。反射型隔热涂料是通过选择合适的树脂、金属或金属氧化物

颜填料及生产工艺来制得高反射率的涂层反射太阳热，以达到隔热的目的。辐射型隔热涂料是通过辐射的形式把建筑物吸收到的日照光线和热量以一定的波长发散到空气中，从而达到良好隔热降温效果的涂料。这三类涂料的隔热机理不同，应用场合和所得到的效果也各不相同。一种隔热效果良好的涂料往往是两种或多种隔热机理同时起作用的结果。【1】因而，研制出多种隔热机理综合起作用的复合型隔热涂料将代表未来隔热涂料的发展趋势。

第３９卷第３６期　・１１８・　２　０　Ｉ　３年１　２月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴ［ＩＲＥ　Ｖｏ１．３９　Ｎｏ．３６　Ｄｅｅ．　２０１３　

文章编号：１００９—６８２５（２０１３　１　３６—０ｌｌ８—０２　

纳米材料在建筑领域中的应用　

刘　军　

（１．太原理工大学，山西太原０３００２４；　２．山西铭基工程管理咨询有限公司，山西晋城０４８００１）　

摘要：通过详细介绍建筑用纳米材料的各种性能和对混凝土的影响，分析了纳米材料在建筑相关领域所带来的经济效应和必要　

性。指出将纳米材料掺入到混凝土中，使得混凝土的各种性能都有效改善，是未来新型建筑材料的发展方向。　关键词：纳米材料，新型建筑材料，高性能混凝土，耐久性　中图分类号：ＴＵ５２８　文献标识码：Ａ　

０　引言　

以纳米技术和纳米粒子为基础改性的新型建筑材料，不仅能　够较好的弥补原有建筑的某些功能和缺陷，而且能较好的突出原　

有建筑材料的功能和特征，对于我国建筑材料功能及质量有着重　大意义，此外研究开发建筑智能化材料、新型装饰材料、节能材料　

以及适用于尖端建筑技术的新型材料将是未来建筑材料的发展　方向。　

纳米技术和纳米材料对建筑材料所产生的作用尚不可估量，　就目前形势来看，利用纳米材料开发、生产生态建筑材料是纳米　

材料在建筑材料领域的一个极为重要的应用。这是因为建筑材　料的应用量巨大与人们的生活质量和环境关系密切相关，是纳米　

材料发挥作用的极好载体。　

１　纳米ＴｉＯ，光催化材料　

目前，国内外研究的建筑用纳米材料主要是纳米ＴｉＯ　光催化　

生态建筑材料。经研究表明，纳米ＴｉＯ　在紫外线光照射下，会产　生氧化分解反应。利用纳米的氧化分解能力和超亲水性可制成　

改善人类生活环境、提高人们生活质量的生态环保建筑材料，包　括净化空气、净化建筑材料、杀菌灭菌、除臭和表面自洁建筑材料　

等。我国建筑材料研究专家从１９９３年开始研究保健灭菌材料，　

至今已经发明出远红外陶瓷粉、无机抗菌剂、光催化玻璃和净化　功能建筑材料等。将纳米技术应用于防水材料中，可以制得纳米　ＳｉＯ，改性彩色防水卷材，这种新型卷材可以大幅度降低紫外线辐　

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浅谈纳米技术在新型建筑材料中的应用

作者：孟庆礼

来源：《科技资讯》2011年第06期

摘要:纳米技术作为一门新兴的技术,在多个领域具有非常重要的应用,尤其是极大地推动了新型建材的发展,介绍了纳米技术在新型建筑涂料、混凝土、陶瓷、等方面的应用,通过论述可知,纳米材料在新型建材领域具有很好的发展应用前景。

关键词:纳米技术 新型建材 应用 前景

中图分类号:TS195 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)02(c)-0076-01

1 纳米技术在建筑涂料中的应用

涂料是建筑物的内衣(内墙涂料)和外衣(外墙涂料),国内传统的涂料普遍存在悬浮稳定性差、不耐老化、耐洗刷性差、光洁度不高等缺陷。纳米复合涂料就是将纳米粉体用于涂料中所得到的一类具有耐老化、抗辐射、剥离强度高或具有某些特殊功能的涂料。在建材(特别是建筑涂料)方面的应用已经显示出了它的独特魅力。

纳米材料由于其表面和结构的特殊性,具有一般材料难以获得的优异性能,显示出强大的生命力。表面涂层技术也是当今世界关注的热点。纳米材料为表面涂层提供了良好的机遇,使得材料的功能化具有极大的可能。借助于传统的涂层技术,添加纳米材料,可获得纳米复合体系涂层,实现功能的飞跃,使得传统涂层功能改性。为了提升传统建筑涂料的各种性能,可用的纳米材料有很多品种。但最主要的是纳米金属、纳米金属氧化物(如TiO2、SiO2、CaCO3、ZnO2等)。

纳米材料涂层具有广泛变化的光学性能,纳米材料多层组合涂层经过处理后在可见光范围内出现荧光,因为纳米材料具有随角度变色效应,添加在涂料中,能使涂层产生丰富而神秘的颜色效应,从而使传统的娱乐设施和雕塑制品大为增辉。在玻璃等产品表面上涂覆纳米材料层,可达到减少光的透射和热传递效果,产生隔热作用。如用纳米材料改性的纳米有机无机复合乳液制备外墙涂料、纳米二氧化硅系列胶体用于外墙涂料等,可以提高涂层户外的耐候性、耐污染性、耐水性、耐擦洗性及涂料悬浮稳定性。