第一篇：新型納米建筑材料

新 型 納 米 建 筑 材 料 綜 述 報 告

班級：土木123 姓名：霍峰磊 學號：3121611092

新型納米建筑材料

1.前言

納米技術是指在納米尺度范圍內(nèi)通過操縱原子、分子、原子團或分子團使其重新排列組合成新物質(zhì)的技術，研究內(nèi)容主要包括納米材料技術、納米加工技術、納米性能檢測技術和納米應用技術等。從20世紀8O年代以來，納米科技研究在世界范圍內(nèi)受到高度重視，有的技術已實用化了。目前納米科技已經(jīng)滲透到很多的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中，如染料、涂料、食品等。納米技術作為一門新興科學，必將對建材領域產(chǎn)生深遠的影響，利用納米技術解決高性能建材將成為未來建材領域發(fā)展的必然趨勢。把高科技的納米材料引入建筑業(yè)，開發(fā)多功能、高附加值的建筑新材料，以提高我國建行業(yè)的技術競爭實力，開拓建筑材料在國內(nèi)外的市場地位。納米科技發(fā)展到今天，成為一項影響產(chǎn)業(yè)發(fā)展和國家競爭力的社會化的科技，納米科技將在新世紀對社會、經(jīng)濟以及國家安全產(chǎn)生重大影響。2.主題

2.1高強度和高韌性納米陶瓷材料

納米陶瓷和納米陶瓷基復合材料是當前陶瓷研究的重要發(fā)展趨勢。傳統(tǒng)陶瓷材料質(zhì)地較脆，韌性．強度較差，因而使其應用受到了較大的限制。由于納米陶瓷的晶粒細化有助于晶粒內(nèi)的滑移，因而使材料具有超塑性行為，也因晶粒細化從而引起材料內(nèi)氣孔或缺陷尺寸減少。在陶瓷基體中加入納米材料，極大改善了材料的強度韌性及高溫性能，用納米SiC、Si3N4、ZnO、SiO2、Ti02、A12O3等制成的陶瓷材料具有高硬度、高韌性、高強度，并且耐磨性、低溫超塑性、抗冷熱疲勞性能優(yōu)異等優(yōu)點。這種高強度和高韌性納米陶瓷將作為防腐、耐熱、耐磨的新材料在更大的范圍內(nèi)改變材料的力學性質(zhì)，其應用前景十分寬廣。

20世紀90年代初，日本Nihara首次報道了以納米尺寸的SiC顆粒為第二相的納米復相陶瓷具有很高的力學性能，納米陶瓷還具有很多獨特的性能，例如①作為外墻用的建筑陶瓷材料，在經(jīng)過修飾的陶瓷表面具有清潔和防霧功能；②納米陶瓷具有的塑性行為，使陶瓷在本質(zhì)上具備了吸收外來能量的機制，陶瓷的脆性有可能解決；③納米陶瓷具有低的燒結(jié)溫度、短的燒結(jié)時間、高的塑性性能和高的斷裂韌性；④在陶瓷基中加人納米級的金屬碳化物纖維，可大大提高其硬度，同時具有良好的抗燒蝕和防熱性。

隨著科技界對納米陶瓷材料的研究和開發(fā)的深入，人們發(fā)現(xiàn)了越來越多的問題：由于納米陶瓷粉體顆粒細小，必然帶來體積龐大、容重較小不利于混合均勻且難以壓實、試樣成型困難等問題；同時它還具有很大的表面積，在范德華力、靜電力和磁力的作用下易發(fā)生團聚等問題。因此，為了開發(fā)利用納米陶瓷粉體嶄新特性的應用及使之在世界范圍內(nèi)得到最快的推廣應用，有下列問題有待解決：①深人研究和探索開發(fā)高純度的納米陶瓷粉體的制備技術，同時努力搞清楚各種因素對納米陶瓷粉體性能的影響；②團聚現(xiàn)象是納米陶瓷粉體制備中最難控制的問題，加強對團聚和解聚的研究勢在必行；③研究納米陶瓷粉體在粒徑逐漸變小時的性能變化，特別是低溫性能的變化已經(jīng)越來越必要了。因此，如何控制納米陶瓷粉體的優(yōu)勢發(fā)揮，已經(jīng)成為高技術陶瓷的一個重要研究課題?！?-2】 2.2在建筑涂料中的應用 2.2.1光學應用納米復合涂料

納米粒子的粒徑遠小于可見光的波長(400～750 nm)。具有透過作用，從而保證了納米復合涂料具有較高的透明性。納米粒子對紫外線則具有較強的吸收作用。在外墻建筑涂料中添加TiO2，SiO2等納米粒子以提高耐候性，在汽車面漆中添加TiO2以提高汽車涂料的耐老化性等。特別是金紅石型超細TiO2在汽車面漆中還可起到效應顏料作用，與其他片狀效應顏料如鋁粉顏料或珠光顏料并用時，會產(chǎn)生伴有乳光的隨角異色性，可用于豪華轎車面漆，這是目前納米TiO2的最大用途，也是國外納米材料在涂料中應用最為成功的例子之一【3】。2.2.2吸波納米復合涂料

利用納米粒子的表面效應，可以制備出吸收不同頻段電磁波的納米復合材料，可用作雷達波吸收劑的納米粉體有：納米金屬(Fe，co，Ni等)與合金的復合粉體、納米氧化物(Fe3O4，F(xiàn)e2O3，ZnO，NiO2，TiO2，MoO2等)的粉體、納米石墨、納米碳化硅及混合物粉體等。國外用納米級羰基鐵粉、鎳粉、鐵氧體粉末已成功配制了軍事隱身涂料，涂到飛機、軍艦、導彈、潛艇等武器裝備上，使該裝備具有隱身性能。由于納米涂層材料具有吸收頻帶寬、重量輕、厚度薄等優(yōu)點，因而可望在未來軍事隱身化方面大展身手?！?】 2.2.3納米抗菌涂料

在國內(nèi)納米抗菌粉體已實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，市場上已有多個牌號的產(chǎn)品出售，主要用于纖維織物中。制成新一代抗菌保潔內(nèi)衣。如將納米抗菌粉用于涂料中，則可制得納米殺菌涂料，涂覆在建材產(chǎn)品，如衛(wèi)生潔具、室內(nèi)空間、用具、醫(yī)院手術間和病房的墻面、地面等，起到殺菌、保潔效果?！?】

另外，采用納米技術可制成納米界面涂料，其涂膜界面為超雙親性二元協(xié)同界面(既疏水又避油)，將這種涂料涂于建筑材料(如玻璃、陶瓷等)，任何油質(zhì)、水、灰塵等都不能存留于表面，可保持玻璃和陶瓷等掛面的建筑物長期一塵不染，也會使浴室內(nèi)的大鏡子以及人戴的眼鏡在任何情況下也不會產(chǎn)生霧氣；如果涂于布料，它不僅可以防水、防油，而且可以防止墨水、醬油等將衣服弄臟，是一種理想的衛(wèi)生保健布料。

目前，美國研究開發(fā)成功并進行產(chǎn)業(yè)化的具有隨角異色性的豪華轎車面漆、軍事隱身涂料、絕緣涂料等，另外，還開展了光致變色涂料、透明耐磨涂料、包裝用阻隔涂料層等納米涂料的研究。日本則在靜電屏蔽涂料、光催化自潔涂料的研究開發(fā)方面取得了成功并實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。我國目前的研究開發(fā)主要集中在改善建筑外墻涂料的耐候性和建筑內(nèi)墻涂料的抗菌性方面，二者基本已研制成功。而在工業(yè)用涂料、航空航天用涂料以及功能性涂料的研究開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面則落后于發(fā)達國家。我國已有較多的納米粉末生產(chǎn)企業(yè)，但其并未打開在涂料工業(yè)中的應用市場，納米粒子生產(chǎn)企業(yè)及科研單位在納米粒子的制備及表面改性技術方面具有優(yōu)勢，而涂料科研單位則在涂料的應用研究方面具有優(yōu)勢，只有兩者之間緊密結(jié)合，才能加快納米粒子在涂料中的應用步伐。納米材料在涂料中應用產(chǎn)業(yè)化與基礎研究應齊頭并進。由于涂料種類繁多、成分復雜，納米粒子的一種親油改性并不能適用于所有涂料體系，因而必須加強納米粒子的表面特性與不同涂料體系之間的匹配性研究，只有這樣，才能充分發(fā)揮納米粒子的特性?！?】

2.3納米材料在新型混凝土材料中的應用 2.3.1納米礦粉在水泥混凝土中的應用

納米材料由于具有小尺寸效應、量子效應、表面及界面效應等優(yōu)異特性，因而能夠在結(jié)構(gòu)或功能上賦予其所添加體系許多不同于傳統(tǒng)材料的性能。利用納米技術開發(fā)新型的混凝土可大幅度提高混凝土的強度、施工性能和耐久性能，如添加納米SiO2、納米CaCO3和納米硅粉等。納米礦粉不但可以填充水泥的空隙，提高混凝土的流動度，更重要的是可改善混凝土中水石與骨料的界面結(jié)構(gòu)，使混凝土強度、抗?jié)B性與耐久性均得以提高。有研究報道【7】，當納米材料的添加量為水泥用量的1～3％，并在高速混合機中與其他混合料進行混合后，制備成的納米復合水泥結(jié)構(gòu)材料，在7d和28d齡期的水泥硬化強度比未添加納米材料水泥的提高約5O倍，而且韌性、耐久性等性能也得到較大的改善。文獻【8】研究了硅灰和納米級SiO2 對水泥漿體需水量的影響。研究表明，納米級SiO2的摻量對水泥漿體的需水量影響非常顯著，當納米級SiO2摻量達到水泥用量的8時，水泥漿體的需水量增大一倍，而硅灰的摻量在水泥用量10%以內(nèi)時，對水泥漿體的需水量影響不明顯。同時，研究發(fā)現(xiàn)當將兩者進行復合添加時，納米級SiO2的小球體填充于硅灰顆粒之間，與硅灰形成很好的顆粒級配結(jié)構(gòu)。因此，當兩者同時添加且納米級SiO2為1%和硅灰為9%時，需水量并未雙倍增加，可見兩者的交互作用十分明顯。2.3.2納米金屬粉末在混凝土中的應用

納米金屬粉末具有兩個特殊性能，其一是納米金屬粉末的強度、硬度高，并隨著晶粒尺寸的減小，其強度、硬度不斷提高，同時還表現(xiàn)出非常好的塑韌性；其二是納米金屬粉末是一種良好的吸波材料【9】，這是由于納米材料的表面效應，增加了納米材料的活性。利用上述納米金屬粉末的特殊性能，如果把它摻入到水泥混凝土中，可制成功能性的電磁屏蔽混凝土。

納米金屬粉末種類較多，同時還包括納米合金粉末；故應選擇合適的納米金屬或合金粉末，使之對混凝土的強度、耐沖擊性能的提高最大，而且電磁屏蔽效果最好。此外，要重視和加強納米金屬或合金粉末參與水泥水化反應機理的研究以及吸收電磁波的機理研究。2.3.3納米金屬氧化物在混凝土中的應用

銳鈦型納米TiO2是一種優(yōu)良的光催化劑，它具有凈化空氣、殺菌、除臭、表面自潔等特殊功能[9]。利用納米TiO2具有凈化空氣的特性來制備光催化混凝土，它在凈化機動車排出的尾氣時發(fā)生了光催化反應，對機動車輛排放的二氧化硫、氮氧化物等對人體有害的污染氣體進行分解去除，起到凈化空氣的作用

2.3.4聚合物／無機納米復合材料在混凝土中的應用 關于聚合物用于混凝土中，國內(nèi)外已經(jīng)有許多報道，而關于聚合物／無機納米復合材料用于混凝土中卻未見報道。由于聚合物／無機納米復合材料的優(yōu)異性能，使得有關它的理論和應用研究成為當前復合材料的熱點，它也有可能應用于水泥混凝土中。根據(jù)聚合物／無機納米復合材料的性能和聚合物水泥混凝土的研究，如果把聚合物／無機納米復合材料用于水泥混凝土中，不僅可提高混凝土的抗壓、抗拉和彎曲強度，而且可提高其耐久性。在混凝土混合料中摻入一定量的聚合物／無機納米復合材料，使之均勻分散在混凝土中，利用聚合物／無機納米復合材料的導電性能，測試電阻的變化，建立電阻與荷載之間的模型，從而可以預測混凝土結(jié)構(gòu)的破壞?！?0】 2.3.5綠色水泥工業(yè)中的應用

在水泥配料中加人部分納米級粉料，經(jīng)均勻分散，在生產(chǎn)過程中可大大節(jié)約能源，降低燒成溫度，并有利于固相反應和水泥材料顯微結(jié)構(gòu)的形成，改善水泥性能，提高水泥強度、耐久性等一系列指標。若采用一定措施控制配料中納微米顆粒的晶粒長大，則可獲得一系列其他意想不到的良好性能，生產(chǎn)系列高性能水泥新品種，如彈性水泥、延性水泥、太陽能水泥、遠紅外一水泥、環(huán)境友好水泥等。

雖然納米礦粉的摻量一般為水泥質(zhì)量的l％ ～3％時就有明顯的效果，但由于加工納米礦粉的成本很高，這在一定程度上限制了納米礦粉在水泥材料中的使用。這就需要探索研制納米級SiO2，CaCO3，Al2O3。和Fe2O3。等溶膠的方法，并由拌合水帶入此溶膠直接制備納米復合水泥結(jié)構(gòu)材料。隨著納米技術的突飛猛進，相信其加工成本將大幅度地降低，納米礦粉將成為超高性能混凝土的重要組分。納米礦粉必須充分均勻地分散到水泥漿或混凝土拌合物中，才能有效地發(fā)揮納米粉的潛在能力，但要做到均勻地分散是比較困難的。較有效的方法是在高速混樣器中進行干混或制成溶膠由拌合水帶人，直接制備納米復合水泥結(jié)構(gòu)材料?！?1】 2.4納米技術在高分子材料中的應用

2.4.1新型納米結(jié)構(gòu)的玻璃、塑料和橡膠制品

納米材料在玻璃、塑料和橡膠等領域都能發(fā)揮重要作用，如納米Al2O3和sio2加入橡膠中可提高橡膠的介電性和耐磨性，而且彈性也明顯優(yōu)于用炭黑作填料的橡膠。在有機玻璃中加入經(jīng)過表面修飾處理的SiO2，既不影響透明度又提高了玻璃強度和韌性，可使有機玻璃抗紫外線輻射而達到抗老化的目的，并具有屏蔽紫外線和短波輻射功能，有可能替代傳統(tǒng)的鋼化玻璃和某些鍍膜玻璃。在透明產(chǎn)品塑料中添加少量的納米Al2O3 和SiO2，利用它透光、粒度小，可使塑料變得更致密，可使塑料薄膜的透明度、強度和韌性、防水性能大大提高，會大大減弱紫外線對透明產(chǎn)品的損傷作用，已被廣泛用于塑料薄膜方面。2.4.2抗靜電、防電磁輻射的靜電屏蔽材料

電子產(chǎn)品的普及使得電磁輻射對人體健康造成了巨大威脅，一些納米微粒如納米氧化鐵、納米氧化鎳等能強烈吸收電磁輻射，從而對人體起到防護作用。以往的靜電屏蔽材料一般都是由樹脂摻加碳黑噴涂而成，但性能并不是特別理想。13本松下公司已研制出具有良好靜電屏蔽的納米涂料，利用具有半導體特性的納米氧化物粒子如Fe2O3、Cr2O3、TiO2、ZnO等做成涂料，在室溫下具有比常規(guī)的氧化物高的導電特性，就會產(chǎn)生良好的靜電屏蔽性能，可以達到防靜電、防爆、防塵、防電磁波輻射等功效。2.4.3耐熱、隔熱、阻燃材料

由于納米微粒具有特殊的光學性能，對波長為800 nm以上的紅外光反射率達70％以上，所以有高度的抗熱輻射性能，可達到減少光的透射和熱傳遞效果，具有優(yōu)良的隔熱效果。在建材產(chǎn)品如玻璃、涂料中加入適宜的納米材料，可以達到減少光的透射和熱傳遞效果，產(chǎn)生隔熱、阻燃等效果。在新型、高效防火涂料的研制中，使用氫氧化鋁、氫氧化鎂、硼酸鋅、鋁化合物以及錫化合物等超細無機阻燃添加劑，由于其粒徑小，分散性能好，能顯著提高涂料的阻燃消煙效果，并能節(jié)省阻燃劑的用量，改善涂層的物理機械性能?！?2】 2.5納米技術在其他方面的應用

2.5.1在粘合劑，密封膠和潤滑劑方面的應用

利用納米技術可開發(fā)粘合劑及密封膠，將納米SiO2作為添加劑加入到粘合劑和密封膠中，使粘結(jié)效果和密封性能大大提高。其原因是在納米SiO2：表面包覆一層有機材料，使其具有永久性，而添加到密封膠中很快能形成一種硅石結(jié)構(gòu)，即納米SiO2，形成網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，提高粘結(jié)效果，由于顆粒尺寸小，更增加了膠的密封性?！?3】大型建材機械等主機工作 時的噪聲達到上百分貝，用納米技術制成的潤滑劑，既能在物體表面形成半永久性的固態(tài)膜，產(chǎn)生很好的潤滑作用，大大降低噪聲，又能延長裝備壽命?！?4】 2.5.2在凈化空氣和水抗菌、消毒除臭等方面的應用

利用離子交換復合工藝，使層狀無機材料在極性分子的作用下發(fā)生膨脹、層離，均勻分散在水介質(zhì)中。其層間可交換性陽離子在電性力的作用下與交聯(lián)劑發(fā)生交換，通過這種交換作用，抗菌或凈化成分進入其層間，把層與層撐開，在層間交替形成分子級支柱，從而形成各不相同的納米復合抗菌材料、凈化空氣材料。這種納米復合抗菌材料和凈化空氣材料可凈化甲醛、苯等有毒有害揮發(fā)物80％以上，抗菌率達98％以上。

利用納米技術可開發(fā)可凈化CO2并產(chǎn)生負離子具有森林功能的建材。森林功能建材具有兩個特點，可凈化CO2及有害氣體，室內(nèi)的CO2濃度可減少到森林中大氣的濃度，還可增加空氣中負離子的數(shù)量。由于人類的活動，一方面使CO2向大氣中的排放量逐年增加。加上人類大量采伐森林，毀滅草木，以致減少了植物從大氣中吸收CO2的數(shù)量。目前，全球CO2的濃度正在逐年上升，據(jù)測定，19世紀CO2的環(huán)境濃度為290X10（-6）像荷花一樣出污泥而不染，這是納米界面材料技術賦予傳統(tǒng)建材的神奇效果。資料表明20世紀初正負離子的比例為1：12，現(xiàn)在正負離子的比例為12：1，正離子的增加引起慢性病增加，交通事故增多。負離子的主要作用為：① 減少電子波的污染；② 空氣凈化；③ 減少VOC（揮發(fā)性有機化合物）和香煙污染；④ 抗菌防霉；⑤ 促進動植物的成長。減少空氣中CO2的作用有：① 減少地球環(huán)境負荷；② 空氣凈化作用；③ 減少細菌繁殖；④減輕疲勞，創(chuàng)造舒適環(huán)境?？傊黾迂撾x子和減少CO2均可創(chuàng)造清爽和舒適的環(huán)境，有利于健康?！?5】 2.5.3性能特殊的光學材料

納米材料具有特殊的抗紫外線、吸收和反射紅外線能力，這種材料用建筑材料可獲得抗紫外、抗可見光和抗紅外功能。研究表明納米TiO2、ZnO、SiO2對波長在300～400 nm波段具有很強的紫外線吸收能力，大大降低了紫外線對高分子材料分子鏈的攻擊，大大減少了活性自由基的產(chǎn)生，保護了高分子鏈不被紫外線所降解，從而可有效地保護人體免受紫外線的損傷。納米微粒TiO2、ZnO、SiO2、A12O3和Fe203的復合粉體與高分子纖維結(jié)合，對中紅外波段有很強的吸收性能。2.5.4光催化材料

納米材料催化劑具有獨特的晶體結(jié)構(gòu)及表面特性，因而其催化活性和選擇性都大大優(yōu)于常規(guī)催化劑。例如Fe和Ni微顆?？缮蒑rxCyHz組成的準金屬有機粉末，其對氮氧化物、油脂、甲醛等物質(zhì)具有明顯的催化降解作用。在玻璃、陶瓷和瓷磚的表面涂上一層納米TiO2薄層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質(zhì)，包括油污、細菌和病毒均可被其分解氧化變成氣體或者很容易被擦掉的物質(zhì)，達到除毒、脫色、礦化的目的，高層建筑的玻璃、廚房、外墻陶瓷、瓷磚的保潔都可以很容易地進行。2.5.5新型防護材料

我國傳統(tǒng)建筑防水材料是在膠料中加入炭黑，這種工藝比較成熟，但制成品全都為黑色，耐腐性及耐候性差，易老化，不能滿足人們對色彩的要求。如何選擇一種既能提高強度、彈力、耐腐、耐候、抗老化性能，又不影響染色劑染色效果的淺色無機填料，成為合成高性能彩色防水卷材的關鍵。北京市建材科學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，其各項主要技術性能達到了黑色三元乙丙橡膠防水卷材的性能標準。同時還開發(fā)了納米材料建筑色漿、納米材料改性高耐候性建筑涂料等。納米SiO2，改性的防水卷材具有色彩新穎、光穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性及化學穩(wěn)定性好，彈力、強度、韌性、抗老化性極佳等優(yōu)點，是一種新型的高性能的彩色防水卷材，可廣泛用于建筑頂面、地下室、衛(wèi)生間、水池、水利堤壩、隧道等防水、防潛工程，發(fā)展前景極為廣闊。2.6納米材料在建筑材料應用中存在的問題

在以上利用納米材料對建筑材料進行改性的應用過程中都存在的主要問題就是納米微粒的分散性差，易團聚凝聚。目前納米材料應用的關鍵技術問題是在大規(guī)模制備的質(zhì)量控制中，如何做到均勻化、分散化、穩(wěn)定化。為解決這一問題，應當對納米粒子的表面進行處理而降低其表面能，對顆粒表面進行表面化學改性和表面吸附包覆改性處理。盡管目前納米材料的應用研究已經(jīng)取得了一定的成果，但由于納米微粒本身的高活性而引起的團聚問題，以及納米微粒的制備、保存、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)之間的關系問題使其應用受到限制，如何均勻地把納米微粒分散到目標物中仍然是目前納米微粒應用研究的熱點之一?！?6】 3.總結(jié)

納米功能材料及納米技術已成為世界各國研究的熱點，納米技術已滲透到人類生活和生產(chǎn)的各個領域，使得許多傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)得到改進。隨著建筑業(yè)的飛速發(fā)展，越來越多的新型納米材料必將對建筑材料產(chǎn)生深遠的影響，開發(fā)具有新功能的納米材料和拓寬現(xiàn)有納米材料在建材中的應用領域，對改造現(xiàn)有傳統(tǒng)的建材產(chǎn)品，提高其發(fā)展空間和市場競爭力，具有十分重要的意義。4.參考文獻

【1】胡圣飛．納米級CaCO3粒子對PVC增韌增強研究[J】．中國塑料，1999，(6)【2】張志強，王玉平(西南科技大學，四川綿陽621010)第34卷第3期2008年6月

【3】周樹學，武利民．納米材料在涂料中的應用研究[J]．新產(chǎn)品新材料，2001，(3)【4】任曉菲，李靜．納米技術與新型建筑材料[J]．太原大學學報，2003，(2)【5】焦恒，周萬城．雷達吸收劑研究進展[J]．材料導報，2000，(3)【6】閻鑫，胡小玲，等．雷達波吸收劑材料的研究進展[J]．材料導報，2001，(1)【7】葉青．納米復合水泥結(jié)構(gòu)材料的研究與開發(fā)I-J]．新型建筑材料，2OOl(11)【8】李穎，唐 明，聶元秋．納米級SiOx與硅灰對水泥漿體需水量的影響I-J]．沈陽建筑工程學院學報(自然科學版)，2002，18(4)【9】閻 鑫，胡小玲．雷達波吸收劑材料的研究進展I-J]．材料導報，2001(1)【10】宋小杰 納米材料在新型混凝土材料中的應用 安徽建筑工業(yè)學院學報(自然科學版)第l5卷第4期2007年8月

【11】張志強，王玉平(西南科技大學，四川綿陽621010)第34卷第3期2008年6月

【12】魏志強 王政軍等 納米技術在建筑材料中的發(fā)展與應用 中國粉體技術 第11卷第1期 2005年2月

【13】張化萍．劃時代的建筑材料[J]．專家論壇，2001，(1)【14】魏志強 王政軍等 納米技術在建筑材料中的發(fā)展與應用 中國粉體技術 第11卷第1期 2005年2月 【15】何登良 董發(fā)勤等 納米技術在建筑材料領域的應用 混凝土 2005年第8期(總第190期)【16】魏志強 王政軍等 納米技術在建筑材料中的發(fā)展與應用 中國粉體技術 第11卷第1期 2005年2月

第二篇：淺談新型建筑防水材料

淺談新型建筑防水材料

孫媛媛

（中南大學土木工程學院，湖南 長沙410075）

【摘要】本文主要介紹防水材料，突出強調(diào)新型防水材料。除此之外，本次論文的主要目的為搜集現(xiàn)有各種防水材料的特性及施工特點，利用納米技術等新興技術，對已有防水材料進行改進，向單層、冷施工的方向發(fā)展。新型防水材料的開發(fā)與應用對提高建筑工程質(zhì)量，完善人居環(huán)境有著重要的意義。

【關鍵詞】新型；建筑；防水材料；納米技術；產(chǎn)業(yè)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（簡稱防水材料）是一類能使建筑物和構(gòu)筑物具有防滲、防漏功能的材料，是建筑物的一個重要組成部分。i． 防水材料的作用

防水材料的防滲作用是指防止地下水、雨水或地基中的鹽分等腐蝕性介質(zhì)滲透到建筑構(gòu)件或地基基礎的內(nèi)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、地下水等從屋頂、墻面、地基或混凝土構(gòu)件的接縫處滲漏到建筑使用空間，蓄水結(jié)構(gòu)或渠道結(jié)構(gòu)內(nèi)的水向外滲漏或建筑物、構(gòu)筑物內(nèi)部相互止水。所以防水材料是能保護建筑物和構(gòu)筑物及其構(gòu)件不受水的侵蝕和破壞，保證建筑物和構(gòu)筑物正常使用的一類不可缺少的功能性材料。目前已廣泛應用于工業(yè)與民用建筑、市政建筑、地下水工程、道路、橋梁、地鐵、隧道、涵洞、大壩、渠道護坡、海港工程、國防工事、洞庫等領域。正確選擇和合理使用建筑防水材料，對保證建筑物和構(gòu)筑物的質(zhì)量和使用功能，延長其使用壽命是至關重要的環(huán)節(jié)。

ii． 建筑防水材料的種類

1、按材料的性質(zhì)劃分

（1）柔性材料 ：柔性材料又可以分為高彈性防水材料—橡膠、柔性樹脂的硫化物（固化物）；塑性（延性）防水材料—非反應性材料，如膩子。

（2）剛性材料 ：如防水砂漿及混凝土、金屬板材等。

2、按材料的外觀形態(tài)及使用功能劃分

（1）防水卷材 ：適用于平整的大面積施工。施工快捷、防水效果好。但是卷材與基層（底材）的粘接、卷材接縫處的防水處理是其薄弱環(huán)節(jié)。不宜用于像衛(wèi)生間這樣面積小、形狀復雜、邊緣及接縫密集的部位，易被基層不平處尖角刺穿而失效。

（2）防水涂料 ：可形成無縫的整體防水層，防水效果好。邊緣處防水處理簡易，宜用于形狀復雜、邊緣多的部位。涂層與基層貼合緊密，粘結(jié)強度高，提高了耐裂縫及水密性。對基層的平整度要求不高，不會出現(xiàn)尖角刺穿的現(xiàn)象。采用刷涂施工效率低，勞動強度大。采用噴涂施工可提高工效，但環(huán)境污染大。

（3）防水密封材料

（4）防水膠黏劑：它是防水材料的主要配套材料，用于粘接防水卷材，填充基層的微裂縫，填平粗糙的表面，使卷材與基層粘貼密實。它不僅具有較大的粘接強度，還應具有較好耐水性和水密性。

（5）灌漿材料 ：灌漿材料能減少基礎滲漏、改善裂隙巖體的物理力學性質(zhì)，增加建筑物和構(gòu)筑物地基的整體穩(wěn)定性，提高其抗?jié)B性、強度和耐久性。在建筑工程和水利工程中得到廣泛應用。灌漿材料可以分為三大類：①無機灌漿材料 ②瀝青灌漿材料 ③化學灌漿材料。

（6）剛性防水材料（7）堵漏防水材料

3、按基體（母體）材料的類型劃分（1）無機材料。如水泥等

（2）天然有機材料。如石油瀝青、煤瀝青、焦煤油等

（3）合成高分子材料。如聚氨酯、環(huán)氧樹脂、氯丁橡膠、有機硅、氯化聚乙烯等

二、納米技術的誕生

納米技術的靈感，來自于已故物理學家理查德·費曼 1959 年所作的一次題為 《在底部還有很大空間》的演講。這位當時在加州理工大學任教的教授向同事們提出了一個新的想法。從石器時代開始，人類從磨尖箭頭到光刻芯片的所有技術，都與一次性地削去或者融合數(shù)以億計的原子以便把物質(zhì)做成有用的形態(tài)有關。范曼質(zhì)問道，為什么我們不可以從另外一個角度出發(fā)，從單個的分子甚至原子開始進行組裝，以達到我們的要求？他說：“至少依我看來，物理學的規(guī)律不排除一個原子一個原子地制造物品的可能性?！?1990 年，IBM 公司阿爾馬登研究中心的科學家成功地對單個的原子進行了重排，納米技術取得一項關鍵突破。他們使用一種稱為掃描探針的設備慢慢地把 35 個原子移動到各自的位置，組成IBM 三個字母。這證明范曼是正確的，二個字母加起來還沒3個納米長。不久科學家不僅能夠操縱單個的原子，而且還能夠“噴涂原子”。使用分子束外延長生長技術，科學家們學會了制造極薄的特殊晶體薄膜的方法，每次只造出一層分子。目前，制造計算機硬盤讀寫頭使用的就是這項技術。

著名物理學家、諾貝爾獎獲得者理查德· 費曼預言，人類可以用小的機器制作更小的機器，最后將變成根據(jù)人類意愿，逐個地排列原子，制造產(chǎn)品，這是關于納米技術最早的夢想。

三、納米材料的特性以及其與建筑防水材料所要求性能的高度契合

1、納米材料的特性

廣義地說，納米材料是指在三維空間中至少有一維處在納米尺度范圍（0.1nm~100nm）或由他們作為基本單元構(gòu)成的材料。特性 :（1）表面與界面效應：這是指納米晶體粒表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比隨粒徑變小而急劇增大后所引起的性質(zhì)上的變化。例如粒子直徑為10納米時，微粒包含4000個原子，表面原子占40%；粒子直徑為1納米時，微粒包含有30個原子，表面原子占99%。主要原因就在于直徑減少，表面原子數(shù)量增多。

（2）小尺寸效應：當納米微粒尺寸與光波波長，傳導電子的德布羅意波長及超導態(tài)的相干長度、透射深度等物理特征尺寸相當或更小時，它的周期性邊界被破壞，從而使其聲、光、電、磁，熱力學等性能呈現(xiàn)出“新奇”的現(xiàn)象。

（3）量子尺寸效應 ：當粒子的尺寸達到納米量級時，費米能級附近的電子能級由連續(xù)態(tài)分裂成分立能級。當能級間距大于熱能、磁能、靜電能、靜磁能、光子能或超導態(tài)的凝聚能時，會出現(xiàn)納米材料的量子效應，從而使其磁、光、聲、熱、電、超導電性能變化。

（4）宏觀量子隧道效應：微觀粒子具有貫穿勢壘的能力稱為隧道效應。納米粒子的磁化強度等也有隧道效應，它們可以穿過宏觀系統(tǒng)的勢壘而產(chǎn)生變化，這種被稱為納米粒子的宏觀量子隧道效應。

2、建筑防水材料所要求的物理及化學性能

如石油瀝青特性 :(1)防水性：石油瀝青是憎水性的膠凝材料，本身結(jié)構(gòu)致密、不溶于水，同時具有良好的塑形以及與礦物材料的粘附性和粘結(jié)力，故它具有良好的防水性。

(2)黏滯性：是指瀝青在外力作用下，抵抗變形的能力。瀝青在常溫下的狀態(tài)不同，黏滯性的指標也不同。對于在常溫下呈固體或半固體的石油瀝青，以其針入度來表示黏滯性的大小；對于在常溫下呈液體的石油瀝青，以黏滯度來表示其黏滯性的大小。

(3)塑形：是指瀝青在外力作用下，產(chǎn)生變形而不破壞，除去外力后，仍保持變形后形狀的性質(zhì)。塑形用延度來表示。

(4)溫度敏感性：是指石油瀝青的粘滯性和塑性隨溫度升降而變化的性能。瀝青是高分子非晶態(tài)物質(zhì)，沒有一定的熔點，隨著溫度的升降發(fā)生變化（固體→半固體→液體）的變化。

(5)大氣穩(wěn)定性：是指瀝青在熱、陽光、氧氣等大氣因素的長期綜合作用下，抵抗衰老的性能。在大氣因素的綜合作用下，瀝青中低分子組分向高分子組分轉(zhuǎn)變，且樹脂轉(zhuǎn)變?yōu)榈貫r青質(zhì)比油份轉(zhuǎn)變?yōu)闃渲乃俣瓤斓亩?，油份和樹脂逐漸減少，地瀝青質(zhì)逐漸增多，使瀝青的流動性、塑性和粘結(jié)性降低，硬脆性增大，這種現(xiàn)象稱之為石油瀝青的“老化”。

四、新型防水材料

新型建筑防水材料是相對傳統(tǒng)石袖瀝青油氈及其輔助材料等傳統(tǒng)建筑防水材料而言的，其“新”字一般來說有兩層意思，一是材料“新”，二是施工方法“新”。改善傳統(tǒng)建筑防水材料的性能指標和提高其防水功能，使傳統(tǒng)防水材料成為防水“新”材料，是一條行之有效的途徑，例如對瀝青進行催化氧化處理，瀝青的低溫冷脆性能得到了根本的改變，使之成為優(yōu)質(zhì)氧化瀝青，紙?zhí)r青油氈的性能得到了很大提高，在這基礎上用玻璃布胎和玻璃纖維胎來逐步代替紙?zhí)?，從而進一步克服了紙?zhí)姸鹊汀⑸扉L率差、吸油串低等缺點，提高了瀝臂油氈的品質(zhì)。

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、高聚物改性瀝青防水卷材以及防水涂料、防水密封材料、堵漏材料、剛性防水材料等。

1、高聚物改性瀝青防水卷材系以高聚物改性的瀝青為涂蓋材料，以玻纖氈、黃麻布、聚酯氈為胎體所制成的卷材，它克服了普通瀝青油氈的不足，具有高溫不流淌、低溫不脆裂、拉伸強度高、延伸率較大等優(yōu)異性能，是我國今后大力發(fā)展和推廣的防水卷材之一。

2、合成高分子防水卷材系以合成橡膠、合成樹脂或兩者的共混體為基料，加入適當化學助劑和填充料等經(jīng)過塑煉混煉、壓延或擠出成型、硫化、定型等工序加工而成。該卷材具有抗拉強度高，斷裂伸長率大，抗撕裂強度高，耐熱、耐低溫性能好以及耐腐蝕、耐老化、可冷施工等優(yōu)良特性，是高檔次防水卷材，也是我國今后要大力發(fā)展的新型防水材料。

3、高聚物改性瀝青防水涂料通常是用再生橡膠、合成橡膠、SBS或樹脂對瀝青進行改性而制成的溶劑型或水乳型涂涂膜防水材料。通過對瀝青改性的防水涂料，具有高溫不流淌、低溫不脆裂、耐老化、增加延伸率和粘結(jié)力等性能，能夠顯著提高防水材料的物理性能，擴大應用范圍。

4、剛性防水材料主要是水泥防水砂漿及混凝土、金屬板材等。剛性防水本身具有很好的水密性，但其接縫處仍需采用柔性防水材料來密封。

5、堵漏材料是針對建筑物和構(gòu)筑物由于種種原因形成裂縫或孔洞而產(chǎn)生的滲漏進行修補或搶修用的材料。堵漏止水材料應不溶于水，且具有較好的耐水解性和水密性。自身強度和粘接強度較高，能在潮濕面上或水中快速固化、粘接，最好具有較大的高彈性和水脹性。

6、防水密封材料又稱嵌縫材料。主要用于建筑物和構(gòu)筑物中各種接縫或裂縫的嵌填以保持水密性。防水密封材料應具有較大的塑性和粘結(jié)性，或具有較大的高彈性，以適應接縫或裂縫拉壓等位移變形，保持水密性。ii．我國新型防水材料的發(fā)展前景

按國家建材行業(yè)及制品導向目錄要求及市場走勢，SBS、APP改性瀝青防水卷材仍是主導產(chǎn)品，將大力發(fā)展；高分子防水卷材重點發(fā)展三元乙丙橡膠（EPDM）、聚氯乙烯（PVC）P型兩種產(chǎn)品，并積極開發(fā)熱塑性聚烯烴（TPO）防水卷材。防水涂料前景看好是聚氯酯防水材料（尤其是環(huán)保單組分）及丙烯酸酯類。密封材料仍重點發(fā)展硅酮、聚氨酯、聚硫、丙烯酸。防水保溫一體化材料、剛性防水材料、防滲堵漏材料、金屬屋面材料、瀝青瓦、土木材料有一定市場。在“十五”期間，我國經(jīng)濟進入新的階段，新型防水材料年平均增長率將逐步加大，預計在全國防水工程的占有率達到50%以上。

新型防水材料應用于工業(yè)與民用建筑，特別是住宅建筑的屋面、地下室、廁浴、廚房、地面防水外，還將廣泛用于新建鐵路、高速公路、輕軌交通(包括橋面、隧道)、水利建設、城鎮(zhèn)供水工程、污水處理工程、垃圾填埋工程以及建筑物外墻防水。

參考文獻

［1］ 沈春林．新型防水材料產(chǎn)品手冊［Ｍ］．北京：化學工業(yè)版社，2001．

［2］ 韓喜林．新型防水材料應用技術［Ｍ］．北京：中國青年出版社，1979．

［3］ 鄧鈁?。ㄖこ谭浪牧鲜謨裕郏停荩本褐袊ㄖI(yè)出版社，2001．

［4］ 沈春林，蘇立榮，李芳，高德才．剛性防水及堵漏材料［Ｍ］．北京：化學工業(yè)出版社，2004．

［5］ 李榮，孫曼靈，任普亮．聚氨酯防水材料與施工技術［Ｍ］．北京：化學工業(yè)版社，2005．

［6］ 蔡建中，傅雁，陸繼光．新型建筑材料應用技術［Ｍ］．江蘇：科學技術出版社，1988．

［7］ 沈朝福，周新，謝征薇，李筠花，艾勝蘭，王曉斌．新型防水材料及施工［Ｍ］．北京：中國建筑工業(yè)版社，1988．

［8］ 陜西省建筑設計研究院編.新型建筑材料施工手冊［Ｍ］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999.［9］ 俞苗庭，張鈺，國產(chǎn)新型建筑防水材料介紹［Ｍ］．北京：中國建筑工程公司科技情報站，中國建筑第一工程建筑科學研究所，1991． ［10］ 張樹培，防水材料選用［Ｍ］．中國建筑防水出版社，1998

第三篇：新型納米晶熒光材料及其應用技術(技術)

三、化工材料類

（九）材料學院

1.新型納米晶熒光材料及其應用技術（技術）

? 成果簡介：

北京理工大學材料學院納米光子學材料與技術實驗室在致力于開發(fā)性能優(yōu)異、綠色、實用的納米晶發(fā)光材料研究。在國家“973”計劃項目和自然基金項目的支持下，研制出一種基于銅銦硫（CuInS2）和銅銦硒（CuInSe2）的新型、綠色、低毒熒光納米晶材料，已在白光照明、發(fā)光二極管、生物標記、太陽能電池等領域獲得重要的應用，相關的材料制備和應用技術已申請了專利。

本項目所制備的新型納米晶熒光材料性能優(yōu)異，波長可在500-900 nm之間調(diào)控，熒光量子產(chǎn)率超過50%，可作為熒光材料用于白光照明二極管、電致發(fā)光器件、近紅外生物標記以及低成本太陽能電池等領域，具有廣泛的應用前景。該材料是使用我們自己發(fā)展起來的技術路線，具有成本低廉，合成路線綠色，可大規(guī)模生產(chǎn)等特點，已經(jīng)在實驗室已經(jīng)實現(xiàn)其10g量級的制備，未來中試開發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)公斤級別的放大生產(chǎn)。

? 項目來源：973項目/自然科學基金項目

? 技術領域：新材料技術/信息技術/生物和醫(yī)藥技術/先進能源技術 ? 應用范圍：白光照明二極管、電致發(fā)光器件、近紅外生物標記以及低成本太陽能電池等領域

? 現(xiàn)狀特點：國內(nèi)領先、國際先進 ? 技術創(chuàng)新：新型材料、綠色合成路線 ? 所在階段：研發(fā)階段/樣機/小批量生產(chǎn)

? 成果知識產(chǎn)權(quán)：已經(jīng)申請發(fā)明專利兩項，發(fā)表學術論文4篇 ? 成果轉(zhuǎn)讓方式：合作開發(fā)/技術許可

? 市場狀況及效益分析：有望代替稀土熒光粉成為白光照明二極管的熒光粉材料；有望代替廣泛使用的CdSe量子點，作為發(fā)光二極管和生物標記材料；有望成為“電子墨水”成為低成本的太陽能電池材料。

2.動脈大出血用快速止血材料制備技術（技術）

? 成果簡介：

平時嚴重交通傷，戰(zhàn)時火器傷，恐怖襲擊，搶險救災以及塌方、臺風、地震、海嘯、泥石流等自然災害可能造成短時間內(nèi)同時出現(xiàn)大批傷員。對這些傷員傷口的急救歷來是創(chuàng)傷急救醫(yī)學甚為關注的問題。由于不及時的止血，可能會導致傷員昏迷、休克甚至死亡的嚴重后果。

目前臨床常用的止血材料主要適合于日常手術中的止血，但對大動脈劇烈噴射狀出血止血效果欠佳。對這種類型出血的止血一直是醫(yī)學研究中的難題。美國軍方早在2003年伊拉克戰(zhàn)爭中就已將所研制的動脈出血用快速止血材料裝備部隊，并在2007年開發(fā)出了可快速止血的先進軍裝。我國進行此類產(chǎn)品目前仍是市場空白。本課題組對新型止血材料已經(jīng)過多年的深入研究，目前材料性能穩(wěn)定，價格低廉，止血效果突出。

本課題組根據(jù)功能高分子材料結(jié)構(gòu)—性能相關性，設計、制備了對動脈噴射狀大出血具有快速止血作用的新型止血材料。該材料在第三軍醫(yī)大學創(chuàng)傷、燒傷、復合傷國家重點實驗室和軍事醫(yī)學科學院對本材料的止血性能進行了全面的試驗。止血性能試驗結(jié)果表明，該材料對動脈噴射狀出血具有優(yōu)異的止血效果，使用該材料后創(chuàng)面恢復情況良好，不會產(chǎn)生任何刺激作用,材料具有良好的生物相容性,性能明顯優(yōu)于目前常用的明膠海綿、海藻酸鈣、云南白藥等止血材料。第三軍醫(yī)大學創(chuàng)傷、燒傷、復合傷國家重點實驗室對本材料的使用效果給予了高度評價，認為“此研究成果處于國內(nèi)先進地位，具有很強的獨創(chuàng)性”。? 項目來源：自然科學基金項目，橫向項目等 ? 技術領域：新材料技術

? 應用范圍：該類材料可制成止血粉、止血海綿、止血栓、止血繃帶、噴霧劑等劑型。可用于臨床手術，院外急救，家庭藥房，裝備軍隊等。? 現(xiàn)狀特點：國內(nèi)領先 ? 所在階段：中試階段 ? 成果知識產(chǎn)權(quán)：發(fā)明專利申請

? 成果轉(zhuǎn)讓方式：技術轉(zhuǎn)讓或技術許可

? 市場狀況及效益分析： 針對動脈大出血的快速止血材料具有較大的市場需求量。目前，美國已經(jīng)將具有類似功能的快速止血材料裝備于部隊，但國內(nèi)未見具體應用；國內(nèi)臨床手術用的較好的止血材料也多是Merocel、Ivalon等進口材料，但價格昂貴。本項目所制得的產(chǎn)品止血性能優(yōu)異，制造成本低，具有良好的公益效益、經(jīng)濟價值和產(chǎn)業(yè)化前景。? 圖片展示：

表1 不同材料對新西蘭白兔不同部位動脈出血的止血效果

股動脈

止血材料

止血時間/s 本研究成果 云南白藥 明膠海綿 海藻酸鈣 陰性對照 空白對照 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

止血時間/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

止血時間/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

脾臟

耳動脈

注：止血率指180s內(nèi)止血成功率

A

B

C

D

新西蘭白兔耳動脈止血后創(chuàng)面恢復情況

A手術后5min, B手術后7d, C手術后15d, D手術后20d 3.包埋緩釋型功能高吸水性樹脂（技術）

? 成果簡介：

在高吸水性樹脂的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中包埋肥料、藥物等功能性物質(zhì)，可利用高吸水性樹脂本身優(yōu)異的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)獲得良好的緩釋效果，大大提高高吸水性樹脂的功能，拓寬其應用范圍。但傳統(tǒng)的高吸水性樹脂包埋技術將包埋與聚合、交聯(lián)過程同步進行，由于聚合單體的強化學腐蝕性以及聚合過程的放熱作用，極易對包埋物質(zhì)的結(jié)構(gòu)及功效造成破壞，使這些物質(zhì)難以起到應有的應用效果。

本課題組近期新開發(fā)了一種溫和、高效的包埋功能性物質(zhì)的高吸水性樹脂制備技術，此過程不會對各種需要包埋的功能性肥料或藥物造成任何破壞作用，制備過程簡單，制備好的樹脂對包埋分子具有良好的緩釋效果。

樹脂飽和吸水倍率>800g/g，飽和吸生理鹽水倍率>60g/g，對包埋的藥物不產(chǎn)生破壞作用，具有良好的緩釋效果。? 項目來源：自然科學基金項目，橫向項目等 ? 技術領域：新材料技術

? 應用范圍：采用此技術制備的功能性高吸水性樹脂可在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等領域獲得廣泛應用。? 現(xiàn)狀特點：國內(nèi)領先 ? 技術創(chuàng)新： ? 所在階段：中試階段 ? 成果知識產(chǎn)權(quán)：發(fā)明專利申請 ? 成果轉(zhuǎn)讓方式：技術轉(zhuǎn)讓或技術許可

? 市場狀況及效益分析： 該包埋型高吸水性樹脂的制備方法獨特，分子包埋效果好，制備過程溫和、能耗小。采用此方法制備的高吸水性樹脂可作為緩釋型醫(yī)療吸收劑，也可作為農(nóng)業(yè)中對肥料、農(nóng)藥的緩釋制劑，具有很大的市場需求量。

4.新型高效穩(wěn)定型殼聚糖衍生物絡合碘殺菌材料（技術）

? 成果簡介：

將功能性殼聚糖的改性產(chǎn)物（殼聚糖改性接枝共聚物，殼聚糖改性季銨鹽衍生物等）與碘絡合，制得新型高分子抗菌劑。該材料具有高效、安全的殺菌、抗病毒效果，成為新一代抗菌材料：

① 有效碘含量＞60mg/g，遠高于目前市場使用的碘制品；

② 碘結(jié)合穩(wěn)定，60℃下加熱6h，有效碘含量降低比率＜3%，碘具有良好的緩釋性；

③ 具有廣譜的殺菌性能，對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、綠膿桿菌、糞腸球菌、肺炎克雷伯菌、白色念珠菌、淋球菌、單純皰疹病毒及乙肝病毒有良好的殺滅效果，近期研究發(fā)現(xiàn)，對HIV、HPV病毒等均體現(xiàn)出殺滅作用；

④ 動物實驗表明，該衍生物動動物皮膚及粘膜都不會產(chǎn)生任何刺激作用。⑤ 產(chǎn)品形式多樣，凍干型制劑使用促進凍干新技術，可在極短的時間內(nèi)迅速冷凍干燥成粉末狀固體，易于與其它敷料一起混合后冷凍干燥定型；水溶性及油溶性碘絡合物可分別與不同性質(zhì)基體復合，制得多用途、多劑型的抗菌材料。? 項目來源：自然科學基金項目，橫向項目等 ? 技術領域：新材料技術

? 應用范圍：該類敷料，具有特別好的碘穩(wěn)定性，具有很強的市場競爭力，在各類醫(yī)療器械、消毒制劑、藥品中可廣泛使用，具有良好的效果和優(yōu)異的穩(wěn)定性能。

? 現(xiàn)狀特點：國內(nèi)領先 ? 所在階段：中試階段 ? 成果知識產(chǎn)權(quán)：發(fā)明專利申請 ? 成果轉(zhuǎn)讓方式：技術轉(zhuǎn)讓或技術許可

? 市場狀況及效益分析：該類絡合碘制品具有高的有效碘含量，高的碘穩(wěn)定性，高的廣譜殺菌性，低刺激性等優(yōu)異特點，在高端抗菌醫(yī)療器械方面有很好的應用效果，具有廣闊的應用前景。

5.廉價、高效的材料微、細觀力學性能原位觀察系統(tǒng)（產(chǎn)品）

? 成果簡介：

對于各種顆粒、纖維增強復合材料，目前主要采用大規(guī)模的宏觀力學實驗尋找力學性能變化規(guī)律，進而為提高材料力學性能提供支持，實驗繁雜，周期長，投入大。采用顯微鏡原位力學性能測試方法，對復合材料在各種外力作用下的破壞過程進行細觀觀測，有助于對填料、纖維的增強效果及其對復合材料力學性能的影響進行研究，進而探尋影響材料力學性能的主要因素，可大大節(jié)約開發(fā)成本，提高開發(fā)效率。但目前國內(nèi)所具有的細觀力學性能觀測條件主要利用帶有原位加載臺的掃描電鏡技術，該實驗系統(tǒng)成本昂貴，國內(nèi)僅有少數(shù)幾家科研院所擁有此設備，主要適于科學研究，不適于企業(yè)、應用型研究單位的平時性能調(diào)配試驗，不利于本實驗技術的推廣普及。

本課題組與分析設備企業(yè)聯(lián)合開發(fā)，設計研制了滿足企業(yè)、科研單位日常生產(chǎn)、研究所需的立體顯微鏡—原位細觀力學觀測—數(shù)據(jù)評價系統(tǒng)。利用此系統(tǒng)，可對材料在不同溫度下（200℃~-70℃），在一定的外力作用下的細觀破壞過程進行原位觀測、數(shù)據(jù)分析和評價，發(fā)現(xiàn)影響材料力學性能的主要因素，進而對材料的力學性能的調(diào)整提供技術支持。此系統(tǒng)以立體顯微鏡代替掃描電鏡，同時創(chuàng)新性地開發(fā)了原位拉伸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析、評價功能，大大提高了分析研究水平。目前，此設備已完成了開發(fā)及試用，使用效果受到好評。在合作中，可根據(jù)企業(yè)、研究單位的具體測試需求進行設計與加工。? 項目來源：973項目，橫向項目等 ? 技術領域：新材料技術

? 應用范圍：該技術可應用于各種顆粒、顯微增強復合材料的細觀力學性能觀測與評價，大大提高復合材料力學性能調(diào)節(jié)效率，促進企業(yè)、研發(fā)單位相關技術的提高。? 現(xiàn)狀特點：國內(nèi)領先 ? 所在階段：樣機

? 成果知識產(chǎn)權(quán)：發(fā)明專利申請

? 成果轉(zhuǎn)讓方式：合作開發(fā)/技術服務/技術轉(zhuǎn)讓/技術許可/合作辦廠等 ? 市場狀況及效益分析：

該實驗系統(tǒng)包括立體顯微鏡（材料表面細觀變化的觀測系統(tǒng)）—原位加載臺及控制系統(tǒng)（實現(xiàn)準靜態(tài)、可控、可測量加載）—數(shù)據(jù)分析及評價系統(tǒng)（對實驗結(jié)果進行判定，指導力學性能調(diào)節(jié)）。該系統(tǒng)應用于力學性能調(diào)節(jié)等研究中，可大大節(jié)約研究成本，提高研究效率。

6.耐油膨脹型防火橡膠及防火捆扎帶（產(chǎn)品）

? 項目簡介：由北京理工大學阻燃材料研究國家專業(yè)實驗室研發(fā)的耐油膨脹型防火橡膠及防火捆扎帶，可應用于燃油、潤滑油等環(huán)境中電線電纜火安全防

護。已通過20kg級工藝放大，材料厚度≤1.0 mm的耐火時間≥5 min（1200℃火焰）；熱穩(wěn)定性≥200℃；具有耐油、耐高溫加速老化、耐冷熱循環(huán)及良好的力學性能。

7.阻燃硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料（產(chǎn)品）

? 成果簡介：由北京理工大學阻燃材料研究國家專業(yè)實驗室研發(fā)的阻燃硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，可廣用于建筑外墻保溫、管道保溫及電冰箱隔熱材料。該材料具有阻燃效率高、產(chǎn)煙量低、壓縮強度高、導熱系數(shù)低、等優(yōu)點。密度60?80 kg/m3；氧指數(shù)＞30%；垂直燃燒自熄時間＜10s、燃燒高度＜60mm；輻射熱流50kW/m2下的峰值熱釋放速率＜170kW/m2。

8.赤泥復合阻燃劑開發(fā)和應用（產(chǎn)品）

? 成果簡介：赤泥復合阻燃劑屬于環(huán)保型無機阻燃劑，具有高效阻燃、低的熱釋放速率、低的產(chǎn)煙量及低成本的優(yōu)勢?？蓱糜谧枞季垡蚁?、阻燃聚丙烯等通用塑料及乙丙膠等橡膠材料。在阻燃電纜料、鋁塑復合板等領域有廣泛應用前景。已建成1000t/a赤泥復合型阻燃劑試驗線。

性能指標

赤泥復合阻燃劑性能指標

序號 1 2 檢測項目 粒度 熱分解溫度

檢測標準 GB/T 19077.1-2008 JY/T014-1996

阻燃PE性能指標

序號

檢測項目

檢測標準

檢測結(jié)果 檢測結(jié)果 ≤10μm ≥200℃ 2 3 4 熱釋放速率峰值 垂直燃燒等級 煙密度等級

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

≤150 kW/m2 FV-0 級 SDR≤75 滿足應用需求 拉伸強度及斷裂伸長率 GB/T1040.2-2006

9.無鹵膨脹阻燃PES熱熔膠（產(chǎn)品）

? 本項目所研制的無鹵膨脹阻燃PES熱熔膠，具備優(yōu)異的阻燃性能、良好的加工成膜性、環(huán)保、低煙?？蓱糜陔娮有袠I(yè)、服裝行業(yè)等。? 性能指標

1)阻燃PES熱熔膠通過UL 94垂直燃燒V-0級； 2)具有良好的加工成膜性；

3)熱熔膠膜厚度為0.5mm時，UL 94垂直燃燒通過VTM-0級； 4)熱熔膠及其成膜后的力學性能及耐水洗性良好

10.新型多種腸溶包衣材料及生物納米纖維制備（產(chǎn)品）

? 成果簡介：本項目是系列纖維素基醫(yī)用腸溶包衣材料及其納米纖維的制造技術。首先以天然棉纖維素為原材料, 通過成熟技術制備pH敏感性智能材料羥烷基烷基纖維素醋酸琥珀酸酯(HPMCAS/HEMCAS)、羥烷基烷基纖維素鄰苯二甲酸酯(HPMCP/ HEMCP)、羥烷基烷基纖維素醋酸鄰苯二甲酸酯(HPMCAP/HEMCP)、羥烷基烷基纖維素偏苯三甲酸酯(HPMCT/HEMCT)等系列pH值（3.5-6.8）溶液敏感的功能材料，可作為腸溶包衣或特殊環(huán)境監(jiān)測用材料。產(chǎn)品為白色、無臭無味的顆粒；不溶于水、酸性溶液，在pH4.0～6.8緩沖溶液中能溶解；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時，平衡吸濕量為11%。它不溶于胃液，但能在小

腸上端快速膨化溶解，故是腸溶衣的良好材料，常用濃度一般為7%～10%。其特點為成膜性好，溶解的pH較低（pH5.0～5.5以上），溶解速度快，理化性質(zhì)穩(wěn)定等。它是性能優(yōu)良的新型腸溶性薄膜包衣材料，無味，不溶于唾液，故可用作薄膜包衣，口服應用本品安全無毒。本項目進一步是采用靜電紡絲技術，通過對以上新型材料的共混后溶解形成溶液，得到不同直徑的納米級纖維，該納米纖維可載不同的藥物，實現(xiàn)在人體不同位臵緩釋控釋目的。? 項目來源：自行開發(fā) ? 技術領域：生物醫(yī)藥 ? 應用范圍：醫(yī)藥輔料

? 技術創(chuàng)新：纖維素基腸溶包衣材料及其納米纖維的制備。? 所在階段：中試

? 成果知識產(chǎn)權(quán)：發(fā)明專利：纖維素類固體腸溶包衣材料的沉析改進方法.2007103003604.3 ? 成果轉(zhuǎn)讓方式：轉(zhuǎn)讓專利、技術合作、合資

? 市場狀況及效益分析：靜電紡絲纖維在組織工程、藥物緩釋、超敏感傳感器、過濾材料等方面具有很大的潛在應用前景；薄膜包衣，形象美觀，可進行企業(yè)標識或字體標識。從操作的標準化來講，薄膜包衣技術也符合GMP的要求。

11.高品質(zhì)低成本纖維素醚制備技術（技術）

? 成果簡介：項目結(jié)合生產(chǎn)實際，從配方（含溶劑體系）、工藝、設備等三方面進行優(yōu)化、設計、實驗與反復分析，在長期研究的基礎上，集成多項專利技術，設計了一條制造設備獨到、布局合理、工藝及配方科學的大規(guī)模生產(chǎn)線，實現(xiàn)了多品種、高品質(zhì)、低成本、低消耗的纖維素醚生產(chǎn)。極大提高了反應過程的效率和產(chǎn)品均勻性，降低消耗、減少污染，提高了產(chǎn)品的應用性能，如溶解性、透光率、抗酸性、抗鹽性、抗酶變性能等。? 項目來源：自行開發(fā) ? 技術領域：新材料

? 應用范圍：適合于多種纖維素醚的制造，產(chǎn)品可用于石油開采、建材、食品、日用化工、航空航天和醫(yī)藥等多個工業(yè)領域。

? 技術創(chuàng)新：采用了連續(xù)增溶液漿法技術，提高了產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)能力，減少了污染，降低了成本。

? 所在階段：產(chǎn)業(yè)化

? 成果知識產(chǎn)權(quán)：授權(quán)專利號ZL03104639.8；專利申請?zhí)?00610078867.4。? 成果轉(zhuǎn)讓方式：出讓專利、技術合作、合資

? 市場狀況及效益分析：采用連續(xù)增溶液漿法，提高了產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)能力，減少了污染，降低了成本；一線多用，適合于多種纖維素醚的制造。產(chǎn)品可用于石油開采、食品、醫(yī)藥和航空航天等多個領域。是“產(chǎn)、學、研”有機結(jié)合的楷模。? 圖片展示：

12.天然纖維素蒸汽閃爆改性及其在新型溶劑中溶解與綠色濕紡技術（技術）

? 成果簡介：項目針對目前粘膠纖維工業(yè)生產(chǎn)過程存在的污染嚴重問題，采用自行設計的高壓熱蒸汽閃爆（Steam Explosion，簡稱SE）技術，在超分子水平實現(xiàn)對天然木纖維素快速、安全可靠、低污染物理改性并固化其構(gòu)象，同時利用環(huán)保、廉價的新型纖維素溶劑體系，實現(xiàn)溫和條件下纖維素的溶解，通過真空脫泡、充氮、噴絲、凝固等工藝的優(yōu)化獲得了纖維素纖維的綠色濕紡技術，絲性能達到或超過粘膠絲。? 技術領域：工業(yè)材料 ? 應用范圍：粘膠纖維工業(yè)生產(chǎn)

? 技術創(chuàng)新：1）建立了可靠、高效、無污染的閃爆處理系統(tǒng)，自主創(chuàng)新，擁有專利（專利200310113788.9）；2）優(yōu)化了綠色溶劑體系，實現(xiàn)閃爆纖維素溶解，得到可紡絲好的溶液體系，國內(nèi)首創(chuàng)；3）新溶劑綠色紡絲技術，國內(nèi)首創(chuàng)。

? 成果來源：國家技術創(chuàng)新項目計劃，編號00BK127 ? 經(jīng)濟、社會或軍事效益：傳統(tǒng)粘膠法成本約為21900元/噸；閃爆法19600元/噸，按5000噸/年算，前者稅后利潤2112萬元/年，閃爆法可達2882萬元/年。采用閃爆技術使木漿可高效率的溶解在新型溶劑體系，實現(xiàn)綠色紡絲技術，是濕紡領域一場技術革命。

13.北京市建筑干混砂漿綜合技術及質(zhì)量控制體系研究（服務）

? 成果簡介：本項目是采用獨特的首創(chuàng)工藝—“連續(xù)增溶液漿法”在同一條生產(chǎn)線上生產(chǎn)多種高質(zhì)量的非離子型纖維素醚（主要是混合醚）和其交聯(lián)產(chǎn)品。? 應用范圍：產(chǎn)品可廣泛用于建筑用新型保水材料，功能性涂料成膜劑、增稠劑、乳化劑和穩(wěn)定劑。

? 創(chuàng)新點：項目要將“制備工藝規(guī)范化、產(chǎn)品多樣化和系列化、品種功能化”。同時針對市場需求，開發(fā)多種配方，以滿足高質(zhì)量、高難度施工環(huán)境用水泥漿料、干混砂漿、砂灰漿料、石膏和建筑染料配制。確定、規(guī)范建筑材料行業(yè)纖維素醚的行業(yè)標準。

? 經(jīng)濟、社會或軍事效益：發(fā)展干混砂漿是節(jié)約資源、保護環(huán)境、提高建筑工程質(zhì)量、實現(xiàn)文明施工和促進建筑施工現(xiàn)代化的重要技術，本項目利用自主的知識產(chǎn)權(quán)優(yōu)勢，替代美國、日本、德國和南韓產(chǎn)品，提高我國建筑材料的產(chǎn)品粘度、凝膠點、保水性、透明性、縮短生產(chǎn)周期。

14.天然高分子基醫(yī)用植物膠囊（產(chǎn)品）

? 成果簡介：傳統(tǒng)膠囊囊殼基本由動物明膠構(gòu)成，其易失水硬化、吸潮軟化，遇醛類易交聯(lián)，再加上國際穆斯林、猶太教和素食協(xié)會等特殊文化人群的抵制，使植物膠囊成為傳統(tǒng)膠囊優(yōu)選的替代產(chǎn)品。但國產(chǎn)的植物膠囊骨架材料——羥丙基甲基纖維素(HPMC)性能不達標。本技術解決了植物膠囊專用醫(yī)藥級HPMC研發(fā)、應用，及其膠囊母料復配技術與加工成型難題。膠囊的制備充分利用現(xiàn)有明膠生產(chǎn)設備與條件，在不改動或少改動膠囊加工設備的前提下，調(diào)整溶液濃度、成型工藝，控制烘干溫度、風速、時間來調(diào)整膠囊的形

狀、厚度及透明度、脫模性能與切割性能。

? 關鍵技術： 1）植物膠囊用HPMC的控制技術；2）凝膠互補協(xié)同增效優(yōu)化技術；3）低成本的植物膠囊的加工成型技術。

? 經(jīng)濟、社會或軍事效益：植物膠囊符合當今崇尚自然的消費群體的需求，對制藥、保健品企業(yè)而言，采用區(qū)別于傳統(tǒng)動物源性膠囊的植物膠囊，為產(chǎn)品區(qū)分和品牌價值提升提供了更多可能性，且成為國內(nèi)藥品和保健品出口的綠色通道。

? 圖片展示：圖1 植物膠囊加工用0號膠囊軸針照片

15.納米纖維素衍生物層層自組裝膠囊研究（技術）

? 成果簡介：微膠囊技術現(xiàn)已廣泛應用于生物醫(yī)藥，環(huán)境保護，日用化工，農(nóng)業(yè)科學及航空航天等領域，隨著應用范圍的擴大，開發(fā)新技術與新方法制備微膠囊，使其具有更精確可控的結(jié)構(gòu)成為微膠囊技術發(fā)展的重點課題之一。? 技術特點：本研究采用了具有優(yōu)越生物相容性和低生物毒性的天然聚電解質(zhì)，羧甲基纖維素（CMC）和殼聚糖（CS），以三聚氰胺甲醛膠體微球為模板，在其表面交替組裝CMC與CS，制成具有納米核殼結(jié)構(gòu)的粒子。通過調(diào)節(jié)組裝條件控制聚電解質(zhì)多層膜囊壁結(jié)構(gòu)。通過鹽酸熔解去除模板，得到中空微膠囊。得到的膜材料具有優(yōu)越的控制釋放能力，在藥物控制釋放，環(huán)境保護、納米反應器及生物醫(yī)用材料等方面具有廣闊的應用前景。

16.硝化棉氮量及其分布均勻性快速測試系統(tǒng)（產(chǎn)品）

? 成果簡介：目前硝化棉（NC）生產(chǎn)廠家對其質(zhì)量的監(jiān)控主要是采用各種方法測定其含氮量，而人們在應用過程中發(fā)現(xiàn)，不僅是NC的含氮量，而且氮量分布的均勻性也是影響其一系列工藝和應用性能的重要指標之一。但一直以來缺乏一套能夠在工業(yè)上應用的快速、準確、有效地表征NC氮量分布均勻

性的指標和測試方法。北京理工大學纖維素技術研發(fā)中心與四川北方硝化棉公司聯(lián)合，研制出一套在國內(nèi)外首創(chuàng)的NC硝化均勻性質(zhì)量快速分析儀。該系統(tǒng)以偏光顯微鏡為核心部件，同時集成了現(xiàn)代CCD、角度傳感器和計算機硬軟件，是目前國內(nèi)外唯一能夠同時測得NC含氮量和氮量均勻性的科學手段。

? 項目來源：合作開發(fā) ? 技術領域：其他高新技術

? 應用范圍：適用于硝化棉生產(chǎn)及以硝化棉為原料的軍用火炸藥或民用涂料、塑料廠?？梢詫崿F(xiàn)在線檢測、實時監(jiān)控，為生產(chǎn)調(diào)控和應用提供依據(jù)。? 所在階段：產(chǎn)業(yè)化

? 成果知識產(chǎn)權(quán)：發(fā)明專利：一種測定硝化棉含氮量與氮量均勻性的方法.200710119614.1 ? 成果轉(zhuǎn)讓方式：技術許可、技術合作、出讓專利

17.小口徑人工血管制備（產(chǎn)品）

? 成果簡介：心血管疾病已經(jīng)成為人類死亡率最高的疾病之一，人工心血管的制備及介入治療是治療心血管疾病的有效手段。小口徑血管的制備在人工血管領域是一個很大的難題，我們采用自己獨特的技術路線，采用生物相容性良好的天然絲素蛋白材料為基本原料，經(jīng)過改性，解決了絲素蛋白易溶于水及脆性問題，制備出力學性能達到手術縫合要求及體內(nèi)血流膨脹及收縮要求的小口徑血管，通過改性大大提高其抗凝血性能。? 項目來源：自行開發(fā) ? 技術領域：新型材料、生命

? 技術特點：該小口徑絲素血管在狗的頸動脈血管替代實驗中表明：管材具有良好的縫合性能和與動物血管的順服性；不存在血液滲透現(xiàn)象；管材在體內(nèi)具有良好的抗凝血性能；縫合手術完成半年，經(jīng)過對血管進行血管造影和流量測定，確定血管在體內(nèi)沒有堵塞現(xiàn)象。動物實驗組織病理切片結(jié)果標明：材料較完整；組織有完整纖維囊包裹，外層明顯膠原化，內(nèi)層異細胞為主；細胞成分少，細胞成分以淋巴、單核細胞為主，偶見中性粒細胞，未見異物巨細胞；血管內(nèi)腔面有薄層纖維結(jié)締組織。目前動物實驗最長時間已達22個月，暢通率達到100%。? 所在階段：小規(guī)模生產(chǎn) ? 成果知識產(chǎn)權(quán)：發(fā)明專利申請

? 成果轉(zhuǎn)讓方式：共同開發(fā) ? 圖片展示：

18.超薄鋼結(jié)構(gòu)防火涂料（產(chǎn)品）

? 成果簡介：普通鋼結(jié)構(gòu)在540度左右，就損失了它的結(jié)構(gòu)強度,就算是混凝土結(jié)構(gòu)，在600度以上高溫也迅速損失其強度。采用防火涂料對鋼結(jié)構(gòu)進行防火保護，可將鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限從0.25小時提高至2.0小時以上。根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的不同型式、不同部位以及相應的耐火極限要求，應選用不同類型的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料加以涂覆保護。根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的施工技術規(guī)范要求（CECS 24:90標準），對外觀裝飾性要求較高的鋼結(jié)構(gòu)（主要指輕鋼結(jié)構(gòu)的梁、網(wǎng)架和屋架），一般選用薄涂型的膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料加以保護，尤其是選用可刷涂施工的超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火漆或防火乳膠漆（涂層厚度<3毫米）。

? 項目來源：自行開發(fā) ? 技術領域：新型材料

? 應用范圍：電廠、油田、發(fā)電機組車間、輸電線路的鋪設底層、電纜、石油管道、鉆井平臺等。

? 現(xiàn)狀特點：該項技術提高了涂料的環(huán)境友好程度，同時提高耐火的極限。預計建設部幾年內(nèi)計劃要取消環(huán)氧類涂料的使用。我們將使用目前國際上推崇的丙烯酸或氨基樹脂系列；耐火體系選擇中排除鹵系元素，涂層遇火時煙密度低，無任何有毒氣體產(chǎn)生，大大提高對環(huán)境的友好程度。

? 技術創(chuàng)新：最終產(chǎn)品通過國家級別的性能測試，耐火極限在1-2小時。涂料不燃、不爆、無毒、無污染、環(huán)境友好度高。施工方便，防火阻燃效果突出，同時使涂料具有良好的裝飾效果。理化性能優(yōu)越：粘接性好、干燥快、抗潮、耐水和耐凍融性好。? 所在階段：小規(guī)模生產(chǎn)

? 成果轉(zhuǎn)讓方式：技術轉(zhuǎn)讓、合作開發(fā)、合作建廠

? 市場狀況及效益分析：目前建筑多采用輕鋼結(jié)構(gòu)框架，按國家技術標準，普通鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的涂層厚度在5mm-3mm，而超薄鋼構(gòu)件防火涂料的涂層厚度為1.5mm-3mm，超薄鋼結(jié)構(gòu)防火涂料必將是防火涂料的發(fā)展趨勢。? 成本投資估算：涂料產(chǎn)品成本預計在11000-14000元/噸

19.CdS/PAMAM納米材料的制備及潛指紋顯現(xiàn)技術（技術）

? 成果簡介：本項目以聚酰胺-胺型樹形分子（PAMAM）為模板制備了粒徑可控、顏色可調(diào)的CdS/PAMAM量子點溶液，該溶液具有較高的熒光強度；應用于潛指紋識別時選擇性吸附能力優(yōu)異，發(fā)光量子點沉積在紋線上，小犁溝沒有吸附（圖1）；尤其對膠帶粘面潛指紋具有非常理想的顯現(xiàn)效果，可以通過室溫反射和紫外可見熒光兩種形式成像，具有較廣的適應性；對陳舊指紋的顯現(xiàn)效果良好，大大提高了使用范圍。該顯現(xiàn)液在公安部物證鑒定中心、北京市公安局等實戰(zhàn)部門進行了實際應用，均取得很好的效果，一致認為其操作簡便、顯現(xiàn)潛指紋效果好，達到了國際先進水平。? 知識產(chǎn)權(quán)：該項目申請國家發(fā)明專利1項。

? 應用范圍：該溶液具有較強的熒光性能和靶向作用，在癌細胞顯現(xiàn)等領域也具有較大的應用前景。

20.高性能二次電池及相關能源材料、技術

? 成果簡介：項目獲國家973、863計劃支持，獲得國家科技進步二等獎1項、省部級科技一等獎3項，發(fā)明專利20余項。? 技術領域：新型材料

? 應用范圍：能源環(huán)保，新材料 ? 所在階段：小規(guī)模生產(chǎn)，試生產(chǎn)階段

? 成果轉(zhuǎn)讓方式：技術轉(zhuǎn)讓、技術入股與合作、技術服務 市場狀況及效益分析：本項目研究開發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高功率鎳氫動力電池(>1250W/kg)和鋰離子動力電池(>1800W/kg)已應用于東風、奇瑞、長安、長春一汽、沈陽華晨等公司的混合動力車；基于輕元素多電子反應和離子液體基復合電解質(zhì)，構(gòu)筑了Li/S電池新體系，研制電池樣品能量密度達到378Wh/kg，展示出良好應用前景。

第四篇：納米論文

聚合物基-納米二氧化硅復合材料的應用研究進展

班級12材料2班學號1232230042姓名王曉婷

摘要本文介紹了近年來國內(nèi)外納米SiO2聚合物復合材料的制備方法，討論了制備方法的特點，闡述了聚合物納米SiO2復合材料的研究進展, 并展望了聚合物納米SiO2 的應用前景。

關鍵詞納米SiO2復合材料;聚合物;制備;應用 前言

納米SiO2是目前應用最廣泛的納米材料之一,它特有的表面效應、量子尺寸效應和體積效應等,使其與有機聚合物復合而成的納米二氧化硅復合材料, 既能發(fā)揮納米SiO2自身的小尺寸效應、表面效應以及粒子的協(xié)同效應, 又兼有有機材料本身的優(yōu)點, 使復合材料具有良好的機械、光、電和磁等功能特性, 引起了國內(nèi)外研究者的廣泛關注[

1，2]

。本文就納米Si02一聚合物復合材料的制備方法、制備方法的特點和應用進行一次全面的綜述。

2聚合物/ 納米Si O2 復合材料的制備

2．1 共混法

共混法是制備聚合物／無機納米復合材料最直接的方法，適用于各種形態(tài)的納米粒子，但是由于納米粒子存在很大的界面自由能，粒子極易自發(fā)團聚。要將無機納米粒子直接分散于有機基質(zhì)中制備聚合物納米復合材料，必須通過化學預分散和物理機械分散打開納米粒子團聚體，消除界面能差，才能實現(xiàn)均勻分散并與基體保持良好的親和性。具體途徑如下。

2．1．1 高分子溶液(或乳液)共混

首先將聚合物基體溶解于適當?shù)娜軇┲兄瞥扇芤?或乳液)，然后加入無機納米粒子，利用超聲波分散或其他方法將納米粒子均勻分散在溶液(或乳液)中。

姜云鵬等利用PVA與納米Si02表面的羥基形成的氫鍵實現(xiàn)了納米si02對PVA的改性；張志華等用溶膠一凝膠反應制備納米Si02顆粒，然后通過超聲分散機將顆粒分散到聚氨酯樹脂中制備出了聚氨酯／Si02納米復合材料；以上各種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

將納米無機粒子與聚合物基體在密煉機、雙螺桿等混煉機上熔融共混。

郭衛(wèi)紅等[5]在密煉機上將PMMA和納米Si02粒子熔融共混后，用雙螺桿造粒制得納米復[4][3]合材料。石璞[6]通過熔融共混法將納米si02粒子均勻地分散于PP基體中制得復合材料，由于復合偶聯(lián)劑的一端易與離子表面上大量的羥基發(fā)生化學反應形成穩(wěn)定的氫鍵，另一端與聚丙烯相容性較好，使納米粒子基本沒有團聚，實現(xiàn)了增強、增韌的目的。張彥奇等[7]將納米Si02經(jīng)超聲分散并經(jīng)偶聯(lián)劑處理后與LLDPE等組分預混、擠出、造粒，制備了線性低密度聚乙烯(LU)PE)／納米Si02復合材料，所得薄膜霧度顯著提高。

2.2在位分散聚合法

首先采用超聲波分散、機械共混等方法在單體溶液中分散納米粒子，或采用偶聯(lián)劑對納米粒子表面進行處理，然后單體在納米粒子表面進行聚合，形成納米粒子良好分散的納米復合材料(in situ polymerization)。通過這種方法，無機粒子能夠比較均一地分散于聚合物基體中。

歐玉春等[8]利用帶有羥基的丙烯酸酯表面處理劑對Si02進行表面處理，應用本體法聚合制備si02／PMMA納米復合材料，結(jié)果顯示納米Si02的加入可以提高聚甲基丙烯酸甲酯材料的機械性能、玻璃化溫度及材料的耐水性。Jose-Luiz Luna—Xavier等[9]采用原位聚合法以陽離子偶氮化合物AIBA為引發(fā)劑，液相納米Si02為核，聚甲基丙烯酸甲酯為殼合成了納米Si02一聚甲基丙烯酸甲酯乳液聚合物。由于陽離子偶氮化合物AIBA為引發(fā)劑的使用增強了與納米si02的相互作用，使效率大大提高。

2.3溶膠-凝膠法

溶膠一凝膠法(Sol-gel)是制備聚合物／無機納米復合材料的一種重要方法。通過烷氧基金屬有機化合物的水解、縮合，將細微的金屬氧化物顆粒復合到有機聚合物中并得到良好分散，從而在溫和條件下制備出具有特殊性能的聚合物／無機納米復合材料。

2.4硅酸鈉溶膠一凝膠法

溶膠一凝膠法在制備聚合物／納米si02復合材料時顯示出很多優(yōu)勢。但是，所用的無機組分的前驅(qū)物正硅酸烷基酯價格昂貴、有毒，因此為了降低制備成本，改善生產(chǎn)條件和減少環(huán)境污染，張啟衛(wèi)等[10]用硅酸鈉為無機si02組分的前驅(qū)物，與PVAC或PMMA的THF溶膠混合，經(jīng)溶膠一凝膠過程制備出聚合物／Si02雜化材料。結(jié)果表明，si02含量在一定范圍時，由于發(fā)生了納米級微區(qū)效應，有機一無機兩相間相容性好，不產(chǎn)生相分離，材料透光率提高，熱穩(wěn)定性增強。

3聚合物/ 納米Si O2 復合材料的研究進展

3.1 納米SiO2/環(huán)氧樹脂復合材料

Mascia等通過紅外光譜和定性黏度分析得知,納米SiO2 和環(huán)氧樹脂隨著環(huán)氧樹脂的分子量增加、加入偶聯(lián)劑、增加溶劑的極性以及提高反應溫度都會使二者的相容性提高[11]。寧榮昌等用分散混合法研究了納米SiO2有無表面處理及其含量對復合材料性能的影響, 采用透射電鏡和正電子湮沒技術(PALS)對納米SiO2 的分布和自由體積的尺寸及濃度進行了表征[12]。結(jié)果表明, SiO2表面處理后, 復合材料性能得到提高, 使環(huán)氧樹脂增強和增韌;且納米SiO2含量為3 % 時,自由體積濃度最小, 納米復合材料的性能最佳。劉競超等通過原位分散聚合法制得了納米SiO2/環(huán)氧樹脂復合材料[13]。結(jié)果表明, 對復合材料力學性能的影響較大的是偶聯(lián)劑, 在最優(yōu)工藝條件下制得的復合材料沖擊強度、拉伸強度比基體分別提高了124% 和30%;復合材料的Tg和耐熱性也有所提高。

3.2 納米SiO2/丙烯酸酯類復合材料

歐玉春等用原位聚合方法制備了分散相粒徑介于130 nm 左右的PMMA/SiO2(聚甲基丙烯酸甲酯/二氧化硅)復合材料[14]。結(jié)果表明, 經(jīng)表面處理的SiO2在復合材料基體中分散均勻, 界面粘結(jié)好;SiO2粒子的填充使基體的Tg和損耗峰上升, 隨著SiO2含量的增加, 對應試樣的Tg和損耗峰值增大;隨著SiO2含量的增加, 基體的拉伸強度、彈性模量表現(xiàn)為先下降后升高, 而基體的斷裂伸長率表現(xiàn)為先升高后下降。武利民等通過原位聚合、高速剪切法分散共混和球磨法分散共混等3 種方法制備丙烯酸酯/納米SiO2復合乳液, 以相同的方法制備丙烯酸酯/微米SiO2復合乳液[15]。結(jié)果表明, 共混法制得的納米復合物的拉伸強度、斷裂伸長率和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度隨納米SiO2含量的增加先上升然后逐漸下降。涂層對紫外光的吸收和透過隨納米SiO2 含量的增加分別呈上升和下降趨勢, 而微米SiO2復合丙烯酸酯乳液, 其涂層對紫外光的吸收和透過基本不受微米SiO2 的影響。

3.3 納米SiO2/硅橡膠復合材料

王世敏等對納米SiO2/二甲基硅氧烷復合材料的光學、力學性能進行了研究[16]。結(jié)果表明, 復合材料對波長λ＞390 nm 的可見光基本能透過, 透過率達80%, 硬度隨納米SiO2的增加呈上升趨勢。Mackenzie 等制備的納米SiO2/硅氧烷復合材料在非氧化氣氛中加熱到1 000 ℃以上, 分子發(fā)生重排, 形成塊狀微孔體;繼續(xù)加熱到1 400 ℃時,有機碳仍不分解, 且熱膨脹系數(shù)很小[17]。由于聚硅氧烷的高柔順性, 在溶膠－凝膠過程中不會因干燥而破裂, 該材料可以作為涂層改善基體(如聚合物、金屬)表面的物理化學性質(zhì)。潘偉等研究SiO2納米粉對硅橡膠復合材料的導電機理、壓阻及阻溫效應的影響[18]。結(jié)果表明,隨著SiO2納米粉的增加, 壓阻效應越來越顯著,在一定壓力范圍內(nèi), 材料電阻隨壓力呈線性增加;同時, SiO2納米粉的加入使復合材料的電阻隨溫度增加而增加。

3.4 納米SiO2/聚碳酸酯材料

聚碳酸酯具有較好的透明性, 較高的硬度, 以及較強的蠕變性。為了進一步提高其應用價值, 王金平等以聚碳酸酯為基體, 采用溶膠－凝膠法技術在聚碳酸酯表面覆蓋一層納米SiO2無機涂層, 涂層與聚碳酸酯較好的結(jié)合, 使材料的耐磨性得到明顯提高[19]。

3.5 納米SiO2/聚酰亞胺復合材料 聚酰亞胺(PI)是一種廣泛應用于航空、航天及微電子領域的功能材料, 它的優(yōu)點是介電性良好,力學性能優(yōu)良, 但其吸水性強和熱膨脹性高的缺點限制了他的應用。而采用納米SiO2改性后的PI 在這方面得到了很大改善。楊勇等的研究表明, 采用納米SiO2改性后的PI 其熱穩(wěn)定性得到加強, 熱膨脹系數(shù)得到降低[20]。曹峰等研究PI/SiO2復合材料的力學性能時發(fā)現(xiàn), 隨著SiO2含量的增加, 其楊氏模量、拉伸強度、斷裂強度增加, 加入適量的插層劑, 有利于增加有機分子與無機物分子之間的相容性, 從而可制備強度和韌性更加優(yōu)異的復合材料[21]。

3.6 納米SiO2/聚烯烴類復合材料

張彥奇等采用熔融共混法制備了線性低密度聚乙烯(LLDPE)/納米SiO2復合材料[22]。結(jié)果表明, 納米SiO2使LLDPE 的拉伸彈性模量、沖擊強度、拉伸強度提高, 且均在納米SiO2用量為3 份左右時達到最大值;加入少量的納米SiO2后, LLDPE 薄膜對長波紅外線(7～11 μm)的吸收能力較純LLDPE 膜有顯著提高, 透光率略有下降, 但霧度提高。曲寧等利用納米SiO2、馬來酸酐接枝PE(PE-g-MAH)和PP 通過熔融共混制備了PP/納米SiO2復合材料[23]。結(jié)果表明, 經(jīng)表面處理、用量為4 %的納米SiO2 與4 % 的PE-g-MAH 發(fā)生協(xié)同作用, 可以使PP/納米SiO2復合材料的沖擊強度提高40 %,拉伸強度提高10%, 耐熱溫度提高22℃。

3.7 納米SiO2/尼龍復合材料

E.Reynaud 等研究了不同粒徑和含量的納米SiO2 與尼龍6 通過原位聚合得到的納米復合材料的特性[24]。形貌分析出粒子的存在不影響復合材料的結(jié)晶相;粒子的加入明顯增強了基體的彈性模量,且復合材料的性能受粒子尺寸和分散狀況的影響。

3.8 納米SiO2/聚醚酮類樹脂復合材料

邵鑫等研究了納米SiO2對聚醚砜酮(PPESUK)復合材料摩擦學性能的影響[25]。結(jié)果表明, 納米SiO2不但可以提高PPESUK 的耐磨性, 而且還有較好的減摩作用, 其最佳用量為25%。靳奇峰等采用懸浮液共混法制備了納米SiO2填充新型雜萘聯(lián)苯聚醚酮(PPEK)復合材料[26]。當納米SiO2用量為1 % 時, 復合材料的綜合力學性能最佳。納米SiO2的加入使得復合材料的摩擦性能比純PPEK 有了明顯提高, 當納米SiO2用量為7 % 時,材料的摩擦磨損性能最好, 并且在大載荷下納米SiO2 更能有效改善復合材料的摩擦磨損性能。

3.9納米SiO2/聚苯硫醚(PPS)復合材料

張文栓等首先將納米SiO2粒子與硅烷偶聯(lián)劑KH-550 的乙醇溶液混合, 在40 ℃以下用超聲波振蕩60 min 后脫去溶劑, 烘干后與PPS 在高速攪拌機中混合均勻, 然后用雙螺桿擠出機造粒制得PPS/納米SiO2復合材料[27]。納米SiO2粒子呈顆粒狀均勻分布在PPS 基體中, 尺寸在10～40 nm 范圍內(nèi)。當納米SiO2用量為3 % 時, PPS/納米SiO2 復合材料的力學性能最佳, 拉伸強度、彎曲彈性模量和缺口沖擊強度分別提高13.4%、7.4% 和27.3%。張而耕等用轉(zhuǎn)化劑、分散劑和穩(wěn)定劑制備了PPS/納米SiO2水基涂料[28]。PPS/納米SiO2復合涂層的耐沖蝕磨損性比普通涂層提高了約50 倍, 能夠用于零部件的防沖蝕磨損。

3.10納米SiO2/PMMA 復合材料

張啟衛(wèi)等利用溶膠-凝膠法制備了PMMA/納米SiO2復合材料[29]。發(fā)現(xiàn)PMMA 與納米SiO2兩相間的相容性好, 材料透光率可達80 %, 并且熱穩(wěn)定性和Tg都比純PMMA 有較大的提高。郭衛(wèi)紅等將經(jīng)過表面處理的納米SiO2分散于PMMA 單體中形成膠體, 原位聚合制備了PMMA/納米SiO2復合材料[30]。結(jié)果表明, 復合材料的耐紫外線輻射能力提高1 倍以上, 沖擊強度提高80 %。同時由于納米粒子尺寸小于可見光波長, 復合材料具有高的光澤度和良好的透明度。

4總結(jié)與展望

聚合物/納米SiO2復合材料具有優(yōu)良的綜合性能, 展現(xiàn)出誘人的應用前景。盡管近年來對其研究較多, 并取得了較大進展, 但是對它的研究還不夠深入, 還有許多問題亟待研究和解決, 如納米SiO2在聚合物基體中的均勻分散問題, 納米復合材料的相界面結(jié)構(gòu), 納米SiO2 對聚合物性能影響的機理等。相信隨著制備技術的進一步完善及對材料的結(jié)構(gòu)與性能關系的進一步了解, 人們將能按照需要來設計和生產(chǎn)高性能和多功能的聚合物/納米SiO2復合材料。納米Si02可以改性多種高分子材料，通常對聚合物的機械性能如拉伸強度、彈性模量、斷裂伸長率，以及熱穩(wěn)定性、動態(tài)力學行為、光學行為等都有較大影響。因此人們都在力求解決很多問題，諸如納米Si02在聚合物基體中的均勻分散；納米Si02復合材料中有機相和無機相的相界面結(jié)構(gòu)；Si02粒徑大小、幾何形狀等形態(tài)參數(shù)及添加量對復合材料性能的影響；納米Si02對聚合物基體材料性能影響的機理等。隨著研究的不斷深入，納米Si02一聚合物體系將在越來越多的領域發(fā)揮出它的重要作用。

參考文獻

[1]Gabrielson L, Edirisinghe M J.On the dispersion offine ceramic powders in polymers.Journal of MaterialsScience Letters, 1996, 15(13): 1 105～1 107 [2]徐國財, 張立德.納米復合材料.北京: 化學工業(yè)出版社, 2002.32～43

[3]姜云鵬,SiO2 改性聚苯硫醚力學性能的研究.高分子材料科學與工程，2002，18(5)：177 [4]張志華，吳廣明，等．材料科學與工程學報，2003，21(4)：498

[5]郭衛(wèi)紅，李盾，等．納米SiO2 增強增韌聚氯乙烯復合材料的研究.塑料工業(yè)，1998，26(5)：10 [6]石璞，晉剛，聚甲基丙烯酸甲酯/二氧化硅雜化材料制備與性能.國塑料，2002，16(1)：3 [7]張彥奇，華幼卿．納米SiO2 填充雜萘聯(lián)苯聚醚酮復合材料的性能研究.應用化學，2003，20(2)：638 [8] 歐玉春，楊鋒，聚甲基丙烯酸甲酯/二氧化硅雜化材料制備與性能.分子學報，1997，2：199 [9]Jose-Luiz L X，Alain G，Elodie B L J Colloid and InterfacaSci，2002，250(1)：82 [10] 張啟衛(wèi)，章永化，聚甲基丙烯酸甲酯/二氧化硅雜化材料制備與性能.料科學與工程，2002，20(3)：381 [11]Mascia Leno, Tang Tao.Curing and morphology ofepoxy resin-silica hybrids.Journal of MaterialsChemistry, 1998, 8(11): 2 417～2 421 [12]鄭亞萍, 寧榮昌.納米SiO2 環(huán)氧樹脂復合材料性能研究.玻璃鋼/復合材料, 2001(2): 34～36

[13]鄭亞萍, 寧榮昌.納米SiO2/環(huán)氧樹脂復合材料性能研究.高分子材料科學與工程, 2002, 18(5): 148～154 [14]歐玉春, 楊鋒, 莊嚴, 等.原位分散聚合聚甲基丙烯酸甲酯/二氧化硅納米復合材料研究.高分子學報, 1997(2): 199～205 [15]熊明娜, 武利民, 周樹學, 等.丙烯酸酯/納米SiO2 復合乳液的制備和表征.涂料工業(yè), 2002(11): 1～3 [16]王世敏, 吳崇浩, 趙雷, 等.聚二甲基硅氧烷/SiO2雜化材料的制備與性能的研究.材料科學與工程學報,2003, 21(2): 205～207 [17]Mackenzie John D, Chung Y J, Hu Y.RubberyOrmosils and their Applications.Journal ofNon-Crystalline Solids, 1992, 147-148: 271～278 [18]潘偉, 翟普, 劉立志.SiO2 納米粉對炭黑/硅橡膠復合材料的壓阻、阻溫特性的影響.材料研究學報,1997, 11(4): 397～401 [19]王金平, 俞志欣, 何捷, 等.用sol-gel 法在pc 上制備有機－無機復合耐磨涂層.功能材料, 1999, 30(3): 323～325 [20]楊勇, 朱子康, 漆宗能.溶膠－凝膠法制備可溶性聚酰亞胺/二氧化硅納米復合材料的研究.功能材料,1999, 30(1): 78～81 [21]曹峰, 朱子康, 印杰, 等.新型光敏PI/SiO2 雜化材料的制備與性能研究.功能高分子學報, 2000, 13(3): 25～29 [22]張彥奇, 華幼卿.LLDPE/納米SiO2 復合材料的力學性能和光學性能研究.高分子學報, 2003(5): 683～84 [23]Reynaud E, Jouen T, Gauthier C, et al.Nanofillersin polymeric matrix: a study on silica reinforcedPA6.Polymer, 2001, 42(21): 8 759～8 768 [24]邵鑫, 田軍, 劉維民, 等.納米SiO2 對聚醚砜酮復合材料摩擦學性能的影響.材料工程, 2002(2):38～39 [25]靳奇峰, 廖功雄, 蹇錫高, 等.納米SiO2 填充雜萘聯(lián)苯聚醚酮復合材料的性能研究.宇航材料工藝, 2005(2): 18～19 [26]張而耕, 王志文.PPS/SiO2 納米復合涂層的制備和性能測試.機械工程材料, 2003, 27(5): 36～37 [27]張啟衛(wèi), 章永化, 陳守明, 等.聚甲基丙烯酸甲酯/二氧化硅雜化材料制備與性能.應用化學, 2002, 19(9): 874～875 [28]郭衛(wèi)紅, 唐頌超, 周達飛, 等.納米SiO2 在MMA 單體中在原位分散聚合的研究.材料導報, 2000(10):71～72 [29]張毅, 馬秀清, 李永超, 等.納米SiO2 增強增韌不飽和聚酯樹脂的研究.中國塑料, 2004, 18(2): 35～36 [30]周文英, 李海東, 牛國良, 等.納米SiO2 改性不飽和聚酯樹脂.纖維復合材料, 2003(14): 14～15

第五篇：納米論文

納米技術在醫(yī)學上的應用

[摘要]納米醫(yī)學是納米技術與醫(yī)藥技術結(jié)合的產(chǎn)物,納米醫(yī)學研究在疾病診斷和治療方面顯示出了巨大的應用潛力。近幾年,納米技術突飛猛進,作為納米技術的重要領域的納米生物工程也取得了輝煌的成就。本文從納米醫(yī)學、納米生物技術和納米生物材料三個方面,講述了納米生物工程的重大進展。本文就納米診斷技術、組織修復和再生醫(yī)學中的納米材料、納米藥物載體、納米藥物等方面的研究現(xiàn)狀與進展進行綜述,并探討納米醫(yī)學的發(fā)展前景。

[引言] 納米技術的基本概念是用單個原子、分子制造和操作物質(zhì)的技術,是現(xiàn)代高科技前沿技術.納米技術應用前景廣闊,幾乎涉及現(xiàn)有科學技術的所有領域,世界各國都把納米技術列為重點發(fā)展項目,投入巨資搶占納米技術戰(zhàn)略高地.[關鍵詞]納米醫(yī)學;納米生物材料;診斷;治療

1、跨世紀的新學科——納米科技

所謂/納米科技,就是在0.1~100納米的尺度上,研究和利用原子和分子的結(jié)構(gòu)、特征及相互作用的高新科學技術,它是現(xiàn)代科學和先進工程技術結(jié)合的產(chǎn)物。1990年7月,第一屆國際納米科技會議的召開,標志著納米科技的正式誕生。時至今日,納米科技涉及到幾乎現(xiàn)有的所有科學技術領域。它的誕生,使人類改造自然的能力直接延伸到分子和原子。它的最終目標,是人類按照自己的意志操縱單個原子,在納米尺度上制造具有特定功能的產(chǎn)品,實現(xiàn)生產(chǎn)方式的飛 躍。目前,納米科技已經(jīng)取得一系列成果,正處于重大突破的前夜。研究者認為,這一興起于本世紀90年代的納米科技,必將雄踞于21世紀,對人類社會產(chǎn)生重大而深遠的影響。

2、納米醫(yī)學的提出

納米醫(yī)學的形成除了納米技術之外，其醫(yī)學本身也應具有可應用納米技術的客觀基礎和必要條件。客觀基礎是指，像其他物質(zhì)一樣，醫(yī)學研究的主體———人體本身是由分子和原子構(gòu)成的。實現(xiàn)納米醫(yī)學的必要條件是，要在分子水平上對人體有更為全面而詳盡的了解。隨著現(xiàn)代生物學和現(xiàn)代醫(yī)學的不斷發(fā)展,人類在生物學和醫(yī)學等領域的研究內(nèi)容已開始從細胞、染色體等微米尺度的結(jié)構(gòu)深入到更小的層次,進入到單個分子甚至分子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。這些極其微細的分子結(jié)構(gòu)的特征:尺度空間在0.1-100 nm,屬于納米技術的尺度范圍。研究這些納米尺度的分子結(jié)構(gòu)和生命現(xiàn)象的學科,就是納米生物學和納米醫(yī)學。納米醫(yī)學是一門涉及物理學、化學、量子學、材料學、電子學、計算機學、生物學以及醫(yī)學等眾多領域的綜合 性交叉學科。Freitas曾給納米醫(yī)學下過一個較詳細的定義:他認為,納米醫(yī)學是利用人體分子工具和分子知識,預防、診斷、治療疾病和創(chuàng)傷,劫除疼痛,保護和改善人體健康的科學和技術。目前的納米醫(yī)學研究水平還處于初級階段,當然,由于各國科學工者的不懈努力,納米醫(yī)學研究領域已初露曙光,有部分研究成果已開始接近臨床應用。

從定義來看,納米醫(yī)學可以分為兩大類,一是在分子水平上的醫(yī)學研究,基因藥物和基因療法等就是典型體現(xiàn);二是把其他領域的納米研究成果引入醫(yī)學領域,如某種納米裝置在醫(yī)療和診斷上的應用。納米醫(yī)學的奧秘在于,可以從納米量級的尺度來進行原來不可能達到的醫(yī)療操作和疾病防治。當生命物質(zhì)的結(jié)構(gòu)單元小到納米量級的時候,其性質(zhì)會有意想不到的變化。這種變化既包括物質(zhì)的原有性能變得更好,還可能有我們所意想不到的性能和效益,從而用來治病防病。

3、納米技術的醫(yī)學應用 3.1 診斷疾病

在診斷方面，將應用納米醫(yī)學技術手段，在診室內(nèi)進行全面的基因檢查和特殊細菌涂層標記物的實時全身掃描；檢測腫瘤細胞抗原、礦質(zhì)沉積物、可疑的毒素、源于遺傳或生活方式的激素失衡，以及其它以亞毫米空間分辨率制成所定目標三維圖譜的特定分子。在納米醫(yī)學時代，這些強有力的手段將使醫(yī)務人員能夠檢查患者的任何部位，且可詳盡到分子水平，并能以合理的費用，在數(shù)分鐘或數(shù)秒鐘內(nèi)獲得所需的結(jié)果。許多以往診斷比較困難或無法診斷的疾病,隨著納米技術的介入,將很容易被確診。為判斷胎兒是否具有遺傳缺陷,以往常采用價格昂貴并對人體有損害的羊水診斷技術。如今應用納米技術,可簡便安全地達到目的。孕8周左右血液中開始出現(xiàn)非常少量的胎兒細胞,用納米粒很容易將這些胎兒細胞分離出來進行診斷。目前美國已將此項技術應用于臨床診斷。肝癌患者由于早期沒有明顯癥狀,一旦發(fā)現(xiàn)常已到晚期,難以治愈,因而早期診斷極為重要。中國醫(yī)科大學第二臨床學院把納米粒應用于醫(yī)學研究,經(jīng)過4年的努力,完成了超順磁性氧化鐵超微顆粒脂質(zhì)體的研究。動物實驗證明,運用這項研究成果,可以發(fā)現(xiàn)直徑3mm以下的肝腫瘤。這對肝癌的早期診斷、早期治療有著十分重要的意義。3.2 納米藥物和納米藥物載體

這是納米醫(yī)學中的一個非?；钴S的領域,適時準確地釋放藥物是它的基本功能之一?？茖W家正在為糖尿病人研制超小型的,模仿健康人體內(nèi)的葡萄糖檢測系統(tǒng)。它能夠被植入皮下,監(jiān)測血糖水平,在必要的時候釋放出胰島素,使病人體內(nèi)的血糖和胰島素含量總是處于正常狀態(tài)。美國密西根大學的博士正在設計一種納米/智能炸彈,它可以識別出癌細胞的化學特征。這種智能炸彈很小,僅有20nm左右,能夠進入并摧毀單個的癌細胞。

德國醫(yī)生嘗試借助磁性納米微粒治療癌癥,并在動物實驗中取得了較好療效。將一些極其細小的氧化鐵納米微粒注入患者的腫瘤里,然后將患者置于可變的磁場中,氧化鐵納米微粒升溫到45~ 47度,這一溫度可慢慢熱死癌細胞。由于腫瘤附近的機體組織中不存在磁性微粒,因此這些健康組織的溫度不會升高,也不會受到傷害。科學家指出,將磁性納米顆粒與藥物結(jié)合,注入到人體內(nèi),在外磁場作用下,藥物向病變部位集中,從而達到定向治療的目的,將大大提高腫瘤的藥物治療效果。

納米藥物與傳統(tǒng)的分子藥物的根本區(qū)別在于它是顆粒藥物。廣義的納米藥物可分為兩類:一類是納米藥物載體,即指溶解或分散有分子藥物的各種納米顆粒,如納米球、納米囊、納米脂質(zhì)體等。二是納米藥物,即指直接將原料藥物加工成的納米顆粒,或利用嶄新的納米結(jié)構(gòu)或納米特性,發(fā)現(xiàn)基于新型納米顆粒的高效低毒的治療或診斷藥物。前者是對傳統(tǒng)藥物的改良,而后者強調(diào)的是把納米材料本身作為藥物。

3.2.1 納米藥物

直接以納米顆粒作為藥物的應用之一是抗菌藥物。納米抗菌藥物具有廣譜、親水、環(huán)保、遇水后殺菌力更強、不會誘導細菌耐藥性等多種性能。以這種抗菌顆粒為原料,成功地開發(fā)出了創(chuàng)傷貼、潰瘍貼等納米醫(yī)藥類產(chǎn)品。例如,納米二氧化鈦樹脂基托材料具有一定的抗變形鏈球菌和抗白色念珠菌的效果,當樹脂基托中抗菌劑的濃度達到3%時,即可達到滿意的抗菌效果。

無機納米顆粒作為新型的抗癌藥物為腫瘤治療提供了新的思路。研究人員用Gd@C82(OH)22處理得肝癌的小鼠,在10.7mol/kg的注射劑量下能有效地抑制腫瘤生長,同時對機體不產(chǎn)生任何毒性。其抑瘤效應不是通過納米顆粒對腫瘤的直接殺傷起作用,而是可能通過激活機體免疫來實現(xiàn)對腫瘤的抑制作用。納米羥基磷灰石在體外對惡性腫瘤細胞產(chǎn)生明顯的抑制作用,而對正常細胞作用甚微,可望通過進一步的研究獲得一種區(qū)別于傳統(tǒng)的化療藥物的納米無機抗癌藥物。此外,有的物質(zhì)納米化后出現(xiàn)新的治療作用,如二氧化鈦納米粒子可抑制癌細胞增殖;二氧化鈰納米顆?？梢郧宄壑械碾娍剐苑肿硬⒎乐我恍┯捎谝暰W(wǎng)膜老化而帶來的疾病。

3.2.2 納米藥物載體

實現(xiàn)細胞和亞細胞層次上藥物的靶向傳遞和智能控制釋放,是降低藥物毒副作用、提高治療效果的共性問題。納米粒子介導的藥物輸送是納米醫(yī)學領域的一個關鍵技術,在藥物輸送方面具有許多優(yōu)越性。目前,用作藥物載體的材料有金屬納米顆粒、生物降解性高分子納米顆粒及生物活性納米顆粒等。理想的納米藥物載體應具備以下性質(zhì):毒性較低或沒有毒性;具有適宜的制備及提純方法;具有合適的粒徑與形狀;具有較高的載藥量;具有較高的包封率;對藥物具有良好的釋放特性;具有良好的生物相容性,可生物降解或可被機體排出;具有較長的體內(nèi)循環(huán)時間,并能在療效相 關部位持久存。3.3 納米生物技術

納米生物技術是納米技術和生物技術相結(jié)合的產(chǎn)物,它即可以用于生物醫(yī)學,也可以服務于其它社會需求。所包含的內(nèi)容非常豐富,并以極快的速度增加和發(fā)展,難以概述。

3.3.1生物芯片技術

生物芯片是在很小幾何尺度的表面積上,裝配一種或集成多種生物活性,僅用微量生理或生物采樣,即可以同時檢測和研究不同的生物細胞、生物分子和DNA的特性,以及它們之間的相互作用,獲得生命微觀活動的規(guī)律。生物芯片可以粗略地分為細胞芯片、蛋白質(zhì)芯片(生物分子芯片)和基因芯片(即DNA芯片)等幾類,都有集成、并行和快速檢測的優(yōu)點,已成為21世紀生物醫(yī)學工程的前沿科技。

近2年,已經(jīng)通過微制作(MEMS)技術,制成了微米量級的機械手,能夠在細胞溶液中捕捉到單個細胞,進行細胞結(jié)構(gòu)、功能和通訊等特性研究。美國哈佛大學的教授領導的研究人員,發(fā)展了微電子工業(yè)普遍使用的光刻技術在生物學領域的應用,并研制出效果更好的軟光刻方法。以此,制出了可以捕捉和固定單個細胞的生物芯片,通過調(diào)節(jié)細胞間距等,研究細胞分泌和胞間通訊。此類細胞芯片還可以作細胞分類和純化等。它的功能原理非常簡單,僅利用芯片表面微單元的幾何尺寸和表面特性,即可達到選擇和固定細胞及細胞面密度控制。

美國圣地亞國家實驗室的發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)了納米愛好者的預言。正像所預想的那樣,納米技術可以在血流中進行巡航探測,即時發(fā)現(xiàn)諸如病毒和細菌類型的外來入侵者,并予以殲滅,從而消除傳染性疾病。

研究人員做了一個雛形裝置,發(fā)揮芯片實驗室的功能,它可以沿血流流動并跟蹤像鐮狀細胞血癥和感染了愛滋病的細胞。血液細胞被導入一個發(fā)射激光的腔體表面,從而改變激光的形成。癌細胞會產(chǎn)生一種明亮的閃光;而健康細胞只發(fā)射一種標準波長的光,以此鑒別癌變。3.3.2納米探針

一種探測單個活細胞的納米傳感器,探頭尺寸僅為納米量級,當它插入活細胞時,可探知會導致腫瘤的早期DNA損傷。

3.4組織修復和再生醫(yī)學中的納米材料

將納米技術與組織工程技術相結(jié)合,構(gòu)建具有納米拓撲結(jié)構(gòu)的細胞生長支架正在形成一個嶄新的研究方向。相對于微米尺度,納米尺度的拓撲結(jié)構(gòu)與機體內(nèi)細胞生長的自然環(huán)境更為相似。納米拓撲結(jié)構(gòu)的構(gòu)建有可能從分子和細胞水平上控制生物材料與細胞間的相互作用,引發(fā)特異性細胞反應,對于組織再生與修復具有潛在的應用前景和重要意義。將納米纖維水凝膠作為神經(jīng)組織的支架,在其中生長的鼠神經(jīng)前體細胞的生長速度明顯快于對照材料。向高分子材料中加入碳納米管可以顯著改善原有聚合物的傳導性、強度、彈性、韌性和耐久性,同時還可以改進基體材料的生物相容性。研究發(fā)現(xiàn),隨著復合物中碳納米管含量的增加,神經(jīng)元細胞和成骨細胞在復合材料上的黏附與生長也越來越活躍,而星形細胞和成纖維細胞的活性則呈現(xiàn)同等程度的下降。研究人員設計的人造紅細胞輸送氧的能力是同等體積天然紅細胞的236倍,可應用于貧血癥的局部治療、人工呼吸、肺功能喪失和體育運動需要的額外耗氧等。研究人員成功合成了模擬骨骼亞結(jié)構(gòu)的納米物質(zhì),該物質(zhì)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數(shù)匹配,不易骨折,且與正常骨組織連接緊密,顯示出明顯的正畸應用優(yōu)勢。

納米自組裝短肽材料RADA16-I與細胞外基質(zhì)具有很高相似性,RADA16-I納米支架可以作為一種臨時性的細胞培養(yǎng)人工支架,它能很好地支持功能型細胞在受損位置附近生長、遷移和分化,因而有利于細胞抵達傷口縫隙,使組織得以再生。有研究人員利用RADA16-I納米支架修復了倉鼠腦部的急性創(chuàng)傷,并且恢復了倉鼠的視覺功能。RADA16-I形成的水凝膠可用作新型的簡易止血劑,用于多種組織和多種不同類型傷口的止血。

4、我國發(fā)展納米生物學和納米醫(yī)學的現(xiàn)狀和發(fā)展策略

目前,我國在納米生物和醫(yī)學領域內(nèi)的研究基礎還比較薄弱,通過采取各種激勵措施和各種研究計劃的實施,特別是國家自然科學基金委的納米技術重大研究計劃對納米生物和納米醫(yī)學項目的支持,我國在納米生物和納米醫(yī)學方面的研究狀況有了很大的改善,生物、醫(yī)學界的許多院、所相繼建立了有關納米技術的研究室,如中國醫(yī)學科學院基礎醫(yī)學研究所、軍事醫(yī)學科學院毒物藥物研究所和生物物理研究所等都設立了納米研究室,初步形成了一只較強的研究隊伍。近年來,來自化學、物理、信息、藥物、生物和醫(yī)學等領域的科學家通過幾次研討會進一步明確了納米生物和納米醫(yī)學領域的研究方向和內(nèi)容,并建立了較密切的合作。我國在納米生物和納米醫(yī)學的研究領域也涌現(xiàn)了一批極具特色的研究成果,如在生物傳感器、生物芯片、新型藥物載體和靶向藥物、新型納米藥物劑型、新造影劑、重大疾病的機制、納米材料的應用和生物安全性及重大疾病預防和早期診斷與治療技術等方面。但是,這些研究的水準與國際先進水平還有相當?shù)牟罹?離國家、社會的需求也有相當遠的距離。

納米醫(yī)學工程的建立不僅是因為有其迫切的需要,而且也因為有了實現(xiàn)的可能。如今,納米科技在國際上已嶄露頭角,世界各發(fā)達國家紛紛開展納米科技的研究。在我國,科技界對納米科技的重要性有了共識,納米科技研究已取得引人注目的成果。學科發(fā)展和社會需要是推動社會發(fā)展的巨大動力,學科發(fā)展可以創(chuàng)造新的需求,社會需求可以促進學科向深度和廣度發(fā)展。納米生物醫(yī)學工程正在出現(xiàn),我們無力將它阻擋。雖然它的廣泛應用尚有待時日,并潛在危險,但若沒有它,我們現(xiàn)在面臨的許多生物醫(yī)學工程問題就不可能得到滿意的解決。

人類正在被歷史及自身推向一個嶄新的陌生世界,倘若人類能直接利用原子、分子進行生產(chǎn)活動,這將是一個質(zhì)的飛躍,將改變?nèi)祟惖纳a(chǎn)方式,并空前地提高生產(chǎn)能力,有可能從根本上解決人類面臨的諸多困難和危機。我們有必要把納米科技和生物醫(yī)學工程概念進行拓展,把納米科技的理論與方法引入生物醫(yī)學工程的相關研究領域,創(chuàng)立新的邊緣學科——納米生物醫(yī)學工程?？梢韵嘈?納米醫(yī)學工程將會成為納米科技的重要分支,并開創(chuàng)生物醫(yī)學工程新紀元。科學家認為,納米科技在生物醫(yī)學方面,甚至有可能超過信息技術和基因工程,成為決勝未來的關鍵性技術。[參 考 文 獻] [1]劉吉平,郝向陽.納米科學與技術[M].北京:科學出版社,2002:2,227-229,234-238,239-242,230-234.[2]李道萍.21世紀嶄新的學科——納米醫(yī)學[J]1世界新醫(yī)學信息文摘,2003,1(3):208-210.[3]李會東.納米技術在生物學與醫(yī)學領域中的應用[J].湘潭師范學院學報(自然科學版),2005,27(2):49-51.[4]皮洪瓊,吳俊,袁直等.注射用生物可降解胰島素納米微球的制備[J]1應用化學,2001,18(5):365-369.[5]常津.阿毒素免疫磁性毫微粒的體內(nèi)磁靶向定位研究[J].中國生物醫(yī)學工程學報,1996,15(4):216-221.[6]張共清,梁屹.納米技術在生物醫(yī)學的應用[J]1中國醫(yī)學科學院學報,2002,24(2):197-201.〔7〕中國社會科學院語言研究所詞典編輯室編.現(xiàn)代漢語詞典.北京:商務印書館2002年版:1711〔8〕奇云.21世紀的納米醫(yī)學.健康報,2001(4):12〔9〕紀小龍.納米醫(yī)學怎樣診治疾病.健康報,2001,7,19[9]奇 云.納米醫(yī)學——21世紀的科技新領域[N].中國醫(yī)藥報,1995年6月8日~1995年7月18日,第1160期-1178期,第7版.[10]奇 云.納米材料——21世紀的新材料[J].科技導報,1992(10):28-31.[11]奇 云.納米電子學研究進展[J].現(xiàn)代物理知識,1994,6(5):24-25.[12]奇 云.納米生物學的誘人前景[N].光明日報,1993年5月7日,第15864號第3版.[13]奇 云.納米化學研究進展[J].自然雜志,1993,16（9、10):2-5.[14]奇 云.納米化學研究進展[J].現(xiàn)代化工,1993,13(8):38-39.[15] 華中一.納米科學與技術[J].科學,2000,52(5):6-10..