摘要：综述了碳纳米管涂料的最新研究进展,介绍了碳纳米管在复合材料、导电、电磁屏蔽、吸波、吸热、抗菌等特殊涂料中的应用。初步探讨了碳纳米管涂料特殊性能的机理,指出了纳米涂料产业化所面临的困难,并对今后的发展进行了展望。
关键词：碳纳米管；涂料；研究进展
0前言
近年来,将纳米技术应用于涂料,提高其原有性能或赋予其他性能,逐渐成为国内外涂料行业研究的热点,并已经取得了初步的成效。有研究表明[1],将纳米材料应用于涂料中,不仅可使其粘结性、耐冲击性、柔韧性、耐老化性、耐腐蚀性、抗辐射性等传统性能得到大大的提高和改善,而且还能够使涂料增加一些新的功能,如自洁性、抗静电、吸波隐身等,从而提高涂料产品的性能。这是因为[2],随着材料分散程度达到纳米级,其表面积会极大地增大,从而导致表面物理和表面化学性能发生突变,具有了宏观材料不具备的一些特殊性能。表面活性的增加,可以促进纳米材料与聚合物及底材在分子水平上结合,增强涂层的强度及与底材的附着力；纳米材料的加入可以改善涂层中颜填料的体积填充密度,从而减少毛细管作用,提高涂层对腐蚀介质的屏蔽作用；由于粒度分布及材料自身的光学性能使纳米材料对不同波长的光显示特殊的光化学、吸收和散射及光催化等作用。
1应用于涂料领域中的纳米材料
纳米复合涂料,属纳米复合材料中的品种范畴。纳米复合涂料必须具备2个基本条件：一是至少有一相尺寸在1～100nm；二是因为纳米相的存在使涂料性能有明显提高或产生新功能[3]。目前,应用于涂料中的纳米材料大体可分为5类：
(1)某些金属氧化物,如TiO2、SiO2、FeO、ZnO等；
(2)纳米级金属粉末,如Al、Co、Ti、Cr、Nd、Mo等；
(3)无机盐类,如CaCO3；
(4)层状硅酸盐,如纳米级黏土；
(5)碳纳米管。
前4类纳米复合涂料由于起步较早,许多西方国家都已经开始了产业化,我国的各大科研院所也已经取得了较大的成就[4]。碳纳米管涂料的研究,虽然起步较晚,但所蕴含的巨大潜力,使其从发现以来便迅速成为关注的焦点。
2碳纳米管
碳纳米管是由片层结构的石墨卷曲而成的纳米级管状结构,主体部分是由无缝中空的六角形环组成的同轴圆柱体,圆柱体的两端各有一个类似于半个富勒烯结构的“帽子”。根据组成碳纳米管管壁中碳原子的层数不同,碳纳米管可分为单壁碳纳米管(SWNTs)和多壁碳纳米管(MWNTs)2种[5],见图1、图2。自1991年,日本的Iijima教授[6]宣布合成了碳纳米管以来,它就以其优异性能引起了人们的深入研究。碳纳米管有优良的电学性能,其导电性根据结构的不同而异,可以是导体、绝缘体、半导体,甚至可以仅次于超导体。碳纳米管有优良的力学性能,它的拉伸强度达到50～200GPa,是钢的100倍,密度却只有钢的1/6,其弹性模量最高达600GPa,导热性是铜的5倍。利用碳纳米管的这些优良性能,将其应用到涂料中,制成碳纳米管涂料,可以更有效地提高涂料的性能。 |
