纳米材料对涂装的作用1.doc

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1、納米材料對塗料的作用納米材料由於具有一系列特殊的物理化學性能受到了人們越來越多的重視，利用納米材料改性提高塗料産品是目前在塗料硏究領域比較活躍的方向。、關於納米材料納米材料是指粒徑在1-100納米之間具有特殊物理化學性能的材料，廣義的納米材料還包括三維結構中有一維的長度在1-100納米之間或者具有納米結構的材料。一般認爲納米材料具有四大效應即介面效應'小尺寸效應'宏觀量子隧道效應等效應。從物理學角度考慮納米材料存在以下一些重要問題(1)納米材料中電子的強關聯或相干性;(2)納米材料中能級分裂和電子佈局的變化；(3)納米材料中的激發態和激子過程；(

2、4)表同結構與表面態:納米材料中的表面佔有相當大的比例，當材料尺寸減到10nm左右時，表面原子和體內原子的數目比幾乎達到50%左右。表面原子所處的化學環境迥然不同於體內原子，從而它們可能形成一種表面相。在大塊材料的硏究中，人們早已認識到表面相對許多物理過程都有重要的影響，但是，由於表面相所占的比例甚少，表面相的硏究受到極大的限制。而對於納米材料’其表面相已眸到與體相的比例相近時’不但使得易於硏究它的性質，而且在許多物理化學過程中的作用十分顯著。例如，在催化過程中表面結構的變化和作用，發光和輸運過程中表面態的作用以及表面吸附和表面擴散等o特別是，當

3、材料已處於納米尺度時，材料表面啊・結構的變化都會蜩到材料的性質。(5)局域化和量子輸運；(6)量子隧穿與納米尺度的耦合目前改性塗料所使用納米材料一般爲納米半導體材料'如納米SiO2、T102、ZnO等，這些納米材料具有一些特性:光學特性:半導體納米粒子（l-100nm）由於存在著顯著的量子尺寸效應，因此它們的光物理和光化學性質迅速成爲目前最活躍的硏究領域之一,其中納米半導體粒子所具有的超快速的光學非線性回應及（室溫）光致發光等特性倍受世人矚目。通常當半導體粒子尺寸與其激子玻爾半徑相近時，隨著粒子尺寸的減小，半導體粒子的有效帶隙增加，其相應的吸收光

4、譜和熒光光譜發生藍移，從而在能帶中形成一系列分立的能級。光電催化特性：Ueda等較早從太陽能的觀點出發'對納米半導體所進行的微多相光電催化反應進行了硏究。這些反應主要集中在光解水'C02和N2固定化・光催化降解污染物及光催化有機合成等方面。奇特的選擇性：粒徑不同，貝!J反應的選擇性也不同。Anpo等人曾對鉗化的Ti02粒子光催化丙块與水蒸氣的反應進行了硏究。結果表明：反應産物爲甲烷、乙烷和丙烷，反應的選擇性（定義爲丙烷與乙烷的摩爾比）隨著粒徑的減小而降低。當粒子尺寸由200nm降爲5.5nm時，反應的選擇性降低了10倍。②納米半導體粒子光催化反應

5、的選擇性與在電極分離的PEC電池中進行的不同。這是由於粒子尺寸小'其表面氧化和還原位置距離很近所致。例如Ti02與鉗電極組成的電池，光分解醋酸生成乙烷和C02，而Pt/TiO2納米粒子光催分解的産物是甲烷和C02。③不同種類的納米半導體粒子催化甲醇水活液制氫，前者産物爲H2‘而後者産物爲丙三醇和H2°吸收特性：對於納米半導體懸浮體系，分散在溶液中粒子的粒徑很小，單位質量的粒子數目多，吸收效率高，故不易達到光吸收飽和的程度；另_方面，反應體系的比表面很大，同時也有利於反應物的吸附。硏究表明：在光催化反應中，反應物吸附在催化劑的表面是光催化反應的一個

6、前置步驟。催化反應的速率與該物質在催化劑的吸附量有關。納米半導體粒子強的吸附效應甚至允許光生載流子優先與吸附的物質進行反應而不管溶液中其他物質的氧化還原反應順序。光電轉換特性：近年來，由於納米半導體粒子構成的多孔大比表面PEC電池具有的優異光電轉換特性而備受矚目。Gratzel等人於1991年報道了經三雙毗旋釘敏化的納米Ti02PEC電池的卓越性能，在類比太陽光源照XT射下，其光電轉換效率可達12%，光電流密度大於12mA・cm_2，這是由於納米TiO2多孔電極表面吸附的染料分子數比普通電極表面所能吸附的染料分子數多50倍以上，而且幾乎每個染料分

7、子都與TiO2分子直接接觸，光生載荷子的介面電於轉移很快，因而具有優異的光吸收及光電轉換特性。繼該工作之後，衆多科學家對納米晶體光伏電池進行了大量硏究，發現ZnO、CdSe'CdS・WO3-Fe2O3-SnO2-Nb2O2等納米晶光伏電池均具有優異的光電轉換性能。儘管如此，昂貴的染料敏化仍然是必須的，除此之外，由染料敏化的納米晶光伏電池的光譜回應'光穩定性等還有饌一步硏究。二、納米材料對塗料耐紫外老化性能的改性作用1納米材料對白色塗料的影響試驗對納和料進行適當的表面處理。分別做成含納米Ti020.0%、0.5%、1.0%、1.5%'2.0%'2.

8、5%的白塗料6個塗料樣，做人工老化試樣板，老化前後用尼康分光光度計測其老化前後顔色變化；分別做成含納米SiO20.0%'0.5%'1.0