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纳米涂料范文1
我国现有建筑房屋的外墙面，大多是采用涂刷薄层外墙漆、粘瓷砖、贴大理石等，它们或多或少地存在着弊端。如外墙涂料施工对墙面质量要求高，与水泥墙面粘结力差，施工工序复杂，容易褪色、开裂等；粘瓷砖、马赛克费工费时，而且易脱落伤人，不易翻新；干挂大理石虽豪华气派，但成本太高，且增加了建筑物的沉重，国家已严禁高层建筑使用。而墙面漆（乳胶漆为主）和壁纸仍是目前家居墙面装饰材料的主导产品。对于壁纸，人们是又喜爱又担忧，喜爱它的质地、花色、造型，可担忧它昂贵的价格、开裂的接缝、有毒的粘胶、无法擦洗的污迹。这种种麻烦让多少消费者忍痛割爱，留下几多遗撼。现在，经过纳米技术改良的涂料将解决这些难题。
产品性能特色
外墙涂料――纳米复合理石墙艺漆：
纳米复合理石墙艺漆具有诸多优点。第一，它成本低廉、使用简便，呈固体干粉状，可以用纸袋或塑料袋包装，不需像传统乳胶漆一样用铁桶或塑料桶包装，解决了涂料易沉淀、存放期短、易变质、包装储运费用高的难题；第二，纳米复合理石墙艺漆无毒无味、健康环保；第三，纳米复合理石墙艺漆粘结力强、附着力好、能显著提高工效，可直接在水泥基层上施工，且不需光滑基面，即能与水泥基面牢固粘合；第四，纳米复合理石墙艺漆色彩逼真、艳丽，装饰效果丰富多彩，可以制出仿大理石的各种装饰效果，具有豪华高雅的格调和品位；第五，纳米复合理石墙艺漆具有优异的抗老化性能和耐候性能，使用寿命长；第六，纳米复合理石墙艺漆耐粘污性好，有极强的自洁功能，由于采用纳米材料与无机材料复配，可将涂层上的污染物、污渍、灰尘等在光的照射下逐步降解为二氧化碳和水被冲洗掉，保证建筑物长期洁净如新；第七，纳米复合理石墙艺漆保温性强、隔热性好。
室内装饰涂料―纳米改性七彩丝光锦缎涂料、艺术质感墙艺涂料：
纳米改性七彩丝光锦缎涂料、艺术质感墙艺涂料同样是高新科技的结晶。第一，产品经纳米改性无毒无味、绿色环保；第二，涂料不褪色、不起皮、不开裂、耐酸、耐碱、耐擦洗；第三，具有释放负离子、净化空气、治理室内污染、促进人体健康的功效；第四，装饰效果豪华典雅，图案精美亮丽，色泽丰富柔和，如锦似缎，并可根据消费者需求随意设计出千余种图案，装饰出南国风光、塞北寒梅、人物山水、花鸟鱼虫等诸多图案，栩栩如生；第五，其中的隐形幻彩系列涂料在自然光和普通灯光下为洁净柔和的白色，在紫外光照射下，该涂料会显示出神奇、艳丽的画面，例如海底世界、宇宙星空、人物山水、树木花草，呼之欲出，美不胜收。
投资条件及效益分析
纳米复合理石墙艺漆投资条件：
小型投资需要设备投资5000元，厂房80～120平方米，工人2～3人，电源380V，功率5Kw，流动资金1万～2万元，年产量可达1000吨；
中型投资需要设备投资3万～5万元，厂房200～250平方米，工人3～5人，电源380V，功率8Kw，流动资金3万～5万元，年产量可达5000吨；
大型投资需要设备投资10万～20万元，厂房400～600平方米，工人5～8人，电源380V，功率20Kw，流动资金10万～15万元，年产量可达10000吨。
纳米复合理石墙艺漆效益分析：原材料成本为1300～1500元/吨，加上制作每吨涂料所需发放工资、包装费，综合成本为1500～2000元，而现今市场售价是3000～4000元/吨，也即纯利润为1500～2000元/吨。
纳米涂料范文2
[论文摘要]科技的发展，使我们对物质的结构研究的越来越透彻。纳米技术便由此产生了，主要对纳米材料和纳米涂料的应用加以阐述。
一、纳米的发展历史
纳米（nm）是长度单位，1纳米是10-9米（十亿分之一米），对宏观物质来说，纳米是一个很小的单位，不如，人的头发丝的直径一般为7000-8000nm，人体红细胞的直径一般为3000-5000nm，一般病毒的直径也在几十至几百纳米大小，金属的晶粒尺寸一般在微米量级；对于微观物质如原子、分子等以前用埃来表示，1埃相当于1个氢原子的直径，1纳米是10埃。一般认为纳米材料应该包括两个基本条件：一是材料的特征尺寸在1-100nm之间，二是材料此时具有区别常规尺寸材料的一些特殊物理化学特性。
1959年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德。费曼预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，最后实现根据人类意愿逐个排列原子、制造产品，这是关于纳米科技最早的梦想。1991年，美国科学家成功地合成了碳纳米管，并发现其质量仅为同体积钢的1/6，强度却是钢的10倍，因此称之为超级纤维.这一纳米材料的发现标志人类对材料性能的发掘达到了新的高度。1999年，纳米产品的年营业额达到500亿美元。
二、纳米技术在防腐中的应用
纳米涂料必须满足两个条件：一是有一相尺寸在1～100nm；二是因为纳米相的存在而使涂料的性能有明显提高或具有新功能。纳米涂料性能改善主要包括：第一、施工性能的改善。利用纳米粒子粒径对流变性的影响，如纳米SiO2用于建筑涂料，可防止涂料的流挂；第二、耐候性的改善。利用纳米粒子对紫外线的吸收性，如利用纳米TiO2、SiO2可制得耐候性建筑外墙涂料、汽车面漆等；第三、力学性能的改善。利用纳米粒子与树脂之间强大的界面结合力，可提高涂层的强度、硬度、耐磨性、耐刮伤性等。纳米功能性涂料主要有抗菌涂料、界面涂料、隐身涂料、静电屏蔽涂料、隔热涂料、大气净化涂料、电绝缘涂料、磁性涂料等。
纳米技术的应用为涂料工业的发展开辟了一条新途径，目前用于涂料的纳米材料最多的是SiO2、TiO2、CaCO3、ZnO、Fe2O3等。由于纳米粒子的比表面大、表面自由能高，粒子之间极易团聚，纳米粒子的这种特性决定了纳米涂料不可能象颜料、添料与基料通过简单的混配得到。同时纳米粒子种类很多，性能各异，不是每一种纳米粒子和每一粒径范围的纳米粒子制得的涂料都能达到所期望的性能和功能，需要经过大量的实验研究工作，才有可能得到真正的纳米涂料。
纳米涂料虽然无毒，但由于改性技术原因，性能并不理想，加上价格太贵，难以推广；而三聚磷酸铝也因价格原因未能大量应用。国外公司如美国的Halox、Sherwin－williams、Mineralpigments、德国的Hrubach、法国的SNCZ、英国的BritishPetroleum、日本的帝国化工公司均推出了一系列无毒纳米防锈颜料，性能不错，甚至已可与铬酸盐相以前我国防锈颜料的开发整体水平落后于西方发达国家，仍然以红丹、铬酸盐、铁系颜料、磷酸锌等传统防锈颜料为主。红丹因其污染严重，对人体的伤害很大，目前已被许多国家相继淘汰和禁止使用；磷酸锌防锈颜料虽比。我国防锈涂料业也蓬勃发展，也可以生产纳米漆。
我国自主生产的产品目前已通过国家涂料质量监督检测中心、铁道部产品质量监督检验中心车辆检验站、机械科学院武汉材料保护研究所等国内多家权威机构的分析和检测，同时还经过加拿大国家涂料信息中心等国外权威机构的技术分析，结果表明其具有目前国内外同类产品无可比拟的防锈性能和环保优势，是防锈涂料领域划时代产品，复合铁钛粉及其防锈漆通过国家权威机构的鉴定后已在多个工业领域得到应用。
三、纳米材料在涂料中应用展前景预测
据估算，全球纳米技术的年产值已达到500亿美元。目前，发达国家政府和大的企业纷纷启动了发展纳米技术和纳米计划的研究计划。美国将纳米技术视为下一次工业革命的核心，2001年年初把纳米技术列为国家战略目标，在纳米科技基础研究方面的投资，从1997年的1亿多美元增加到2001年近5亿美元，准备像微电子技术那样在这一领域独占领先地位。日本也设立了纳米材料中心，把纳米技术列入新五年科技基本计划的研究开发重点，将以纳米技术为代表的新材料技术与生命科学、信息通信、环境保护等并列为四大重点发展领域。德国也把纳米材料列入21世纪科研的战略领域，全国有19家机构专门建立了纳米技术研究网。在人类进入21世纪之际，纳米科学技术的发展，对社会的发展和生存环境改善及人体健康的保障都将做出更大的贡献。从某种意义上说，21世纪将是一个纳米世纪。
由于表面纳米技术运用面广、产业化周期短、附加值高，所形成的高新技术和高技术产品、以及对传统产业和产品的改造升级，产业化市场前景极好。
在纳米功能和结构材料方面，将充分利用纳米材料的异常光学特性、电学特性、磁学特性、力学特性、敏感特性、催化与化学特性等开发高技术新产品，以及对传统材料改性；将重点突破各类纳米功能和结构材料的产业化关键技术、检测技术和表征技术。多功能的纳米复合材料、高性能的纳米硬质合金等为化工、建材、轻工、冶金等行业的跨越式发展提供了广泛的机遇。各类纳米材料的产业化可能形成一批大型企业或企业集团，将对国民经济产生重要影响；纳米技术的应用逐渐渗透到涉及国计民生的各个领域，将产生新的经济增长点。
纳米技术在涂料行业的应用和发展，促使涂料更新换代，为涂料成为真正的绿色环保产品开创了突破性的新纪元。
纳米涂料已被认定为北京奥运村建筑工程的专用产品，展示出该涂料在建筑领域里的应用价值。它利用独特的光催化技术对空气中有毒气体有强烈的分解，消除作用。对甲醛、氨气等有害气体有吸收和消除的功能，使室内空气更加清新。经测试，对各种霉菌的杀抑率达99％以上，有长期的防霉防藻效果。纳米改性内墙涂料，实际上是高级的卫生型涂料，适合于家庭、医院、宾馆和学校的涂装。纳米改性外墙涂料，利用纳米材料二元协同的荷叶双疏机理，较低的表面张力，具有高强的附着力，漆膜硬度高且有韧性，优良的自洁功能，强劲的抗粉尘和抗脏物的粘附能力，疏水性极佳，容易清洗污物的性能。耐洗性大于15000次，具有良好的保光保色性能，抗紫外线能力极强。使用寿命达15年以上。颗粒径细小，能深入墙体，与墙面的硅酸盐类物质配位反应，使其牢牢结合成一体，附着力强，不起皮，不剥落，抗老化。其纳米抗冻涂料，除具备纳米型涂料各种优良性之外，可在10℃到25℃之内正常施工。突破了建筑涂料要求墙体湿度在10％以下的规定，使建筑行业施工缩短了工期，提高了功效，又创造出高质量。
四、结语
由于目前应用纳米材料对涂料进行改性尚处在初级阶段，技术、工艺还不太成熟，需要探索和改进。但涂料的各种性能得到某些改进的试验结果足以证明，纳米改性涂料的市场前景是非常好的。
参考文献：
[1]桥本和仁等［J］.现代化工.1996(8):25～28.
纳米涂料范文3
【关键词】阳离子；粘合剂；涂料染色
0 引言
涂料染色是多年来倡导的无水少水染整技术之一，具有生产工艺简单、品种适应性强、节约能源、生态环保等众多优点[1-2]。由于涂料粒子本身对纤维没有亲和力和反应性，涂料印花是利用粘合剂在织物表面成膜的原理，借助粘合剂、交联剂等助剂将涂料粒子粘附在纤维上[3-4]。因此，粘合剂的性能是涂料染色印花质量的决定因素。在传统的涂料染色印花工艺中在染中、深色时，需要添加大量粘合剂，从而出现手感差，摩擦牢度、水洗牢度明显下降，染中、深色困难等问题[5]。
近年来关于阳离子粘合剂在涂料染色中的应用成为研究的热点，阳离子粘合剂可以与带负电荷的涂料粒子通过静电引力相互作用，提高了被染织物的牢度，同时减少了粘合剂的用量改善了被染织物的手感[6]。但这些研究大都存在阳离子型粘合剂与阴离子涂料直接混合时会产生凝聚问题，导致染色疵点。本文将实验室自制的一种阳离子聚合物乳液应用到涂料浸染染色中，探讨了阳离子聚合物乳液的整理工艺，阳离子聚合物乳液的用量以及涂料用量对染色的影响。
1 试验
1.1 药品及仪器
织物：棉针织布；药品：阳离子纳米球P（St-co-BA）（实验室自制，粒径为20～110nm，Tg为-10～20℃），涂料BLUE HH-2RD。
仪器：恒温震荡水浴锅，电子天平，摩擦牢度仪，SP60系列积分球式分光光度仪。
1.2 阳离子聚合物乳液整理工艺
将合成的阳离子聚合物乳液按照对织物重0.5%～2%以1：50的浴比配成处理液，将织物浸没在处理液中在50℃下恒温震荡水浴锅中震荡吸附处理30min。
1.3 涂料浸染染色工艺
对阳离子聚合物乳液整理过的织物进行涂料浸染染色（涂料0.5%～2%owf，浴比1：25，温度50℃，时间1h）水洗（浴比1：50，洗三次）烘干（80℃，3min）焙烘（120℃，2min）。
1.4 测试
染色颜色深度：用SP60系列积分球式分光光度仪测定所染织物的K/S值，K/S值越大，表明所染颜色越深。
摩擦牢度：摩擦牢度分为干摩擦牢度和湿摩擦牢度，参照GB/T 3920-2008测定，试样为50mm×200mm，经纬向各两块，用沾色用灰色样卡评定摩擦布的干湿摩擦牢度。
手感：由5人分别触摸评定，评定结果共分为柔软、较软、较硬和硬4个级别。
2 结果与讨论
2.1 阳离子聚合物乳液的整理工艺
由表1可以看出不同的阳离子纳米球的整理工艺对染色性能有较大影响，整理后不经水洗直接染色的工艺在有较好手感和摩擦牢度的情况下可以获得更深的颜色深度。这是因为阳离子纳米球表面吸附的表活性剂经水洗容易脱落导致棉纤维表面的纳米球或正电荷数减少，从而涂料粒子上染减少，颜色变浅，而烘干后染色，纳米球在棉纤维表面成膜，在成膜过程中部分纳米球表面的表面活性剂被掩盖，使得整理后的棉纤维正电荷性减少，从而染得色较浅。所以采用阳离子纳米球处理纤维后直接进行涂料染色，不仅得色量更高而且节水。
2.2 阳离子聚合物乳液的用量
表2表示的是阳离子纳米球的用量对涂料染色性能的影响。从表2中可以看出随着纳米球用量的增加在同一涂料用量下染色深度不断增加，但当纳米球用量达到一定程度时颜色深度不再加深。这是因为刚开始随着纳米球用量的增多在棉纤维表面吸附的带正电的纳米球增加，棉纤维表面的纳米球量增加，通过静电引力上染的涂料粒子增加颜色加深；但是当纳米球全部覆盖满棉织物表面时由于电荷斥力的存在纳米球不再继续吸附到棉纤维上去，通过静电引力上染的涂料粒子一定，颜色不再加深。
2.3 涂料的用量
表3表示的是不同涂料用量对染色性能的影响。从表中可以看出在同一纳米球用量的情况下，随着涂料用量的增加，颜色深度不断加深。这是因为整理过棉纤维表面带正电荷，在涂料染色过程中带负电荷的涂料粒子主要通过静电引力吸附上染纤维，上染过程是一个吸附平衡的过程，涂料用量越大，最终平衡时吸附上染的涂料粒子越多，染得的颜色越深。
3 结论
实验结果表明：采用阳离子纳米球处理纤维后直接进行涂料染色，不仅得色量更高而且节水。而且随着阳离子纳米球用量和涂料用量的增加，染色深度不断加深，最后达到一个稳定值。
【参考文献】
[1]郝龙云， 许益， 蔡玉青，等. 超细涂料染色工艺研究[J].印染，2004，30（13）：1-4. DOI：10.3321/j.issn：1000-4017.2004.13.001.
[2]赵锦， 陈宏书， 胡志毅. 聚丙烯酸酯类涂料印花黏合剂的研究进展[J].中国胶粘剂，2011，20（3）：49-52. DOI：10.3969/j.issn.1004-2849.2011.03.012.
[3]马红霞，李耀仓.新型环保涂料印花粘合剂的研究进展[J].中国胶粘剂，2010， 19（10）：47-50. DOI：10.3969/j.issn.1004-2849.2010.10.011.
[4]李超， 谭艳君， 陈秀娜. 自制涂料印花粘合剂的应用性能[J].染整技术， 2013， （10）：29-31. DOI：10.3969/j.issn.1005-9350.2013.10.011.
纳米涂料范文4
1．1基于稀土上转换纳米材料的检测稀土上转换纳米材料被近红外光（980nm）激发发射出可见光，可以消除活体内检测时细胞和组织中自发荧光的干扰［25，36］．Zijlmans等人在1999年首次利用上转换荧光材料实现了人类前列腺组织异性抗原的检测［20］．随后，基于上转换纳米材料的荧光生物探针被用于各种分析物的生物检测．例如，Tanke课题组［21］使用上转换荧光材料来进行生物检测，将400nmY2O2S：Yb／Er上转换纳米颗粒与DNA偶联制备出DNA探针，检出限为1ng／L，比传统的花青染料探针灵敏度提高了4倍．Nied－bala等人［37］利用侧向免疫层析检测法，同时检测出唾液中安非他明、脱氧麻黄碱、苯环己哌啶和麻醉剂等物质．之后，Wang等人提出一种基于上转换纳米材料的夹心杂交检测方法并实现了对DNA的超灵敏检测［38］．2013年，陈学元课题组［39］报道了一种新颖的上转换生物检测方法，用Yb3＋，Er3＋共同掺杂到上转换纳米颗粒作为生物探针进行溶液中痕量分析物（如抗生物素蛋白和肿瘤标记物等）的检测．多功能酶标仪可以收集上转换纳米颗粒近红外光激发发射出的可见光信号，量化分析物中的生物分子浓度．例如，利用Ln3＋掺杂的上转换纳米颗粒的发光强度和抗生物素蛋白浓度成正比例关系检测抗生物素蛋白，检出限为90pmol•L－1．相同的结果也从尿激酶纤维蛋白溶酶原激活剂受体、癌胚抗原和α－胎蛋白中获得，其检出限范围为40～100pmol•L－1．本课题组［40］将核酸适配体与上转换纳米材料相结合，利用分子识别引入了一种检测潜指纹的新方法，如图1所示．通过水热法合成的上转换纳米颗粒表面包裹着一层油酸，油酸不仅起到表面活性剂的作用，还能够通过配体交换将聚丙烯酸连接到上转换纳米颗粒上，得到的上转换纳米颗粒既可溶于水又能够通过羧基将生物活性分子修饰到颗粒表面．将经氨基修饰的溶菌酶核酸适配体（lysozyme－bindingaptamer，LBA）连接到修饰了羧基的上转换颗粒（upconversionnanoparticles，UCNPs）的表面，形成核酸适配体功能化的稀土上转换纳米颗粒（简称UCNPs－LBA）．UCNPs－LBA通过核酸适配体高效地与指纹中溶菌酶特异性结合并在近红外光的激发下发出可见光，指纹图像清晰呈现并被配有微焦镜头的单反相机记录．这种通过分子识别的潜指纹检测方法可以实现不同表面和不同人的潜指纹检测．潜指纹中除了包含有本身的分泌物外，还包含一些外源化学物质，如可卡因．将核酸适配体换成可卡因的适配体同样可以实现潜指纹的检测，该方法对可卡因的检出限可达0．5μg．该检测方法有望为刑事侦查提供有力的信息。
1．2基于荧光共振能量转移的检测Kuningas等人［23］首次提出了基于上转换纳米材料的荧光共振能量转移分析技术（upconversionFRETAssay，UC－FRET或UC－LRET），并通过使用抗生蛋白链菌素修饰的上转换纳米材料作为能量供体，生物素化的藻胆蛋白作为能量受体实现了生物素的高灵敏检测．此后，基于UC－FRET的分析方法得到了快速发展，例如：李富友课题组［41］构建了一种高灵敏度的DNA纳米传感器：用表面修饰有DNA捕获探针的NaYF4：Yb／Er上转换纳米颗粒作为能量供体，用标记有罗丹明的短链互补DNA序列作为能量受体构建UC－FRET结构，目标DNA通过链置换反应与DNA捕获探针进行互补配对从而破坏UC－FRET结构实现对目标DNA的检测，目标DNA的浓度与发射光的强度比存在线性关系，测量的目标DNA浓度极低，检测范围为10～60nmol•L－1．同样，Zhang等人［42］也报道了基于寡核苷酸修饰上转换纳米颗粒的生物传感器用来检测DNA，检出限低至到1．3nmol•L－1．贵金属纳米颗粒如纳米金等具有表面等离子体共振性质和较大的消光系数，将这些材料与上转换纳米材料相结合可以降低检测时的背景荧光干扰并提高检测灵敏度，因此贵金属纳米颗粒也常常被作为能量受体用于UC－FRET生物检测中［43］．例如，Wang等人［44］报道了基于NaYF4：Yb／Er和金纳米颗粒的UC－FRET生物传感器用来检测抗生物素蛋白，检出限低至0．5nmol•L－1．最近，Deng等人［45］提出一种在溶液和活细胞中快速检测谷胱甘肽的新方法，该方法的基本原理是，谷胱甘肽能抑制上转换纳米颗粒表面的二氧化锰纳米片对上转换发光的猝灭作用．根据材料本身独特的电学和热学性能，石墨烯、氧化石墨烯和碳纳米颗粒也在基于UC－FRET的生物检测中被广泛用作能量猝灭剂。
2生物成像领域内的应用
2．1体内深层组织的荧光成像稀土上转换纳米材料所用到的激发光源（980nm）在生物组织中有很强的穿透能力、不会引起生物体自发荧光干扰而且对生物组织几乎无损伤，所以稀土上转换纳米材料是各种生物组织或生物体成像分析的理想荧光标记材料．Zhang课题组［49］使用PEI包裹的NaYF4：Yb／Er纳米颗粒首次实现了动物体成像，证明了稀土上转换纳米材料相比于量子点在体内深层组织成像中的优势．为了进一步增加稀土上转换发射光的组织穿透深度从而提高成像灵敏度，需要调节上转换发射光谱到红光区（600～700nm）．这一波长范围内生物组织对发射光的散射和吸收均较小，且自发荧光干扰也很小，对深层组织成像至关重要．赵宇亮课题组［22］报道了Mn掺杂的发单色红光的NaYF4：Yb／Er上转换纳米材料用于活体成像，成像深度可延伸至15mm．Prasad课题组［50］也报道了一种新的体内成像方法，该方法利用NaYF4：Yb／Tm上转换纳米材料发出的近红外光（800nm）作为检测信号，在小鼠体内成像实验中获得了高对比度的荧光图像．在随后用Yb／Tm共掺杂的上转换颗粒进行小鼠全身荧光成像的实验中，实现了20mm的光穿透深度［51，52］．此外，聚丙烯酸修饰的上转换纳米颗粒（PAA－NaLuF4：Yb／Tm）也被报道作为光学生物学探针用于正常黑鼠的体内荧光成像，而且该探针在兔子体内成像实验中也能获得很高的信噪比［53］．多路复用成像是识别不同生物体最有效的方法之一，随着稀土上转换纳米材料合成方法的不断发展，可以通过调节掺杂元素的种类和含量在紫外到近红外光谱区内对稀土上转换纳米颗粒的发射光谱进行精确调节，并可以使其呈现多个发射峰．Yu等人［54］首次使用NaYF4：Yb／Er／La纳米棒实现了活体内多色成像．Cheng等人［55］将具有不同发射光谱的3种上转换纳米颗粒经皮下注射进入到小鼠体内，通过区分光谱反褶积实现小鼠的多色成像．荧光共振能量转移是另一种调节上转换纳米颗粒发射多色光的方法，基于该方法的基本成像原理是，利用近红外光激发上转换纳米颗粒并利用其发射光来激发颗粒表面的有机染料或量子点，使其发射出不同波长的荧光从而实现生物成像．刘庄课题组［56］利用有机染料和聚乙二醇（PEG）包覆的上转换纳米颗粒之间的疏水作用力将染料吸附在颗粒表面来调节复合材料在可见光区的发射光谱，并将该复合材料用于生物体多色成像体系中．
2．2多模态成像单模态成像技术通常只能反映生物体内单一的信息，因此，为了获得更多的生物体内相关信息，多模态成像技术应运而生．近年来，以稀土上转换纳米材料为基础的多模态成像技术得到了快速发展，例如，上转换荧光成像（upconversionimaging，UCL）与磁共振成像（magneticresonanceimaging，MRI）、电子计算机X射线断层扫描（computedtomography，CT）、正电子发射断层成像（positronemissioncomputedtomography，PET）和单光子发射计算机断层成像（single－photonemissioncompu－tedtomography，SPECT）等其他模态成像技术相结合的多模态成像技术已经取得了长足发展并在生物成像中发挥着越来越重要的作用［57，58］．
2．2．1双模态成像当前的研究热点之一是将上转换荧光成像与MRI相结合构建双模态成像探针并探究其在生物医学领域内的应用．众所周知，荧光成像为生物体内成像提供了高的灵敏度，但它的激发光对生物组织的穿透深度较浅．相比于荧光成像，MRI为体内成像提供了良好的空间分辨率．但由于其灵敏度有限，所以通过结合上转换荧光成像和磁共振成像的优势，可以获得同时具备高灵敏度、高空间分辨率和较强激发光组织穿透深度的双模态成像探针．近年来，一些基于稀土上转换纳米材料的双模态成像探针制备方法已有报道．第一种制备方法是分子的功能化，即将Gd配合物等磁共振成像造影剂修饰在上转换纳米颗粒表面来构建UCL／MRI双模态成像复合探针．例如，Li等人［57］报报道了一种核壳结构的UCL／MRI纳米颗粒探针，该探针以上转换纳米颗粒为核并将Gd配合物担载在二氧化硅壳层中．第二种制备方法是通过连续生长或者包覆的方法实现其他磁性材料与上转换纳米材料的复合．超顺磁性氧化铁纳米粒子（SPIONS）由于其良好的磁性和生物相容性获美国FDA批准为商用磁共振成像造影剂；目前，SPIONS包覆的上转换纳米颗粒作为双模态成像探针的雏形技术已有报道．Xia等人［58］制备了NaYF4：Yb／Tm＠FexOy纳米核壳结构的复合材料，并将其用于生物体T2加权MRI和UCL双模态淋巴管成像的造影剂．然而，上转换纳米颗粒的发光强度在这个核壳结构中将会逐渐减小，这是因为Fe3O4壳层既吸收发射光也吸收近红外激发光．为解决这一问题需要进一步制备反相的核壳纳米结构，所以Zhu等人又合成Fe3O4纳米颗粒为核而上转换纳米颗粒为壳层的纳米结构来避免Fe3O4对发射光和激发光的吸收［59］．刘庄课题组［60，61］用层层自组装的方法制备了UCNPs－SIONPs纳米复合材料成像探针．该探针以上转换纳米颗粒为核，颗粒外包覆一层超薄氧化铁纳米颗粒，然后在最外层包裹一层金颗粒．该纳米复合材料可用于UCL／MRI双模态生物成像并在体内和体外进行定向的癌症光热治疗，还可用于干细胞的示踪和操控．这些结果表明UCNPs－SIONPs作为新型的多功能成像探针有潜力应用于体内转移性细胞的示踪和操控［62］．然而，实现稀土上转换纳米材料与其他磁性材料结构和功能的复合非常困难并且会导致一些副作用（例如Fe3O4可能会猝灭稀土上转换材料的发射光）．就这一点而言，含有Gd的材料（Gd2O3，GdPO4，GdF3，NaGdF4等）与稀土上转换材料有良好的相容性．将含有Gd的纳米壳层包裹在稀土上转换纳米颗粒表面来制备的复合纳米材料同时具有光学和磁学两种性质，可以用于多功能生物体系中［27～35］．例如，赵宇亮课题组［32］成功合成了形貌可调的Ln掺杂的Gd2O3纳米颗粒，该颗粒具有多种颜色的上转换荧光成像和磁共振成像能力．Zhou等人［63］报道了基于Yb／Er（Tm）共掺杂NaGdF4纳米颗粒的小动物UCL／MRI双模态成像体系．第三种制备方法是将有磁性的离子掺杂到稀土上转换纳米颗粒中．例如，赵宇亮课题组［22］报道了NaYF4：Yb／Er纳米晶体掺杂Mn离子后表现出上转换荧光发射和磁性双重性质．Zeng等人［64］报道了NaLuF4纳米晶体掺杂Gd／Yb／Er三种元素离子的体系，该纳米晶体不仅具有近红外发射的性质还在室温下具有顺磁性，经生物分子功能化的NaLuF4上转换纳米颗粒有望应用于体内和体外的双模成像中（UCL／MRI）．将UCL和SPECT相结合也是一种备受关注的双模态成像技术，SPECT成像在临床诊断中常用18F作为放射性同位素标记物，由于常用的上转换纳米颗粒的组成元素中含有氟，所以可以在合成上转换纳米颗粒时将F元素换成其带有放射性的同位素18F来获得UCL／SPECT双模成像性质．最近，Sun等人［65］报道了用含有18F的NaYF4：Yb／Tm纳米颗粒进行小动物全身UCL／SPECT双模成像，该纳米颗粒不仅可以在老鼠体内获得高灵敏度的图像，而且在大型动物体内也可以获得．然而，18F较短的半衰期（1．829h）限制了其在生物体内长时间成像中的应用，所以研究者们又进一步合成了长半衰期153Sm（46．3h）掺杂的NaLuF4：Yb／Tm纳米颗粒并将其用于生物体长周期UCL／SPECT双模成像［66］；而且由于153Sm发射出中等能量的β射线，对生物体损伤较小，因此该成像探针更加适合用于长时间的生物成像．
2．2．2多模态成像最近，PET／MRI／UCL或着CT／MRI／UCL三模态成像受到人们越来越多的关注，将3种成像技术结合不仅可以提高成像的清晰度还可以提高诊断效率．例如，CT是根据人体不同组织对X射线的吸收和透过率不同而获得被检查部位的3D高分辨图像的非侵入性分子成像技术；然而，由于CT和MRI成像不仅平面分辨率有限而且不适用于细胞水平的成像，而UCL成像却具有极高的灵敏度和空间分辨率可以广泛地应用于生物医学研究领域的细胞和组织成像．因此，通过结合UCL，CT和MRI三种成像模式可以实现从细胞到活体超灵敏、多层面的分子成像．Liu等人［67］报道Gd2O3：Yb／Er的多功能探针可以在小动物体内进行UCL，MRI和CT多模态成像来提供诊断，治疗以及疾病的相关信息．Xia等人［68］制备了Gd配合物掺杂的NaLuF4上转换纳米颗粒可以在小动物体内进行UCL，MRI和CT多模态成像．比如Fe3O4＠NaLuF4：Yb／Er（Tm）和NaYF4：Yb／Er／Tm＠NaGdF4＠TaOx纳米核壳结构也同样可以作为MRI，CT，UCL三模态成像的生物探针．李富友课题组制备了18F标记的NaYF4：Gd／Yb／Er纳米颗粒［69］，该颗粒具有放射性，磁性和荧光性可以作为多功能的纳米探针进行体外荧光成像和MRI／PET活体成像．而Os（II）复合体包裹的NaYF4：Yb／Tm纳米复合物也已证明可以进行三模态成像［70］．
3疾病治疗领域内的应用
稀土上转换纳米颗粒也可以应用到疾病治疗领域中，比如可以作为载体来运输小分子抗癌药物和治疗性多肽等物质，也可以根据其成像性质来实时、简单、有效地追踪药物输送路径并了解药物释放的效率．下文主要介绍稀土上转换纳米颗粒在作为药物和基因载体方面的发展现状并总结稀土上转换纳米颗粒在光动力学治疗和光热治疗的应用．3．1药物和基因输送近年来，由于中空和介孔结构有巨大的孔容量所以常用作理想的药物载体．例如，赵宇亮课题小组［33］将布洛芬（IBU）包载到带有介孔壳的Gd2O3：Yb／Er中空纳米颗粒中．另外，Yb（OH）CO3＠Yb－PO4：Er和NaREF4：Yb／Er（RE＝Yb，Lu，Y）纳米颗粒也可以通过包载药物进行药物释放诱导癌细胞死亡［71，72］．核壳结构Fe3O4＠nSiO2＠mSiO2＠NaYF4：Yb／Er（Tm）［73］（mSiO2＝介孔硅），NaYF4：Yb／Er＠硅纤维［74］，NaYF4：Yb／Er＠nSiO2＠mSiO2［75］和Gd2O3：Er＠nSiO2＠mSiO2［76］等纳米复合物也已证实可以作为药物载体并且可控制药物的释放．但是，由于介孔硅层的厚度很难控制到10nm以内，所以介孔二氧化硅包裹的上转换纳米颗粒由于介孔硅的包裹使得纳米颗粒的尺寸增加．除了硅封装，还可以利用药物分子与上转换纳米颗粒表面功能分子的相互作用来实现药物运输，该方法可以避免增加纳米颗粒的尺寸．Wang等人［77］合成了多色光谱的上转换纳米颗粒，并通过静电吸附作用利用PEG化的上转换纳米颗粒实现抗癌药物阿霉素（DOX）的包载与释放的行为研究．首先将PEG与叶酸（FA）共价交联形成新的化合物，然后表面修饰到油酸包裹的上转换颗粒表面，这种颗粒能够对叶酸受体有靶向效果，并进行了KB细胞与HeLa细胞对比，研究发现FA－PEG－UCNPs能够很快进入KB细胞而不能在相同的时间内进入HeLa细胞．值得注意的是，DOX在低的pH值条件下，具有更好水溶性，低pH值条件加速了DOX中－NH2基团的质子化，从而导致释放出更多的DOX分子．根据pH值进行药物释放的纳米复合颗粒对临床癌症治疗是具有实际意义的，因为肿瘤的细胞外组织、细胞内的溶酶体和核内体的微环境均是酸性的．通过利用稀土上转换纳米颗粒近红外激发紫外光发射的性质来控制包裹药物的笼状化合物进行药物释放和基因表达，避免了直接使用紫外光照射的组织穿透能力低和光毒性的缺点．目前，这种近红外激发紫外光发射的上转换纳米颗粒在智能药物领域的研究得到发展．Zhang课题组［78］通过包裹可光解的质粒DNA／siRNA分子到介孔氧化硅包覆的NaYF4：Yb／Tm上转换纳米颗粒的多孔硅中，该方法不仅提高了生物相容性且增加了载药能力．在近红外光激发下，上转换纳米颗粒发射紫外光刺激质粒DNA或者siRNA进行基因表达调控或者基因下调．Yang等人［79］首次证明通过共价键将阳离子可光解连接器与硅包覆的上转换纳米颗粒连接起来，在980nm激光辐射下，上转换的紫外光可以使光敏连接器分开，因此可以有效地释放siRNA并控制其在活体细胞中靶基因的表达．同时，这一方法可以应用于其他的笼状化合物比如说NO［80］，羧酸［81］，二硝基苯［33］和荧光素［82］．另外可光解药物释放系统也可以应用于基于上转换纳米颗粒的其他光响应系统，例如，Yan等人［83］通过使用光敏水凝胶包裹的上转换纳米颗粒在近红外光激发发射紫外光的情况下可以引发溶胶－凝胶转变并且可以释放大的、无活性的生物大分子（比如说蛋白质）到溶液系统中．Liu等人［84］报道了基于偶氮苯基团（azo）修饰介孔氧化硅包裹的NaYF4：Yb／Tm＠NaYF4上转换纳米颗粒在近红外光激发下，发射的紫外光可以引发偶氮分子从反式异构体转换到顺时异构体，以一种可控的反式异构体来引发药物释放．3．2光动力治疗光动力治疗（photodynamictherapy，PDT）采用光激活化学物质（光敏剂），从而产生单线态氧（1O2），最终导致癌细胞死亡．用于激活光敏剂的激发光通常在可见－近红外波段，由于其穿透能力有限，所以将光敏剂包裹到上转换纳米颗粒上来提高其组织穿透能力．当纳米微粒被980nm的近红外光激发时发出可见光然后可见光激发光敏剂释放1O2最后杀死癌细胞．Chen等人将光敏剂亚甲基蓝（MB）附着到表面包裹有二氧化硅的NaYF4：Er／Yb／Gd上转换纳米颗粒上，发现了显著的红光猝灭现象［85］．Zhang课题组将光敏剂酞菁锌（ZnPc）包裹到NaYF4：Yb／Er－PEI上转换纳米颗粒或者NaYF4：Yb／Er＠mSiO2上转换纳米颗粒［17，86，87］，由于ZnPc的吸收峰（～670nm）与NaYF4：Yb／Er纳米颗粒的红色发射峰相重叠，所以在近红外光的照射下ZnPc产生了大量的1O2杀死癌细胞，增加了癌症的治疗效果．之后，Idris等人制备了与两种不同光敏剂即ZnPc和MC540（部花青540）吸收波长相匹配的上转换纳米材料，从而实现利用单一波长光源同时激发两种光敏剂的治疗方法［34］，与单一负载的光敏剂相比，UCNs－ZnPc－MC540产生了大量的单线态氧并且减慢了荷瘤小鼠的肿瘤生长速率．另外，为了提高药物的靶向能力，将具有靶向作用的叶酸和抗体连接到上转换纳米颗粒上，使其既可以进行靶向光动力学治疗又拥有了更多的抗肿瘤效应［17，37，86］．刘庄课题组报道了通过非共价键修饰的方式将Ce6光敏剂装载到NaYF4：Yb／Er＠PEG上转换纳米颗粒上［77，88］，构建了治疗和成像双功能的上转换纳米材料，通过构建4T1乳腺肿瘤Balb／c鼠动物模型，以瘤内注射的方式将UCNP－Ce6给药到瘤内，再经过980nm的激光照射，首次实现了利用基于上转换纳米粒子的光动力治疗在生物体应用，形成的光动力学治疗纳米复合物显示了更深的组织穿透深度并且提高了体内肿瘤的抑制效果．其他的光敏剂分子，包括MC540［37］，四苯基卟啉（TPP）［89］和（4－羧基苯基）卟吩（TCPP）［77］也可以包裹到NaYF4：Yb／Er用做光动力学治疗药物．另外，将NaYF4：Yb／Er＠NaGdF4或者NaYF4：Yb／Er／Gd应用于能量转换材料，可以实现MRI／UCL成像和光动力学疗法相结合［85，90］．3．3光热治疗光热疗法（photothermaltherapy，PTT）是通过激光照射（近红外光）改变癌细胞所处的环境，将光能转换为热能，达到一定温度，可以诱发细胞内蛋白质的变性，破坏细胞膜，导致癌细胞的热消融．与化学疗法和外科手术相比较，PTT具有更少的侵入性，因此在癌症治疗中吸引了人们更多的关注．刘庄课题组制备了NaYF4：Yb／Er＠Fe3O4＠Au－PEG多功能纳米颗粒不仅可以用于MRI／UCL来进行成像还可以进行具有磁性的靶向光热癌症治［61］．在动物实验中，通过静脉注射NaYF4：Yb／Er＠Fe3O4＠Au－PEG纳米颗粒到荷瘤小鼠体内，不仅肿瘤成像信号加强而且当使用808nm近红外光照射肿瘤时可以使肿瘤细胞热消融．另外，Dong等人将合成的NaYF4：Yb／Er＠Ag纳米颗粒与HepG2细胞一起培养［91］，在980nm近红外光下照射8～20min中，HepG2细胞的存活率从65．05％下降至4．62％，显示出光热治疗方法的疗效．
4结论与展望
纳米涂料范文5
关键词：纳米材料;岩土工程;地质工程;进展
中图分类号：F407.1文献标识码： A
纳米材料是当今材料科学研究的前沿，通过对纳米材料在地质与岩土工程应用研究现状总结，未来还需要对纳米材料的性能、机理、应用进行深入的研究，并将其用于岩土与地质工程领域建筑材料的改性，实现纳米材料的实际工程应用，这对于利用纳米材料研发高性能新型建筑材料具有重要的应用价值。
1纳米材料在岩土工程中的应用
1.1水泥土
水泥土作为一种经济的工程材料，被广泛应用在交通、建筑、海洋、矿物等领域.为了提高水泥土的工程性能，国内外已有学者和技术人员将纳米材料作为新材料用于水泥性。王立峰等(2002)将纳米硅基氧化物作为水泥土的外加剂，进行了三轴试验，探讨了纳来水泥土抗压强度的影响因素及其变化规律，提出纳米硅基氧化物可以显著提高复合纳米材料水泥土的抗压强度。朱向荣等(2003)选取纳米硅作为水泥土的外掺剂，认为纳米硅对水泥土强度及变形模量的增强作用明显，影响纳米硅水泥土强度大小的因素依次为:水泥掺量、纳米硅掺量和土的含水量。李刚(2003)等发现掺纳米材料A12O3能提高水泥土强度，掺纳米材料TiO2则降低水泥土强度;影响纳米铝水泥土强度大小的因素依次为:水泥掺量、土的含水量、纳米硅掺量和水灰比。王文军等(2004)对纳米矿粉水泥土固化机理及损伤特性进行了研究，试验结果表明，水泥土的固化机理为水泥水化物的胶结作用、粘土颗粒中的离子交换效应和“二次反应”、纳米硅粉的火山灰效应、纳米硅粉的填充效应及纳米硅粉的胶结作用。曾庆军等(2007)分析了纳米硅粉水泥土的抗腐蚀性能，提出硫酸盐腐蚀环境能加速纳米硅粉和水泥水化产物的二次水化反应，大幅提高水泥土的强度，适量纳米硅粉能显著提高水泥土的抗腐蚀性能。
1.2混凝土
随着2l世纪混凝土工程的大型化、工程环境的超复杂化以及应用领域的不断扩大，人们对混凝土材料提出了更高的要求，具有高强、高耐久性、高流动性和体积稳定性的高性能混凝土和高功能混凝土是今后混凝土材料科学发展的重点和方向。巴恒静等(2003)将纳米纤维材料及活性球形掺合料复合应用于高性能混凝土，发现纳米纤维材料改善了体系颗粒级配及二级界面显微结构，增加了密实度;天然纳米纤维材料可以提高其抗弯强度达50%，抗压强度21%，能够提高混凝土抗冻性、抗渗性。杜应吉等(2005)利用纳米微粉的高化学活性和微粒性，通过混凝土耐久性试验研究，研制出新型混凝性剂，当纳米微粉的掺量为1～3g/kg时，混凝土的抗渗等级提高30%，抗冻等级提高50%。仲晓林等(2006)研究了纳米粘土材料对混凝土的水化作用机理，在一定掺量时，在水化混凝土中掺纳米粘土材料可提高水化混凝土的流动度、抗压强度和抗渗、抗冻融性。
1.3土国内外有部分学者将纳米材料直接掺入土中，研究土体强度与变形。王文军等(2004)对纳米硅粉与黏性土的作用进行了分析，表明纳米硅粉对土体含水率的影响不明显，但能够提高土体的液限指数，认为纳米硅粉与土中水只发生物理变化，纳米硅粉能提高土体抗压强度，其加固机理为:(1)纳米硅粉对水分子的吸附作用;(2)纳米硅粉对土颗粒的胶结作用;(3)纳米硅粉对孔隙的坡充作用。宋杰等(2010)讨论了不同纳米材料对土无侧限抗压强度的影响，加入百分含量相同但类型不同的纳米材料时，各土样在达到最大轴向应变之前产生相同变形所需的压力从小到大依次为:原状土，纳米A12O3，纳米ZnO，纳米SiO2，加入1.5%的纳米SiO2时，土的无侧限抗压强度最大。
2纳米材料在地质工程中的应用
唐孝威等(1991)提出对纳米地质和纳米天文的研究，认为在大的构造运动中常常会产生巨大的应力，在滑动形成的断层带上，岩石被磨得非常细小，形成纳米粒级的微粒，这些超糜棱岩化的物质可以提供有关断裂带内部的信息。刘岫峰(1995)介绍了纳米物质和纳米科学技术概貌，指出了有待研究与开发的纳米地质领域，明确提出了纳米地质学的研究内容和研究方法，阐述了发展纳米地质学的战略意义和高层决策建议。孙岩等(2008)针对岩石中纳米粒子层的成因有着不同的观点，倾向于剪切摩擦的主导作用，纳米粒子层可称谓摩擦———粘性薄层带。王焰新等(2011)阐述了研究地质储存纳米尺度流体CO2的重要性，认为CO2流体－岩石相互作用是地质储存的核心科学问题，其直接影响CO2灌注效率、储存容量和效率、储存安全性和稳定性，寻找、制备天然微纳岩矿用于经济高效地捕获、储存和转化CO2，推动CO2减排理论和技术的发展。
由于地质因素引起岩溶土洞、地裂缝、地面塌陷等，对工程的安全使用有影响。不仅要查明不良地质现象的类型、范围、活动性、影响因素、发生机理及对工程的影响和评价，还应采取的预防和治理的措施。注浆加固除险是解决地质灾害的有效手段之一，纳米材料可以作为添加剂改性注浆材料。陈兰云等(2004)应用微硅粉水泥浆材处理基础的不均匀沉降。陈晓彦等(2010)分析了聚硅纳米材料的增注机理，室内测试了多批聚硅纳米材料的增注效果，发现聚硅纳米材料对提高岩心渗透率具有明显效果，能有效改变岩心的润湿性，使其从亲水变为亲油，从而降低水相流动阻力，起到降压增注作用。陈勇刚(2010)将XPM纳米灌注材料应用于井巷工程中，认为加入XPM纳米灌注材料的浆液胶凝时间比原双液浆注入后的胶凝时间提前3～5天，其强度也远远超出后者。
纳米材料特殊的吸附特性在地质领域被广泛应用于地质样品中痕量元素的分离和富集、资源综合利用研究和矿产资源开采利用过程中的污染控制，采用如纳米二氧化钛、纳米氧化铈、纳米氧化锆、碳纳米管等纳米材料。
3结语
纳米材料可显著改善岩土工程材料的颗粒微级配，减少堆积空隙，在水化初期作为结晶核，加快水化速度，提升早期强度，改变材料的微观孔结构和分布，降低硬化后孔隙率，改善骨料与浆体间的过渡区，提高强度、增强耐久性;同时，部分纳米材料性价比低，分散性不佳，对后期强度作用不强，相关增强作用机理研究不够明晰;而且纳米材料在天然土中的研究还处于起步阶段，纳米材料与土之间的作用机理等许多问题有待探究;这些都限制了纳米材料在岩土与地质工程中的应用。
参考文献:
［1］刘忆，刘卫华，訾树燕，等．纳米材料的特殊性能及其应用．沈阳工业大学学报，2000，22(1):21－24．
［2］Z．P．Guo，E．Milin，J．Z．Wang，etal．Silicon/DisorderedCarbonNanocompositesforLithium-IonBatteryAnodes．JournaloftheElectro-chemicalSociety，152(11)，2005，A2211－A2216．
纳米涂料范文6
关键词：智能涂料；制备技术；分类
文章编号：1005－6629(2009)03－0054－03中图分类号：TQ630.1文献标识码：E
涂料发展历史渊源已久，3000多年前我国古代人民就能用桐油和松香等天然油脂、树脂制作油漆。随着近代自然科学的发展和有机化学的建立，涂料的研究开发有了坚实的理论基础。进入21世纪，智能材料异军突起，并向各行业渗透，智能涂料也受到广泛关注。研制涂料的出发点也不仅限于保护性、装饰性，而是逐步朝着生态和智能方向发展。
1智能涂料的概念
智能涂料是能以一种可控的方式和再现的方式来感受并回映环境中的一些变化，并以改变温度、电场、压力、声音、亮度以及颜色等形式显现出来。如电磁干扰屏蔽材料、导电涂料、光催化涂料、自清洁涂料等等[1]。
2智能涂料的制备技术
涂料是由成膜物、颜料、溶剂和助剂组成。其中，成膜物是决定涂膜性能的主要因素，因此涂料的智能化首先从制备刺激/响应膜入手。成膜物包括有机成膜物和无机成膜物，绝大多数成膜物属于聚合物树脂，因此智能高分子的合成技术可应用于制备刺激/响应聚合物膜。要创造具有“开关”性质的刺激/响应聚合物膜，必须根据刺激的形式和特点来选择适宜的原料及合成方法，当然该原料要含有对某种刺激敏感的功能团。
2.1可控自由基聚合技术
活性自由基聚合是一种新型高分子合成技术，解决了传统自由基聚合中聚合物分子大小、结构及分子量分布难以控制的问题，是一类典型的可控聚合。可控自由基聚合方法中典型的有：引发链转移终止剂法、稳定自由基聚合法、可逆加成―裂解链转移聚合及原子转移自由基聚合等方法。由于活性自由基聚合物链末端具有活性基团，在补加同种或异种单体时还能发生进一步的反应，因而能够进行嵌段、接技、星形或超支化聚合。这就为精确设计聚合物分子结构、控制分子量分布，为聚合物端基功能化，为具有响应的可逆胶束、交联网状胶束、微胶囊、稳定的纳米微粒、薄膜、聚合物刷和其他各种定向结构聚合物的合成提供了一个有效的途径[2]。
2.2表面接枝技术
运用接枝技术，在特定的基质表面或界面上精确、高密度地接入功能聚合物链，就可得到聚合物刷，从而使该聚合物智能化。接枝技术有两种形式，即“从表面接枝”和“接枝到表面”。“从表面接枝”方法是指先将引发剂结合到基体表面，再使其引发单体发生原位聚合反应。“接枝到表面”方法是指在合适的反应条件下，使具有功能端的聚合物链与改性后的具有反应性的基体表面活性端发生反应，从而以共价键合方式使聚合物分子结合到基体表面，形成聚合物刷。聚合物薄膜的行为紧紧依赖于链的接枝密度、分子量和化学性质。如几种典型球形刺激/响应聚合物刷，不同聚合物链在不同溶剂中舒展和收缩的情况就不同，根据上述卷缩―舒展行为，可制备具有“开关”能力的智能聚合物膜[3]。
当把具有生物活性的支链引入主链时，则聚合物可能具有生物活性。若一段是药性基团，另一段是刺激控制基团即“开关”，可制备长效环保可控的抗微生物涂料。若引入光敏性基团后，光照时聚合物膨胀，光暗时卷缩。
2.3层层自组装技术
层层自组装膜的制备是通过相反电荷的聚电解质在基片上的交替吸附，交替变化的离子电荷可被邻近层固定，并在每次吸附后要进行必要的水洗和干化，即可制得均匀层状的纳米级薄膜[4]。
利用层层自组装技术，通过静电力、氢键等分子间的相互作用，把具有功能性的小分子、含有功能基团的大分子、功能性的纳米粒子组装在一起，形成分子水平上可控的纳米级超薄膜。
2.4纳米技术
纳米材料应用于涂料有两种情况：一是纳米粒子在传统有机涂料中分散后形成纳米复合涂料；二是完全由纳米粒子组成的纳米涂层材料[5]。不同形状的纳米材料，如纳米胶囊、纳米管、纳米线等，均可用于制作不同响应的聚合物。
2.5以各种功能膜制作技术为基础
涂料的智能化，除涂料各组分的智能化外，还可将涂料技术与其他技术结合。在制作功能膜的过程中，使用生物技术、微电子技术、闪蒸技术、真空等离子喷涂、电化学沉积等技术，可制出各种具有特殊功能的智能涂膜。
3智能涂料的主要类型
从功能性和应用范围分类，智能涂料大致可分为：(1)生物活性类，包括生物催化、光催化净化、防污、自清洁、抗微生物、生物探测/降解敏感类涂料等；(2)光电活性类，包括导电、磁性、形状记忆、色位移、光敏、腐蚀敏感涂料等；(3)温敏类；(4)溶剂敏感类；(5)对外力敏感类。
3.1自清洁涂料
自清洁涂料的主要类型有：利用纳米粒子的活性制作的光催化净化涂料、超亲水性涂料、超疏水性涂料和两亲纳米界面涂料等。
TiO2、ZnO等纳米粒子具有很强的光催化氧化能力，在紫外光照射下，价电子被激发到导带形成电子一孔穴对，进而与吸附在其表面的水和氧气反应形成活性很高的自由基(・OH, ・OOH)和超氧离子(O2-)。它们可破坏有机物中的C―C、C―O、C―H、C―N、N―H等化学键，从而使有机物彻底氧化，故也称之为光触媒涂料。利用这一性质，可将纳米TiO2添加于涂料中，制成光催化生态涂料。在紫外线或光的照射下，它能将甲醛、酚、氨、蒽、苯等有机物氧化为CO2和水，将氮氧化物、二氧化硫、三氯乙烯等转化为无毒无害物质；当其遇到细菌时破坏细胞膜并侵入细胞质，破坏细胞质中的原生质活性酶(如辅酶A)，使细菌死亡，同时还能分解细菌死亡后释放出的内毒素，从而赋予涂料杀菌抑菌的功能[6]。
3.2抗菌、防腐类涂料
3.2.1抗菌涂料
传统抗菌涂料是在涂料体系中添加各种杀菌剂或Ag+、Cu2+等，方法简便易行，但有效期短，对环境污染大。目前发展较快的是利用纳米微粒的超活性，如纳米TiO2，制成纳米抗菌涂料。
真正智能抗菌涂料是用化学方法或吸附作用，将药性基团固定在聚合体上，根据环境温度、湿度、pH值的变化，智能控制药物释放，达到长效杀菌的目的[7]。如聚合物―药物复合膜制成智能涂料对光电、冷热、酸碱很敏感，当遇到这些刺激时，就会智能地控制药物释放，针对性地杀死有害细菌或病毒。还有一种智能药物包覆膜，是由光固化聚丙烯酸涂膜，即聚甲基丙烯酸α-羟乙酯膜制成,对具有不同分子量的药物进行控制释放，对pH值具有响应。这些涂料可用于医院和农用设施等方面。
3.2.2防腐涂料
在金属防腐中，由于环保原因Cr(VI)化合物被严格限制，金属的保护方式逐步改为导电聚合物涂层保护。利用自组装纳米相离子工艺制成的环保防腐涂料能替代六价铬酸盐，用于金属表面防腐涂装[8]。
3.3光、电、磁响应涂料
3.3.1隐身涂料
在军事设施表面涂一层隐身涂料，在可见光、红外光、紫外光、雷达波侦视条件下，能起到伪装自己、迷惑敌人的作用。最初的隐身涂料是单一的保护色伪装，后来发展到变形迷彩伪装，进而发展到纳米隐身涂料伪装，直至智能“变色龙伪装”。
纳米超细金属粒子具有较大的比表面，且具有较好的吸收电磁波的特性，可使红外和雷达探测到的信号大大减弱，达到隐身的效果；并且纳米粒径越小，吸波效能超高[9]。利用此性质可制成性能优异的纳米隐身型涂料，用机、导弹和军舰等武器装备上。目前可选用的纳米材料有金属超细粉末如Al、Co、Ti、Cr、Nd、Mo等，纳米氧化物如TiO2、ZnO、CoO、Cr2O3、FeO、Fe2O3、Fe3O4、Al2O3、Y2O3、MgO、纳米氧化铟锡、氧化锡锑以及纳米石墨粉、炭黑、陶瓷粉等。
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3.3.2发光涂料
发光涂料属于特种功能涂料，包括荧光、反光、自发光和蓄光型发光涂料，其发光性能主要由发光材料的发光性能决定。目前发光涂料中所用的发光材料主要是光致蓄能长余辉发光材料，即硫化物或硫氧化物系列发光材料和稀土激活碱土金属铝酸盐、碱土硅酸盐和碱土硅铝酸盐系列发光材料。前者亮度低，余辉时间较短；后者亮度高，余辉时间长，无放射性危害，耐环境侵蚀，被称为绿色节能材料[10]。
3.3.3磁性涂料
磁性涂料大多是一种可流动的复合磁性材料，是由成膜物、磁性粉末、助剂及溶剂组成，经高速分散、砂磨而成，涂于基材就形成了磁性聚合物膜，可用于磁带、磁盘、录音录像、各种电子计算机的数据存储(功能性记忆涂层)、磁屏蔽(隐身涂料)及微波通讯等方面。
3.4温度、压力、湿度敏感涂料
3.4.1调温涂料
智能型热敏涂料除“示温”外还可以“调温”。智能调光玻璃涂膜就是用沉积法或其他方法将智能凝胶和导电聚合物等涂在玻璃上形成的。根据光线强度、环境温度或电压高低，自动调节涂膜透光性，从而保持室内光线温度相对稳定。
3.4.2耐高温涂料
金属超徽细粉末，如Al、Co、Cr、Cd、Nd、Mo、In、Ni及其氧化物，通常可用于制耐高温涂料。纳米材料与表面技术相结合的纳米复合涂料结构均匀细致，有更好的力学性能和抗氧性、耐磨性和耐腐蚀性。如铱铝合金制成的新型耐高温抗氧涂料，通过形成自愈连续的阻氧层，即被氧化为IrO2、Al2O3连续氧化物薄膜，耐高温达1673K。
3.4.3溶剂敏感类涂料
用吸湿性很强的硅藻岩可制成对水敏感，即“会喝水”的智能涂料[11]，涂于墙壁后，当湿度大时吸水，反之将吸收的水分重新释放出来，具有“反哺”功能，可调节室内湿度。
3.4.4压敏涂料
压敏涂料可用来测量物体表面上任何一处的压力，这种涂料对评价飞机在着陆或起飞情况下的性能上特别有用。该涂料含有在紫外线照射时会发出可见光的颜料，这一过程称为荧光性过程。紫外线将能量传递给荧光分子中的电子并促使它们跃入激发态的较高能量状态，在该电子回到起始状态时就会发出它们所吸收的能量，其能量比原来来自紫外光的要低。空气中的氧为电子回复到其原来状态提供了第二条路径，但这条路径却不产生光，当涂料表面上的空气压力增加时，对荧光颜料的氧利用可能性就增加，所发出的光线也就减少。
智能型涂料是21世纪涂料工业重要发展目标之一，由于它的功能奇特，兼之具有优异的常规涂料性能，因此必将成为替代现有涂料的新品，并为涂料工业开辟新的应用领域做出贡献。鉴于目前智能型涂料正处于发展新潮阶段，未来的智能型涂料必将为涂料工业增辉生色，成为新世纪涂料工业的宠儿。
参考文献：
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