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工程师们在处理遇到的技术难题时从来都不会去考虑使用纳米技术。因为这种技术更像是科幻小说的未来科技而不是在现实中出现。但事实上纳米技术的应用已经大幅度提高了不少常用材料的性能，今后它还会做的更多。 （图片）
在陶瓷、人造橡胶以及其他材料的表面上涂上一层纳米含
氟聚合物涂层可以改变如摩擦系数之类的
材料表面性能。图片：Surface Engineering 少数含有纳米添加剂的粘合剂及热塑性塑料的宏观力学性能，如拉伸和冲击强度都有很大的提高，而纳米科技对金属、塑料及陶瓷的表面性能的影响则更为显著。（图片）
为了获得有自清洁效果的表面，纳米技术的研究人员试图从一些植物的莲花效应上获得灵感。在
这种芋类植物的超级防水的叶片表面，水会凝聚成水珠。当这些水珠从植物的叶片上滚落时，它们
也会带走叶片上的灰尘。 图片： BASF （图片）
Ecology coatings发现有时候应用了纳米技术的涂
层会表现出一些奇特的性能，如阻止微生物生长。 （图片） （图片）
GE Silicones 生产的硅树脂硬膜已经将纳米级的二氧化硅颗粒用于提高材料耐磨损性能 将纳米技术应用于表面部分是因为经济学的因素。纳米添加剂的价格不低，即使是商用纳米添加剂的价格也高达几百美元每磅。因此，将这些纳米粒子集中的应用在涂层或者材料表面就很有意义了。“材料表面是对材料性能影响最大的地方，” Bayer Material Science LLC未来商务部门的负责人Bob Kumpf说。
“现在我们正在做的是使用纳米颗粒来获得那些大粒度颗粒无法具备的性能。”
在涂层中添加少量的纳米粒子就能极大的改善耐磨、耐化学腐蚀以及耐粘污性能等表面性能。同时，纳米涂层也能影响材料的热性能、光学性能以及电学性能。“材料表面是个‘多事地段’，很多性能都与表面有关。”Kumpf说。
纳米技术还具有平衡材料功能性需求和审美需求的独特功能。“从定义上来讲，人类的眼睛是看不到纳米技术的影响的。”Kumpf说。看不见的意思是，纳米技术可以在不改变材料外观的情况下改善材料的性能。以二氧化钛为例：“众所周知，二氧化钛具有很好的抗紫外线辐射的性能。但是，如果你用它做涂料的话，所有的东西都会被涂成白色了。” DuPont Performance Coatings公司的战略技术部门的技术总监 Bob Matheson说。而该公司使用的纳米级二氧化钛颗粒不但具有二氧化钛固有的优良的抗紫外线辐射性能，而且没有颜色。
尽管现在对纳米技术研究和应用正进行得热火朝天，但事实上纳米技术早就在材料、颜料、涂层等行业中建树良多了。“我们对如何分散纳米粒子十分在行——尽管它们很难控制，” Matheson说。以颜料行业中使用碳黑和二氧化硅为例。“这两种材料都是纳米粒子，而30年前我们就在使用它们了。”又如BASF公司，他们几十年前就懂得如何将两种纳米尺寸的聚合物均匀混合了。
但是对于纳米涂层而言，真正令人激动的工作才刚刚开始。材料科学家们正在有意识的利用纳米粒子由尺寸效应产生的新性能。Ecology Coatings 公司创始人，首席化学家Sally Ramsey指出纳米涂层中使用的添加剂有些已经应用多年了——只是以前使用时颗粒度较大，为微米级。“现在我们正使用纳米颗粒来获得那些大粒度颗粒无法具备的性能。”她解释道。
纳米类型
在涂料和涂层领域，有几种不同的利用尺寸效应的方法。这些方法中，绝大多数都要使用两种类型的纳米添加剂——几个到上百个纳米的颗粒或者是较大尺寸的粒子或部件表面上的纳米结构。
DuPont公司则开始尝试在涂料和涂层中同时使用这两种方法。Matheson声称，他们公司在多种不同的金属氧化物、纳米粘土、碳、二氧化硅、晶体材料以及神奇的纳米材料（如聚倍半矽氧烷寡聚物）的基础上发展了多种产品，且对其性能进行了测试。该公司还发展了一种"浆"状的纳米凯芙拉材料。通常来讲，凯芙拉纤维的直径为12微米，而长度则可达几千米。“纳米级凯芙拉的长度只有12微米左右，其长度与直径的比与普通的凯芙拉纤维相似。”Matheson介绍说，这样的话，就将这种纤维变成了一种二维纳米材料了。
同样，其他的公司在不同体系中也应用了不同种类的纳米颗粒——有的甚至在一个体系中就使用了多种类型的纳米颗粒。Ecology Coatings有时会在他们生产的UV硬化型涂层放入两种不同类型的纳米颗粒，这种涂层可以用在塑料、金属以及纸张的表面。“每种成分（颗粒）都有特定的性能和用途，” Ramsey说。但总体上来讲这种涂层中还有纳米金属氧化物颗粒或其他类型的纳米颗粒。这些纳米颗粒通常都会和一些在氨基钾酸脂及环氧树脂涂层中常用微米尺寸的添加剂复合使用。
原载《设计创新》杂志
2/22/2006
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