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造更小的机器,最后将变成根据人类意愿,逐个地排列原子,制造产品,这是关于纳米技术最早的梦想.纳米技术是指在0.1~100纳米的尺度里,研究电子、原子和分子内的运动规律和特性的一项崭新技术.科学家们在研究物质构成的过程中,发现在纳米尺度下隔离出来的几个、几十个可数原子或分子,显著地表现出许多新的特性,而利用这些特性制造具有特定功能设备的技术,就称为纳米技术.
纳米技术的应用
陶瓷领域:利用纳米技术使陶瓷具有像金属一样的高硬度、高韧性、低温超塑性、易加工等优点.有效克服陶瓷的易碎及难以加工的缺点.
微电子学领域:纳米电子学按照全新的理念来构造电子系统,并开发物质潜在的储存和处理信息的能力,实现信息采集和处理能力的革命性突破.计算机在普遍采用纳米材料后,可以缩小成为“掌上电脑”,使得计算机存储空间及运算速度大大提高.
光电领域:纳米技术的发展,使微电子和光电子的结合更加紧密,在光电信息传输、存贮、处理、运算和显示等方面,使光电器件的性能大大提高.将纳米技术用于现有雷达信息处理上,可使其能力提高10倍至几百倍,甚至可以将超高分辨率纳米孔径雷达放到卫星上进行高精度的对地侦察.
化工领域:将纳米TiO2粉体按一定比例加入到化妆品中,则可以有效地遮蔽紫外线.将金属纳米粒子掺杂到化纤制品或纸张中,可以大大降低静电作用.纳米微粒还可用作导电涂料,用作印刷油墨,制作固体剂等.
医疗领域:纳米级粒子将使药物在人体内的传输更为方便,用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体后可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织;在人工器官外面涂上纳米粒子可预防移植后的排异反应;使用纳米技术的新型诊断仪器只需检测少量血液,就能通过其中的蛋白质和DNA诊断出各种疾病.
纳米技术应用还远远不止提到的这些.纳米材料是纳米技术的一个重要组成部分,纳米材料也体现一个国家在纳米技术的科研水平.碳纳米管就是最热门的纳米材料.
1991年,碳纳米管被人类发现,它具有优良的力学性能、导电性能、导热性能.它的质量是相同体积钢的六分之一,强度却是钢的10倍.设想我们在地球与月球之间要架设一台直达电梯,如果使用钢作为连接材料,本身的重力就会使得它断裂.碳纳米管的导电性能可以趋向于零电阻,碳纳米管有着较高的热导率,只要在复合材料中掺杂微量的碳纳米管,该复合材料的热导率将会得到很大的改善.正因为他的优良特性,诺贝尔化学奖得主斯莫利教授认为,碳纳米管将是未来纤维的首选材料,也将被广泛用于超微导线、超微开关以及纳米级电子线路等.
纳米很小,那么如何来研究它呢?研究纳米的最重要的工具就是扫描隧道显微镜(stm),它的基本结构有:隧道针尖、三维扫描控制器、减震系统、电子学控制系统、在线扫描控制和离线数据处理软件.扫描隧道显微镜在低温下(4k)可以利用探针尖端精确操纵原子,因此它既是重要的测量工具又是加工工具.人们利用它可以让原子按照意愿排列组合.
关键词：纳米；涂料；陶瓷；水泥
1概述
纳米材料以其特有的光、电、热、磁等性能为建筑材料的发展带来一次革命。利用纳米材料具有的导电功能可以开发导电涂料，利用纳米材料具有的自洁功能可以开发抗菌防霉涂料，而且利用纳米材料可以到达提高塑料管材的强度等。由此可见，纳米材料在建筑材料领域具有非常广阔的市场应用前景和巨大的经济、社会效益。
2纳米技术在建筑材料中的应用
2.1纳米技术在涂料中的应用
应用在涂料中是纳米材料最有前途的用途之一。利用纳米技术改性提高涂料产品质量，是目前在涂料研究领域中比较活跃的方向。传统的涂料普遍存在悬浮稳定性和触变性差、不耐老化、耐洗刷性差、光洁度不够等缺陷。纳米材料由于其表面和结构的特殊性，具有一般材料难以获得的优异性能。借助于传统的涂层技术，添加纳米材料，可以获得具有优异性能的复合材料，使得传统涂层功能改性，赋予宏观材料许多特殊的前所未有的优良性能，主要表现在以下几个方面：一是可以提高建筑涂料与建筑物表面的粘结强度、表面硬度和耐磨性，可以增加建筑涂料的柔韧性、延展性机械强度，可以提高涂膜层耐雨水冲刷能力、耐风沙冲刷、侵蚀能力等。当涂料中的颜料颗粒达到纳米级别时，由于比界面很大，具有非常大的结合力，对涂层有一定的增强作用，可以达到提高涂层的硬度、抗冲击性和耐磨性；二是可以提高建筑涂料涂膜层光洁度及强度和保色性，赋予高分子基建筑涂料微裂痕自修复功能，提高基体的防腐蚀能力，达到表面修饰、装饰的目的。三是可以提高建筑涂料的抗紫外光能力和耐候性，增加涂料的使用年限，可以提高建筑涂料的耐热性、热稳定性，赋予高分子基建筑涂料抗菌、自清洁性和净化空气作用，可以提高外墙涂料的阻燃、隔热等性能。纳米粒子的粒径远小于可见光的波长400～750nm，具有透过作用，从而保证了纳米复合涂料具有较高的透明性，纳米粒子对紫外线具有较强的吸收作用。在外墙建筑涂料中添加TiO2、SiO2等纳米粒子以提高耐候性。纳米氧化锌是一种很好的光催化剂，在紫外光照射下，它能分解有机物质，起到抗菌和除臭作用。将纳米抗菌粉应用于涂料中，可以制得纳米杀菌涂料。
2.2纳米技术在陶瓷中的应用
陶瓷由于具有较好的耐高温和抗腐蚀性能以及良好的外观性能在工程界得到了广泛的应用，纳米陶瓷和纳米陶瓷基复合材料是当前陶瓷研究的重要发展趋势，但是由于传统陶瓷材料易发生脆性破坏，因而使其应用受到了一定的限制。在陶瓷基体中加入纳米材料，可以极大地改善材料的强度韧性及高温性能，用纳米SiC、Si3N、ZnO、SiO2、TiO2、A12O3等制成的陶瓷材料具有高硬度、高韧性、高强度、耐磨性、低温超塑性、抗冷热疲劳等性能优点。
近年来国内外对纳米复相陶瓷的研究表明，在微米级基体中引入纳米分散相进行复合，可使材料的断裂强度、断裂韧性大大提高（2～4倍），使最高使用温度提高（400℃～600℃），同时还可提高材料的硬度和弹性模量，提高抗蠕变性和抗疲劳破坏性能。将抗菌纳米材料掺入陶瓷釉面中或者掺入陶瓷面层中，可以制作抗菌陶瓷釉面砖和卫生陶瓷等，用于墙地面装饰、厨房和卫生间。利用纳米技术生产的多孔陶瓷材料，可以对工业废气进行过滤分离。多孔陶瓷具有很好的耐热、耐化学腐蚀等性能，具有寿命高，不用维修等特点。纳米级复相陶瓷将成为21世纪新材料开发的主要方向。随着纳米技术的高速发展，纳米陶瓷材料的应用将越来越广泛。
2.3纳米技术在水泥混凝土中的应用
随着我国工业化进程的深入发展和基础建设的广泛开展，水泥混凝土作为传统的建筑材料，产量和用量都在不断增加，由于普通混凝土因其刚性较大而柔性较小，同时其自身也存在一些固有的缺陷，在使用过程中不可避免地产生开裂并破坏，针对这一问题，高性能混凝土成为了水泥基复合材料领域中的研究热点。纳米材料具有小尺寸效应、量子效应、表面及界面效应等优异性能，因而能够在结构或功能上赋予其所添加体系许多不同于传统材料的优异性能。利用纳米技术开发的新型混凝土可大幅度提高混凝土的强度、施工性能和耐久性能。例如在普通混凝土中掺入纳米矿粉，不但可以填充水泥的空隙，提高混凝土的流动度，更重要的是可以改善混凝土中水泥石与骨料的界面结构，使混凝土强度、抗渗性与耐久性均得到提高，据有关文献报道，当纳米矿粉的掺量为水泥用量的1%～3%，并在高速混拌机中与其他混合料干混（或是制成溶胶由拌合水带入）后，制备成纳米复合水泥混凝土结构材料，其7d和28d龄期的水泥硬化浆体的强度比未掺纳米矿粉的水泥硬化浆体的强度提高50%，且其韧性、耐久性等性能也得到改善；纳米金属粉末具有很好的电磁波吸收功能，将纳米金属粉末掺入到水泥混凝土中，可以制成具有电磁屏蔽功能的混凝土，在这种纳米隐身复合水泥特别适合于制作军事掩体，使用这种水泥后，可以在很大程度上逃避雷达、红外等信号的搜索，降低或避免军事目标被发现和打击的概率；将XPM水泥外加剂添加到水泥中后，可以使水泥具有很好的防水功能，水泥中掺入这种外加剂后，可以加快水泥诱导期和加速器的水化反应，使气-液-固三相通过过饱和度达到相应的浓度梯度，改善了水泥凝固的三维结构，同时改善水泥混凝土的堆积密度。
3结语
纳米技术是对未来经济和社会发展将产生重大影响的一种关键性前沿技术，纳米技术在建筑材料中的应用前景将会非常广阔，纳米材料将成为新型建筑材料的发展方向。开发具有新功能的纳米材料和拓宽现有纳米材料在建材中的应用领域，对改造现有传统的建材产品，提高其发展空间和市场竞争力，具有十分重要的意义。
[参考文献]
[1]张金升，尹衍升，刘蕾，等.纳米材料和技术与发展新型建材[J].中国建材装备，2002，（2）：41-44.
[2]周树学，武利民.纳米材料在涂料中的应用研究[J].新产品新材料，2001，（3）：33-37.
[3]高濂，李蔚.纳米陶瓷[M].北京：化学工业出版社，2002.
[4]阎鑫，胡小玲，等.雷达波吸收剂材料的研究进展[J].材料导报，2001，（1）：62-64.
[5]魏智强，王政军，乔宏霞，等.纳米技术在建筑材料中的发展与应用[J].中国粉体技术，2005，11（1）：45-48.
关键词：纳米材料；功能整理；天然纤维
中图分类号：TS195.6文献标志码：A
TechnologicalModelforApplyingNanomaterialsinNaturalFiberModification
Abstract：Thispaperexpoundedbothadvantagesanddisadvantagesoffourmethodsforusingnanomaterialsinfibermodification，includingtheblendedspinningmethod，finishingmethod，thegraftingmodificationandthein-situformationmethod.Undertheconditionofremaintheadvantagesofnaturalfiber，theauthorputforwardtwowaysoffunctionalfinishingbyusingnanomaterilas，namely，introducingdiscontinuousnanomaterialsonthesurfaceoffiberandembeddingnanomaterialsinsidethefiber，andtheeffectivenessofthesemethodswasverifiedbytestingsamples.
Keywords：nanomaterials；functionalfinishing；naturalfiber
自上世纪合成纤维问世以来，合成纤维产业的日新月异发展带动了纤维业向高技术产品的纵深延伸，也推进了现代人们的消费方式，作为单一天然纤维的应用历史也告终结。从产业角度来看，天然纤维为了自身产业的生存，不断进行着技术革新与改良，但天然纤维作为自然产生物，其产品的性能及功能的发展远达不到合成纤维的技术发展速度。
而从上世纪末至近几年，合成纤维已完成了仿真到超真的技术转变，合成纤维超细化加工技术的实现进一步促进了合成纤维制品的多样化和功能化，这对天然纤维产业所形成的发展压力也是空前的。
但技术发展并不是单向性的，当合成纤维借助于功能材料技术的发展而壮大时，作为合成纤维制品实现了诸如抗紫外、抗菌等功能时，天然纤维也同样获得了现代材料技术发展这一平台的支持，产品功能上也有效地获得了技术突破，这一发展，有效地弥补了天然纤维单一的缺陷，也使天然纤维成功地走向了功能化之路。
近年来，产品消费的细分化现象日益显著，各类纺织纤维在服装产品的亲肌肤性、友好性、美观性、功能性等方面表现出了不同的特点和优势，从而也使各种纺织纤维在产品开发方面表现出了不同的特长，这在客观上促进了纺织产业走向细分化、多样化，也促使纺织技术产品的相互交叉或多重风格。
而在纺织产品的功能化实现中，纳米材料的应用对于推进纺织品的功能化起到了十分重要的作用，但这一作用更多地体现在化学纤维的应用方面，在天然纤维领域，纳米技术产品相对较少，所以也影响了天然纤维多样化的实现。
纳米技术及纳米材料已经成为21世纪世界各国争相研究的重点，在纺织工业中，为功能纺织品的开发和纺织品应用领域的拓展提供了广阔的思路和可行性。
1纳米技术在纺织产品中的应用
目前，利用纳米材料对纺织材料进行改性通常有4种技术方法。
1.1共混纺丝法
共混纺丝法可以用来制备合成纤维和再生纤维，即将功能纳米材料与纺丝切片或纺丝液混合，通过熔融纺丝、湿法纺丝或干法纺丝等纺丝技术制备纳米材料改性纤维。采用共混纺丝法制备的纳米材料改性纤维具有性能稳定，纳米材料与纤维结合牢度高，稳定性好，耐久性好等特点。采用共混纺丝法需要纳米材料具备一定的性能，如采用熔融纺丝时，要求纳米材料具有较好的耐高温性能，并且粒径足够小；采用湿法纺丝或干法纺丝时，要求纳米材料和溶剂或凝固剂无相互作用，并能在纺丝液中保持足够的稳定性。
1.2后整理法
对于一些天然纤维或者已经以纤维或纺织品形式而存在的纺织材料而言，则无法通过共混纺丝法来实现纳米材料对其的改性，因此后整理法可以解决这个问题。后整理法即是采用浸渍、浸轧、涂层或喷涂等方法将纳米材料附加到纤维上，并使之固着在纺织材料上的一种方法。后整理法通常有以下几种情况：（1）将纺织材料浸渍到纳米材料分散液中，通过纳米材料高的表面能使之吸附在纺织材料表面；（2）将纳米材料分散在一定溶剂中，通过喷涂方式将纳米材料一次或多次沉积在纺织材料表面；（3）将含有纳米材料的整理剂在一定的粘合剂（如反应性树脂）存在下涂覆到织物表面，形成一种功能性的涂层。
后整理法制备纳米材料改性纺织品具有工艺简单、可操作性强等优势。但加工过程中纳米材料易团聚，纳米材料与纤维结合牢度低；或者处理过程中通常含有一些有毒的溶剂或粘合剂，给纺织品带来一些污染；再者一些粘合剂或涂层会改变纤维本身所具有的一些优异的性能，如棉纤维柔软、吸湿、透气等特性，真丝纤维爽滑、和人体良好的亲和力等，使之手感变差，穿着舒适性大大降低。
1.3接枝改性法
由于后整理法中纳米材料与纺织纤维间缺少相应的作用力，或者粘合剂和涂层的引入会影响织物的性能。因此，通过某种途径赋予纳米材料表面一定的官能团，再与纤维表面官能团直接或间接反应，将纳米材料接枝到纺织材料表面，以提高其牢度且不影响材料本身。也可制备各种微胶囊，将纳米材料置于微胶囊中，然后将微胶囊接枝到纤维材料上。但纳米材料本身改性及微胶囊技术难度高，目前没有得到广泛应用。
1.4原位生成法
以上方法都是将纳米材料机械式的添加到纤维上，在加工中工艺复杂，或者效果较差，并且由于纳米材料本身的团聚效应，使纳米材料不能在纤维表面获得很好的分布。对于天然纤维而言，纳米材料只能简单地添加在纤维表面，更加导致了其耐久性差。原位生成技术能够同时在纤维的表面和内部生成纳米材料，在纤维上分布均匀。并且纳米材料的制备和对纺织材料的整理同时进行，避免了纳米材料在整理过程中团聚的问题。而且原位生成技术也使纳米材料与纤维天然结合牢度高，因此，正越来越受到广大纳米材料和材料改性研究者的重视。
2纳米材料在天然纤维改性中的应用
通过长期对化纤类制品的消费认知，人们发现了天然纤维，在综合性的因素（如舒适性、保健性等）方面，都具有不可替代性，尤其作为内衣面料，天然纤维（特别是真丝和棉纤维）制品具有更大的优越性能，这种通过反复实践所获得的消费认知所形成的对产品的“忠城”将在相当长的时期内存在，这也将提醒研究者，在对天然纤维产品功能化研究中，必须充分尊重天然纤维这一特点。
天然纤维作为天然生成物，功能材料的导入方式，将影响天然纤维本身的自然优势。为了保护天然纤维与人体的友好性，在功能化改性中，可以采用以下两种方式。
2.1纤维表面非连续介质导入法
非连续介质导入，是指在纤维表面离散分布功能材料的细小微粒，不影响天然纤维本身与人体的接触，这一思考依据，对于真丝制品尤其重要，众所周知，真丝的蛋白质结构与人体蛋白质特征有无可比拟的相似性，所以，任何其他功能材料在真丝表面的连续覆盖都将使真丝制品的友好性和亲和性能受到影响。
2.2纤维内部填埋法
纤维内部填埋，依据来自天然纤维（蚕丝、棉、麻等）本身的结构具有原纤特征，这种原纤特征决定了天然纤维内部具有众多的微孔和微隙，给功能材料的导入提供客观便利，这种导入方式，也对天然纤维功能的长效性有很大的益处，但这一导入手段对技术的要求相对较高。从现有的技术来看，纤维内部组装技术是一种有效的方法，而前述的原位生成技术，也属于这一范畴，这种原位生成技术的特点在于：在功能材料组装前，功能材料本身以离子或分子形式游离进入天然纤维内部，再通过特定的反应环境，使进入纤维内部的离子或分子反应生成具有特定结构的固体材料，从而使功能材料支撑在纤维内部，实现在保护天然纤维本身优势性能的同时，实现其功能的长效性。
从本质上来看，功能纳米材料是最符合纤维表面非连续介质导入法和纤维内部填埋法的功能元素，也符合纤维表面非连续介质导入法和纤维内部填埋法的技术要素，由于不同纳米材料所表现的功能性各不相同，可以根据开发的功能，选择不同的纳米材料，但这里所言的纳米技术本身，不仅仅是纳米材料，更重要的是制备纳米材料的工艺过程，只有这样，才能实现从常规整理技术到纳米组装技术的突破。
3实施案例分析
为了能更好地说明问题，笔者选择自己的部分研究结果进行对比分析。
3.1形态比较
从图1和图2比较，图2采用了原位生成纳米银技术，有效实现了在真丝纤维表面的离散的非连续纳米银分布，纳米银颗粒细小，不影响真丝材料原有的表面特征。
3.2吸附量比较
表1为普通纳米银助剂整理和采用同样浓度制备工艺原位生成技术（组装技术）两种不同方法处理的真丝织物中的纳米银含量，可以看出，随着银浓度的提高，整理到织物上的纳米银含量增加。比较同一浓度下两种方法整理的真丝织物中的银含量，采用原位生成整理的真丝织物银含量明显高于常规浸渍法整理的真丝织物。说明浸渍法整理真丝织物时，纳米银难于均匀地吸附到真丝织物的内部，主要集中在纤维表面。而原位生成、自组装技术整理时，银离子能够均匀渗透到真丝纤维内部的各个部位，再将其还原，自组装生成纳米银，所以其银含量要高于浸渍法整理的真丝织物。
3.3耐洗牢度比较
为了比较两种方法整理的真丝织物上的纳米银的牢度，选取两个具有相近银含量的样品进行耐洗牢度测试，在经过不同次洗涤后测试样中的银含量，以此评价其耐洗牢度。表2中列出了分别经过10、20和30次洗涤后的样品中的银含量，由表中数据可见，浸渍法整理的真丝织物在经过10次洗涤后，银含量从125.94mg/kg下降到81.63mg/kg，下降了35.2%，在经过30次洗涤后，银含量下降到56.48mg/kg，相比未洗涤的样品下降了55.2%。而通过原位生成法整理的真丝织物洗涤30后，银含量从116.48mg/kg下降到101.29mg/kg，仅下降了13.0%。证明了原位生成法处理后，因纳米银分布于纤维内部，并支撑在纤维微孔和间隙中，所以纳米银和真丝纤维的结合牢度远高于普通浸渍整理法，具有很好的耐洗牢度。
以上结果表明，原位生成法整理真丝纤维或制品不仅可以获得较高的银含量，提高纳米材料的利用率，同时还能获得很好的耐洗牢度。
3.4抗菌性能分析
笔者选择低含量原位生成技术制备的纳米银真丝面料，进行抗菌耐冼性分析，表3显示，真丝面料经30次洗涤还具有优异的抗菌性能，能有效满足日常生活中的抗菌要求，也有效节约了生产成本。
4结语