納米材料和納米技術(shù)作為極具市場潛力和發(fā)展前景的新材料和新興技術(shù)，受到世界各國的普遍關(guān)注。近幾年來，各國政府部門紛紛制訂相關(guān)發(fā)展戰(zhàn)略和計劃，投入巨資，支持納米材料和納米技術(shù)的研究開發(fā)，重點推進納米材料的產(chǎn)業(yè)化。
納米材料研究及產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀
目前中國在納米材料技術(shù)研究方面處于世界第四、五位的水平。國內(nèi)從事納米材料及納米科技有關(guān)工作的人員約5000余人，其中從事納米材料研究的占55％，納米生物電子的占15％，納米電子的占10％，其他占20％。在專利方面，十年來，我國科技工作者在國內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物上共發(fā)表納米材料和納米結(jié)構(gòu)的論文2400篇，居世界前列，其中包括了一些高水平納米科技論文。
但目前中國納米材料及納米技術(shù)科技成果的產(chǎn)業(yè)化極低，不足l 0％。納米材料產(chǎn)業(yè)主要分布在經(jīng)濟實力比較雄厚的北京、上海及深圳為中心的地區(qū)，其中以北京為中心的地區(qū)占30％、以上海為中心的占35％、以深圳為中心的占15％。
全國已建立納米材料的專業(yè)企業(yè)近500家，其中大部分是納米粉體制備與應(yīng)用企業(yè)，主要分布于上海、浙江、江蘇、廣東、山東等地。目前已建立了納米材料生產(chǎn)線40多條，產(chǎn)品大多集中在納米氧化物、納米金屬粉末、納米復(fù)合粉體等。
奧運工程為涂料發(fā)展提供契機
“綠色奧運、人文奧運、科技奧運”是2008年奧運會建設(shè)的三大主題，目前各項工作都在圍繞這個主題展開，包括納米科技在內(nèi)的高新技術(shù)將為北京奧運會做出重要貢獻。早在2000年北京市政府組織進行的“高科技申奧示范”工程中，納米科技產(chǎn)品就給國際奧委會評估團留下了深刻印象；2001年中國政府遞交的申奧工作報告中明確承諾了將在2008年奧運工程中積極應(yīng)用納米技術(shù)等高新技術(shù)以提高奧運工程的環(huán)保性、功能性、舒適性和安全性等；目前在國家科技部、北京市政府和奧運組委會聯(lián)合展開的“科技奧運”行動中，納米科技的應(yīng)用受到了極大重視。
北京需新建場館19座(含6個臨時賽場)，改擴建13個(含臨時設(shè)施4個)，殘奧會設(shè)施18個，訓(xùn)練場館59個。奧運拉動建設(shè)，預(yù)計2008年前北京涂料需求量將達280億，奧運工程直接用量10億元。中國涂料工業(yè)協(xié)會等權(quán)威統(tǒng)計奧運工程最需要4種功能涂料：高性能的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料；具有防污功能的自清潔涂料；環(huán)保性交通標(biāo)志涂料和絕熱涂料。功能涂料需要較高的技術(shù)基礎(chǔ)，并需要研究、生產(chǎn)、設(shè)計、施工密切合作，目前國內(nèi)市場主要依賴進口品牌。
中國有一萬多家建筑涂料企業(yè)，產(chǎn)品以中低檔為主，企業(yè)普遍存在資金有限、涂料技術(shù)含量低的問題。普通涂料供大于求，功能性涂料嚴(yán)重缺乏。綠色奧運、科技奧運對涂料提出了嚴(yán)格要求，涂料產(chǎn)業(yè)將面臨世界挑戰(zhàn)。目前國內(nèi)涂料主要存在三大問題：l、耐老化性能差，如易褪色、開裂、脫落等；2、耐污染性差，不適應(yīng)較惡劣的氣候，易變臟；3、功能單一，缺乏功能性如阻燃、耐磨、抗靜電等功能。建筑涂料應(yīng)向環(huán)保型、功能型發(fā)展，目前功能性建筑涂料占2％，但市場需求空間很大。
納米材料在涂料行業(yè)初步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化
在涂料中引入納米技術(shù)，將改變傳統(tǒng)涂料技術(shù)含量低，產(chǎn)品功能單一的現(xiàn)象。利用納米材料可對涂料漿體、色漿、樹脂乳液進行改性，如利用納米二氧化硅制備的無機一有機雜化樹脂。引入不同的納米材料，可賦予涂料防火、電磁屏蔽、自清潔等功能。通過納米技術(shù)改性的涂料符合市場需求，具有廣闊的市場前景和競爭力。
針對納米粉體材料直接添加到涂料中容易團聚而無法歸涂料起改性作用的情況，近兩年出現(xiàn)一些粉體應(yīng)用研究企業(yè)，如北京首創(chuàng)納米科技有限公司和上海復(fù)旦大學(xué)，具備了納米材料的表面改性技術(shù)、納米材料的規(guī)模分散技術(shù)、無機納米膠囊化技術(shù)、大規(guī)模生產(chǎn)的其他配套技術(shù)，解決納米粉體材料在涂料行業(yè)中的應(yīng)用技術(shù)。如北京首創(chuàng)納米科技有限公司把不同種類和粒徑的納米材料復(fù)合，制備成多種納米功能助劑，如納米抗老化劑、納米耐沾污劑、納米疏水劑和納米增強劑。針對涂料耐老性能差、易褪色、開裂、脫落等問題，利用納米材料對紫外光的屏蔽性，采用多種納米材料復(fù)配成抗老化劑，可使涂料的人工耐老化性能達到1000小時以上。利用納米材料制備的疏水劑可提高涂料“出污泥而不染”的疏水性能。另外，利用納米材料制備成耐沾污劑可顯著提高涂料的耐污染性。
解決納米材料的表面處理技術(shù)，加快了納米技術(shù)在涂料中的產(chǎn)業(yè)化進程。北京首創(chuàng)納米科技有限公司向涂料生產(chǎn)企業(yè)提供各種納米功能助劑，解決傳統(tǒng)涂料企業(yè)納米技術(shù)的應(yīng)用問題，使納米技術(shù)在涂料中實現(xiàn)較快的發(fā)展。利用這種方法，在成本增加不多的情況下，大幅度提高了涂料產(chǎn)品的性能附加值，同時也為涂料企業(yè)取得了巨大的經(jīng)濟效益。
開發(fā)奧運工程的四種納米復(fù)合功能涂料
鋼結(jié)構(gòu)建筑以其優(yōu)異的使用性能和環(huán)保性在建筑工程中發(fā)揮著獨特且日益重要的作用，是國家建設(shè)部重點推廣的結(jié)構(gòu)。奧運工程80％為鋼結(jié)構(gòu)，直接用量為2萬噸，由于奧運項目的帶動，總需求量將達10萬噸。但鋼不耐火，一般裸露鋼結(jié)構(gòu)耐火極限僅有十幾分鐘，因此必須對鋼結(jié)構(gòu)建筑采取防火保護措施。
利用納米材料對阻燃涂料的三個重要成分進行改性：(1)納米級的無機材料可能與有機分子復(fù)合形成具有共價鍵結(jié)合的復(fù)合樹脂，具有耐高溫、黏接強度高等特點；(2)利用納米三氧化二銻、氫氧化鎂等材料，可大大提高其阻燃性能；(3)制備一種具有納米級纖維結(jié)構(gòu)的無機纖維，保證其與樹脂等材料充分復(fù)合，使超薄涂料具有高溫強度。目前已經(jīng)研究出厚度小于3mm、導(dǎo)熱系數(shù)小于0.033 K·W／m、耐火極限為1.5h的水性涂料。
奧運工程大量使用玻璃、金屬等幕墻材料，僅北京地區(qū)每年新增玻璃、金屬幕墻面積500萬平米，涂料需求500噸／年，奧運場館大量使用玻璃、金屬幕墻，北京上海、廣州等地涂料需求量約為1200噸／年。由于北京的氣候特點，這些玻璃、金屬墻很容易被污染，急需提高耐污染性。目前很多企業(yè)正在研究具有自潔凈功能的涂料，其中采用雙疏結(jié)構(gòu)和雙親結(jié)構(gòu)以及復(fù)合光催化技術(shù)思路的占大多數(shù)。已較好地實現(xiàn)了用超親水性表面結(jié)構(gòu)和納米光催化原理在玻璃、陶瓷等表面達到自清潔的效果。
隔熱保溫材料是奧運工程中重要的建設(shè)材料，利用納米技術(shù)合成纖維直徑在100納米以下的硬硅鈣石纖維狀晶體，同時制備可控納米孔結(jié)構(gòu)SiQ氣凝膠，從而制備出能在高溫條件下工作的具有低于靜止空氣導(dǎo)熱系數(shù)的納米孔超級絕熱材料。
由于傳統(tǒng)水性涂料具有硬度低、抗磨損性差等先天缺點，故目前還很難應(yīng)用在地面涂料及路面交通標(biāo)志涂料方面。利用納米級的一些活性無機材料作為反應(yīng)原料，通過有效的化學(xué)合成獲得含更多無機成分的樹脂，制成的水性樹脂可用于生產(chǎn)耐磨涂料。目前已有一些初步成果，但尚未達到實用階段。
納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)化存在的問題
近年來我國納米材料技術(shù)有了突破性的發(fā)展，專利數(shù)量也大幅度增加，但知識產(chǎn)權(quán)意識在科學(xué)界尤其是開發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域仍然淡薄。至今，除一些科研院所的初始發(fā)成果申請專利，生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)技術(shù)發(fā)明尚未有發(fā)現(xiàn)，這種狀況不利于我國技術(shù)成果的法律保護。為了加快中國納米材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展，應(yīng)注重原始創(chuàng)新，強化專利保護意識。國家將設(shè)立專項資金，鼓勵和資助專利申請，調(diào)動企業(yè)申請專利的積極性，建立和健全有利于納米材料技術(shù)成果產(chǎn)權(quán)保護制度，優(yōu)先資助擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的發(fā)明專利成果的產(chǎn)業(yè)化。
為杜絕各類假納米技術(shù)及制品誤導(dǎo)市場，坑害消費者，切實保護企業(yè)和消費者利益，凈化納米技術(shù)市場環(huán)境，國家將建立權(quán)威性的納米產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心，并根據(jù)納米材料產(chǎn)品的性能、用途、參照國際標(biāo)準(zhǔn)，制定國家納米材料行業(yè)及產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。在涂料行業(yè)中，可根據(jù)其發(fā)展的特點逐步制定納米功能助劑標(biāo)準(zhǔn)、納米乳液標(biāo)準(zhǔn)，然后制定納米涂料標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)的制定將有利于加快中國納米材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
納米材料研究及產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀
目前中國在納米材料技術(shù)研究方面處于世界第四、五位的水平。國內(nèi)從事納米材料及納米科技有關(guān)工作的人員約5000余人，其中從事納米材料研究的占55％，納米生物電子的占15％，納米電子的占10％，其他占20％。在專利方面，十年來，我國科技工作者在國內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物上共發(fā)表納米材料和納米結(jié)構(gòu)的論文2400篇，居世界前列，其中包括了一些高水平納米科技論文。
但目前中國納米材料及納米技術(shù)科技成果的產(chǎn)業(yè)化極低，不足l 0％。納米材料產(chǎn)業(yè)主要分布在經(jīng)濟實力比較雄厚的北京、上海及深圳為中心的地區(qū)，其中以北京為中心的地區(qū)占30％、以上海為中心的占35％、以深圳為中心的占15％。
全國已建立納米材料的專業(yè)企業(yè)近500家，其中大部分是納米粉體制備與應(yīng)用企業(yè)，主要分布于上海、浙江、江蘇、廣東、山東等地。目前已建立了納米材料生產(chǎn)線40多條，產(chǎn)品大多集中在納米氧化物、納米金屬粉末、納米復(fù)合粉體等。
奧運工程為涂料發(fā)展提供契機
“綠色奧運、人文奧運、科技奧運”是2008年奧運會建設(shè)的三大主題，目前各項工作都在圍繞這個主題展開，包括納米科技在內(nèi)的高新技術(shù)將為北京奧運會做出重要貢獻。早在2000年北京市政府組織進行的“高科技申奧示范”工程中，納米科技產(chǎn)品就給國際奧委會評估團留下了深刻印象；2001年中國政府遞交的申奧工作報告中明確承諾了將在2008年奧運工程中積極應(yīng)用納米技術(shù)等高新技術(shù)以提高奧運工程的環(huán)保性、功能性、舒適性和安全性等；目前在國家科技部、北京市政府和奧運組委會聯(lián)合展開的“科技奧運”行動中，納米科技的應(yīng)用受到了極大重視。
北京需新建場館19座(含6個臨時賽場)，改擴建13個(含臨時設(shè)施4個)，殘奧會設(shè)施18個，訓(xùn)練場館59個。奧運拉動建設(shè)，預(yù)計2008年前北京涂料需求量將達280億，奧運工程直接用量10億元。中國涂料工業(yè)協(xié)會等權(quán)威統(tǒng)計奧運工程最需要4種功能涂料：高性能的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料；具有防污功能的自清潔涂料；環(huán)保性交通標(biāo)志涂料和絕熱涂料。功能涂料需要較高的技術(shù)基礎(chǔ)，并需要研究、生產(chǎn)、設(shè)計、施工密切合作，目前國內(nèi)市場主要依賴進口品牌。
中國有一萬多家建筑涂料企業(yè)，產(chǎn)品以中低檔為主，企業(yè)普遍存在資金有限、涂料技術(shù)含量低的問題。普通涂料供大于求，功能性涂料嚴(yán)重缺乏。綠色奧運、科技奧運對涂料提出了嚴(yán)格要求，涂料產(chǎn)業(yè)將面臨世界挑戰(zhàn)。目前國內(nèi)涂料主要存在三大問題：l、耐老化性能差，如易褪色、開裂、脫落等；2、耐污染性差，不適應(yīng)較惡劣的氣候，易變臟；3、功能單一，缺乏功能性如阻燃、耐磨、抗靜電等功能。建筑涂料應(yīng)向環(huán)保型、功能型發(fā)展，目前功能性建筑涂料占2％，但市場需求空間很大。
納米材料在涂料行業(yè)初步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化
在涂料中引入納米技術(shù)，將改變傳統(tǒng)涂料技術(shù)含量低，產(chǎn)品功能單一的現(xiàn)象。利用納米材料可對涂料漿體、色漿、樹脂乳液進行改性，如利用納米二氧化硅制備的無機一有機雜化樹脂。引入不同的納米材料，可賦予涂料防火、電磁屏蔽、自清潔等功能。通過納米技術(shù)改性的涂料符合市場需求，具有廣闊的市場前景和競爭力。
針對納米粉體材料直接添加到涂料中容易團聚而無法歸涂料起改性作用的情況，近兩年出現(xiàn)一些粉體應(yīng)用研究企業(yè)，如北京首創(chuàng)納米科技有限公司和上海復(fù)旦大學(xué)，具備了納米材料的表面改性技術(shù)、納米材料的規(guī)模分散技術(shù)、無機納米膠囊化技術(shù)、大規(guī)模生產(chǎn)的其他配套技術(shù)，解決納米粉體材料在涂料行業(yè)中的應(yīng)用技術(shù)。如北京首創(chuàng)納米科技有限公司把不同種類和粒徑的納米材料復(fù)合，制備成多種納米功能助劑，如納米抗老化劑、納米耐沾污劑、納米疏水劑和納米增強劑。針對涂料耐老性能差、易褪色、開裂、脫落等問題，利用納米材料對紫外光的屏蔽性，采用多種納米材料復(fù)配成抗老化劑，可使涂料的人工耐老化性能達到1000小時以上。利用納米材料制備的疏水劑可提高涂料“出污泥而不染”的疏水性能。另外，利用納米材料制備成耐沾污劑可顯著提高涂料的耐污染性。
解決納米材料的表面處理技術(shù)，加快了納米技術(shù)在涂料中的產(chǎn)業(yè)化進程。北京首創(chuàng)納米科技有限公司向涂料生產(chǎn)企業(yè)提供各種納米功能助劑，解決傳統(tǒng)涂料企業(yè)納米技術(shù)的應(yīng)用問題，使納米技術(shù)在涂料中實現(xiàn)較快的發(fā)展。利用這種方法，在成本增加不多的情況下，大幅度提高了涂料產(chǎn)品的性能附加值，同時也為涂料企業(yè)取得了巨大的經(jīng)濟效益。
開發(fā)奧運工程的四種納米復(fù)合功能涂料
鋼結(jié)構(gòu)建筑以其優(yōu)異的使用性能和環(huán)保性在建筑工程中發(fā)揮著獨特且日益重要的作用，是國家建設(shè)部重點推廣的結(jié)構(gòu)。奧運工程80％為鋼結(jié)構(gòu)，直接用量為2萬噸，由于奧運項目的帶動，總需求量將達10萬噸。但鋼不耐火，一般裸露鋼結(jié)構(gòu)耐火極限僅有十幾分鐘，因此必須對鋼結(jié)構(gòu)建筑采取防火保護措施。
利用納米材料對阻燃涂料的三個重要成分進行改性：(1)納米級的無機材料可能與有機分子復(fù)合形成具有共價鍵結(jié)合的復(fù)合樹脂，具有耐高溫、黏接強度高等特點；(2)利用納米三氧化二銻、氫氧化鎂等材料，可大大提高其阻燃性能；(3)制備一種具有納米級纖維結(jié)構(gòu)的無機纖維，保證其與樹脂等材料充分復(fù)合，使超薄涂料具有高溫強度。目前已經(jīng)研究出厚度小于3mm、導(dǎo)熱系數(shù)小于0.033 K·W／m、耐火極限為1.5h的水性涂料。
奧運工程大量使用玻璃、金屬等幕墻材料，僅北京地區(qū)每年新增玻璃、金屬幕墻面積500萬平米，涂料需求500噸／年，奧運場館大量使用玻璃、金屬幕墻，北京上海、廣州等地涂料需求量約為1200噸／年。由于北京的氣候特點，這些玻璃、金屬墻很容易被污染，急需提高耐污染性。目前很多企業(yè)正在研究具有自潔凈功能的涂料，其中采用雙疏結(jié)構(gòu)和雙親結(jié)構(gòu)以及復(fù)合光催化技術(shù)思路的占大多數(shù)。已較好地實現(xiàn)了用超親水性表面結(jié)構(gòu)和納米光催化原理在玻璃、陶瓷等表面達到自清潔的效果。
隔熱保溫材料是奧運工程中重要的建設(shè)材料，利用納米技術(shù)合成纖維直徑在100納米以下的硬硅鈣石纖維狀晶體，同時制備可控納米孔結(jié)構(gòu)SiQ氣凝膠，從而制備出能在高溫條件下工作的具有低于靜止空氣導(dǎo)熱系數(shù)的納米孔超級絕熱材料。
由于傳統(tǒng)水性涂料具有硬度低、抗磨損性差等先天缺點，故目前還很難應(yīng)用在地面涂料及路面交通標(biāo)志涂料方面。利用納米級的一些活性無機材料作為反應(yīng)原料，通過有效的化學(xué)合成獲得含更多無機成分的樹脂，制成的水性樹脂可用于生產(chǎn)耐磨涂料。目前已有一些初步成果，但尚未達到實用階段。
納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)化存在的問題
近年來我國納米材料技術(shù)有了突破性的發(fā)展，專利數(shù)量也大幅度增加，但知識產(chǎn)權(quán)意識在科學(xué)界尤其是開發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域仍然淡薄。至今，除一些科研院所的初始發(fā)成果申請專利，生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)技術(shù)發(fā)明尚未有發(fā)現(xiàn)，這種狀況不利于我國技術(shù)成果的法律保護。為了加快中國納米材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展，應(yīng)注重原始創(chuàng)新，強化專利保護意識。國家將設(shè)立專項資金，鼓勵和資助專利申請，調(diào)動企業(yè)申請專利的積極性，建立和健全有利于納米材料技術(shù)成果產(chǎn)權(quán)保護制度，優(yōu)先資助擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的發(fā)明專利成果的產(chǎn)業(yè)化。
為杜絕各類假納米技術(shù)及制品誤導(dǎo)市場，坑害消費者，切實保護企業(yè)和消費者利益，凈化納米技術(shù)市場環(huán)境，國家將建立權(quán)威性的納米產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心，并根據(jù)納米材料產(chǎn)品的性能、用途、參照國際標(biāo)準(zhǔn)，制定國家納米材料行業(yè)及產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。在涂料行業(yè)中，可根據(jù)其發(fā)展的特點逐步制定納米功能助劑標(biāo)準(zhǔn)、納米乳液標(biāo)準(zhǔn)，然后制定納米涂料標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)的制定將有利于加快中國納米材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
