纳米涂层的工作原理
我们经常在说纳米，那么纳米是什么意思呢？纳米是一种非常小的单位，拿米来举例，一米是由十亿纳米组成。
纳米技术是在无形的非常微小的纳米尺度上进行的所有活动的总称，可以适用于各种学科，如化学、技术、工程和许多其他的学科。纳米技术的基本结构是纳米粒子，可以小到 100 纳米或更小。以这种规模（大约是人类头发的 1/80000 的宽度）进行的物质操作和设计是纳米技术的主要研究领域。
纳米技术应用于许多行业，从医学到工程，从化学到农业。虽然纳米粒子可用于诊断和治疗某些医疗状况，但也预计它们也可以应用于可持续能源领域以提供环保解决方案。此外，纳米技术也可以广泛用于工业部门和最终产品的制造。
我们这里举几个例子说明纳米技术在我们日常生活中的作用：它可以延长食品包装的使用寿命，使电子设备的重量更轻，增加防晒霜对紫外线的抵抗力，增强人造骨骼，提高车辆表面对外部因素的耐久性。
纳米涂层是根据纳米技术原理开发的隐形薄层。当物体表面被这些涂层覆盖时，它们会获得各种特性。其中一些是：
· 防水防油
· 抗紫外线
· 耐各种问题，例如划痕、冲击、霉菌、褪色和氧化
· 防止细菌生长
· 对有害化学物质的抵抗力
由于这些改善处理表面功能的特性，纳米涂层被广泛应用于一系列材料、产品和结构，目的是延长它们的使用寿命并提高它们的易用性。
根据材料的性质，用纳米涂层处理的表面可以获得各种特性，例如防液体和防污渍或抗划痕和耐化学品。由于这些品质，消费者可以更轻松、更顺畅地使用经纳米涂层处理的产品，延长个人物品或家庭/车辆表面的使用寿命，并让自己的钱花出去获得的价值更持久。由于纳米涂层的应用，这些产品变得更容易清洁，增加了耐用性，从而减少了消费者在清洁和产品护理过程中投入的时间和精力。贵重物品和个人物品在其价值增加的同时也能一直保持良好的状态。
在这种情况下，疏水性是指憎水性。用纳米涂层处理的表面变得疏水。通过这种方式，处理过的表面可以排斥液体，变得易于清洁并保持无污渍。
我们常说的荷叶效应，则是以荷叶命名的说法，这是与广为人知的睡莲十分相似。水生莲花植物由于它们的防污叶子而闻名。这种疏水性在小麦和玉米等其他植物中也能观察到，这种特性有助于叶子和花瓣保持清洁。纳米涂层的表面结构是受到这些植物的自然结构的启发，所以这些对物体表面提供的憎水性和易于清洁的特性被称为荷叶效应。
为了达到这种目标，纳米涂层可应用于各种表面，包括但不限于纺织品、玻璃、陶瓷、金属、木材和天然矿物。它们可以防止珍贵的衣物和鞋类被弄脏，也为车辆表面、木制家具、船甲板和我们日常生活中使用的许多其他表面提供疏水性和荷叶效应。
就像人体会被紫外线晒伤晒黑一样，物体表面也会受到紫外线的伤害。当不耐紫外线的材料长时间暴露在这些射线下时，可以观察到一些不好的结果，例如变色、褪色、开裂、分解、晒伤、破损和失去柔韧性。这些损害通常称为紫外线伤害。
我们日常生活中广泛使用的许多类型的天然和合成材料都容易受到紫外线伤害。提供紫外线防护的纳米涂层可用于防止各种产品和结构受到阳光伤害，尤其是由橡胶、木材和 PVC 制成的产品和结构。这些类型的纳米涂层是专门为保护表面免受紫外线伤害而研发的。
当紫外线防护纳米涂层应用于经常暴露在阳光下的表面时，这种不可见的涂层可以起到屏蔽作用，防止褪色、磨损和开裂等问题。为此，纳米涂层广泛应用于木制家具、纺织品和皮革、船表面和车辆油漆。
随着用纳米涂层处理的表面变得具有疏水性和防污性，可以防止污渍形成，并且可以使这些表面的清洁过程变得更容易。由于纳米涂层起到了屏蔽作用，因此即使是会导致最顽固污渍的污染物也不能被吸收到物体的更深层，这些污染物会直接从物体的表面滑落。由于纳米涂层产生的疏水性和荷叶效应，污垢不能附着在表面上，并且无需传统的清洁工艺或者清洁剂即可轻松擦去。
纳米涂层广泛用于纺织产品、 汽车 护理、厨房护理、个人物品清洁和家居表面。例如，经过纺织品纳米处理过的绒面鞋即使暴露在污垢和泥土之后也可以简单地擦拭干净。同样的原理也适用于 汽车 纳米表面保护产品；它们在油漆上形成一层耐用、持久的涂层，防止雨水、泥浆、石灰、硬水、鸟粪、化学品和砾石等外部因素形成污渍并损坏车漆表面。
纳米涂层被应用于许多行业，因为它们在各种表面上形成保护层。
在纺织和零售行业，它们用于保护纺织品和织物免受污渍、褪色、磨损、皱纹、紫外线损伤和细菌滋生。在 汽车 和船舶工业中，纳米涂层可以保护处理过的表面免受液体、湿气和紫外线的影响，防止氧化、腐蚀和划伤等问题。类似地作用于家具、家居表面和个人物品，因为它们具有防液体和防污、易于清洁的特性、具有耐化学性和耐刮擦性；与标准涂料相比，纳米涂料可以凭借更少的用量提供更有效和更持久的性能。
纳米涂层包含以纳米尺度测量的极小颗粒。这就是它们在处理过的表面上形成比标准涂层薄得多的保护层；这种保护层是人眼不可见的，不会以任何方式影响表面的纹理或外观。这种保护层改变了被处理材料的表面性能，使他们具有抗液体性、抗污性、易清洁性和对各种破坏因素的耐久性等特性。通过这种方式，纳米涂层可以延长物体的使用寿命，促进并增加物体的功能和价值。
2 ． 1 舰船用防污涂料
目前防污涂料发展的主要类型：①不含有机锡的自抛光防污涂料；②无锡的磨蚀型防污涂料；③无毒防污涂料 ( 低表面能涂料、生物防污涂料 ) ；④导电防污涂料。其中以不含有机锡的低毒或无毒防污涂料为主要研究和开发目标，以无锡自抛光或磨蚀性防污涂料产品的开发最快。无锡自抛光防污涂料具有长效防污和降阻节能的特点，同时符合环境保护要求，无论在经济 上还是在军事上均具有十分重要的现实意义。
低表面能防污涂料俗称“不粘”涂料。它利用涂料表面具有低表面能的物理性能使海生物难于附着或者即使附着其黏结力也很小，在船舶低速航行时，受到海水剪切力作用很容易被清除。现有的低表面能防污涂 料主要以有机硅、有机氟树脂为基体树脂，利用有机 硅、有机氟的低表面能特性而制成的。此类防污涂料已开始实际应用，防污期效最长可达 5 a 。
生物防污涂料用天然防污剂是利用生物技术从多 种海洋动植物和陆地植物中提取的天然防止海生物污 损的物质，主要有大叶藻类防污剂、苦动栋树防污剂、酰化丹叶大黄素贻贝防污剂、辣根防污剂、海绵脂肪酸防污剂、含有分解蛋白酶的防污剂等。仿生防污涂料利用的是仿生学原理。主要有 2 个方向：①提取海洋中的天然活性物质作为防污剂；②模拟大型海洋动物的表皮结构来实现防污。生物技术是一个高产出产业，利用生物技术生产制作上述各类防污剂，对人体、环境和海生物无害，开发这一领域将会产生巨大的社会效 益和经济效益。
导电防污涂料是在船体外壳表面涂上数层导电涂料，当微小直流电通人涂覆有导电涂料的表面时，会使海水电解产生次氯酸钠，达到防止海生物附着于船壳 表面的目的。 低 VOC 防污涂料的实现途径通常有 3 种：①水性防污涂料；②粉末防污涂料；③高固含量防污涂料。目前，国内外对低 VOC 防污涂料的研究和开发见诸报道的也只是在水性防污涂料方面取得的成果 。
海洋防污涂料是海洋涂料中最重要的品种之一， 直接对船主的利益和海洋环境产生影响，所以研究人员和涂料供应商努力开发更为环保、性能更好、更具有竞争力的海洋防污涂料。
防污技术还包括电化学防污方法、控制腐蚀微生物的新方法——电化学杀菌 和外加电位防污法。
2 ． 2 船体防锈涂料
目前船底防锈涂料的品种大体可分成 3 大类：①传统的沥青系和油性系；② 以环氧、乙烯、环氧沥青、乙烯沥青和氯化橡胶树脂为主体的高性能船底防锈涂料；③新型高性能船底防锈涂料，主要包括改性环氧、玻璃鳞片涂料、氟树脂涂料等。
2 ． 3 舰船用特种功能涂料
舰船特种涂层材料是舰船装备不可缺少的组成部分。它涉及的领域包括：耐高温、隔热、防火、吸声阻尼、吸波、光学伪装等，主要有舰用雷达吸波隐身涂料、吸收声纳波涂料、红外隐身涂料、抗热辐射涂料、飞行甲板防滑涂料、耐高温涂料等，尽管用量不大，但是舰船不可缺少和替代的配套材料，而且随着武器装备现代化进程的加快，特种涂层材料在舰船各部位所起的 作用越来越大。
3 吸波涂料
吸波涂料是能够吸收投射到它表面的电磁波能量，并通过材料的损耗转变成热能的一类材料。吸波涂料主要由吸收剂和黏结剂组成。其中含有特定电磁参数的吸收剂是吸波涂料的关键所在，决定了吸波涂料的吸波性能；黏结剂是涂料的成膜物质，是使涂层牢 固黏附于被涂物表面并形成连续膜的主要物质。吸波 涂料一般根据吸收剂不同可分为以下几类：铁氧体吸波涂料、羰基铁吸波涂料、金属超细粉末或金属氧化物磁性超细粉末吸波涂料、陶瓷吸波涂料、纳米吸波涂料、放射性同位素吸波涂料、导电高分子吸波涂料、视黄基席夫碱盐类吸波涂料、手征性吸波涂料、掺杂高损物吸波涂料、稀土元素吸波涂料。
研究高性能、宽频带吸波涂料以展宽有效频带、实现多频谱隐身效果为吸波涂料未来发展的主要方向。同时，研究各种新的吸收剂，探讨新的吸波机理，以满足吸波涂层所追求的“薄、轻、宽、强”的目标 。
吸波涂料是军事上的主要隐形材料之一，在民用 产品上的应用也相当广泛，如人体安全防护、微波暗室消除设备和通讯及导航系统的电磁干扰、安全信息保密、改善整机性能、提高信噪比、电磁兼容，以及波导或同轴吸收元件、广播电视发射台的电磁辐射防护、工业 科学和医疗设备电磁辐射防护、日常生活用品微波炉、 手机的电磁辐射防护等许多方面。 [Page]
4 纳米隐身涂料
隐身涂料是固定覆盖在武器系统结构上的隐身材料，按其功能可分为雷达隐身涂料、红外隐身涂料、可见光隐身涂料、激光隐身涂料、声纳隐身涂料和多功能隐身涂料等。纳米涂料一般都是由纳米材料与有机涂料复合而成的，更科学地讲应称作纳米复合涂料。经过几十年的发展，隐身涂料作为隐身技术的关键技术之一，已不仅仅用于飞航导弹等飞行器上，最新的发展是几个主要工业化国家和军事强国已开始将隐身涂料技术应用于海军舰艇、隐身装甲车、隐身水雷、隐身火炮、隐身坦克、隐身车辆、隐身雷达、隐身通讯系统、隐身工程、隐身工事、隐身机器人、隐身作战服和红外隐身照明弹等技术装备上。
纳米材料在舰船涂料中应用的领域有：①吸收雷达波涂层。②舰船红外隐身涂层：纳米氧化铝、氧化铁、氧化硅和氧化钛的复合粉体与高分子纤维结合对中红外光波段有很强的吸收性能，这种复合体对该波段的红外探测器有很好的屏蔽作用，既具有优良的吸收雷达波的特性，又有良好的吸收和耗散红外线的性能，具有明显的隐身功能。③潜艇伪装涂料：潜艇伪装涂料的技术关键是涂料的湿反射率和耐老化性。应用纳米级的深色颜料，是降低伪装涂料的湿反射率和提高耐老化性的有效途径之一。④超耐候的船壳漆：纳米二氧化钛具有吸收紫外线的性能，可提高涂料的耐老化性。它们都可以作为今后主要发展的添加剂之 一 一。⑤船舶舱室内抗霉涂料：纳米二氧化钛、纳米氧化锌等纳米材料可作为对人体无毒、抗菌范围广、热稳定性优良的抗菌剂。可以利用纳米材料的抗菌作用，制备舱室内的新型高效防菌防霉材料和涂料。⑥新型高效船底防污涂料：采用纳米级防污剂，如纳米氧化亚铜、纳米氧化锌等，或者采用微胶囊技术可能是一个有效的途径。⑦船舶阻燃材料和涂料：某些纳米微粒具有阻燃功能，如纳米氧化锌可以作为阻燃剂添加到船舶舱室内装饰材料中或配制成阻燃涂料，提高船舶非金属装饰材料和阻燃涂料的防火性。
5 汽车涂料
汽车涂料包括汽车在制造与维修中使用的涂料，主要品种有汽车底漆、汽车面漆、罩光清漆、汽车中间涂料和汽车修补漆等。汽车涂料已经成为一种专用涂料。在汽车工业发达国家，汽车涂料的产量占涂料 总产量的 20 ％左右。
5 ． 1 底漆
世界各国汽车底漆绝大部分使用阴极电泳漆，阴极电泳漆今后的发展方向是高耐久性、高泳透力、低颜料含量、低 VOC 、低气味、低发烟、无重金属、少 CO2 产生量、质轻、节能等。无铅阴极电泳涂料、低温固化型电泳涂料等在欧美和日本也已有应用。
5 ． 2 中涂漆
腻子、二道底漆和封闭漆都是配套涂层的中问层， 即中涂漆。中涂漆和面漆开发的重点为水性涂料、粉 末涂料和高固体分涂料。
5 ． 3 面漆
汽车用面漆在整个涂层体系中发挥着主要的装饰和保护作用，决定了涂层的耐久性能和外观。目前一些西方发达国家的新建汽车涂装线上，已采用了水性汽车面漆，国内基本上还主要使用溶剂型面漆。汽车面漆的主要品种是磁漆，一般具有鲜艳的色彩、较好的 机械性能和耐候性。
5 ． 4 金属闪光底色漆
所谓金属闪光底色漆就是作为中涂层和罩光清漆 层之间的涂层所用的涂料。它的主要功能是着色、遮 盖和装饰作用。金属闪光底色漆之所以具有这种特殊 的装饰效果，是因为该涂料中加入了金属铝粉或珠光 粉等效应颜料。
5 ． 5 塑料涂料
汽车塑料涂料与其他金属部件用涂料相似，也分为底漆、底色漆、清漆或面漆。
5 ． 6 阻尼涂料
最近几年来，汽车阻尼涂料一般采用以聚氯乙烯 树脂 ( 即 PVC) 为主要基料制成的一种无溶剂的 PVC 系列涂料，其固体含量一般可达到 100 ％。这种 PVC 涂料有较好的硬度、伸长率、剪切强度和拉伸强度，能很好地满足阻尼涂料的性能要求。
5 ． 7 粉末涂料
汽车用粉末涂料有环氧聚酯混合型、聚酯、聚氨酯和丙烯酸等类型。今后，汽车用粉末涂料的发展将在进一步提高耐候性、抗紫外线性、低温固化、薄膜化和装饰性等方面努力。
5 ． 8 纳米材料在汽车涂料中的应用
纳米材料在汽车涂料中的应用主要包括纳米面漆、纳米玻璃涂料、碰撞变色涂料、抗石击涂料、防静电涂料、除臭涂料等。利用其特殊性能，开发性能优异的汽车涂料具有广阔的发展前景。
6 其他新型涂料
6 ． 1 防滑涂层
舰载飞机甲板防滑涂层主要指航空母舰、大型驱 逐舰等军舰起降飞机和停泊飞机所配备的特有的防滑涂层。根据其采用的材料不同，可分为树脂基防滑涂层和金属基防滑涂层；根据涂装方法的不同又可分为 喷涂甲板防滑涂层和辊涂甲板防滑涂层。
6 ． 2 潜艇特征信号控制涂层 [Page]
潜艇的声学特征控制技术是一门综合应用技术。声隐身涂层具有阻尼作用、隔声作用、消声作用，目前有隔声材料、消声材料聚氨酯声隐身涂层。
6 ． 3 新型光触媒涂料
中国科学院理化技术研究所最近成功研制出同时具有抗菌、防雾、自洁、光催化分解污染物等多重功效的新型光触媒涂料。该涂料中的主要功能成分为 TiO2 及其银系复合物。这种涂料可在多种材料如玻璃、陶瓷、塑料等表面使用，赋予这些材料抗菌、防雾、防霉、自洁、光催化分解污染物等多重功能。因此这种涂料可在多种场合诸如汽车后视镜、汽车玻璃、玻璃幕墙、道路交通指示牌、广告牌、汽车车身和火车车身上使用。理化所已就此项技术申请了国家发明专利。
6 ． 4 新型净化汽车尾气涂料
英国的幸福时代化学公司最近发明了一种涂料，将这种涂料涂在汽车的排气管内，可吸收汽车尾气中的大多数有害气体。除了净化汽车尾气外，该公司还希望这种涂料能成为建筑工程师和城市规划人员消除环境污染的新武器。这种涂料是一种聚硅氧烷基涂料，其中分布着大量直径约 30 nm 的二氧化钛和碳酸 钙球形颗粒。
6 ． 5 新型保护光盘不受磨损涂料
El 本 TDK 公司开发出一种具有很强抗磨损能力的新型光盘涂料。 CD 、 DVD 等光盘使用这种涂料涂装后，可有效地免除光盘表面受到磨损后数据无法读出的苦恼。这种新型涂料采用了双层制作工艺。 TDK 公司表示，这种新涂层不但比该公司两年前开发的单层 涂层更加坚韧耐磨，而且在可见光范围内是透明的，可 以很好地保护彩色液晶显示屏表面不受损坏。
6 ． 6 新型室温可逆变色涂料
一 种以钴盐为变色晶体、吸水性材料为水汽平衡剂的变色涂料。这种涂料能够有效地克服环境湿度、成膜材料对色变点温度的影响，变色涂料的色变点可以限定在 30 ～ 32 ℃之问。同时，添加其他惰性颜料可以形成具有多种调和色的变色涂料。
6 ． 7 新型热防护涂料
研究了一种用于超音速飞行器的外热防护涂料。防热涂料应具有密度小、导热系数小、比热容大、热解温度低、热解潜热大、气化分数高、热解气体比热容高、辐射系数大及与飞行器表面的黏结性好等特性。苯基硅树脂改性的 E 型环氧具有良好的性能，以其为基体的涂层材料性能较好。
6 ． 8 热障涂层及溶胶一凝胶涂层
目前，提高燃气轮机工作温度最可行和最经济的途径是在使用先进的高温合金材料和冷却技术的前提下采用热障涂层。使用热障涂层可以减少热量从燃气向金属部件的传递，使金属部件的工作温度降低 50 ～ 80 ℃ ，短时问内可降低 140 ℃ 。热障涂层包括 2 个部分：内层的抗氧化合金层 ( 中间层 ) 和外层的绝缘陶瓷 层 ( 面层 ) 。
溶胶一凝胶涂层技术应用于金属表面上，赋予金属表面更高的抗氧化性能、耐腐蚀性能等，具有广泛的 应用前景。随着溶胶一凝胶涂层技术及控制技术的发 展，将对提高金属的抗腐蚀能力做出更大的贡献。
7 结语
开发环境友好型防污涂料是 21 世纪海洋涂料的发展方向之一，无毒低表面能防污涂料、无锡自抛光防污涂料、来源广泛的生物仿生防污涂料将是未来发展的重点所在，发展新型的海洋防污涂料技术势在必行。相信实现新型海洋防污涂料的商业化、实用化将为期不远 引。由于纳米材料在具有良好吸波特性的同时还具有频带宽、兼容性好、面密度低、涂层薄的特点，美、俄、法、德、日等国都把纳米材料作为新一代隐身材料加以研究和探索。从市场看汽车涂料是整个涂料行业的发展重点之一。一些新型涂料的开发与应用丰富了涂料类型，对涂料行业的发展做出了贡献。涂料基本知识
另附
一、 涂料的定义及作用
定义：俗称油漆，是一种涂覆在物体表面经过一定时间的物理和化学反应变化后，形成粘附牢固、具有一定强度、连续的固态薄膜。
作用：保护作用、装饰作用、色彩标志、特殊作用
二、 涂料的组成
主要成膜物质：天然树脂、植物油、人造、合成树脂
次要成膜物质：颜料（着色、防锈、特种）、功能材料
辅助成膜物质：溶剂、助剂、催化剂等
三、 涂料的分类
按形态分类：溶剂型、无溶剂、水性、粉末
按用途分类：建筑、皮革、纸张、木器
按成膜机理分类：水乳胶、塑性熔胶、挥发性
按施工工序分类：底漆、腻子、二道底漆、面漆
按涂膜性能分类：绝缘、防锈、耐磨、防腐蚀
按成膜物质分类：环氧树脂、天然树脂、醇酸树脂
四、船舶涂料的分类
船用车间底漆
水线以下涂料：船底防锈、防污漆、船用防锈漆
水线以上涂料：船用水线漆、船壳漆、甲板漆、货舱漆、舱室内部用面漆
液舱涂料：饮水舱涂料、压载舱漆、油舱漆、机舱舱底涂料
第二节 船舶涂装工艺
船舶涂装工艺主要包括钢材表面除锈和涂漆两项工作
一、 钢材表面除锈
1、手工除锈（使用简单工具或小型机械除锈工具除锈如风动打磨工具）
2、喷砂（丸）除锈
3、化学除锈
4、抛丸除锈
二、涂漆作业
1、空气喷漆
原理：压缩空气从空气帽的中心孔喷出，在涂料喷嘴前端形成负压区，使从喷嘴喷出的涂料进入高压气流区，迅速扩散呈雾状飞向被涂物表面。
方法：利用各种喷枪进行作业
特点：涂漆效率高、适应性强、漆膜质量好、涂料利用率低（50%），污染环境。
2、高压无气喷漆
原理：不需借助压缩空气喷出使涂料雾化，而是给涂料施加高压使其喷出雾化。
方法：利用无气喷漆设备进行作业
特点：涂漆效率高（比空气喷漆高3倍以上）、对涂料黏度适应范围广、漆膜质量好、涂料利用率高，污染环境小。
RTV-2和PRTV防污闪涂料，是一个产品的两个不同的名称，这两个名称全部都是RTV的升级版，在各方面的性能上相比于RTV都有很大的提高，主要体现在几个方面上：
1、憎水性和憎水迁移性都更高，具有更高的绝缘和防污闪的效果。
2、使用寿命不同，RTV基本是3年左右，PRTV可用10年以上。
3、室温硫化硅橡胶（Room Temperature Silicone Rubber）简称RTV防污闪涂料，近年来以其长效、免维护等突出特点作为一种新技术、新材料在国内得到快速发展和广泛应用。在我国RTV涂料经历了由多组份、双组份、单组份的发展过程，经多年挂网运行，单组份RTV长效防污闪涂料、单组分PRTV超长效防污闪涂料，主要适用于1100KV以下的各电压等级的输变电设备上： 悬式绝缘子（瓷和玻璃）、支式绝缘子、开关、刀闸、避雷器、互感器、耦合电容、穿墙套管等,以及潮湿地区室内变电设备的各种瓷件上。
天津大吕电力科技股份有限公司，PRTV超长效防污闪涂料，采用新型纳米材料研制，具有超长效的防污闪能力，为电力安全保驾护航！
