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关键词:丙烯酸酯涂料;纳米材料;改性;应用
对“健康、绿色、环保”理念的深入认识和渴求,使人们逐渐对涂料安全使用方面的要求越来越高,要求也越来越高。但市面上传统的涂料都含有大约50%的溶剂,其中铅、汞、苯等重金属,长期挥发于室内空气中将直接对人体产生巨大的伤害,降低人体免疫力。因此。越来越多的建材涂料厂家开始研发绿色新品,以适应行业需求。
近年来,随着聚合技术的飞速发展和完善,利用纳米材料改性丙烯酸系涂料的研究越来越受到了人们重视。其中由于纳米材料具有表面效应、光学效应、小尺寸效应、宏观量子尺寸效应等特殊性质,除了可以使丙烯酸涂料改性后的获得防霉抗菌、净化空气、长期释放负离子以外,还具有手感细腻、色彩柔和、遮盖力好的特性以及优异的防水、防油、抗老化、阻透性、热稳定性、抗氧性、拉伸性和抗低温性,而且无毒无味,不含重金属离子和放射性物质。此外,由于在生产过程中加入了特殊的纳米材料,使得该功能性丙烯酸酯涂料的成膜性能显著改善,大大提高了产品的柔韧性和耐擦洗性。产品成膜后也不会由于环境的温度、湿度的起伏变化而导致裂开、剥落、脱粉等现象。
1 纳米材料的概念
纳米材料是一种超细的固体材料,在涂料、塑料加工、陶瓷化妆品、玻璃等行业的应用非常广泛。在丙烯酸酯涂料中加入纳米材料可以很大程度的改善涂料的一些性能,如纳米材料紫外线屏蔽功能,提高了耐老化性,长久不褪色,使用寿命可长达十几年;独特的光催化作用、自洁功能,可防霉杀菌,净化空气。
2 各类纳米材料改性丙烯酸酯涂料的研究现状
涂料行业因为纳米材料的出现带来了一系列新的变化和挑战,将两者的结合运用,不仅能提高传统涂料的的一些特殊性能,而且能实现涂料涂层功能的一大跨越。
(1)纳米CaCO3改性丙烯酸酯涂料。
作为软质填料的纳米CaCO3广泛应用于各类涂料中,它无毒无味、无刺激,很容易和各类聚合物相容,具有补强、填充、调色、改善加工艺和制品的性能及降低加工成本,是最常用的原料之一,在成膜物中起着骨架作用。当在丙烯酸酯涂料中添加1.5%改性纳米CaCO3时,其黏度对温度的敏感性下降,黏度显著降低,剪切触变性较强,触变性增大,涂料性能的改善与其流变性变化基本一致。此外,固体含量的改变或添加丁醇对添加改性纳米CaCO3复合丙烯酸酯涂料和传统丙烯酸酯涂料流变性的影响规律基本相同。
(2)纳米TiO2改性丙烯酸酯涂料。
涂料涂膜因受到阳光直接照射、风吹雨淋等天气原因引起的环境温度变化差异和空气的湿度变化,以及空气中酸性污染物的影响,很容易出现老化现象,尤其紫外线照射是促使涂膜老化的关键因素。纳米TiO2是很好的抗老化剂,可以提高涂料涂膜的耐候性。加入纳米TiO2后的改性丙烯酸树脂及其涂料的整体性能优于普通涂料,同时由于改性纳米TiO2自身的特性和在涂料基体良好的分散性,使改性后的涂料在光泽、防水性、抗碱性和耐擦洗性方面均优于普通的水性涂料。
(3)纳米SiO2改性丙烯酸酯涂料。
纳米SiO2由于颗粒的粒径小,比表面积大,表面的自由能很高,将纳米SiO2粉体加入到丙烯酸酯涂料中经充分分散后,纳米SiO2粉体能分布在颜料填料颗粒和乳胶颗粒之间。涂料成膜后不仅能有效地改善乳胶颗粒之间,乳胶颗粒与颜料颗粒之间的界面结合力,使耐擦洗性可由1000次提高到5000次以上,而且干燥时间缩短、悬浮稳定性、触变性能、光洁度也明显改善,具有较好的应用价值。
(4)纳米ZnO改性丙烯酸酯涂料。
经纳米ZnO改性的丙烯酸酯涂料具有良好的相容性和抗渗透能力。其中纳米ZnO添加量为0.5%(质量分数)时,对涂层的屏蔽作用是最有效的,在很大程度上提高了丙烯酸酯涂料的防腐性能。
3 展望
目前在涂料改性生产过程中一般使用纳米TiO2、SiO2等。利用纳米材料使丙烯酸酯防腐蚀涂料的性能发生变化,以此来加强该涂料的综合性能是很高效的方法,多种纳米材料用在丙烯酸酯涂料方面的工艺技术在不断完善,现阶段也取得了很好的成绩。但由于添加在涂料中的纳米材料其粒子表面是亲水的、热力学状态不稳定,在溶剂型涂料中的相容性较差,导致难分散、储存稳定性差,极易凝聚成团,从而大大影响纳米材料优势的发挥。在丙烯酸酯涂料的改性研究中,仍有一些需要解决的难题。想要更好的发挥出纳米材料的特性、加大其应用范围,科研工作者将对丙烯酸酯综合改性研究就要不断深入,不断尝试各种聚合方法,利用先进的聚合工艺,让丙烯酸酯的性能更加优良,使丙烯酸树脂朝着多元化、功能化、环保方向发展。
参考文献
[1]张玉龙,王喜梅.有机涂料改性技术[M].北京:机械工业出版社,2007.
[2]张玉龙,王喜梅.各种有机涂料改性设计加工生产工艺技术汇编[M].北京:机械工业出版社,2006.
[3]贺英,颜世锋,尹静波,高南.涂料树脂化学[M].北京:化学工业出版社,2007.
[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.
本书重点阐述了有关机械纳米结构化的先进研究方法和研究内容,如严重的塑性变形,包括高压扭转、等通道转角处理、循环挤压压缩、累积叠轧焊、表面机械研磨处理等。本书内容以工程应用为导向,提出的方法有利于集成到现有的生产工艺中。此外,为了发挥所期望的功能,本书也对结构―性质关系和影响纳米结构的方法进行了详细回顾。本书最后展望了未来发展,对机械工程和纳米结构各个领域的应用进行了概述。
本书共分三部分,31章:第一部分 纳米材料的机械性能,含第1-10章:1.纳晶材料的机械性能;2.纳米结构轻金属材料的优越机械性能和创新潜力;3.认识纳米结构贝氏体的机械性能;4.纳晶材料的本征强度;5.现代光学显微镜技术和纳米结构材料基于AFM的测量;6.强度和电导率纳米铜和SPD 115铜基合金;7.机械性能与等径弯曲通道挤压(ECAP)过程的转位边界机制;8.纳米粒子的机械性能:在透射电子显微镜内部原位表征纳米压痕;9.提高纳米结构的机械特性―特别考虑动力荷载条件下;10.生物纳米材料的机械性能。
第二部分 机械纳米结构化方法,含第11-21章:11. SPD过程-机械纳米方法;12.机械合金化/铣;13. 等径弯曲通道挤压(ECAP);14.喷丸加工获取纳米结构表面:过程和处理的表面的性能;15.纳米晶化表面机械研磨处理;16.制备纳米材料的机械研磨;17超声冲击处理-适用于金属材料表面纳米结构的有效方法;18.压缩条件下的金属纳米结构;19.铣削在合成纳米结构金属基复合材料粉体的应用;20.通过铣削加工的合成与纳米粉体特性;21.来自活性球磨的纳米结构。
第三部分 机械纳米结构化的应用与发展,含第22-31章:22.通向纳米级别的机械化学的途径(Mechanochemical Route);23.粉末微粒的气蚀解体;24.宝石中的金属纳米材料的独特性能应用;25.含高能球磨的电瓷复合材料混合处理过程;26.开发等径弯曲通道挤压技术应用于纳晶材料上细化;27. 机械处理制备的双极氧化物纳米粉体;28作为纳米材料合成与加工的通用方法高能球磨;29.合并机械合金化产品/粉;30.喷丸加工衍生的表面纳米结构技术:最新进展;31.机械化学合成的纳米材料用于能量转换和存储设备。
想要考研的你,提及纳米科学与技术专业,是否会列出“神秘”“高薪”“高就业率”“高科技”这一系列关键词呢?
真正的“高富帅”专业
如果一定要用一个词来形容纳米专业,那就是“高富帅”。
说它“高”,是因为它的的确确是高科技的产物。1纳米是1米的十亿分之一,20纳米也仅相当于1根头发丝的三千分之一。也正是这么小的尺寸,才能够用来做材料。不仅如此,纳米材料还都带着“特异功能”,具有奇异的化学物理特性。纳米虽小,用途却大,小尺寸成就大空间,真是高不可测。而研究生阶段需要学的课程也很“高”:纳米材料的结构、尺寸和形貌的表征技术、纳米粉体材料的制备与表面修饰、一维纳米材料的制备、纳米复合材料的制备、纳米结构材料的制备、纳米材料的物理特性与应用、纳米电子器件的基本原理和微加工技术、纳米材料与纳米技术的最新进展和发展趋势等都是该专业的主干课。是研究生的必修课,而新专业的科研空间更加广阔,所以发SCI的概率大大增加。想要写好论文,你就要了解纳米材料与技术的最新学科发展动向、理论前沿、应用前景等。而如果你打算游学海外,就更要在研究生阶段狂抓英语了。这一专业的专业英语词汇非常庞杂,有医学、化学、物理、材料学等诸多领域,需要系统地学习。笔者硕士一年级的时候大家每周都会用英报告,这样能有效提高英文水平,即使不打算出国,阅读国外文献也会非常流畅,开阔视野。纳米专业确实很“高”,但当你真正钻研进去,就会发现它的乐趣。
说它“富”,一点也不夸张。纳米技术、信息技术及生物技术被誉为本世纪社会经济发展的三大支柱。纳米从20世纪80年代末,90年代初开始起步,经历二十多年的发展,现在已经成为突飞猛进的前沿、交叉性新型学科。纳米技术作为朝阳产业,将在生物医学、航空航天、能源和环境等领域“大显身手”。美国国家科学基金会的纳米技术高级顾问米哈伊尔·罗科甚至预言:“由于纳米技术的出现,在今后30年中,人类文明所经历的变化将会比过去的整个20世纪都要多得多。”如此看来,纳米技术必将创造巨大的经济价值,同时也能为该专业的同学提供良好的职业发展平台。
说它“帅”,是因为它有独到魅力,吸引青年学子投其怀抱。其实,大部分工科生的研院生活都是相同的,读文献、做实验、组会、听报告,这些几乎就是我们读研生活的全部。想学好纳米专业,你首先要做个杂家。在研究生阶段,你要掌握数学、物理、化学等方面的基本理论和基本知识,学习环境纳米材料的绿色制备及其规模化,面向环境检测的纳米结构与器件的构筑原理、方法,并且了解纳米材料与纳米结构性能与机理。而做到这些还远远不够,因为理工科专业的直接目标在于应用,因此还需要学习纳米材料在污染治理中的应用原理、技术与装置研发、纳米材料的环境效应与安全性评估、纳米材料在节能和清洁能源中的应用等,掌握材料学的工艺装备、测试手段与评价技术,具备相应的科研能力,具有从事科学研究和解决工程中局部问题的能力。运用纳米技术解决这些问题和一般的常规思路有着很大的不同,有着前路未知的期盼和发现时的狂喜,为此我们都成为典型的“技术宅”,大部分时间会宅在实验室里,在外人看来,可能是只顾科研无心生活的“苦行僧”,而只有我们才能体会到纳米的“帅”及给我们生活所带来的乐趣。
想要学好纳米专业,团结协作的能力必不可缺。其学习都是以课题组和实验室为单位,很多作业和项目都是大家集体完成,比如开发一种新型的纳米材料,大家都有不同的分工,这就需要我们能紧密地合作与沟通,分担辛苦分享成功。
同时,我们还需要有极强的表达能力和动手实践的能力。我们学校经常举办学术沙龙,需要大家上台演讲,不仅本专业的导师在场,其他专业的学生和老师也会来听,并从不同角度提出意见,所以我们要足够有气场才能HOLD住场面。而实践方面,我们都有做老师科研助理的机会,同时开展自己的课题研究,不仅要写得好论文,还要做好实验。想读纳米专业,要做的功课非常多,你只有都尝试了,才能体会到这个专业的巨大魅力,才会在科技的海洋里尽情遨游。
就业面窄是误区
对于纳米科学与技术专业,很多人对它的认识存在误区。很多人认为,纳米作为高精尖技术与日常生活相距太远,所以想当然地认为其就业难。
其实,纳米真实地存在于我们的日常生活中,而随着科技的发展,未来有一天我们的衣食住行都将离不开纳米技术。所以如果你能有幸就读该专业研究生,并在学术上有所造诣,愿意将所学学以致用,那么你的就业前景无限光明!
那么纳米技术到底是怎样和实际生活联系起来的呢,而我们工科生,又将以何种方式参与这种科技改变人们生活的进程呢?
衣:在纺织和化纤制品中添纳米微粒,可以除味杀菌。化纤布结实耐磨,但会产生静电现象,加入少量金属纳米微粒就可消除静电,穿起来非常舒适。
食:利用纳米材料,冰箱的抗菌能力大大增强。纳米材料做的无菌餐具、无菌食品包装用品已经进入市场。利用纳米粉末,可以使废水有效净化,完全达到饮用标准,纳米食品色香味俱全,还对健康大有裨益。
住:对于我们这代人而言,居家做家务、清理房间是一大愁事,纳米技术的应用可以省下我们很多力气。通过纳米技术,墙面涂料的耐洗刷性可提高10倍。玻璃和瓷砖表面涂上纳米薄层,可以制成自洁玻璃和自洁瓷砖,完全不需要擦洗。含有纳米微粒的建筑材料,还可以吸收对人体有害的紫外线。既省时省力又对身体好。
行:在出行方面,纳米材料可以提高和改进交通工具的性能指标。纳米陶瓷有望成为汽车、轮船、飞机等发动机部件的理想材料,可以大大提高发动机效率、工作寿命和可靠性。纳米球添加剂可以在机车发动机加入,起到节省燃油、修复磨损表面、增强机车动力、降低噪音、减少污染物排放、保护环境的作用。纳米卫星可以随时向驾驶人员提供交通信息,帮助其安全驾驶。
而这些,只是纳米科技应用在生活中的很小一部分,纳米技术兴起晚,发展态势迅猛,更多的核心技术需要我们这一代去发掘,以期使之更好地为民生服务。可见纳米技术在日常生活中无处不在,各行各业都需要拥有高技术高学历的纳米技术专业人才,所以就业前景广阔。
具体的就业方向,男生、女生之间相差很大。纳米专业的大部分女硕士,特别是女博士一般选择到大学或科研院所做研究。研究领域涵盖纳米材料、黏合剂、涂料、电镀、陶瓷等相关领域,从事相关产品开发、生产和检测等方面。大部分男生会去纳米材料行业企业或传统材料相关企业供职。可以从事纳米材料表征、石墨烯及碳纳米材料研发、纳米材料改性、纳米材料合成、无机纳米材料制备以及交叉学科纳米材料应用的相关工作。
跨专业报考受青睐
纳米科学与技术是一个技术性很强的专业,不过并不限制跨专业报考,纳米科学与技术专业不仅不是个排外的“高富帅”,反而非常欢迎跨专业的学生融入其中,共同搭建纳米专业的大舞台。纳米科学与技术专业在工科或理科门类招生,不同学校有所不同,但都非常欢迎与之类似的材料专业同学报考,因为都涉及材料学的基础知识,所以学起来会得心应手。同时,理工科专业背景如物理、化学甚至数学这类基础学科出身的学生,也很受该专业欢迎。
在报考纳米科学与技术专业的学生中,也有一部分医学生。未来纳米技术应用于医学领域是大势所趋。利用纳米技术制成的微型药物输送器,可将适当剂量的药物,通过体外电磁信号的引导准确送达病灶部位,有效地起到治疗作用,同时可以减轻药物的不良的反应。用纳米制造成的微型机器人,它的体积可是小于红细胞的,你能想象到吗?通过它向病人血管中注射,能疏通脑血管的血栓,清除心脏动脉的脂肪和沉淀物,还可“嚼碎”泌尿系统的结石等。而随着纳米技术的发展,它与医学还会有更多的交叉。
院校介绍
对纳米科学与技术这种新兴学科来说,每个学校都有自己的特色和侧重,所以这里重点介绍一下。而通过这些不同院校的专业方向设置,我们也可以多角度地了解这一专业。
国家纳米科学中心
国家纳米科学中心是中国科学院与教育部共同建设并具有独立事业法人资格的全额拨款直属事业单位,自2005年开始招收研究生。现有博士学科专业点3个:凝聚态物理、物理化学和材料学;硕士学科专业点3个:生物物理、生物工程和材料工程。鉴于纳米科学与技术学科的前沿交叉特性,在招生阶段,现将该学科挂靠在物理学、化学、材料科学与工程和生物学4个一级学科下,并相应产生4个专业代码。涉及纳米科技系列进展、纳米检测系列讲、文献信息利用、人文系列讲座、纳米功能材料等课程。
国家纳米科学中心2013年在7个专业招收硕士研究生35人,专业包括纳米科学与技术、凝聚态物理、物理化学、材料学、生物物理学、材料工程和生物工程,研究方向涵盖高分子纳米功能材料、生物纳米结构、纳米医学、纳米复合材料、纳米电子学等几十个方向,方向非常细化,具有材料、半导体、物理、化学、微电子、生物、医药等专业背景的学生都可以报考。相信有志于纳米专业的学生,一定会在这里找到适合自己的研究方向。
国家纳米中心是比较典型的科研所,其吸引考生的除了实力,很重要的一点就是待遇优厚。该中心不需学生缴纳学费,如遇国家政策调整还会有高额的奖学金返还制度,硕士研究生根据不同年级,每个月可以拿到1300~2500元的奖学金,博士会拿到3100~4500元的奖学金。此外,还会有其他生活补助等。研究生公寓已经完全宾馆化管理,非常舒适。在国家纳米中心深造,没有经济上的后顾之忧,这样你才可以将全部精力投入到学习中去。
大连理工大学
大连理工大学的工程力学系开设生物与纳米力学专业,已然在行业内一枝独秀。该学科依托于工程力学系和工业装备结构分析国家重点实验室,软硬件条件优越,拥有先进的实验设备和仪器。学生有充足的动手实践机会,能在宏观、微观等不同层次上,进行跨学科的数值模拟和力学实验。同时,也有国家自然科学基金、重点基金、“863”“973”等众多项目和基金支持。
该专业现在有生物器官生物力学模型及新材料应用研究、分子模拟和计算机辅助药物分子设计、微纳米与多尺度力学研究、生物材料的力学行为及其多功能化4个研究方向,涉及到力学、医药、生物、机械、材料、电子、控制、测量、微纳科技等领域。
大连理工大学这个专业的直博生学制是4年,而一般的直博生需要学习5年时间,而分开读硕士和博士一般需要6至7年,这吸引了不少学生报考,因为可以节约1~3年时间。当然,在4年的时间里完成硕士和博士学业,是一件很具挑战的事情,需要最大限度地提升效率。
苏州大学
苏州大学纳米科学技术学院是苏州大学、苏州工业园区政府、加拿大滑铁卢大学携手共建的一所高起点、国际化的新型学院。该学院建立于2010年,由全球著名纳米与光电子材料学家、中国科学院院士、第三世界科学院院士李述汤教授担任院长,教学科研实力雄厚,是国内高校中为数不多的专门的纳米科学学院。招生方向涵盖纳米生物化学、纳米技术工程、纳米材料、有机无机复合纳米材料等。有关纳米的专业在物理、化学、生物学、材料科学与工程4个学科下招收学术型研究生,相关专业学生都可以报考。
需要提醒大家的是,苏州大学纳米科学技术学院初试提供详细的辅导书和真题,有意报考的同学要多关注学院的网站,以获得第一手信息。
武汉大学
武汉大学的纳米科学与技术专业在物理科学与技术学院和化学与分子科学学院均有招生,各有侧重。前者分为纳米复合材料、纳米光催化材料与技术、纳米光电子学、纳米管线阵列及其智能传感器、纳米材料制备与表征和纳米尺度结构与性能关系6个方向。后者在纳米催化、纳米生物医学、纳米材料分离分析、微纳传感技术和高分子纳米药物载体。很多方向在国内上处于领先地位,每年也有大量学生报考,竞争力较强。
武汉大学与国外多所大学有合作关系,大家如果在武大读研,出国交流、学习的机会比较多。
华中科技大学
华中科技大学是典型的工科学校,其纳米专业当然也首屈一指。华科的纳米专业同样是热门,除去每年招收本校内推的学生,考研的竞争非常激烈。
在培养模式方面,华科非常重视学、研、产相结合,科研成果转化率非常高。在就业方面,很多硕士研究生在各科研机构及高校任职。如果你求学在华科,就不用愁生活保障的问题,学校的奖励机制非常完善。学院对每位研究生在校期间将发放生活津贴,并设立各类奖学金以奖励优秀的研究生,其奖励比例达80%。
关键词:纳米材料应用
纳米发展小史
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。
什么是纳米材料
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。
1、纳米技术在防腐中的应用
由加拿大万达科技(无锡)有限公司与全国涂料工业信息中心联合举办的无毒高效防锈颜料及其在防腐蚀涂料中的应用研讨会近日在无锡召开。
中国工程院院士、装甲兵工程学院徐滨士教授,上海交通大学李国莱教授,中化建常州涂料化工研究院钱伯荣总工等业内知名人士分别在会上作了报告,与会者共同探讨了纳米技术在防锈颜料中及涂料中的应用、无毒高效防锈颜料在防腐蚀涂料中的应用以及新型防锈涂料和防锈试验方法发展等课题。
徐院士就当前纳米技术的发展情况作了简单介绍,他指出:纳米技术的研究对人类的发展、世界的进步起着至关重要的作用,谁掌握了纳米技术,谁就站在了世界的前列。我国纳米技术的研究因起步较早,现基本能与世界保持同步,在某些领域甚至超过世界同行业。
作为国内表面处理这一课题的领头人,徐院士重点谈了纳米技术对防锈颜料及涂料发展的促进作用。他说,此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防锈颜料,有的性能不错,甚至已可与铬酸盐相比,但均因价格太高,国内尚未引进。我国防锈涂料业亟待一种无毒无害、性能优异而又价格低廉的防锈颜料来提升防锈涂料产品的整体水平,增强行业的国际竞争力。
中化建常州涂料化工研究院高级工程师沈海鹰代表常州涂料院,在题为《无毒高效防锈颜料在防腐蚀涂料中的应用》报告中,详细介绍了复合铁钛醇酸防锈漆及复合铁钛环氧防锈漆的生产工艺、生产或使用注意事项、防锈漆技术指标及其与铁红、红丹同类防锈漆主要性能的比较。
在红丹价格一路攀升的今天,这一信息无疑给各涂料生产厂商提供了巨大的参考价值,会场气氛十分热烈,与会者纷纷提出各种问题。万达科技(无锡)有限公司总工程师李家权先生就复合铁钛防锈颜料的防锈机理、生产工艺、载体粉的选择、产品各项性能指标及纳米材料的预处理方法等一一做了详细介绍。
目前产品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,为此获得了中国专利技术博览会金奖.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,并已由总装备部作为重点项目在全军部分装备上全面推广使用。
本次会议的成功召开,标志着我国防锈涂料产业新一轮的变革即将开始,它掀开了我国防锈涂料朝高品质、高技术含量、高效益及全环保型发展的崭新一页。其带来的经济效益、社会效益不可估量。这是新型防锈颜料向传统防锈颜料宣战的开始,也吹响了我国防锈涂料业向高端防锈涂料市场发起冲击的号角。
2、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。预期十五期间,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。
我国每年房屋竣工面积约为18亿平方米,年增长速度大约为3%。18亿平方米的建筑若全部采用建筑涂料装饰则总共需建筑涂料近300万吨,约200~300亿元的市场。目前,我国建筑涂料年产量仅60多万吨,世界现在涂料年总产量为2500万吨,每人每年消耗4千克,为发达国家的1/10,中国人年均涂料消费只有1.5千克。因而,建筑涂料具有十分广阔的发展前景。