作者 | 簡彥紅1,陳炳耀2,陳明毅1

1.廣東順德三和化工有限公司

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摘要:?概述了碳納米管的結(jié)構(gòu)及性能，介紹了碳納米管材料在幾種功能涂料中的應(yīng)用，并概括出碳納米管應(yīng)用于涂料中存在的問題及今后的發(fā)展前景展望。

前言
近年來，國內(nèi)外涂料行業(yè)日漸追求納米技術(shù)的應(yīng)用，致力于提高涂料性能或賦予其特殊功能。目前，納米材料在涂料中的應(yīng)用已取得初步成效，在涂料中添加納米材料可大大提高其粘結(jié)性、耐沖擊性、柔韌性，改善耐老化性、耐腐蝕性等傳統(tǒng)性能，此外，還可以根據(jù)需求調(diào)節(jié)涂料的自潔、抗靜電、吸波隱身等功能。碳納米管具備極高的機(jī)械強(qiáng)度、吸附能力及一定的導(dǎo)電能力等特性，將其應(yīng)用于涂料領(lǐng)域，不僅能夠極高涂層傳統(tǒng)性能，還將為涂層帶來新的功能，因此碳納米管被認(rèn)為是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ睦硐胄图{米材料。

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碳納米管的結(jié)構(gòu)及性能

? 碳納米管結(jié)構(gòu)

碳納米管中碳原子通過sp2雜化，六角形具有的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)有一定的彎曲度，因此形成了空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。當(dāng)然，sp3雜化鍵也存在，形成sp2與sp3共存的混合狀態(tài)。

碳納米管由單層或多層的石墨片繞中心卷曲而形成的納米管狀結(jié)構(gòu)，根據(jù)石墨片層數(shù)不同分為單壁碳納米管（SWCNTs）及多壁碳納米管（MWCNTs）。

??碳納米管的性能

碳納米管因其獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)而具備優(yōu)越的物理、化學(xué)性能。

如其質(zhì)量較輕，但強(qiáng)度較高；其sp2、sp3雜化幾率不同且有較大的長徑比，使得碳納米管具備優(yōu)異的彈性；其分子結(jié)構(gòu)的螺旋特性使由碳納米管制備的吸波材料吸收率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般的吸收材料；碳納米管的導(dǎo)電性能、光學(xué)性能、熱傳導(dǎo)性能可媲美金屬結(jié)構(gòu)；此外該材料的耐酸、耐堿性及熱穩(wěn)定性亦非常優(yōu)異。

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碳納米管在涂料中的應(yīng)用

??導(dǎo)靜電涂料

導(dǎo)電涂料是一種具有傳導(dǎo)電子、排除累積電荷能力的功能性涂料，在航天航空、電子、石油化工等領(lǐng)域備受青睞。

在眾多導(dǎo)電涂料種類中，常見的導(dǎo)電填料有銀粉、鎳粉、銅粉等金屬性質(zhì)填料，有碳黑、石墨、碳纖維等碳結(jié)構(gòu)導(dǎo)電填料。

其中，碳結(jié)構(gòu)填料中的碳納米管具有較大的長徑以及很好的導(dǎo)電性能，由于其質(zhì)量輕密度小，用于涂料中不易于沉淀，因而在導(dǎo)電涂料領(lǐng)域獲得越來越多的關(guān)注。

??電磁屏蔽復(fù)合涂料

現(xiàn)如今，電子科技的快速發(fā)展及通訊設(shè)備的普及已經(jīng)影響到人們生活的方方面面，但隨之而來的電磁干擾、電磁輻射正危害人們的健康。

目前電磁屏蔽復(fù)合涂料是當(dāng)下研究的熱點(diǎn)，其組成成分中導(dǎo)電填料是較關(guān)鍵組分之一。

與導(dǎo)電涂料類似，在電磁屏蔽涂料體系中，通過添加一定含量的碳納米管即可使得涂料呈現(xiàn)出電磁屏蔽特效，使用后能夠有效減少電磁干擾。

研究發(fā)現(xiàn)，通過增加電磁屏蔽涂料中碳納米管用量，涂料的屏蔽能力可逐漸增強(qiáng)；添加量相同時(shí)，碳納米管管徑越小，在形成電網(wǎng)鏈過程中其相互接觸的機(jī)率增加，利于形成良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，因此涂料的屏蔽效能隨碳納米管管徑減小而增強(qiáng)。

??隱身吸波涂料

隱身吸波涂料是現(xiàn)代隱身技術(shù)的重要突破，在飛行器、雷達(dá)等裝備領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

此類涂料主要由粘結(jié)劑與吸收劑組成，粘結(jié)劑作為主要成膜物質(zhì)，吸收劑的電磁參數(shù)在很大程度上影響了涂料的吸波性能。

目前行業(yè)使用的吸收劑主要有導(dǎo)電炭黑、鐵氧體、金屬性質(zhì)超細(xì)粉末、羰基鐵、納米吸收劑等等，其中碳納米管作為吸收劑呈現(xiàn)出很好的吸收特性，所制備出的吸波涂料還具備優(yōu)越的力學(xué)性能，是隱身吸波涂料領(lǐng)域的重點(diǎn)研究材料。

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碳納米管功能涂料發(fā)展方向

在功能涂料中碳納米管作為一種新型材料，對(duì)其改性或預(yù)處理后已廣泛應(yīng)用于交通、建筑、器械、石油化工等領(lǐng)域，若要將碳納米管材料的應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大，還需要對(duì)碳納米管在純化、修飾、表征、組裝等方面進(jìn)行改善：

（1）碳納米管在制備技術(shù)上還存在一定缺陷，生產(chǎn)成本過高，而產(chǎn)品純度較低，嚴(yán)重限制了碳納米管的推廣。因此碳納米管制備技術(shù)上首先需要深入探究其高純度、高質(zhì)量的大規(guī)模制備方法，其次降低碳納米管生產(chǎn)成本。

（2）碳納米管較大的長徑比與比表面積雖然有眾多優(yōu)勢，但其粒子之間存在很強(qiáng)的范德華力，容易相互吸附團(tuán)聚。為了保證涂料正常使用，良好的分散效果是很關(guān)鍵的，因此，探索碳納米管在涂料中的分散條件是解決此問題的重要途徑。

（3）功能涂料常常應(yīng)用于環(huán)境嚴(yán)苛的戶外，因此碳納米管與成膜基體的界面粘合力需要進(jìn)一步改善，采取修飾改性等措施增強(qiáng)兩相界面間的粘合力，保證涂料的使用壽命。

（4）在不同種類功能涂料中，碳納米管的具體應(yīng)用并不完全清晰，在用量、形狀、作用機(jī)理等方面探究的較為模糊，今后需要針對(duì)不同涂料的作用，探明碳納米管在各涂料中最優(yōu)使用條件。

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碳納米管在涂料中的應(yīng)用前景

現(xiàn)如今，涂料行業(yè)的發(fā)展日漸注重產(chǎn)品性能、功能及生態(tài)化，碳納米管的各項(xiàng)物理化學(xué)性能不僅滿足涂料性能需求，也能滿足環(huán)保要求，是一種理想的無污染環(huán)保材料。

目前我國納米復(fù)合涂料領(lǐng)域還未成熟，處于快速發(fā)展階段。我們要做的就是不斷研究，保證納米復(fù)合涂料得到持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，使我國涂料工業(yè)進(jìn)入新階段。

來源：廣東順德三和化工有限公司、廣東三和化工科技有限公司