要是每天經(jīng)受風(fēng)吹雨打、日曬雨淋，你會想出什么辦法？

（圖片來源：veer圖庫）

打傘！涂防曬霜！穿衣服！

建筑物、交通工具直接暴露在環(huán)境當(dāng)中，當(dāng)然會遭受更大的傷害。它們要穿“衣服”嗎？是的，它們要穿的衣服是 “涂層”。

涂層，又稱涂料，最常見的就是油漆。常用的涂料的主要成分通常是合成樹脂、無機(jī)物。然而單一成分的涂料很難保證擁有優(yōu)異的綜合性能，所以往往需要加入填料彌補(bǔ)涂料的缺點。今天，我們就給大家介紹一種添加了特殊材料的涂料——納米涂料。

石墨烯涂層——防腐蝕的一把好手

我們在生活中經(jīng)常見到金屬被腐蝕，比如鋼鐵生銹、銅器生銅綠、鋁制品長白斑等等。但是你知道嗎，每年由于腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失可達(dá)上萬億元，占到國民生產(chǎn)總值的3%左右，遠(yuǎn)比所有自然災(zāi)害造成的損失還來得多。

金屬被銹蝕（圖片來源：搜狐網(wǎng)、veer圖庫）

防腐蝕的方法很多，像我們中學(xué)都學(xué)過的陰極保護(hù)法、犧牲陽極保護(hù)法等等，不過，既有效又簡單還省錢的方法就是刷涂料。但就算刷了涂料，也很難保證金屬在惡劣環(huán)境下不被銹蝕。這時候納米材料就派上用場了。

所謂納米材料，就是三個維度中其中一個維度達(dá)到納米尺度的材料。石墨烯是最近幾年非常火熱的一種納米材料。石墨烯是由碳原子連接形成的一張二維網(wǎng)，厚度僅有一個原子，是一種二維的納米材料。因為擁有眾多驚人的特性，所以受到廣大研究者的青睞。

石墨烯（圖片來源：搜狐網(wǎng)）

物質(zhì)要發(fā)生腐蝕，就必須與氧氣、水分等腐蝕介質(zhì)接觸。當(dāng)石墨烯添加到涂料當(dāng)中，它巨大的平面就像一面墻壁，阻擋氧氣、水分這些腐蝕介質(zhì)的道路，腐蝕介質(zhì)不得不像走迷宮一樣在“墻壁”之間繞來繞去，于是它們在涂層中滲透的路徑大大增加，腐蝕的速度就會大大降低。傳統(tǒng)的涂料涂覆在物體表面，難免會產(chǎn)生一些裂紋，裂紋的存在會使得腐蝕介質(zhì)更容易滲透，同時裂紋的擴(kuò)展會導(dǎo)致涂層的強(qiáng)度降低。而石墨烯可以橫亙在裂紋中，不僅可以阻擋腐蝕介質(zhì)的滲透，還可以阻礙裂紋的擴(kuò)展，大大提高涂料的使用壽命。

石墨烯涂料的“迷宮效應(yīng)”（圖片來源：Cui, Bi et al. 2019）

中科院寧波材料所薛群基院士和王立平研究員帶領(lǐng)的海洋功能材料團(tuán)隊多年來致力于石墨烯重防腐涂料的研制，成功開發(fā)了系列石墨烯基沿海儲油罐重防腐涂料、導(dǎo)靜電防腐涂料、電網(wǎng)塔架防腐涂料、光伏塔架防腐涂料、耐海水防腐涂料和航天國防特種涂料等八大系列防腐和耐磨涂料，并且已經(jīng)實現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)，走在了全國前列。

媽媽再也不用擔(dān)心地板會臟了

相信大家都會為不小心蹭臟家里的墻壁、一遍又一遍地擦地而煩惱過。以后有了這種納米涂料，可能就再也不用擔(dān)心地板會臟了。

納米涂料能夠?qū)崿F(xiàn)自清潔功能，往往是因為添加了納米二氧化鈦。二氧化鈦是一類具有光催化能力的物質(zhì)，它是一種半導(dǎo)體，和金屬這類導(dǎo)體不一樣，它們的電子不能自由地移動，因為受到原子核的束縛比較強(qiáng)，它們只能在有限空間中運(yùn)動，所以通常情況下是絕緣體。在紫外線的照射下，電子可以獲得額外的能量，突破原子核的束縛成為自由電子，同時在原來的位置上留下一個空位，這個空位稱為“空穴”。有些自由電子和空穴會跑到物體的表面，和氧氣、水結(jié)合生成具有氧化性的物質(zhì)，可以輕易地殺死細(xì)菌等微生物。

金屬和半導(dǎo)體的電子能級（圖片來源：維基百科）

將納米二氧化鈦添加到涂料當(dāng)中，它就具有了光催化能力。如果此時涂料表面有污漬，就會被它們強(qiáng)大的氧化能力所清除，接著雨水一沖刷，就能變得干干凈凈，于是涂有這種涂料的物體就具有自清潔、抗菌的能力。這種涂料已經(jīng)應(yīng)用在衛(wèi)生工具、瓷磚等多種物體上。一些標(biāo)有“納米銀離子殺菌”的洗衣機(jī)和冰箱，也是利用了納米粒子的催化能力。

二氧化鈦的滅菌原理（圖片來源：https://www.lantiantun.com/）

納米隱身涂料——戰(zhàn)斗機(jī)的隱形外衣

隱身技術(shù)在軍事上發(fā)揮著越來越重要的作用。要使軍事設(shè)備實現(xiàn)“隱身”，也離不開涂料，按照功能可以分為雷達(dá)隱身涂料、紅外隱身涂料、激光隱身涂料等等。

軍事上的隱身，并不是“看不見”的意思，而是指盡量降低飛機(jī)被敵方雷達(dá)、紅外輻射等探測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)和跟蹤的可能性，也就是說隱身后的飛機(jī)在探測器看來會變得模糊不清。拿雷達(dá)探測來講，飛機(jī)之所以能被雷達(dá)探測到，是因為金屬制作的飛機(jī)對于雷達(dá)波的反射率非常高，而它所處的環(huán)境——天空，對雷達(dá)波反射率則非常小，兩者巨大的反差使得飛機(jī)在雷達(dá)面前就像一面明晃晃的鏡子。所以，只要把飛機(jī)的雷達(dá)波發(fā)射的信號降低到和天空一樣，就能達(dá)到隱身的效果。

俄羅斯陸基GAMMA-DE有源相控陣?yán)走_(dá)（圖片來源：蝌蚪五線譜）

雷達(dá)波的波長有毫米波、厘米波，而納米粒子的粒徑通常為百納米級或幾十納米級，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于雷達(dá)波的波長，最終材料對雷達(dá)波透過率比常規(guī)材料會高出許多；另外，納米材料的比表面積非常大，面積越大，對波的吸收就越強(qiáng)，因此入射的雷達(dá)波則會與納米涂料發(fā)生電導(dǎo)損耗、磁滯損耗、高頻介質(zhì)損耗等等相互作用，把電磁波的能量轉(zhuǎn)化熱量散失掉。因此當(dāng)飛機(jī)涂上納米隱身涂料，通過納米涂料的透波和吸波作用，最終會使得從飛機(jī)身上反射回去的雷達(dá)波的強(qiáng)度大大減弱，在雷達(dá)看來，飛機(jī)與天空融為一體，難以區(qū)分，就像穿上了一件隱形的外衣。

美國在隱身技術(shù)基礎(chǔ)理論和實際應(yīng)用方面居于世界前列。美國的F -117A 型戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)身表面就包覆了紅外與雷達(dá)波隱身材料, 這種隱身材料含有多種超微粒子特別是納米粒子, 對不同波段的電磁波有強(qiáng)烈的吸收能力, 可以有效降低雷達(dá)的探測能力。

美國的F117隱形戰(zhàn)機(jī)（圖片來源：https://www.airforce-technology.com/）

結(jié)語

納米涂料的能力可遠(yuǎn)不止這些。其他如利用納米粒子對紫外線的散射和吸收能力，可以制作成防紫外線的抗老化涂料、讓汽車從不同角度觀察到不同顏色的金屬閃光面漆等等。

金屬閃光變色漆（圖片來源：搜狐網(wǎng)）

十幾年前，納米材料曾被炒得熱火朝天，熱度堪比當(dāng)今的 “人工智能”、“量子力學(xué)”，而如今卻悄無聲息。其實納米材料并不是銷聲匿跡了，而是真正走進(jìn)了我們的生活。