要是每天經受風吹雨打、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境當中，當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、無機物。然而單一成分的涂料很難保證擁有優異的綜合性能，所以往往需要加入填料彌補涂料的缺點。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濟損失可達上萬億元，占到國民生產總值的3%左右，遠比所有自然災害造成的損失還來得多。

金屬被銹蝕（圖片來源：搜狐網、veer圖庫）

防腐蝕的方法很多，像我們中學都學過的陰極保護法、犧牲陽極保護法等等，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，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）

物質要發生腐蝕，就必須與氧氣、水分等腐蝕介質接觸。當石墨烯添加到涂料當中，它巨大的平面就像一面墻壁，阻擋氧氣、水分這些腐蝕介質的道路，腐蝕介質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。傳統的涂料涂覆在物體表面，難免會產生一些裂紋，裂紋的存在會使得腐蝕介質更容易滲透，同時裂紋的擴展會導致涂層的強度降低。而石墨烯可以橫亙在裂紋中，不僅可以阻擋腐蝕介質的滲透，還可以阻礙裂紋的擴展，大大提高涂料的使用壽命。

石墨烯涂料的“迷宮效應”（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的海洋功能材料團隊多年來致力于石墨烯重防腐涂料的研制，成功開發了系列石墨烯基沿海儲油罐重防腐涂料、導靜電防腐涂料、電網塔架防腐涂料、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，并且已經實現規模量產，走在了全國前列。

媽媽再也不用擔心地板會臟了

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，可能就再也不用擔心地板會臟了。

納米涂料能夠實現自清潔功能，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，它是一種半導體，和金屬這類導體不一樣，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，它們只能在有限空間中運動，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、水結合生成具有氧化性的物質，可以輕易地殺死細菌等微生物。

金屬和半導體的電子能級（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。這種涂料已經應用在衛生工具、瓷磚等多種物體上。一些標有“納米銀離子殺菌”的洗衣機和冰箱，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——戰斗機的隱形外衣

隱身技術在軍事上發揮著越來越重要的作用。要使軍事設備實現“隱身”，也離不開涂料，按照功能可以分為雷達隱身涂料、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被敵方雷達、紅外輻射等探測系統發現和跟蹤的可能性，也就是說隱身后的飛機在探測器看來會變得模糊不清。拿雷達探測來講，飛機之所以能被雷達探測到，是因為金屬制作的飛機對于雷達波的反射率非常高，而它所處的環境——天空，對雷達波反射率則非常小，兩者巨大的反差使得飛機在雷達面前就像一面明晃晃的鏡子。所以，只要把飛機的雷達波發射的信號降低到和天空一樣，就能達到隱身的效果。

俄羅斯陸基GAMMA-DE有源相控陣雷達（圖片來源：蝌蚪五線譜）

雷達波的波長有毫米波、厘米波，而納米粒子的粒徑通常為百納米級或幾十納米級，遠遠低于雷達波的波長，最終材料對雷達波透過率比常規材料會高出許多；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，因此入射的雷達波則會與納米涂料發生電導損耗、磁滯損耗、高頻介質損耗等等相互作用，把電磁波的能量轉化熱量散失掉。因此當飛機涂上納米隱身涂料，通過納米涂料的透波和吸波作用，最終會使得從飛機身上反射回去的雷達波的強度大大減弱，在雷達看來，飛機與天空融為一體，難以區分，就像穿上了一件隱形的外衣。

美國在隱身技術基礎理論和實際應用方面居于世界前列。美國的F -117A 型戰斗機機身表面就包覆了紅外與雷達波隱身材料, 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烈的吸收能力, 可以有效降低雷達的探測能力。

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

結語

納米涂料的能力可遠不止這些。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）

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