摘要：本文叙述纳米级材料在特种涂料中（尤其是舰船涂料）的应用情况和发展前景。在舰船涂料中应用的领域有：（ 1 ）吸收雷达波涂层 纳米材料的特殊效应有可能为舰船型吸波涂料提供新的途径和新的吸波机理。（ 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，可能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效应，可提高涂料的耐老化性。它们都可以作为发展的主要添加剂之一。（ 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。

1 前言

纳米材料是近 20 年来迅速发展起来的一类新型材料， 尤其进入二十一世纪以来，各种 纳米级材料工业化产品的陆续推向市场，使得纳米材料成为各国政府和工业部门研究开发的热点。本文就近期一些纳米级材料的发展和在舰船特种涂料和其它涂料中的应用前景作一介绍。

2 纳米材料在特种舰船涂料中应用

（ 1 ）吸收雷达波涂层

舰船涂料的一个非常重要的应用领域是作为舰船隐身材料的一部分，吸收雷达波涂料的应用正从飞机、导弹、陆地战车向更大尺寸的舰船发展，目前吸波涂料的面密度较高、低频段吸收率低是舰船型吸波涂料应用的最大难点之一。纳米材料的几大效应有可能为隐身材料提供新的途径和新的吸波机理，但纳米颗粒在低频时的电磁参数并不优于微米颗粒，而且纳米级颗粒材料分散困难、填充量有限，使其受到一定的限制。纳米多层复合膜（包括多层颗粒膜、无机 / 有机多层复合膜、金属 / 电介质多层复合膜等）由于可对多层复合膜的厚度、层数、结构和组分进行设计和控制，有望为制备高强度和具备一定频宽的微波吸收纳米材料开拓新的途径。

与目前各国普遍采用的铁磁体作为主要吸收剂的吸收雷达波涂层相比，一种介电性吸波涂料的开发正受到重视，该种涂料具有重量轻、化学稳定性好、耐热性强以及吸波频带宽的优点。而采用纳米级介电材料来制备吸波涂料可以降低介电吸波涂层材料的密度和减少涂层的厚度的突出性能。

（ 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。纳米磁性材料，特别是类似铁氧体的纳米磁性材料添加到涂料中，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。采用不同的纳米涂层材料和结构形式，可对不同波段的红外光产生不同的吸收和反射，以制备广谱的红外隐身涂层和结构。

（ 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，如碳黑、铁黑等可能是降低伪装涂料的湿反射率和耐老化性的有效途径之一。

3 纳米材料在通用船舶材料中应用

（ 1 ）在船壳漆方面的应用

纳米二氧化硅的团聚体是一种无定型白色粉末，表面状态呈三维网状结构。具有极强的紫外线吸收、红外光反射特性，能提高涂料的抗老化性能。纳米二氧化钛是 20 世纪 80 年代末发展起来的纳米材料之一，它也具有吸收紫外线的效应，可提高涂料的耐老化性。它们都可以作为发展超耐候的船壳漆的主要添加剂之一。目前工业级纳米抗老化剂已开始应用于水性建筑涂料中，纳米级氧化铁颜料，如氧化铁红、氧化铁黄和氧化铁黑等在国内已有不少工业级产品推到涂料市场，它们的优良耐候性和保色性将为开发超耐候级船壳漆提供了方向和可能。

（ 2 ）长效船舶防绣漆的开发

传统的船舶防绣漆应用红丹颜料，虽然红丹颜料已受到环境保护丹限制，但是到目前为止还没有一种防锈颜料能超过它，目前已有人研究采用纳米级颜料，应用偶联剂技术包覆在氧化铁颜料外面，以替代船舶防绣漆中的红丹颜料，经试验室加速腐蚀试验结果表明已达到了较好的防锈效果。

以工业钛粉通过高效能粉碎机进行机械化学反应后制备成钛纳米金属粉，然后在完全封闭条件下制备成钛纳米涂料聚合物涂料的主要原料，该材料现已形成工业级产品和开发出系列船舶防锈涂料产品，并已在船舶上试验和应用。

（ 3 ）在抗菌建材和抗菌涂料中的应用

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。近年来，日本积极研究利用纳米级二氧化钛作光催化剂，从而掀起一场“光净化革命”。 日本和台湾在应用具有光触媒作用的活性锐钛型 TiO 2 开发防污染涂料和空气净化涂料、或称为光催化剂涂料。利用纳米锐钛型二氧化钛和氧化锌在阳光的紫外线和氧气的存在下 ，能自行分解出自由移动的带负电的电子（ e － ），同时留下带正电的空穴（ h ＋ ）。这种空穴可以激活空气中的氧变成活性氧，有极强的化学活性，能与多种有机物发生氧化反应（包括细菌内的有机物），从而把大多数的病菌和病毒杀死，起到抗菌消毒功能。在抗菌抗霉涂料的种类中有一类是载银抗菌抗霉涂料，这类产品问世后深受用户欢迎。纳米级材料的应用可大大提高涂料的抗菌效果。在国内，纳米抗菌粉已实现工业化生产，在市场上已推出各种牌号的产品。船舶舱室内用非金属材料和涂料由于经常处于潮湿和小空间易污染的环境，尤其是处于亚热带和热带的海洋环境中，非常容易长霉菌和受到污染。可以利用纳米抗菌粉，制备舱室内的新型高效防菌防霉材料和涂料。

（ 4 ）开发新型高效船底防污涂料

船舶防污涂料一直是船舶涂料中性能最为特殊、研究技术难度最大的材料之一，由于世界各国对环境保护日益重视，在全面禁止使用有机锡防污剂的期限已为确定的时机，开发新型高效的防污剂已成为各国船舶漆研究人员关注的目标。采用纳米级防污剂，如：纳米级氧化亚铜、纳米级氧化锌等可能是一个有效的途径。或者采用微胶囊技术，用一种水溶性的树脂材料将纳米级防污剂细粉包覆形成微粒，再配制在涂料中，在实际应用中，由于海水的作用使微胶囊逐渐溶解，缓慢而有效地释放出防污剂以达到稳定长效的防污功能。

（ 5 ）在船舶阻燃材料和涂料中的应用

船舶的防火要求是关系到船舶安全，尤其是直接影响到舰船的战斗力和生存力的关键因素，有些纳米微粒具有阻燃功能，如纳米级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。

4 、纳米材料的其它应用前景

（ 1 ）导电纳米材料

为防止电磁波的干扰，电磁屏蔽涂料也发展很快，纳米静电屏蔽材料不仅有很好的静电屏蔽特性，而且也克服了碳黑静电屏蔽涂料黑颜色单调性。日本三菱金属公司推出了用氧化锡包膜的导电二氧化钛，可应用于船舶电子装备外表面的抗静电涂层。近年来浅色导电材料的研究也是热点之一。导电纳米级氧化锌可以作为导电的白色颜料，应用于涂料、塑料、橡胶等聚合物材料中，赋于这类聚合物具有抗静电性。它的一个可能应用的领域是船舶油舱用的浅色导静电涂料。

（ 2 ）纳米级梯度功能材料

在实验室采用 SiCl 4 － C 3 H 8 － H 2 体系，用化学气相沉积法（ CVD ）已制备成各种成分的 SiC － C 纳米复合材料。这种梯度功能材料具有塑性好、热应力低等优点，可明显地缓和 SiC － C 热防护材料的热应力。可能是舰船中耐高温的特殊环境使用的防护材料。

（ 3 ）超微粒传感器

传感器是超微粒最有前途的应用领域之一。由于超微粒的比表面积巨大、表面活性高，对周围环境温度、气体、湿度和光线等敏感，可望利用超微粒制成敏感度高的超小型、多功能、低能耗的传感器，如利用纳米 ZnO 的电阻变化，可制成气体报警器，作为船舶舱室内，特别是潜艇舱内的气体传感器。

5 、发展前景

目前，纳米材料研究的发展可以讲是日新月异。不仅仅是实验室内的基础研究不断深入和扩大，而且纳米级材料的工业化生产也已发展，这样就为纳米材料的实际应用提供了很好的基础和条件。船舶制造是一门多学科、综合高技术应用的领域，可以预见纳米材料也一定在船舶领域中大有用武之地。