关键词：纳米技术；纳米材料；涂料
中图分类号：TB383文献标识码：A
1纳米技术及纳米材料
1.1纳米技术
纳米技术是20世纪80年代末诞生且正在崛起的新技术，主要是在0.1-100nm尺度范围内，研究物质组成的体系中电子、原子和分子运动规律与相互作用，其研究目的是按人的意志直接操纵电子、原子或分子，研制出人们所希望的、具有特定功能的材料和制品。纳米科技将成为21世纪科学技术发展的主流，它不仅是信息技术、生物技术等新兴领域发展的推动力，而且因其具有独特的物理、化学、生物特性为涂料等领域的发展提供了新的机遇。
1.2纳米材料
纳米材料主要由纳米晶粒和晶粒界面两部分组成，其晶粒中原子的长程有序排列和无序界面成分的组成后有大量的界面（6×1025m3/10nm晶粒尺寸），晶界原子达15%～50%，且原子排列互不相同，界面周围的晶格原子结构互不相关，使得纳米材料成为介于晶态与非晶态之间的一种新的结构状态[1]。狭义上，纳米材料是指粒径在0.1-100nm范围内的或具有特殊物理化学性能的材料。广义上，纳米材料是指在三维空间中至少有一维长度在0.1-100nm范围内的或具有纳米结构的材料。按化学组成可分为:纳米金属、纳米晶体、纳米陶瓷、纳米玻璃、纳米高分子和纳米复合材料等。由于纳米材料具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应和一些奇异的光、电、磁等性能，将其用于涂料中后，除了可以改性传统涂料外，更为重要的是可以制备各种功能涂料，如具有抗辐射、耐老化、抗菌杀菌、隐身等特殊功能的涂料。
2纳米材料在涂料领域中的应用
现阶段纳米材料在涂料中的应用主要为两种情况[2]：（1）纳米材料经特殊处理后，添加到传统涂料中分散后制成的纳米复合涂料（Nanocompositecoating），使涂料的各项指标均得到了显著的提高。将纳米离子用于涂料中所得到的一类具有抗辐射、耐老化、具有某些特殊功能的涂料称为纳米复合涂料。（2）完全由纳米粒子和有机膜材料形成的纳米涂层材料，通常所说的纳米涂料均为有机纳米复合涂料。目前，用于涂料的纳米粒子主要是某些金属氧化物（如TiO2、Fe2O2、ZnO等）、纳米金属粉末（如纳米Al、Co、Ti、Cr、Nd等）、无机盐类（CaCO3）和层状硅酸盐（如一堆的纳米级粘土）[3]。
2.1纳米TiO2在涂料中的应用
2.1.1随角异色效应
由于纳米二氧化钛晶体的粒径大约是普通钛白粉的1/10，远远低于可见光的波长，本身具有透明性，又对可见光具有一定程度的遮盖，透射光在铝粉表面反射与在纳米二氧化钛表面反射产生了不同的视觉效果。到1991年，全世界已有11种含超细二氧化钛的金属闪光漆。目前，福特、克莱斯乐、丰田、马自达等许多著名的汽车制造公司都已使用含有超细二氧化钛的金属闪光漆[4]。
2.1.2抗老化性能
提高材料抗老化性能的传统方法是添加有机紫外线吸收剂，纳米TiO2粒子是一种稳定的、无毒的紫外光吸收剂。因为用作涂料基料的高分子树脂受到太阳中紫外线的长期照射会导致分子链的降解，影响涂膜的物理性能，因此若能屏蔽太阳光中的紫外线，就可大幅提高漆膜的耐老化性能。郭刚[5]等研究发现利用金红石型纳米TiO2优异的紫外线屏蔽性能改性传统耐候型聚酯――TGIC粉末涂料可以大幅度地提高其耐老化性能。
2.1.3抗菌杀毒
纳米TiO2有抗菌杀毒作用，用于涂料是涂料发展中的一个重大成就。纳米二氧化钛具有高的光催化性，在紫外光的照射下能分解出自由移动的带负电的电子e-和带正电的空穴h+形成电子――空穴对，该电子――空穴对能与空气中的氧和H2O发生作用，通过一系列化学反应形成原子氧（O）氢氧自由基（OH），这种原子氧和氢氧自由基具有很高的化学活性，能与细菌中的有机物反应生成二氧化碳和水，从而达到杀灭细菌的作用。[6]
纳米TiO2的抗菌杀毒作用已成为国内外关注的焦点。日本已有不少企业开发出纳米TiO2光催化涂料并实现了商业化生产。目前，由于国内对于纳米TiO2的研究大多还处于实验阶段，在涂料性能的提高和完善方面还有大量的工作要做，因此，对纳米涂料的研究要不断深入，以提高我国涂料的工业水平，推动纳米涂料的发展和应用。
2.2纳米SiO2在涂料中的应用
纳米SiO2具有三维网状结构，拥有庞大的比表面积，表现出极大的活性，能在涂料干燥时形成网状结构，同时增加了涂料的强度和光洁度，而且还提高了颜料的悬浮性，能保持涂料的颜色长期不变。在建筑内外墙涂料中，若添加纳米SiO2，可明显改善涂料的开罐效果，涂料不分层，具有触变性、防流挂、施工性能良好等优点，尤其是抗沾污性能大大提高，具有优良的自清洁能力和附着力。纳米SiO2还可与有机颜料配用，可获得光致变色涂料。
欲使纳米SiO2材料在涂料中真正地得到广泛应用，须解决纳米SiO2在涂料中的分散稳定性问题。通常的做法是加入表面活性剂包裹微粒或反絮凝剂形成双电层的措施。同时在分散时可配合使用超声波分散。
2.3纳米ZnO在涂料中的应用
纳米ZnO等由于质量轻、厚度薄、颜色浅、吸波能力强等优点而成为吸波涂料研究的热点之一。在阳光的照射下纳米ZnO在水和空气中具有极强的化学活性，能与多种有机物发生氧化反应（包括细菌中的有机物），从而把大多数细菌和病毒杀死。ZnO也具有良好的紫外线屏蔽作用，粒径60nm的ZnO对波长300-400nm的紫外线有良好的吸收和散射作用，因此可以作为涂料的抗老化添加剂。日本已经开发出用树脂包覆的片状ZnO紫外线屏蔽剂[7]。在涂料中添加纳米ZnO可改善它的抗氧化性能，使其具有抗菌性能。
2.4纳米氧化铁在涂料中的应用
纳米氧化铁作为颜料无毒无味，具有很好的耐温、耐侯、耐酸、耐碱以及高彩度、高着色力、高透明度和强烈吸收紫外光的优良性能，可广泛用于高档汽车涂料、建筑涂料、防腐涂料、粉末涂料，是较好的环保涂料。紫外线分解木材中的木质素而破坏细胞结构导致木材老化，纳米氧化铁颜料分散于涂层中，由于颗粒直径小不会散射光线、涂层成透明状态且吸收紫外线辐射，起到保护木材的作用。左美祥[8]等研究发现:在树脂中掺入纳米级的TiO2（白色）、Cr2O3（绿色）、Fe2O3（褐色）、ZnO等具有半导体性质的粉体，会产生良好的静电屏蔽性能。日本松下电器公司研究所据此成功开发了适用于电器外壳的树脂基纳米氧化物复合的静电屏蔽涂料。与传统的树脂基碳黑复合的涂料相比，树脂基纳米氧化物复合涂料具有更为优异的静电屏蔽性能，而且后者在颜色选择方面也更为灵活。用纳米级Fe3O4与树脂复合制成了磁性涂料，目前这方面的制备工艺已有所突破而进入产业化阶段。
2.5纳米CaCO3在涂料中的应用
纳米CaCO3作为颜料填充剂，具有细腻、均匀、白度高、光学性能好等优点，随着纳米碳酸钙的粒子微细化，填料粒表面的原子数目占整个总原子数目的比例增大，使粒子表面的电子结构和晶体结构都发生变化，到了纳米级水平。填料粒子将成为有限个原子的集合体，表现出常规粒子所没有的表面效应和小尺寸效应，使纳米材料具有一系列优良的理化性能。它添加到涂料胶乳中，加强了透明性、触变性和流平性。触变性是纳米CaCO3改善胶乳涂料各项性能的主要因素。同时能对涂料形成屏蔽作用，达到抗紫外老化和防热老化的目的和增加涂料的隔热性。
杜振霞[9]等研究表明:在纳米CaCO3改性的涂料中，如果CaCO3固相体积分数达到20%时，涂料的粘度曲线存在低剪切稀化幂律特征区和高剪切牛顿两个区域，而且有明显的触变性。当乳胶漆聚合物乳液的粒径为10-100nm，表面张力非常低，有极好的流平性、流变性、润湿性与渗透性，表现超常规的特性。
2.6其它新型纳米涂料
纳米隐身涂料（雷达波吸收涂料）系指能有效地吸收入射雷达波并使其散射衰减的一类功能涂料。当将纳米级的羧基铁粉、镍粉、铁氧体粉末改性的有机涂料涂到飞机、导弹、军舰等武器装备上，可使这些装备具有隐身性能，使它们在很宽的频率范围内可以逃避雷达的侦察，同时也有红外隐身作用。美国研制的超细石墨纳米吸波涂料，对雷达波的吸收率大于99%，其他金属超细粉末如Al，Co，Ti，Cr，Nd，Mo等，也具有很好的潜力。法国研制出一种宽频微波吸收涂层，这种吸收涂层由粘结剂和纳米材料、填充材料组成，具有很好的磁导率，在50MHz-50GHz范围内具有良好的吸波性能。我国也有相关的研究，如不同粒径的Fe3O4在1-1000MHz频率范围对电磁波具有吸收性能，随着频率的增加，纳米Fe3O4吸收能效增加，且纳米粒径越小，吸收效能越高。[10]
3纳米涂料研究中存在的技术问题
首先是纳米材料在涂料中的稳定分散问题。由于纳米粒子比表面积和表面张力都很大，容易吸附而发生团聚，在溶液中将其有效地分散成纳米级粒子是非常困难的。寻找合适的分散剂来分散纳米材料，并采用合适的稳定剂将良好分散的纳米材料粒径稳定在纳米级，是纳米技术在涂料改性中获得广泛应用必须解决的最关键问题。其次，纳米材料加入量的适度问题。一般而言，纳米材料的用量与涂料性能变化之间的关系曲线近似于抛物线，开始时随着纳米材料添加量的增加，涂料性能大幅度提高，到一定值后，涂料性能增幅趋缓，最后达到峰值：之后，随着纳米材料添加量的进一步增加，涂料的性能反而呈迅速下降的趋势，同时也增加了成本。因此，做好对比试验，选好纳米材料添加量也十分关键。最后，必须开展纳米涂料施工工艺的研究。纳米涂料就本身而言只是一个半成品，只有施工完毕后才真正成为最终产品，而现实情况是人们大都将注意力集中在纳米涂料产品本身，而忽略了施工工艺的研究，致使纳米涂料无法达到其应有的效果。
4纳米技术在涂料领域的应用展望
今后纳米涂料的发展主要将体现在以下几个方面:（1）新的纳米原材料的开发和商品化。即根据不同材料的物理化学性能，开发研制出新纳米改性材料，使之具有更多更新的功能。（2）研究纳米材料在涂料中的分散和稳定性。即探索纳米材料颗粒与涂料间的相互作用和混合机理，并根据纳米粉体在涂料中分散成纳米级和保持分散稳定性的原理，开发新的表面改性剂和稳定剂，以提高纳米材料在涂料中的改性效果。（3）加强纳米材料表征方法和测试技术的研究。即为了能更好地利用纳米材料的特殊性能，必须研究新的测试手段对纳米材料进行研究，并将传统纳米材料的测试方法进一步完善和标准化。降低成本，并逐渐实现纳米技术的工业化、商品化，从而改变我国高档、高性能涂料大量依赖进口的状况，是将来的研究重点。
参考文献
[1]Gleiter.H，Onthestructureofgrainboundariesinmetals[J].MaterialsScienceandEngineering，1982，（52）:91-102.
[2]卞明哲.纳米材料在建筑涂料中的应用[J].江苏建材，2001，（4）:11-12.
[3]柯昌美，汪厚植.纳米复合涂料的制备[J].涂料工业，2003，33（3）:14.
[4]张浦，郑典模，梁志鸿.纳米TiO2应用于涂料的研究进展[J].江西化工，2002，（4）:20-22.
[5]郭刚，汪斌华，黄婉霞.纳米TiO2的紫外光学特性及在粉末涂料抗老化改性中的应用[J].四川大学学报，2004，36（5）:54-61.
[6]MaryeAnneFox，MariaT，Dulay.Heterogeneousphototocatalys[J].ChemRev，1993，（93）:341-357.
[7]P.Stamatakis.OptionalParticlesSizeofTitaniumDioxideandZincOxideforAttentionofUltravioletRadiation[J].JCT，1990，62（789）:95.
[8]左美祥，黄志杰，张玉敏.纳米在涂料中的分散及改性作用[J].应用基础，2001，（29）:1-3.
ハリマ化成株式会社以喷墨打印技术为中心开发了作为导电性油墨核心技术的纳米胶以及适应各种印刷技术的导电性粘接剂。
1纳米胶
纳米胶是粒径10nm程度的金属纳米粒子均匀分散在不会沉降的溶剂中。ハリマ化成（株）的Ag纳米胶中的金属浓度为60wt%以上，粘度为10MPa.s左右，非常低可用于喷墨印刷，图1表示了Ag纳米胶使用的Ag纳米粒子的TEM（透射电子显微镜）像。为了利用印刷电子廉价而大量的制造电子元件，正在热衷于研究成卷式生产印刷方式。基材大多数使用廉价的PET膜，但是PET膜没有130℃程度的耐热性。ハリマ化成（株）的NPS-JL纳米胶在120℃/h的大气下烧结可以获得5.cm的非常低的电阻率。还进行了NPS-JL纳米胶的可靠性试验。采用3M公司制氟系表面处理剂（EGC-1720）表面处理东芝公司制PET膜（U34：易粘结处理品）。采用PMT公司制喷墨打印机和NPS-JL纳米胶印刷幅度250m长度15m的线路，在120℃温度下烧结1h，即使在-55℃（30min）~125℃（30min）的冷热循环试验中1000循环以后电阻值也没有变化及时在高温高湿放置试验（85℃，85%RH）中电阻值也没有变化多少，表现出高可靠性，如图2所示。喷墨打印的最大特长是无掩模印刷尤其是基材上的非接触印刷。图3表示采用Ag纳米胶在PET膜上直接描画电路。PET膜上形成的电路还可弯曲。表2表示了ハリマ化成（株）的纳米胶的种类和特长。NPS-J-HTB称为一般使用的玻璃料，对于玻璃基材的附着力强，在大气中500℃烧结以后的电阻率为2.cm，与块状Ag同等。NPS-J-HTB纳米胶适应于喷墨打印。NPS-MTB纳米胶适应于丝网印刷。
2导电性粘结剂
有机基材上可以采用配合树脂粘结剂的导电性粘结剂。导电性粘结剂主要是由导电性金属填料和热固化性或者热可塑性的树脂成分构成的。Ag填料一般根据用途选用薄片状或者球状的，特别是薄片状Ag填料使用于旨在获得低电阻值的用途。Ag填料的选择和树脂粘结剂的配合比率对于制造导电性粘结剂是极为重要的因素。树脂粘结剂可以使用各种树脂。ハリマ化成（株）利用公司本身的合成树脂技术和导电性金属填料技术开发了适用于PET膜上的导电性粘结剂系列，如表3所示。图4表示了采用丝网印刷可以形成线路/间隙（L/S）=70m/70m的微细电路的FPC。适应挠性电子的导电性粘结剂（导电胶）获得了高度评价，还应用公司的纳米粒子技术开发了高导热性粘结剂NH-3000D。传统芯片粘结材料所用的Ag胶中，通用品的导热率为2w/m.k~3w/m.k，高导热型为20w/m.k~30w/m.k的水平。高导热性粘结剂NH-3000D的微细尺寸Ag粉中配合了Ag纳米粒子。由于纳米粒子而大幅改善了导热性，所以获得了与AuSn焊料相匹敌的95w/m.k的高导热性，如表4所示，可以应用于LED或者功率系半导体封装的安装等许多领域中。
电极.线路和接合用金属纳米油墨
バニド-化学（株）从2008年度开始量产销售印刷电子用的纳米油墨FlowMetalTM，即电极用低粘度金属纳米油墨和接合用高粘度金属纳米油墨。
1电极用金属纳米油墨
バニド-化学（株）以Ag纳米粒子为中心进行了以高导电性，低温烧结性和各种印刷技术适应性为重点的开发，表5表示了该公司的金属纳米油墨LowMetalTM序列。以该序列为基础可以进行适合于各种用途和印刷方式的油墨配合的微调整。该公司已经备齐了水系油墨（SW，GW序列）和有机溶剂系油墨（SR序列）。水系油墨对操作者或者地球环境的负荷极小。在印刷电子产业中对工厂设计中的限制少，在安全和成本方面有很大的优越性。另一方面有机溶剂系油墨有时享受不到水系油墨的优点，但是可以广泛适用于水系油墨所不能适应的基材，辅助材或者印刷材的范围。
2接合用金属纳米油墨
金属纳米粒子的熔点由于纳米粒子化而下降到室温程度，但是如果被烧结则表现出熔点再度上升的不可逆性。利用金属纳米粒子的这种性质可以实现一般焊料所不可能的，即使在接合温度以上的温度下也不能熔解的，具有高耐热温度的接合材料。这种性质特别适用于汽车前照灯或者家用照明等功率LED或者电动车，铁道，电力设备和变频等功率器件那样的发热量大和使用温度高的用途中。根据焊料或者导电性粘结剂中的材料难以获得高导热率和低电阻率的观点来进行适合于接合材料的金属纳米粒子的设计。图5表示了使用迄今开发的接合用Ag纳米粒子，接合镀Au的陶瓷基板的接合部的截面SEM（扫描电子显微镜）照片。尽管没有施加外部压力而是在大气氛围下进行，但是接合层内部或者截面几乎看不到空隙，由此可见形成了非常致密的接合层。元素分析结果表明与上下镀层之间进行了元素相互扩散，从而造成了高接合强度。图6表示了以接合温度和时间变量的芯片接合部位的接合强度。190℃可以获得8MPa的实用上充分的接合强度，接合温度越高，短时间就表现出高接合强度。270℃时可达40MPa。这是由于接合温度越高越容易进行元素扩散所致。在所有试料中，破坏都是Ag接合层内的凝集破坏而非界面的剥离，足以说明元素扩散的进行。图7表示了热循环试验结果。低温侧固定为-40℃，高温侧为175℃（图中的黑色）或者（图中的白色），低温侧和高温侧每30min交互重复试验，在所有接合条件下都表现出良好的耐热冲击性，即使经过（400~500）回循环以后仍然保持着接合强度。由此可见使用金属纳米粒子的接合材料表现出所期待的耐热性。现在SiC器件的常用温度和高温侧250℃的热循环试验已在实施中。表5比较了各种接合材料的特性。由表5可知，Ag纳米粒子接合材料表现出焊料或者导电性粘结剂所不能达到的体积电阻值或者导热率。这对提高器件的散热性或者可靠性至关重要。
3Ag纳米粒子生成机理的研究成果
图8表示了Ag纳米粒子生成机理的研究成果。制作了采用三级高精度的0.18ms（毫秒）的时间分辨能力进行测量的测量装置，利用小角X线散射测量来追踪Ag纳米粒子的粒径变化。结果表明某种特定条件下的Ag纳米粒子相当于由Ag原子13个组成的Ag13群体（Ag13clusters）经过直径约7nm的群体（Clusters）而形成。6nm的Ag纳米粒子经过导入期，核生成主导期和粒子成长期三个只要过程，在6ms的丰产短的时间内形式。
无须烧结的Ag纳米粒子技术
无须烧结的Ag纳米粒子技术是三菱制纸（株）对年积累的Ag纳米粒子技术和公司擅长的精密多层涂复技术组合而成的。利用印刷法形成电子电路的线路时，通常印刷Ag纳米粒子或者Ag胶以后进行（120~200）℃程度的加热处理。为此不仅需要比较高价的耐热性基材，而且加热处理所需要的时间称为提高生产率的主要障碍。无须烧结的Ag纳米粒子技术可以解决这些课题。无须烧结的Ag纳米粒子技术大致分为专用Ag纳米粒子油墨（照片1）和印刷用专用基材（照片2）的组合或者专用Ag纳米粒子油墨和湿式处理技术的组合两种类型。另外还在开发适用于使用脉冲光的光烧结的Ag纳米粒子油墨或者利用UV光的可以导电化的Ag纳米粒子油墨，还有采用热以外的各种方法实现导电化的Ag纳米粒子油墨。
1专用Ag纳米粒子油墨
技术的突破是由于发现了可以使用Ag纳米粒子相互结合的导电性引发剂（进行化学烧结的药剂）而实现的。于基材加入导电性引发剂的基材称为印刷用专用基材，由外部溶液作用的处理称为湿式处理技术。这种导电性引发剂虽然对市集的各种Ag纳米粒子也有某种程度作用，但是三菱制纸（株）从导电性等观点出发开发了最佳的Ag纳米粒子以及专用Ag纳米粒子油墨，且已经商品化。Ag纳米粒子平均粒径约20nm，如照片3所示的TEM像。由TEM像可知，单分散性不高。专用Ag纳米粒子油墨是水系溶剂产品，可以调整为适合于喷墨印刷用的Ag浓度（15~30）wt%，粘度（3~10）Pa.s和表面张力（25~40）mN/m程度的性状。现在，安装压电头的家用喷墨打印机用的油墨，研究开发用的FUIFILMDimatixInc制DMP-2831型打印机用的油墨，RolltoRoll型喷墨装置用来セテ（株）制KJ4型头用的油墨已经序列化。挠性印刷用的专用Ag纳米粒子油墨预计不久将会商品化。
2印刷用专用基材
采用专用Ag纳米粒子油墨和印刷专用基材的组合时，由于无须干燥工程和烧结工程而具有传统技术所没有的以下优点。（1）可以使用家庭用喷墨打印机进行试制。（2）利用没有干燥和烧结区域的RolltoRoll型喷墨装置实现量产化。（3）使用现有挠性印刷机实现量产化。印刷用专用基材上设置的由复数层构成的精密涂覆层具有下面的功能。（1）迅速吸收油墨中仅含的溶剂。（2）只在基材表面上致密的堆积Ag纳米粒子。（3）基材中含有的导电性发现剂使Ag纳米粒子相互融接。（4）形成具有若干多孔构造的Ag膜。（5）赋予基材表面上的耐擦蹭性。利用导电性引发剂的Ag纳米粒子的化学烧结只需进行10秒左右就会发现导电性。另外，基材弯曲时，如果涂层开裂，基材上形成的线路也会断线，因此涂覆层应该具有柔软性。另外，利用上述（1）和（2）的功能，专用Ag纳米粒子油墨印刷以后只需数十ms就会成为与干燥同等的状态，因此可以采用家用喷墨打印机进行简单的制造。采用家用喷墨打印机充填描绘Ag浓度15wt%的专用Ag纳米粒子油墨时，描绘可能的细线为200m程度。图形表面电阻为0.15/~0.2/。实际的量产中适合于采用RolltoRoll型喷墨装置或者现有挠性印刷机。由于使用了印刷用专用基材，可以削减新规设备中干燥区域等附属设备的成本，提高生产率或者应用现有的印刷装置。尤其是使用喷墨印刷时，由于是无版印刷，所以适合于多品种小批量生产。另外由于无须制造印刷板的时间，所以可以大大缩短交货期。使用专用Ag纳米粒子油墨和印刷用专用基材制造诸如天线等导电性图形时，由于可以比印刷Ag胶还要廉价的制造，所以也可以降低成本。印刷用专用基材具有厚度140m的透明PET品和白色PET品，厚度180m的树脂涂层纸品（用印像纸使用的聚乙烯树脂涂覆纸）等序列。可以制造宽度约1.5m，长度可达数千米的产品，根据要求可以制造卷状或片状进行销售，可以制造厚度可达300m程度的树脂涂层纸品，适合于卡片或者电极上的应用。
关于元件安装，由于不能使用焊接，所以有必要使用电磁结合，ACF（AnisotropicCouductiveFilm），ACP（AnisotropicConductivePaste）和导电性粘结剂。照片4表示了采用家用打印机制成的导电性图形上使用ACP安装芯片的应用例。使用ACP或者ACF的安装时，需要(150~180)℃/(5~10)s程度的加热，但是由于印刷用专用基材的耐热性低，所以采用从工具（tool）侧进行加热的方法较好。使用激光进行局部加热时也可在耐热性低的树脂涂层纸型上的安装。另外近年来开发了(100~120)℃/(10~20)s程度可以固化的低温型ACP，可以适合于安装使用。由于印刷用专用基材上形成的导电性图形是由Ag构成的，如果原封不动的暴露于外界大气中，那么由于大气中的硫（S）成分而发生腐蚀，使电阻值升高。为此利用贴压保护膜，水性或者UV固化剂等的各种树脂的涂布等方法使图形与大气隔绝。使用Ag纳米粒子油墨和印刷专用基材的具体应用，例有UHF和HF带的PFID天线，有机TFT电极，单纯矩阵地显示电极，大面积供电天线，显示板用LED基板，接触传感器，电子黑帮用的大型触摸板，薄膜开关，智能封装和各种传感器的电极等。尤其是应用于RFID天线时，对于用户的优点如下：（1）天线的库存少；（2）天线图形的试作简单；（3）由于可以印刷条形码而无须入口（Inlet）。用作RFID标签时，不仅天线和触点而且印刷设置的各种表示都可以在印刷专用基材上采用通常的彩色油墨进行印刷，因此可以制造天线和各种表示存在于同一面上的RFID标签。
3使用湿式处理技术的无需烧结的电子电路形成技术
当专用Ag纳米粒子油墨和湿式处理技术相组合时，可以在立体形状，玻璃和各种基材等任意基材上形成电子电路。专用Ag纳米粒子油墨随着基材的不同而有必要特别供应，体积电阻率为20万cm以下。使用湿式处理的具体应用有RFID天线，TFT的电极，各种显示的电极和线路，触摸板的周边电极，薄膜开关，各种传感器的电极和各种电子元件的电极等。作为湿式处理的实际实施形状，在卷式生产的情况下，印刷和干燥电子电路的线路以后，浸渍于湿式处理液槽中，接着浸渍于水洗槽中，涂去残存在表面上的导电性引发剂。如果是单个元件最好进行间隙处理，如果是薄片处理也可以浸渍于槽中。利用喷墨或者狭缝（SlitDie）的涂覆也是较好的方法之一。含有导电性引发剂的湿式处理液是安全的水体系，不含有关系到排水规则的物质。
1.1纳米技术
纳米技术是20世纪80年代末诞生且正在崛起的新技术，主要是在0.1-100nm尺度范围内，研究物质组成的体系中电子、原子和分子运动规律与相互作用，其研究目的是按人的意志直接操纵电子、原子或分子，研制出人们所希望的、具有特定功能的材料和制品。纳米科技将成为21世纪科学技术发展的主流，它不仅是信息技术、生物技术等新兴领域发展的推动力，而且因其具有独特的物理、化学、生物特性为涂料等领域的发展提供了新的机遇。
1.2纳米材料
纳米材料主要由纳米晶粒和晶粒界面两部分组成，其晶粒中原子的长程有序排列和无序界面成分的组成后有大量的界面（6×1025m3/10nm晶粒尺寸），晶界原子达15%～50%，且原子排列互不相同，界面周围的晶格原子结构互不相关，使得纳米材料成为介于晶态与非晶态之间的一种新的结构状态[1]。狭义上，纳米材料是指粒径在0.1-100nm范围内的或具有特殊物理化学性能的材料。广义上，纳米材料是指在三维空间中至少有一维长度在0.1-100nm范围内的或具有纳米结构的材料。按化学组成可分为:纳米金属、纳米晶体、纳米陶瓷、纳米玻璃、纳米高分子和纳米复合材料等。由于纳米材料具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应和一些奇异的光、电、磁等性能，将其用于涂料中后，除了可以改性传统涂料外，更为重要的是可以制备各种功能涂料，如具有抗辐射、耐老化、抗菌杀菌、隐身等特殊功能的涂料。
2纳米材料在涂料领域中的应用
现阶段纳米材料在涂料中的应用主要为两种情况[2]：（1）纳米材料经特殊处理后，添加到传统涂料中分散后制成的纳米复合涂料（Nanocompositecoating），使涂料的各项指标均得到了显著的提高。将纳米离子用于涂料中所得到的一类具有抗辐射、耐老化、具有某些特殊功能的涂料称为纳米复合涂料。（2）完全由纳米粒子和有机膜材料形成的纳米涂层材料，通常所说的纳米涂料均为有机纳米复合涂料。目前，用于涂料的纳米粒子主要是某些金属氧化物（如TiO2、Fe2O2、ZnO等）、纳米金属粉末（如纳米Al、Co、Ti、Cr、Nd等）、无机盐类（CaCO3）和层状硅酸盐（如一堆的纳米级粘土）[3]。
2.1纳米TiO2在涂料中的应用
2.1.1随角异色效应
由于纳米二氧化钛晶体的粒径大约是普通钛白粉的1/10，远远低于可见光的波长，本身具有透明性，又对可见光具有一定程度的遮盖，透射光在铝粉表面反射与在纳米二氧化钛表面反射产生了不同的视觉效果。到1991年，全世界已有11种含超细二氧化钛的金属闪光漆。目前，福特、克莱斯乐、丰田、马自达等许多著名的汽车制造公司都已使用含有超细二氧化钛的金属闪光漆[4]。
2.1.2抗老化性能
提高材料抗老化性能的传统方法是添加有机紫外线吸收剂，纳米TiO2粒子是一种稳定的、无毒的紫外光吸收剂。因为用作涂料基料的高分子树脂受到太阳中紫外线的长期照射会导致分子链的降解，影响涂膜的物理性能，因此若能屏蔽太阳光中的紫外线，就可大幅提高漆膜的耐老化性能。郭刚[5]等研究发现利用金红石型纳米TiO2优异的紫外线屏蔽性能改性传统耐候型聚酯——TGIC粉末涂料可以大幅度地提高其耐老化性能。
2.1.3抗菌杀毒
纳米TiO2有抗菌杀毒作用，用于涂料是涂料发展中的一个重大成就。纳米二氧化钛具有高的光催化性，在紫外光的照射下能分解出自由移动的带负电的电子e-和带正电的空穴h+形成电子——空穴对，该电子——空穴对能与空气中的氧和H2O发生作用，通过一系列化学反应形成原子氧（O）氢氧自由基（OH），这种原子氧和氢氧自由基具有很高的化学活性，能与细菌中的有机物反应生成二氧化碳和水，从而达到杀灭细菌的作用。[6]
纳米TiO2的抗菌杀毒作用已成为国内外关注的焦点。日本已有不少企业开发出纳米TiO2光催化涂料并实现了商业化生产。目前，由于国内对于纳米TiO2的研究大多还处于实验阶段，在涂料性能的提高和完善方面还有大量的工作要做，因此，对纳米涂料的研究要不断深入，以提高我国涂料的工业水平，推动纳米涂料的发展和应用。
2.2纳米SiO2在涂料中的应用
纳米SiO2具有三维网状结构，拥有庞大的比表面积，表现出极大的活性，能在涂料干燥时形成网状结构，同时增加了涂料的强度和光洁度，而且还提高了颜料的悬浮性，能保持涂料的颜色长期不变。在建筑内外墙涂料中，若添加纳米SiO2，可明显改善涂料的开罐效果，涂料不分层，具有触变性、防流挂、施工性能良好等优点，尤其是抗沾污性能大大提高，具有优良的自清洁能力和附着力。纳米SiO2还可与有机颜料配用，可获得光致变色涂料。
欲使纳米SiO2材料在涂料中真正地得到广泛应用，须解决纳米SiO2在涂料中的分散稳定性问题。通常的做法是加入表面活性剂包裹微粒或反絮凝剂形成双电层的措施。同时在分散时可配合使用超声波分散。
2.3纳米ZnO在涂料中的应用
纳米ZnO等由于质量轻、厚度薄、颜色浅、吸波能力强等优点而成为吸波涂料研究的热点之一。在阳光的照射下纳米ZnO在水和空气中具有极强的化学活性，能与多种有机物发生氧化反应（包括细菌中的有机物），从而把大多数细菌和病毒杀死。ZnO也具有良好的紫外线屏蔽作用，粒径60nm的ZnO对波长300-400nm的紫外线有良好的吸收和散射作用，因此可以作为涂料的抗老化添加剂。日本已经开发出用树脂包覆的片状ZnO紫外线屏蔽剂[7]。在涂料中添加纳米ZnO可改善它的抗氧化性能，使其具有抗菌性能
2.4纳米氧化铁在涂料中的应用
纳米氧化铁作为颜料无毒无味，具有很好的耐温、耐侯、耐酸、耐碱以及高彩度、高着色力、高透明度和强烈吸收紫外光的优良性能，可广泛用于高档汽车涂料、建筑涂料、防腐涂料、粉末涂料，是较好的环保涂料。紫外线分解木材中的木质素而破坏细胞结构导致木材老化，纳米氧化铁颜料分散于涂层中，由于颗粒直径小不会散射光线、涂层成透明状态且吸收紫外线辐射，起到保护木材的作用。左美祥[8]等研究发现:在树脂中掺入纳米级的TiO2（白色）、Cr2O3（绿色）、Fe2O3（褐色）、ZnO等具有半导体性质的粉体，会产生良好的静电屏蔽性能。日本松下电器公司研究所据此成功开发了适用于电器外壳的树脂基纳米氧化物复合的静电屏蔽涂料。与传统的树脂基碳黑复合的涂料相比，树脂基纳米氧化物复合涂料具有更为优异的静电屏蔽性能，而且后者在颜色选择方面也更为灵活。用纳米级Fe3O4与树脂复合制成了磁性涂料，目前这方面的制备工艺已有所突破而进入产业化阶段。
2.5纳米CaCO3在涂料中的应用
纳米CaCO3作为颜料填充剂，具有细腻、均匀、白度高、光学性能好等优点，随着纳米碳酸钙的粒子微细化，填料粒表面的原子数目占整个总原子数目的比例增大，使粒子表面的电子结构和晶体结构都发生变化，到了纳米级水平。填料粒子将成为有限个原子的集合体，表现出常规粒子所没有的表面效应和小尺寸效应，使纳米材料具有一系列优良的理化性能。它添加到涂料胶乳中，加强了透明性、触变性和流平性。触变性是纳米CaCO3改善胶乳涂料各项性能的主要因素。同时能对涂料形成屏蔽作用，达到抗紫外老化和防热老化的目的和增加涂料的隔热性。
杜振霞[9]等研究表明:在纳米CaCO3改性的涂料中，如果CaCO3固相体积分数达到20%时，涂料的粘度曲线存在低剪切稀化幂律特征区和高剪切牛顿两个区域，而且有明显的触变性。当乳胶漆聚合物乳液的粒径为10-100nm，表面张力非常低，有极好的流平性、流变性、润湿性与渗透性，表现超常规的特性。
2.6其它新型纳米涂料
纳米隐身涂料（雷达波吸收涂料）系指能有效地吸收入射雷达波并使其散射衰减的一类功能涂料。当将纳米级的羧基铁粉、镍粉、铁氧体粉末改性的有机涂料涂到飞机、导弹、军舰等武器装备上，可使这些装备具有隐身性能，使它们在很宽的频率范围内可以逃避雷达的侦察，同时也有红外隐身作用。美国研制的超细石墨纳米吸波涂料，对雷达波的吸收率大于99%，其他金属超细粉末如Al，Co，Ti，Cr，Nd，Mo等，也具有很好的潜力。法国研制出一种宽频微波吸收涂层，这种吸收涂层由粘结剂和纳米材料、填充材料组成，具有很好的磁导率，在50MHz-50GHz范围内具有良好的吸波性能。我国也有相关的研究，如不同粒径的Fe3O4在1-1000MHz频率范围对电磁波具有吸收性能，随着频率的增加，纳米Fe3O4吸收能效增加，且纳米粒径越小，吸收效能越高。
3纳米涂料研究中存在的技术问题
首先是纳米材料在涂料中的稳定分散问题。由于纳米粒子比表面积和表面张力都很大，容易吸附而发生团聚，在溶液中将其有效地分散成纳米级粒子是非常困难的。寻找合适的分散剂来分散纳米材料，并采用合适的稳定剂将良好分散的纳米材料粒径稳定在纳米级，是纳米技术在涂料改性中获得广泛应用必须解决的最关键问题。其次，纳米材料加入量的适度问题。一般而言，纳米材料的用量与涂料性能变化之间的关系曲线近似于抛物线，开始时随着纳米材料添加量的增加，涂料性能大幅度提高，到一定值后，涂料性能增幅趋缓，最后达到峰值：之后，随着纳米材料添加量的进一步增加，涂料的性能反而呈迅速下降的趋势，同时也增加了成本。因此，做好对比试验，选好纳米材料添加量也十分关键。最后，必须开展纳米涂料施工工艺的研究。纳米涂料就本身而言只是一个半成品，只有施工完毕后才真正成为最终产品，而现实情况是人们大都将注意力集中在纳米涂料产品本身，而忽略了施工工艺的研究，致使纳米涂料无法达到其应有的效果。
4纳米技术在涂料领域的应用展望
今后纳米涂料的发展主要将体现在以下几个方面:（1）新的纳米原材料的开发和商品化。即根据不同材料的物理化学性能，开发研制出新纳米改性材料，使之具有更多更新的功能。（2）研究纳米材料在涂料中的分散和稳定性。即探索纳米材料颗粒与涂料间的相互作用和混合机理，并根据纳米粉体在涂料中分散成纳米级和保持分散稳定性的原理，开发新的表面改性剂和稳定剂，以提高纳米材料在涂料中的改性效果。（3）加强纳米材料表征方法和测试技术的研究。即为了能更好地利用纳米材料的特殊性能，必须研究新的测试手段对纳米材料进行研究，并将传统纳米材料的测试方法进一步完善和标准化。降低成本，并逐渐实现纳米技术的工业化、商品化，从而改变我国高档、高性能涂料大量依赖进口的状况，是将来的研究重点。
