摘 要: 本文从纳米材料基本情况以及纳米材料在特种舰船中的应用情况等几个方面对纳米材料的基本特性、发展方向、应用前景作了详细的介绍与分析，为后续海军舰船装备在新材料应用等方面提供借鉴。
关键词: 纳米材料; 舰船; 应用
纳米材料泛指晶粒尺寸在 1 ～ 100 nm 范围内的超细材料。由于纳米级超细材料具有常规微细粉末所不具备的反常特性，以及纳米材料的小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应［1］，使它在磁性、催化性、光吸收、热阻和熔点等与常规材料相比显示出优越的性能［2-5］。因而得到人们极大重视。
目前，超细材料的制备方法［6］主要有两种:一是通过机械力将常规的粉末进一步超细化; 二是通过物理和化学的方法将原子或分子状态的物质凝聚成所需要的超细颗粒。纳米超细材料表面改性［7］是超细材料研究开发中的一个重要课题。通过表面改性能明显地提高材料的某些性能，如改善或改变粉体的分散性; 改善耐久、耐热、耐候性等; 提高材料表面活性; 使材料产生新的物理、化学和机械性能。
纳米材料具有许多特异性能，如具有巨大的比表面积( 每克大于数十平方米) ; 薄而均匀的界面层; 可均匀分散在气体、液体和固体物质中。超细材料种类非常多，而目前主要研究开发的有TiO2、CaCO3、SiO2、ZnO、Al ( OH)3、SiC、SrCO3等［8—11］。它可应用为橡胶、油墨和涂料的填料，以及电磁波吸收和远红外材料等。它们的种类应用领域正在不断的增加［12］。
作为近十几年来发展的新型功能材料，目前纳米材料的制备已从实验室规模走向工业化规模，它的实际应用还正在不段扩大和推广。
1 纳米材料在特种舰船涂料中应用方向
1. 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［13］。纳米材料的特殊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，而且纳米级颗粒分散困难、填充量有限，限制了其使用。由于可对复合膜的厚度、层数、结构和组分进行设计和控制，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) 有望成为制备高强度和具有一定频宽的微波吸收材料的新选择。
美国 SDS 公司利用一种超细陶瓷球粉体，配制的军事装备的外保护涂层中，可提供装备的隐形能力，还可以涂覆在电子设备上以对付电子干扰。技术关键是制备超细陶瓷微球和适合的纳米级微粉涂覆其外表面。据资料表明，美国已研制出第四代纳米吸波材料［14］，对雷达波的吸收率可达 99%，而厚度仅是微米级。
1. 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［15］。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［16］。
1. 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、铁黑和其它深色颜料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。
2 纳米材料在通用舰船装备中应用方向
2. 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。
2. 2 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［8，17］。近年来，日本积极试图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 TiO2。开发防污染涂料和空气净化涂料、或称为光催化剂涂料［18］。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。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。
2. 3 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的要求日益重视，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的关注目标。采用纳米级防污剂，如: 纳米氧化亚铜、纳米氧化锌等可能是一个有效的途径［19］，或者采用微胶囊技术，用一种水溶性的树脂材料将纳米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［20］。但是纳米级材料的制备工艺难度大，成本相当高，采用接近纳米级尺度的微粒，如几微米级的尺度就可在性能和成本之间得到较好的平衡。
2. 4 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。
3 纳米材料在综合舰船装备中应用前景
3. 1 导电纳米材料
为防止电磁波的干扰，电于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［17］。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。导电纳米氧化锌可以作为导电的白色颜料，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，可以把它用来制备船舶油舱的浅色导静电涂料。
3. 2 梯度功能材料
采用 SiCl4-C3H8-H2体系，用化学气相沉积法( CVD) 制备的 SiC-C 纳米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［21］。这种材料有望用作舰船中耐高温特殊环境的防护材料。
3. 3 超微粒传感器
传感器是超微粒的最有前途的应用领域之一。由于超微粒的表面积巨大、表面活性高，对周围环境敏感( 温度、气体、湿度和光线等) ，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，可制成气体报禁器，作为船舶舱室内，特别是潜艇舱内的气体传感器［22］。
4 纳米材料未来发展前景
目前，纳米材料科学领域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，而且纳米材料的生产也已向工业化规模发展，这样就为纳米材料的实际应用提供了很好的基础和条件。从 1990 年在美国召开了第一届国际纳米科学技术会议，我国在中科院固体物理研究所召开了首次纳米固体讨论会以来，第一、第二届全国纳米技术与应用学术会议分别于2000 年和 2001 年在厦门和杭州召开。以涂料行业为例，近年来分别在广州和上海举行的“中国国际涂料、油墨及粘合剂展览会”上，一些国内厂家展示了纳米级材料，有纳米级氧化铁黑、氧化铁红、氧化铁黄等，产量已达相当的生产能力。
还有纳米 TiO2、纳米 ZnO、纳米 SiO2等均已报道有工业化级的生产。可以讲，当今是材料科学家、企业家，甚至是百姓大众都在关注着纳米材料的发展和应用，船舶制造是一门多学科、综合高技术应用的领域，可以预见纳米材料在海军舰船装备领域中必将有更大的应用空间。
参考文献略
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