現代塗料和塗層技術是要符合環保的要求，中國每年因磨損、腐蝕、氧化等引起部件失效造成鋼材和合金材料損失達數百億元。開發奈米塗層材料和奈米塗層技術既延長了材料壽命和節約大量資金，又符合環保要求。
奈米塗層要求塗層能夠抗腐蝕，美觀，與基體共同起到結構和功能作用。奈米材料在塗層中的應用方式分為兩種：一種是奈米粒子在傳統有機塗料中分散後形成奈米複合塗料，再噴塗到基體材料上生成塗層，目的是透過新增奈米粒子對傳統塗料進行改性，工藝簡單，工業上的可行性好；另一種是完全由奈米粒子組成的奈米塗層材料，目的是將奈米塗層塗料直接與固體物件的製備聯絡在一起。奈米塗層將為塗層技術帶來一場新的技術革命，因此，中國非常重視奈米塗層材料的開發及其在塗層中應用的推廣[1]。
1 奈米塗層材料型別
奈米塗層就其作用看，分為功能塗層和結構塗層。功能塗層是賦予基體所不具備的效能，從而獲得傳統塗層沒有的功能。例如消光、光反射和光選擇吸收的光學塗層，導電、絕緣和具有半導體特性的電學塗層以及氧敏、溼敏和氣敏的敏感特性塗層等。結構塗層是指超硬和耐磨塗層，抗氧化、耐熱和阻燃塗層，耐腐蝕和裝飾塗層等。從整個概念而言，奈米結構塗層也屬於功能塗層，很難準確地將奈米塗層歸屬於上述兩類中的哪一類。目前人們還是按材料型別分為兩大類：無機/無機塗層以及有機/無機塗層。這兩類是功能性與結構性較強的材料[2]。
1.1 無機/無機奈米塗層材料
1.1.1 陶瓷/陶瓷奈米塗層材料。該種塗層被分為碳、氮、硼等奈米化合物塗層、奈米氧化物塗層（包括奈米稀土氧化物塗層）以及複合基三種。美國用得最多的一種陶瓷/陶瓷奈米塗層材料是碳化物、硼化物、氮化物複合塗層材料。它們之間組合成奈米複合基塗層，如B4C/SiC,B4C/HfC,TiC/TiB2,TiN/TiB2,TiC/TiN等。B4C/SiC,HfC/SiC和HfC/B4C幾種奈米塗層常用於刀具，以起到表面高溫氧化保護作用。美國科研人員將100~300nm的SiC顆粒加入到三氧化二鋁和氧化鎂奈米粉末中，把它製做成奈米塗層，使其常溫和高溫效能獲得很大提高[3-4]。
美國第二種陶瓷塗層是普通金屬奈米氧化物塗層，例如奈米氧化鋯、氧化鐵、氧化鈦、氧化鎘和氧化鋅等塗層。其中奈米ZrO2/陶瓷結構塗層技術引起了關注。它是把奈米氧化鋯塗層粉體塗到各種陶瓷上，可使塗層的效能比傳統塗層更優良。氧化鋯奈米塗層主要用於熱遮蔽、抗高溫、耐腐蝕和抗磨耗。氧化鋯奈米塗層比傳統氧化鋯塗層具有低熱導率、高熱膨脹係數，奈米氧化鋯改性陶瓷的力學效能也很好[5-6]。美國研製出的奈米微粒Fe2O3,TiO2,Cr2O3和ZnO既具有良好靜電遮蔽功能，又具有半導體特性。這四種奈米氧化物粒子在室溫下的導電特性比常規氧化物高。此外，把白色的TiO2和SiO2奈米粒子、綠色的Cr2O3奈米粒子和褐色的Fe2O3粒子透過複合，還可控制靜電遮蔽塗料的顏色，從而克服了傳統靜電遮蔽塗層顏色的單調性[1,7]。
美國第三種陶瓷塗層是奈米稀土氧化物塗層。它是新增Y2O3到ZrO2中，在低溫下燒結成氧化鋯陶瓷，再把氧化鋯陶瓷塗到金屬刀具和耐磨部件上，以形成塗層，具有很高的強度和韌性。例如（ZrO2）019（Y2O3）011便是一種應用廣泛的陶瓷材料。也有的科研單位新增CeO2或La2O3,以防止ZrO2高溫相變或變脆。美國採用稀土氧化鈰和貴金屬奈米組合技術對汽車尾氣處理器件進行改性有明顯的效果[8-9]。
1.1.2 金屬/陶瓷奈米塗層材料。NanophaseTechnologies公司生產的無機奈米塗層材料氧化銦錫和氧化銻錫等應用於軍事領域，如在海軍艦艇的金屬部件上塗裝這種塗料塗層後，耐磨蝕性可以成倍地增加，極大地提高了這些需長期經受磨損和腐蝕考驗的金屬部件的壽命。AltairTechnologies公司與Nanopowder公司二者合作生產的先進功能奈米塗層材料TiO2（粒徑為30~50nm），用於金屬基體表面上，在800e下氧化l00h晶型不發生變化，很適於在塗料中應用[10-11]。
BASF公司和Silberline公司生產的無機奈米TiO2/鋁粉顏料（或雲母珠光顏料）塗層可以美化轎車表面。它是將無機奈米TiO2與鋁粉混合，製成豪華轎車用閃光塗層，從不同角度觀察其反射光可看到不同的顏色。認為此種現象乃奈米TiO2所致，即是說透射光在鋁粉表面反射與奈米TiO2表面反射共同起著閃光作用所致[7,11]。美國應用固體潤滑劑與金屬組合形成的複合塗層（例如MoS2/Mo,WS2/W,TaS2/Ta,MoS2/A-lMo等）每層由兩種材料組合而成，厚度僅為幾奈米。根據切削效能需要，可互動疊加塗覆上百層，總厚度可達2~5Lm。美國採用該種塗層使刀具的硬度和韌性顯著增加，使其具有優異的抗摩擦磨損及自潤滑效能，很適於幹切削[
現代塗料和塗層技術是要符合環保的要求，中國每年因磨損、腐蝕、氧化等引起部件失效造成鋼材和合金材料損失達數百億元。開發奈米塗層材料和奈米塗層技術既延長了材料壽命和節約大量資金，又符合環保要求。
奈米塗層要求塗層能夠抗腐蝕，美觀，與基體共同起到結構和功能作用。奈米材料在塗層中的應用方式分為兩種：一種是奈米粒子在傳統有機塗料中分散後形成奈米複合塗料，再噴塗到基體材料上生成塗層，目的是透過新增奈米粒子對傳統塗料進行改性，工藝簡單，工業上的可行性好；另一種是完全由奈米粒子組成的奈米塗層材料，目的是將奈米塗層塗料直接與固體物件的製備聯絡在一起。奈米塗層將為塗層技術帶來一場新的技術革命，因此，中國非常重視奈米塗層材料的開發及其在塗層中應用的推廣[1]。
1 奈米塗層材料型別
奈米塗層就其作用看，分為功能塗層和結構塗層。功能塗層是賦予基體所不具備的效能，從而獲得傳統塗層沒有的功能。例如消光、光反射和光選擇吸收的光學塗層，導電、絕緣和具有半導體特性的電學塗層以及氧敏、溼敏和氣敏的敏感特性塗層等。結構塗層是指超硬和耐磨塗層，抗氧化、耐熱和阻燃塗層，耐腐蝕和裝飾塗層等。從整個概念而言，奈米結構塗層也屬於功能塗層，很難準確地將奈米塗層歸屬於上述兩類中的哪一類。目前人們還是按材料型別分為兩大類：無機/無機塗層以及有機/無機塗層。這兩類是功能性與結構性較強的材料[2]。
1.1 無機/無機奈米塗層材料
1.1.1 陶瓷/陶瓷奈米塗層材料。該種塗層被分為碳、氮、硼等奈米化合物塗層、奈米氧化物塗層（包括奈米稀土氧化物塗層）以及複合基三種。美國用得最多的一種陶瓷/陶瓷奈米塗層材料是碳化物、硼化物、氮化物複合塗層材料。它們之間組合成奈米複合基塗層，如B4C/SiC,B4C/HfC,TiC/TiB2,TiN/TiB2,TiC/TiN等。B4C/SiC,HfC/SiC和HfC/B4C幾種奈米塗層常用於刀具，以起到表面高溫氧化保護作用。美國科研人員將100~300nm的SiC顆粒加入到三氧化二鋁和氧化鎂奈米粉末中，把它製做成奈米塗層，使其常溫和高溫效能獲得很大提高[3-4]。
美國第二種陶瓷塗層是普通金屬奈米氧化物塗層，例如奈米氧化鋯、氧化鐵、氧化鈦、氧化鎘和氧化鋅等塗層。其中奈米ZrO2/陶瓷結構塗層技術引起了關注。它是把奈米氧化鋯塗層粉體塗到各種陶瓷上，可使塗層的效能比傳統塗層更優良。氧化鋯奈米塗層主要用於熱遮蔽、抗高溫、耐腐蝕和抗磨耗。氧化鋯奈米塗層比傳統氧化鋯塗層具有低熱導率、高熱膨脹係數，奈米氧化鋯改性陶瓷的力學效能也很好[5-6]。美國研製出的奈米微粒Fe2O3,TiO2,Cr2O3和ZnO既具有良好靜電遮蔽功能，又具有半導體特性。這四種奈米氧化物粒子在室溫下的導電特性比常規氧化物高。此外，把白色的TiO2和SiO2奈米粒子、綠色的Cr2O3奈米粒子和褐色的Fe2O3粒子透過複合，還可控制靜電遮蔽塗料的顏色，從而克服了傳統靜電遮蔽塗層顏色的單調性[1,7]。
美國第三種陶瓷塗層是奈米稀土氧化物塗層。它是新增Y2O3到ZrO2中，在低溫下燒結成氧化鋯陶瓷，再把氧化鋯陶瓷塗到金屬刀具和耐磨部件上，以形成塗層，具有很高的強度和韌性。例如（ZrO2）019（Y2O3）011便是一種應用廣泛的陶瓷材料。也有的科研單位新增CeO2或La2O3,以防止ZrO2高溫相變或變脆。美國採用稀土氧化鈰和貴金屬奈米組合技術對汽車尾氣處理器件進行改性有明顯的效果[8-9]。
1.1.2 金屬/陶瓷奈米塗層材料。NanophaseTechnologies公司生產的無機奈米塗層材料氧化銦錫和氧化銻錫等應用於軍事領域，如在海軍艦艇的金屬部件上塗裝這種塗料塗層後，耐磨蝕性可以成倍地增加，極大地提高了這些需長期經受磨損和腐蝕考驗的金屬部件的壽命。AltairTechnologies公司與Nanopowder公司二者合作生產的先進功能奈米塗層材料TiO2（粒徑為30~50nm），用於金屬基體表面上，在800e下氧化l00h晶型不發生變化，很適於在塗料中應用[10-11]。
BASF公司和Silberline公司生產的無機奈米TiO2/鋁粉顏料（或雲母珠光顏料）塗層可以美化轎車表面。它是將無機奈米TiO2與鋁粉混合，製成豪華轎車用閃光塗層，從不同角度觀察其反射光可看到不同的顏色。認為此種現象乃奈米TiO2所致，即是說透射光在鋁粉表面反射與奈米TiO2表面反射共同起著閃光作用所致[7,11]。美國應用固體潤滑劑與金屬組合形成的複合塗層（例如MoS2/Mo,WS2/W,TaS2/Ta,MoS2/A-lMo等）每層由兩種材料組合而成，厚度僅為幾奈米。根據切削效能需要，可互動疊加塗覆上百層，總厚度可達2~5Lm。美國採用該種塗層使刀具的硬度和韌性顯著增加，使其具有優異的抗摩擦磨損及自潤滑效能，很適於幹切削[