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隐身涂层材料和隐身结构材料介绍(3) 发布时间:2020-09-11   浏览量:48次

纳米材料的制备方法


下面重点以两种常用的方法来讨论纳米材料的制备方法。


(1)溶胶-凝胶法


溶胶-凝胶法是近年来发展的一种制备纳米材料的新工艺。此法是将金属有机或无机化合物经溶液制成溶胶,再在一定条件下(如加热)将其脱水,则具有流动性的溶胶逐渐变粘稠,成为略显弹性的固体凝胶,再将凝胶干燥、焙烧得到纳米级产物。烧结的方式和温度随物料的不同也有差异,如用微波加热代替常规加热,在较低的温度和极短时间内合成了粒度小、纯度高的超细粉;还比如用γ射线照射制得纳米级CdSe/聚丙烯酰胺复合粉。此类方法还能制备气孔互联的多孔纳米材料。可利用液体渗透、物理方法和化学沉积、热解、氧化及还原反应来填充气孔以制备复合材料。目前采用此法制备纳米材料的具体技术和工艺很多,但按其产生溶胶-凝胶的机制来分主要有三种类型。


(a)传统胶体型。通过控制溶液中金属离子的沉淀过程,使形成的颗粒不团聚成大颗粒而沉降,得到稳定均匀的溶胶,再经蒸发溶剂(脱水)得到凝胶。AdrianaS.Albuquerque等人运用传统胶体法使Ni0.5Zn0.5Fe2O4纳米颗粒向前在SiO2玻璃相中,通过改变铁氧体的量和退火温度来获得需要的磁性能。


(b)无机聚合物型。通过可溶性聚合物在水或有机相中的溶胶-凝胶法过程,使金属离子均匀分散于凝胶中。常用聚合物有聚乙烯醇、硬脂酸、聚丙烯酰胺等。王丽等人用聚乙烯醇溶胶-凝胶法制得Ni1-xZnxFe2O4(0≤x≤1)纳米颗粒,此法得到的产物纯度高,颗粒细,热处理温度低。Gang Xiong等人用硬脂酸凝胶法制得10-25nm大小的Ba4Co2Fe36O60粉末,且随热处理温度提高,粉末形状由球形转化为立方体。


(c)络合物型。利用络合剂将金属离子形成络合物,再经溶胶-凝胶过程形成络合物凝胶。常用络合剂有柠檬酸等。刘常坤采用柠檬酸络合分解的溶胶-凝胶法制得平均粒径30nm且分散均匀的CoFe2O4超细微粒。


与其他传统的无机材料制备方法相比,溶胶-凝胶法具有反应烧结温度低,粒径分布均匀等优点,但其也有反应时间过长,凝胶易开裂等缺点。这些都值得我们在应用此法时给予足够的注意。


(2)激光诱导化学气相反应法


激光诱导化学气相反应法是利用激光来引发、活化反应物系,从而合成高品位纳米材料的一种方法。其基本原理是:利用大功率激光器的激光束照射于反应气体,反应气体通过对激光光子的强吸收,气体分子或原子在瞬间得到加热、活化,在极短时间内反应气体分子或原子获得化学反应所需要的温度,迅速完成反应、成核与凝聚、生长等过程,从而制得相应物质的纳米微粒。因此,简单的说,激光法就是利用激光光子能量加热反应体系,从而制得纳米微粒的一种方法。通常,入射激光束垂直于反应气流,反应气体分子或原子吸收激光光子后被迅速加热,根据J S Haggerty的估算,激光加热的速率为106-108°C/s,加热到反应最高温度的时间小于10-4s。被加热的反应气流将在反应区域内形成稳定分布的火焰,火焰中心的温度一般远高于相应化学反应所需温度,因此反应将在10-3s内完成。生成的核粒子在载气流的吹送下迅速脱离反应区,经短暂生长过程到达收集室。


入射激光能否引发化学反应取决于入射光的频率--气体分子对光能的吸收系数一般与入射光频率有关。为保证制备过程中反应生成的核粒子快速冷凝,获得超细微粒,需要冷壁式反应室。常用水冷式反应器壁和透明辐射式反应器壁。这样有利于在反应室中构成较大温度梯度分布,加速生成核粒子冷凝,抑制其过分生长。此外,为防止颗粒碰撞、粘连团聚,甚至烧结,还需要在反应器内配惰性保护气体,使生成的纳米微粒的粒径得到保证。另外,通过对加入反应气体成分的控制,可以制得复合纳米材料。


激光法与普通加热法制备纳米微粒有极大不同,这主要表现为:


(a)冷的反应器壁,无潜在污染。


(b)原料气体分子直接或间接吸收光子能量后迅速进行反应。


(c)反应具有选择性。


(d)反应区条件可以被精确的控制。


(e)激光能量高度集中,反应区与周围环境之间温度梯度大,有利于生成核粒子快速凝结。


由于激光法具有上述的技术优势,因此,采用此法可以制得均匀、高纯、超细、粒度窄分布的各类微粒。尽管存在成本较高的问题,但这种方法也已经开始走向工业化,毕竟,激光法是一种制备纳米微粒的理想方法。


纳米复合隐身材料的复合新技术


隐身材料按其吸波机制可分为电损耗型与磁损耗型。电损耗型隐身材料包括SiC粉末、SiC纤维、金属短纤维、钛酸钡陶瓷体、导电高聚物以及导电石墨粉等;磁损耗型隐身材料包括铁氧体粉、羟基铁粉、超细金属粉或纳米相材料等。运用复合技术对这些材料进行纳米尺度上的复合便可得到吸波性能大为提高的纳米复合隐身材料。近年来,纳米复合隐身材料的制备新技术发展的很迅速,这些新的复合技术主要包括一下几种:


(a)以在材料合成过程中于基体中产生弥散相且与母体有良好相容性、无重复污染为特点的原位复合技术。


(b)以自放热、自洁净和高活性、亚稳结构产物为特点的自蔓延复合技术。


(c)以组分、结构及性能渐变为特点的梯度复合技术


(d)以携带电荷基体通过交替的静电引力来形成层状高密度、纳米级均匀分散材料为特点的分子自组装技术。


(e)依靠分子识别现象进行有序堆积而形成超分子结构的超分子复合技术。


材料的性能与组织结构有密切关系。与其他类型的材料相比,复合材料的物相之间有更加明显并成规律化的几何排列与空间结构属性,因此复合材料具有更加广泛的结构可设计性。纳米隐身符合材料因综合了纳米材料与复合材料两者的优点而具有良好的对电磁波的吸收特性,已经成为目前各主要国家材料科技界人士争相研究的热点之一。


其它隐身材料


电路模拟隐身材料


该技术是在合适的基底材料上涂敷导电的薄窄条网络、十字形或更复杂的几何图形, 或在复合材料内部埋入导电高分子材料形成电阻网络, 实现阻抗匹配及损耗, 从而实现高效电磁波吸收。这种材料能在给定的体积范围内产生高于较简单类型吸波材料的性能。但对每一种应用, 都必须运用等效电路或二维周期介质论在计算机上进 行 特定的匹配设计, 而且涉及计算比较麻烦。


手征隐身材料


所谓的手征是指一个物体不论是通过平移或旋转都不能与其镜像重合的性质。研究表明, 手征材料能够减少入射电磁波的反射并能够吸收电磁波。目前, 用于微波波段的手征材料都是人造的。现在研究的手征吸波材料是在基体中掺杂手征结构物质形成的手征复合材料。


红外隐身柔性材料


这种材料是指以织物为中心开发的各种红外隐身材料, 常常以高性能纤维织物为基础。


红外隐身服


美国特立屈公司( TeledyncIndustr ies Inc) 设计出一种红外隐身效果较好的隐身服,它由多层涂层织物复合加工而成。基布采用多孔尼龙网,并在表面镀银,再在基布上粘贴具有不同红外发射率的布条,布条的一端可以自由飘动,同时控制布条表面涂层面积的大小和形状。这种隐身服可以与背景保持一致,从而保证人体的红外特性难于被红外探测器探测到。


研究前景展望


对隐身材料来说,对某种探测手段的隐身性能好,往往对另一种探测手段的隐身性能就不好。例如,对激光探测的隐身性能好,一般对红外探测就不能隐身,这就是隐身材料的相容性问题。为解决这一问题,需要研制兼容型隐身材料,如雷达波、红外兼容隐身材料,红外、激光兼容隐身材料,雷达波、红外、激光等多种兼容的隐身材料等。


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