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納米材料的制備方法

下面重點(diǎn)以兩種常用的方法來討論納米材料的制備方法。

（1）溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法是近年來發(fā)展的一種制備納米材料的新工藝。此法是將金屬有機(jī)或無機(jī)化合物經(jīng)溶液制成溶膠，再在一定條件下（如加熱）將其脫水，則具有流動(dòng)性的溶膠逐漸變粘稠，成為略顯彈性的固體凝膠，再將凝膠干燥、焙燒得到納米級(jí)產(chǎn)物。燒結(jié)的方式和溫度隨物料的不同也有差異，如用微波加熱代替常規(guī)加熱，在較低的溫度和極短時(shí)間內(nèi)合成了粒度小、純度高的超細(xì)粉；還比如用γ射線照射制得納米級(jí)CdSe/聚丙烯酰胺復(fù)合粉。此類方法還能制備氣孔互聯(lián)的多孔納米材料。可利用液體滲透、物理方法和化學(xué)沉積、熱解、氧化及還原反應(yīng)來填充氣孔以制備復(fù)合材料。目前采用此法制備納米材料的具體技術(shù)和工藝很多，但按其產(chǎn)生溶膠-凝膠的機(jī)制來分主要有三種類型。

（a）傳統(tǒng)膠體型。通過控制溶液中金屬離子的沉淀過程，使形成的顆粒不團(tuán)聚成大顆粒而沉降，得到穩(wěn)定均勻的溶膠，再經(jīng)蒸發(fā)溶劑（脫水）得到凝膠。AdrianaS.Albuquerque等人運(yùn)用傳統(tǒng)膠體法使Ni0.5Zn0.5Fe2O4納米顆粒向前在SiO2玻璃相中，通過改變鐵氧體的量和退火溫度來獲得需要的磁性能。

（b）無機(jī)聚合物型。通過可溶性聚合物在水或有機(jī)相中的溶膠-凝膠法過程，使金屬離子均勻分散于凝膠中。常用聚合物有聚乙烯醇、硬脂酸、聚丙烯酰胺等。王麗等人用聚乙烯醇溶膠-凝膠法制得Ni1-xZnxFe2O4（0≤x≤1）納米顆粒，此法得到的產(chǎn)物純度高，顆粒細(xì)，熱處理溫度低。Gang Xiong等人用硬脂酸凝膠法制得10-25nm大小的Ba4Co2Fe36O60粉末，且隨熱處理溫度提高，粉末形狀由球形轉(zhuǎn)化為立方體。

（c）絡(luò)合物型。利用絡(luò)合劑將金屬離子形成絡(luò)合物，再經(jīng)溶膠-凝膠過程形成絡(luò)合物凝膠。常用絡(luò)合劑有檸檬酸等。劉常坤采用檸檬酸絡(luò)合分解的溶膠-凝膠法制得平均粒徑30nm且分散均勻的CoFe2O4超細(xì)微粒。

與其他傳統(tǒng)的無機(jī)材料制備方法相比，溶膠-凝膠法具有反應(yīng)燒結(jié)溫度低，粒徑分布均勻等優(yōu)點(diǎn)，但其也有反應(yīng)時(shí)間過長(zhǎng)，凝膠易開裂等缺點(diǎn)。這些都值得我們?cè)趹?yīng)用此法時(shí)給予足夠的注意。

（2）激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相反應(yīng)法

激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相反應(yīng)法是利用激光來引發(fā)、活化反應(yīng)物系，從而合成高品位納米材料的一種方法。其基本原理是：利用大功率激光器的激光束照射于反應(yīng)氣體，反應(yīng)氣體通過對(duì)激光光子的強(qiáng)吸收，氣體分子或原子在瞬間得到加熱、活化，在極短時(shí)間內(nèi)反應(yīng)氣體分子或原子獲得化學(xué)反應(yīng)所需要的溫度，迅速完成反應(yīng)、成核與凝聚、生長(zhǎng)等過程，從而制得相應(yīng)物質(zhì)的納米微粒。因此，簡(jiǎn)單的說，激光法就是利用激光光子能量加熱反應(yīng)體系，從而制得納米微粒的一種方法。通常，入射激光束垂直于反應(yīng)氣流，反應(yīng)氣體分子或原子吸收激光光子后被迅速加熱，根據(jù)J S Haggerty的估算，激光加熱的速率為106-108°C/s，加熱到反應(yīng)最高溫度的時(shí)間小于10-4s。被加熱的反應(yīng)氣流將在反應(yīng)區(qū)域內(nèi)形成穩(wěn)定分布的火焰，火焰中心的溫度一般遠(yuǎn)高于相應(yīng)化學(xué)反應(yīng)所需溫度，因此反應(yīng)將在10-3s內(nèi)完成。生成的核粒子在載氣流的吹送下迅速脫離反應(yīng)區(qū)，經(jīng)短暫生長(zhǎng)過程到達(dá)收集室。

入射激光能否引發(fā)化學(xué)反應(yīng)取決于入射光的頻率--氣體分子對(duì)光能的吸收系數(shù)一般與入射光頻率有關(guān)。為保證制備過程中反應(yīng)生成的核粒子快速冷凝，獲得超細(xì)微粒，需要冷壁式反應(yīng)室。常用水冷式反應(yīng)器壁和透明輻射式反應(yīng)器壁。這樣有利于在反應(yīng)室中構(gòu)成較大溫度梯度分布，加速生成核粒子冷凝，抑制其過分生長(zhǎng)。此外，為防止顆粒碰撞、粘連團(tuán)聚，甚至燒結(jié)，還需要在反應(yīng)器內(nèi)配惰性保護(hù)氣體，使生成的納米微粒的粒徑得到保證。另外，通過對(duì)加入反應(yīng)氣體成分的控制，可以制得復(fù)合納米材料。

激光法與普通加熱法制備納米微粒有極大不同，這主要表現(xiàn)為：

（a）冷的反應(yīng)器壁，無潛在污染。

（b）原料氣體分子直接或間接吸收光子能量后迅速進(jìn)行反應(yīng)。

（c）反應(yīng)具有選擇性。

（d）反應(yīng)區(qū)條件可以被精確的控制。

（e）激光能量高度集中，反應(yīng)區(qū)與周圍環(huán)境之間溫度梯度大，有利于生成核粒子快速凝結(jié)。

由于激光法具有上述的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，因此，采用此法可以制得均勻、高純、超細(xì)、粒度窄分布的各類微粒。盡管存在成本較高的問題，但這種方法也已經(jīng)開始走向工業(yè)化，畢竟，激光法是一種制備納米微粒的理想方法。

納米復(fù)合隱身材料的復(fù)合新技術(shù)

隱身材料按其吸波機(jī)制可分為電損耗型與磁損耗型。電損耗型隱身材料包括SiC粉末、SiC纖維、金屬短纖維、鈦酸鋇陶瓷體、導(dǎo)電高聚物以及導(dǎo)電石墨粉等；磁損耗型隱身材料包括鐵氧體粉、羥基鐵粉、超細(xì)金屬粉或納米相材料等。運(yùn)用復(fù)合技術(shù)對(duì)這些材料進(jìn)行納米尺度上的復(fù)合便可得到吸波性能大為提高的納米復(fù)合隱身材料。近年來，納米復(fù)合隱身材料的制備新技術(shù)發(fā)展的很迅速，這些新的復(fù)合技術(shù)主要包括一下幾種：

（a）以在材料合成過程中于基體中產(chǎn)生彌散相且與母體有良好相容性、無重復(fù)污染為特點(diǎn)的原位復(fù)合技術(shù)。

（b）以自放熱、自潔凈和高活性、亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)產(chǎn)物為特點(diǎn)的自蔓延復(fù)合技術(shù)。

（c）以組分、結(jié)構(gòu)及性能漸變?yōu)樘攸c(diǎn)的梯度復(fù)合技術(shù)

（d）以攜帶電荷基體通過交替的靜電引力來形成層狀高密度、納米級(jí)均勻分散材料為特點(diǎn)的分子自組裝技術(shù)。

（e）依靠分子識(shí)別現(xiàn)象進(jìn)行有序堆積而形成超分子結(jié)構(gòu)的超分子復(fù)合技術(shù)。

材料的性能與組織結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系。與其他類型的材料相比，復(fù)合材料的物相之間有更加明顯并成規(guī)律化的幾何排列與空間結(jié)構(gòu)屬性，因此復(fù)合材料具有更加廣泛的結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性。納米隱身符合材料因綜合了納米材料與復(fù)合材料兩者的優(yōu)點(diǎn)而具有良好的對(duì)電磁波的吸收特性，已經(jīng)成為目前各主要國(guó)家材料科技界人士爭(zhēng)相研究的熱點(diǎn)之一。

其它隱身材料

電路模擬隱身材料

該技術(shù)是在合適的基底材料上涂敷導(dǎo)電的薄窄條網(wǎng)絡(luò)、十字形或更復(fù)雜的幾何圖形， 或在復(fù)合材料內(nèi)部埋入導(dǎo)電高分子材料形成電阻網(wǎng)絡(luò)， 實(shí)現(xiàn)阻抗匹配及損耗， 從而實(shí)現(xiàn)高效電磁波吸收。這種材料能在給定的體積范圍內(nèi)產(chǎn)生高于較簡(jiǎn)單類型吸波材料的性能。但對(duì)每一種應(yīng)用， 都必須運(yùn)用等效電路或二維周期介質(zhì)論在計(jì)算機(jī)上進(jìn) 行 特定的匹配設(shè)計(jì)， 而且涉及計(jì)算比較麻煩。

手征隱身材料

所謂的手征是指一個(gè)物體不論是通過平移或旋轉(zhuǎn)都不能與其鏡像重合的性質(zhì)。研究表明， 手征材料能夠減少入射電磁波的反射并能夠吸收電磁波。目前， 用于微波波段的手征材料都是人造的。現(xiàn)在研究的手征吸波材料是在基體中摻雜手征結(jié)構(gòu)物質(zhì)形成的手征復(fù)合材料。

紅外隱身柔性材料

這種材料是指以織物為中心開發(fā)的各種紅外隱身材料， 常常以高性能纖維織物為基礎(chǔ)。

紅外隱身服

美國(guó)特立屈公司（ TeledyncIndustr ies Inc） 設(shè)計(jì)出一種紅外隱身效果較好的隱身服，它由多層涂層織物復(fù)合加工而成。基布采用多孔尼龍網(wǎng)，并在表面鍍銀，再在基布上粘貼具有不同紅外發(fā)射率的布條，布條的一端可以自由飄動(dòng)，同時(shí)控制布條表面涂層面積的大小和形狀。這種隱身服可以與背景保持一致，從而保證人體的紅外特性難于被紅外探測(cè)器探測(cè)到。

研究前景展望

對(duì)隱身材料來說，對(duì)某種探測(cè)手段的隱身性能好，往往對(duì)另一種探測(cè)手段的隱身性能就不好。例如，對(duì)激光探測(cè)的隱身性能好，一般對(duì)紅外探測(cè)就不能隱身，這就是隱身材料的相容性問題。為解決這一問題，需要研制兼容型隱身材料，如雷達(dá)波、紅外兼容隱身材料，紅外、激光兼容隱身材料，雷達(dá)波、紅外、激光等多種兼容的隱身材料等。

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