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納米材料的制備方法

下面重點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。此法是將金屬有機或無機化合物經(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、焙燒得到納米級產(chǎn)物。燒結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間內(nèi)合成了粒度小、純度高的超細粉；還比如用γ射線照射制得納米級CdSe/聚丙烯酰胺復合粉。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、物理方法和化學沉積、熱解、氧化及還原反應來填充氣孔以制備復合材料。目前采用此法制備納米材料的具體技術和工藝很多，但按其產(chǎn)生溶膠-凝膠的機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）無機聚合物型。通過可溶性聚合物在水或有機相中的溶膠-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，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，粉末形狀由球形轉化為立方體。

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

與其他傳統(tǒng)的無機材料制備方法相比，溶膠-凝膠法具有反應燒結溫度低，粒徑分布均勻等優(yōu)點，但其也有反應時間過長，凝膠易開裂等缺點。這些都值得我們在應用此法時給予足夠的注意。

（2）激光誘導化學氣相反應法

激光誘導化學氣相反應法是利用激光來引發(fā)、活化反應物系，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氣體，反應氣體通過對激光光子的強吸收，氣體分子或原子在瞬間得到加熱、活化，在極短時間內(nèi)反應氣體分子或原子獲得化學反應所需要的溫度，迅速完成反應、成核與凝聚、生長等過程，從而制得相應物質(zhì)的納米微粒。因此，簡單的說，激光法就是利用激光光子能量加熱反應體系，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氣流，反應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，加熱到反應最高溫度的時間小于10-4s。被加熱的反應氣流將在反應區(qū)域內(nèi)形成穩(wěn)定分布的火焰，火焰中心的溫度一般遠高于相應化學反應所需溫度，因此反應將在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區(qū)，經(jīng)短暫生長過程到達收集室。

入射激光能否引發(fā)化學反應取決于入射光的頻率--氣體分子對光能的吸收系數(shù)一般與入射光頻率有關。為保證制備過程中反應生成的核粒子快速冷凝，獲得超細微粒，需要冷壁式反應室。常用水冷式反應器壁和透明輻射式反應器壁。這樣有利于在反應室中構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。此外，為防止顆粒碰撞、粘連團聚，甚至燒結，還需要在反應器內(nèi)配惰性保護氣體，使生成的納米微粒的粒徑得到保證。另外，通過對加入反應氣體成分的控制，可以制得復合納米材料。

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行反應。

（c）反應具有選擇性。

（d）反應區(qū)條件可以被精確的控制。

（e）激光能量高度集中，反應區(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。

由于激光法具有上述的技術優(yōu)勢，因此，采用此法可以制得均勻、高純、超細、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。

納米復合隱身材料的復合新技術

隱身材料按其吸波機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、導電高聚物以及導電石墨粉等；磁損耗型隱身材料包括鐵氧體粉、羥基鐵粉、超細金屬粉或納米相材料等。運用復合技術對這些材料進行納米尺度上的復合便可得到吸波性能大為提高的納米復合隱身材料。近年來，納米復合隱身材料的制備新技術發(fā)展的很迅速，這些新的復合技術主要包括一下幾種：

（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、無重復污染為特點的原位復合技術。

（b）以自放熱、自潔凈和高活性、亞穩(wěn)結構產(chǎn)物為特點的自蔓延復合技術。

（c）以組分、結構及性能漸變?yōu)樘攸c的梯度復合技術

（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、納米級均勻分散材料為特點的分子自組裝技術。

（e）依靠分子識別現(xiàn)象進行有序堆積而形成超分子結構的超分子復合技術。

材料的性能與組織結構有密切關系。與其他類型的材料相比，復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構屬性，因此復合材料具有更加廣泛的結構可設計性。納米隱身符合材料因綜合了納米材料與復合材料兩者的優(yōu)點而具有良好的對電磁波的吸收特性，已經(jīng)成為目前各主要國家材料科技界人士爭相研究的熱點之一。

其它隱身材料

電路模擬隱身材料

該技術是在合適的基底材料上涂敷導電的薄窄條網(wǎng)絡、十字形或更復雜的幾何圖形， 或在復合材料內(nèi)部埋入導電高分子材料形成電阻網(wǎng)絡， 實現(xiàn)阻抗匹配及損耗， 從而實現(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)生高于較簡單類型吸波材料的性能。但對每一種應用， 都必須運用等效電路或二維周期介質(zhì)論在計算機上進 行 特定的匹配設計， 而且涉及計算比較麻煩。

手征隱身材料

所謂的手征是指一個物體不論是通過平移或旋轉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?，F(xiàn)在研究的手征吸波材料是在基體中摻雜手征結構物質(zhì)形成的手征復合材料。

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。

紅外隱身服

美國特立屈公司（ TeledyncIndustr ies Inc） 設計出一種紅外隱身效果較好的隱身服，它由多層涂層織物復合加工而成?；疾捎枚嗫啄猃埦W(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，同時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器探測到。

研究前景展望

對隱身材料來說，對某種探測手段的隱身性能好，往往對另一種探測手段的隱身性能就不好。例如，對激光探測的隱身性能好，一般對紅外探測就不能隱身，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，如雷達波、紅外兼容隱身材料，紅外、激光兼容隱身材料，雷達波、紅外、激光等多種兼容的隱身材料等。

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