第一篇：納米隱身材料概述

納米隱身材料概述

摘要：本文主要在前人論述總結(jié)的基礎(chǔ)上對(duì)當(dāng)前納米隱身材料的原理、研究的現(xiàn)狀（進(jìn)展）、存在的問題、發(fā)展趨勢和自己的一點(diǎn)個(gè)人看法做一個(gè)大概的簡單的概述。關(guān)鍵詞：納米

隱身材料

所謂納米材料是指晶粒直徑小于100納米、包含多個(gè)原子簇的超細(xì)材料。在這種材料狀態(tài)下，材料的力學(xué)性能、光學(xué)性能、化學(xué)性能、磁性能及電學(xué)性能發(fā)生了與傳統(tǒng)材料不相同的變化。隱身材料是指以磁性納米材料或結(jié)構(gòu)為主體構(gòu)成的一種復(fù)合隱身材料。

【1】

納米

在信息化條件下，軍事高科技的發(fā)展受到各國的重視，作為軍事高科技的重要成員和基礎(chǔ)，軍用材料的發(fā)展歷來很受重視。現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，先進(jìn)偵察系統(tǒng)和精確打擊系統(tǒng)在實(shí)際作戰(zhàn)中對(duì)軍事裝備及設(shè)施的威脅越來越大，隱身技術(shù)的應(yīng)用能夠顯著提高武器裝備的生存、突防和縱深打擊能力，因此隱身技術(shù)成為世界各軍事強(qiáng)國研究的熱點(diǎn)之一。一．隱身原理

⒈簡單來說，金屬粉體（如Fe、Ni等）隨著顆粒尺寸的減小，特別是達(dá)到納米級(jí)后，電導(dǎo)率很低，材料的比飽和磁化強(qiáng)度下降，但磁化率和矯頑力急劇上升。其在細(xì)化過程中，處于表面的原子數(shù)越來越多，增大了納米材料的活性，因此在一定波段電磁波的輻射下，原子、電子運(yùn)動(dòng)加劇，促進(jìn)磁化，使電磁能轉(zhuǎn)化為熱能，從而增加了材料的吸波性能。2從而反射

【】除去的波就少，不容易被對(duì)方雷達(dá)探測到，從而起到隱身效果。一般認(rèn)為，其對(duì)電磁波能量的吸收由晶格電場熱振動(dòng)引起的電子散射、雜質(zhì)和晶格缺陷引起的電子散射以及電子與電子之間的相互作用三種效應(yīng)來決定。

⒉納米Si/C/N粉體的吸波機(jī)理與其結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。但目前對(duì)其結(jié)構(gòu)的研究并沒有得出確切結(jié)論，一般認(rèn)為，在納米Si/C/N粉體中固溶了N，存在Si（N）C固溶體，而這些判斷也得到了實(shí)驗(yàn)的證實(shí)。固溶的N原子在SiC晶格中取代C原子的位置而形成帶電缺陷。在正常的SiC晶格中，每個(gè)碳原子與四個(gè)相鄰的硅原子以共價(jià)鍵連接，同樣每個(gè)硅原子也與周圍的四個(gè)碳原子形成共價(jià)鍵。當(dāng)N原子取代C原子進(jìn)入SiC后，由于N只有三價(jià)，只能與三個(gè)Si原子成鍵，而另外的一個(gè)Si原子將剩余一個(gè)不能成鍵的價(jià)電子。由于原子的熱運(yùn)動(dòng)，這個(gè)電子可以在N原子周圍的四個(gè)Si原子上運(yùn)動(dòng)，從一個(gè)Si原子上跳躍到另一個(gè)Si原子上。在跳躍過程中要克服一定勢壘，但不能脫離這四個(gè)Si原子組成的小區(qū)域，因此，這個(gè)電子可以稱為“準(zhǔn)自由電子”。在電磁場中，此“準(zhǔn)自由電子”在小區(qū)域內(nèi)的位置隨電磁場的方向而變化，導(dǎo)致電子位移。電子位移的馳豫是損耗電磁波能量的主要原因。帶電缺陷從一個(gè)平衡位置躍遷到另一個(gè)平衡位置，相當(dāng)于電矩的轉(zhuǎn)向過程，在此過程中電矩因與周圍粒子發(fā)生碰撞而受阻，從而運(yùn)動(dòng)滯后于電場，出現(xiàn)強(qiáng)烈的極化馳豫。二．研究現(xiàn)狀【4.5.6.7.8.9】

公開資料顯示目前國內(nèi)外研究的納米雷達(dá)波吸收劑主要有如下幾種類型:納米金屬與合金吸收劑、納米氧化物吸收劑、納米SiC吸收劑、納米鐵氧體吸收劑、納米石墨吸收劑、納米Si/C/N 和Si/C/N/O 吸收劑、納米金屬膜/絕緣介質(zhì)膜吸收劑、納米導(dǎo)電聚合物吸收劑、納米氮化物吸收劑【3】等

國內(nèi)關(guān)于納米吸收劑的研究具有代表性的是成都電子科技大學(xué)的納米針形磁性金屬粉、多層納米膜復(fù)合吸收劑,青島化工學(xué)院的手征和納米磁性金屬離子的復(fù)合吸收劑以及哈爾濱工業(yè)大學(xué)的納米亞單疇氮化鐵固體超順磁體復(fù)合吸收劑。

成都電子科技大學(xué)以液相法合成出鐵基納米針形粉,并對(duì)影響其電磁參數(shù)的諸多因素進(jìn)行了研究,這種納米鐵基金屬粉密度低、質(zhì)量輕,通過成分變化,可以有效控制其頻率特性,有利展寬吸收頻帶。在此基礎(chǔ)上,他們又對(duì)輕質(zhì)多層膜復(fù)合材料進(jìn)行了研究,利用化學(xué)成膜技術(shù)在中空玻璃球表面生成均勻、致密的金屬鍍層從而制備出了輕質(zhì)顆粒膜復(fù)合吸收劑,這種吸收劑具有密度小,能充分發(fā)揮單位質(zhì)量損耗層作用的顯著特點(diǎn),并且可以通過控制鍍膜工藝和損耗層成分的方法達(dá)到有效調(diào)節(jié)鍍膜顆粒復(fù)合材料的電導(dǎo)率、比飽和磁化強(qiáng)度進(jìn)而調(diào)節(jié)其電磁參數(shù),是一種輕質(zhì)復(fù)合吸收劑。

青島化工學(xué)院納米材料研究所用納米金屬作催化劑通過聚合反應(yīng)制備出導(dǎo)電螺旋手征吸收劑,這是一種集納米材料、導(dǎo)電高聚物與螺旋手征于一體的新型輕質(zhì)、寬頻吸收劑。由于螺旋的作用,這種吸收劑對(duì)吸波涂層具有增強(qiáng)作用,具有工藝性能好、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)制出了具有納米粒度的單疇氮化鐵固體超順磁體并對(duì)超順磁體的研制工藝也進(jìn)行了探索性研究,建立了工藝研究設(shè)備。納米氮化鐵具有很高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度,而且有很高的飽和磁流密度,因此納米粒度的氮化鐵超順磁體吸收劑具有較高的磁導(dǎo)率。此外，納米氮化硅是另一種常見的納米氮化物吸收劑,納米氮化硅中大量懸掛鍵的存在形成電偶極矩,使其界面發(fā)生極化從而使納米氮化硅產(chǎn)生強(qiáng)的介電損耗，具有良好的吸波性能。

國外方面，美、法、日等國都把納米材料作為新一代隱身材料加以研究和探索。日本用二氧化碳激光法研制出一種在厘米和毫米波段都有很好吸波性能的硅/ 碳/ 氮和硅/ 碳/ 氮/

氧復(fù)合吸收劑。其吸波機(jī)理為:通過碳化硅、氮化硅和自由碳等對(duì)雷達(dá)波進(jìn)行吸收和衰減,利用氮化硅的含量調(diào)節(jié)整體電阻率。法國研制成功的鈷鎳納米材料與絕緣層構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu),由粘結(jié)劑和納米級(jí)微屑填充材料組成,其結(jié)構(gòu)具有很好的磁導(dǎo)率,與粘合劑復(fù)合涂層具有良好的吸波性能。納米薄膜或納米多層膜材料具有優(yōu)異的電磁性能。美國研制出的“超黑粉”納米吸波材料,對(duì)雷達(dá)波的吸收率大于99 %,這種“超黑粉”納米吸波材料不僅吸收率大,而且在低溫下仍保持很好的韌性。

【6】

對(duì)納米隱身材料的最新研究主要集中在復(fù)合材料方面，運(yùn)用復(fù)合技術(shù)對(duì)電損耗型與磁損耗隱身材料進(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。綜合了納米材料和復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)而具有良好的吸收特性。其制備方法現(xiàn)羅列如下：

1.溶膠-凝膠法：將金屬有機(jī)物或無機(jī)化合物經(jīng)溶液制得溶膠，溶膠在一定條件下（如加熱）脫水時(shí)，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，近年來有用微波加熱代替常規(guī)加熱的，也有用射線照射得到產(chǎn)物的。該方法能夠制備多孔連接的納米材料。產(chǎn)生溶膠-凝膠的機(jī)制主要有：①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)聚成大顆粒而沉淀，得到均勻穩(wěn)定的溶膠，再經(jīng)過蒸發(fā)溶膠（脫水）得到凝膠。②無機(jī)聚合物型：通過可溶性聚合物在水或有機(jī)相中溶膠-凝膠法過程，使金屬離子均勻的分散在凝膠中。常用的聚合物有聚乙烯醇、硬脂酸、聚丙烯酰胺。③絡(luò)合物型：利用絡(luò)合劑（如檸檬酸）將金屬離子形成絡(luò)合物，再經(jīng)過溶膠-凝膠法過程形成絡(luò)合物凝膠。此方法有反應(yīng)燒結(jié)溫度低，徑粒分布均勻等優(yōu)點(diǎn)。

2.惰性氣體冷凝法：是制備清潔界面納米粉的主要方法之一。將裝有待蒸發(fā)物質(zhì)的容器抽至10pa高真空后，充入惰性氣體，然后再加熱蒸發(fā)，使物質(zhì)蒸發(fā)成霧狀原子，隨惰性氣體流冷凝到冷凝器上，將聚集的納米尺度離子刮下，收集即得納米粉末。如采用多個(gè)蒸發(fā)源，可同時(shí)得到復(fù)合粉體和化合物分體，顆粒尺寸可通過蒸發(fā)速率和凝聚氣的氣壓來調(diào)控。

⒊此外有以在材料合成過程中于基體中產(chǎn)生彌散相與母體有良好的相容性、無重復(fù)污染為特點(diǎn)的原位復(fù)合技術(shù)；以自放熱、自潔凈、高活性和亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)為特點(diǎn)的子蔓延復(fù)合技術(shù)；分子自組裝技術(shù)；超分子符合技術(shù)等。另外，研究中還存在一些問題，主要有： ⒈對(duì)材料的隱身原理的研究還不是很成熟；

⒉用溶膠-凝膠法制備時(shí)存在反應(yīng)過程過長，凝膠易開裂；

屬于我國最尖端武器序列。另一方面，科學(xué)研究成果的應(yīng)用，能更好地服務(wù)于民眾，更好地促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在國際競爭中保持優(yōu)勢地位，能有效避免高昂的專利費(fèi)流入他國。

對(duì)發(fā)展納米隱身材料的建議：我國納米產(chǎn)業(yè)化的道路還十分漫長。在科學(xué)發(fā)現(xiàn)方面我們和美、日、德等國家沒什么大的差距，有些地方還超過了他們，但向工業(yè)化生產(chǎn)過程中，我國尚處于落后地位。因此我們必須大力做好納米科技成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的工作。國內(nèi)企業(yè)大多是生產(chǎn)型的，缺乏自主創(chuàng)新的能力，另一方面，我國的科研機(jī)構(gòu)，有時(shí)缺乏從實(shí)驗(yàn)室小試成果轉(zhuǎn)化到實(shí)施大量產(chǎn)業(yè)化的意識(shí)，或者能力還達(dá)不到。研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)不能很好的銜接，使得我國納米材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展嚴(yán)重滯后。因此科研機(jī)構(gòu)應(yīng)多從實(shí)際應(yīng)用的角度考慮，加強(qiáng)和企業(yè)的聯(lián)系，以使成果較好最快的應(yīng)用于實(shí)際。

參考文獻(xiàn)：

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第二篇：二維納米薄膜材料概述

二維納米材料概述

-----納米薄膜概述

班級(jí)：材料科學(xué)與工程103班

姓名：盧忠

學(xué)號(hào)：201011601322

摘要 納米科學(xué)技術(shù)是二十世紀(jì)八十年代末期誕生并快速崛起的新科技，而其二維納米結(jié)構(gòu)——納米薄膜在材料應(yīng)用以及前景上都占據(jù)著重要的地位。納米薄膜材料是一種新型的薄膜材料，由于其特殊的結(jié)構(gòu)和性能，它在功能材料和結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域都具有良好的發(fā)展前景。本論文著重介紹納米薄膜的制備方法、特性以及研究前景。納米薄膜材料性能較傳統(tǒng)的薄膜材料有更加明顯的優(yōu)勢，特別是納米磁性多層膜、顆粒膜作為一種新型的復(fù)合材料將是今后的研究方向。

關(guān)鍵詞：納米；薄膜材料

目錄

一.薄膜材料定義............................................................（1）二.納米薄膜的分類..........................................................（1）三.納米薄膜的制備方法......................................................（2）四.納米薄膜特性............................................................（4）五.應(yīng)用及前景..............................................................（6）參考文獻(xiàn)

一.薄膜材料定義：納米薄膜是指尺寸在納米量級(jí)的晶粒構(gòu)成的薄膜或?qū)⒓{米晶粒薄膜鑲嵌于某種薄膜中構(gòu)成的復(fù)合膜，以及層厚在納米量級(jí)的單層或多層薄膜，通常也稱作納米顆粒薄膜和納米多層薄膜。

二.納米薄膜的分類

1.納米薄膜，按用途分為兩大類:納米功能薄膜和納米結(jié)構(gòu)薄膜。

納米功能薄膜:主要是利用納米粒子所具有的光、電、磁方面的特性，通過復(fù)合使新材料具有基體所不具備的特殊功能。

納米結(jié)構(gòu)薄膜:主要是通過納米粒子復(fù)合，提高材料在機(jī)械方面的性能。

2.按膜的功能分

納米磁性薄膜 納米光學(xué)薄膜 納米氣敏膜 納濾膜、納米潤滑膜 納米多孔膜

LB（Langmuir Buldgett）膜

SA（分子自組裝）膜 3.按膜層結(jié)構(gòu)分類

單層膜

如熱噴涂法的表面膜等

雙層膜

如在真空氣相沉積的反射膜上再鍍一層 多層膜

指雙層以上的膜系

4.按膜層材料分

金屬膜，如Au、Ag等 合金膜，如Cr-Fe、Pb-Cu等 氧化物薄膜 非氧化物無機(jī)膜 有機(jī)化合物膜

三.納米薄膜的制備方法

納米材料的合成與制備一直是納米科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)一個(gè)重要的研究課題，新材料制備工藝過程的研究與控制對(duì)納米材料的微觀結(jié)構(gòu)和性能具有重要的影響。最早是采用金屬蒸發(fā)凝聚-原位冷壓成型法制備納米晶體，相繼又發(fā)展了各種物理、化學(xué)方法，如機(jī)械球磨法、非晶晶化法、水熱法、溶膠-凝膠法等。

1.化學(xué)法：指在鍍膜技術(shù)中，有化學(xué)反應(yīng)參與，通過物質(zhì)間的化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)薄膜的生長。

（1）化學(xué)還原法

（2）化學(xué)氣相沉積法（CVD）：包括常壓、低壓、等離子體輔助氣相沉積等。該方法通過在高溫、等離子或激光輔助等條件下控制反應(yīng)氣壓、氣流速率、基片材料溫度等條件，從而控制納米微粒薄膜的成核生長過程；或者通過薄膜后處理，控制非晶薄膜的晶化過程，從而獲得納米結(jié)構(gòu)的薄膜。用CVD法制備薄膜材料是通過使原料氣體以不同的能量使其產(chǎn)生各種法學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)物在基片上生長、沉積成固體薄膜。

（3）高溫分解法

（4）溶膠-凝膠法：這種方法是20世紀(jì)60年代作為一種制備玻璃、陶瓷等無機(jī)材料的合成工藝而開發(fā)的。溶膠–凝膠法可以賦予基體多種特殊性能，其中包括機(jī)械、化學(xué)保護(hù)、光學(xué)、電磁和催化等。溶膠–凝膠法制備薄膜，首先必須制得穩(wěn)定的溶膠，按其溶膠的方法，將溶膠–凝膠工藝分為有機(jī)途徑和無機(jī)途徑，兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)。與其他制備薄膜的方法相比，溶膠–凝膠法工藝設(shè)備簡單，溫度低，易于大面積制備各種不同形狀、材料的薄膜，用料省、成本較低。

（5）電浮法（6）陰極電鍍法

2.物理法：指在薄膜沉積過程中，不涉及化學(xué)反應(yīng)，薄膜的生長基本是物理過程。

物理氣相沉積（PVD）是一類常規(guī)的薄膜制備手段，它包括蒸鍍、電子束蒸鍍、濺射等。主要通過兩種途徑制膜：

（1）在非晶薄膜晶化過程中控制納米結(jié)構(gòu)的形成。

（2）在薄膜的成核過程中控制納米結(jié)構(gòu)的形成。物理氣相沉積主要包括以下三點(diǎn)：

①氣相物質(zhì)的產(chǎn)生。在蒸發(fā)鍍膜方法中，用加熱源使其蒸發(fā)；而在濺射鍍膜中，則用具有一定能量的粒子轟擊靶材。

② 氣相物質(zhì)的輸送。由于有氣體存在時(shí)會(huì)與氣相物質(zhì)發(fā)生碰撞，因此氣相物質(zhì)的輸送往往在真空中進(jìn)行。

③ 氣相物質(zhì)的沉積。氣相物質(zhì)在基片上的沉積是一個(gè)凝聚過程。根據(jù)凝聚條件的不同，可以形成單晶膜、多晶膜或者非晶態(tài)膜。

3.分子組裝方法

（1）LB膜技術(shù)

LB膜技術(shù)就是先將雙親分子在水面上形成有序的緊密單分子薄膜，再利用端基的親水、疏水作用將單層膜轉(zhuǎn)移到固體基片上。由于基片與分子之間的吸附作用，單分子層級(jí)成績在固體基片上。這樣基片反復(fù)的進(jìn)出水面就可以形成多層膜。LB膜隨著轉(zhuǎn)移方式的不同可得到X型、Y型和Z型。LB膜的制備是將懸浮在氣/液界面的單分子膜轉(zhuǎn)移到基片表面。最常用的方法是垂直拉提法、水平拉提法、亞相降低法、擴(kuò)散吸附法和接觸法。

（2）分子自組裝技術(shù)

分子自組裝（SA）薄膜技術(shù)是一種在平衡條件下通過建的相互作用，自發(fā)結(jié)締形成性能穩(wěn)定的、結(jié)構(gòu)完整的薄膜的方法。SA成膜技術(shù)主要包括基于化學(xué)吸附的自組裝成膜技術(shù)，和基于物理吸附的離子自組裝膜技術(shù)。

①基于化學(xué)吸附的SA技術(shù)

其基本方法是：將表面修飾有某種物質(zhì)的基片浸入待組裝分子的溶液中，待組裝分子一端的反應(yīng)基于基片表面發(fā)生自動(dòng)連續(xù)的化學(xué)反應(yīng)，在基片表面形成化學(xué)鍵連接的二維有序單層膜；如果單層膜表面也有具有某種反應(yīng)活性的基團(tuán)，則又可以和別的物質(zhì)反應(yīng)，如此重復(fù)就構(gòu)建成同質(zhì)或異質(zhì)的多成膜。SA技術(shù)形成的多層膜有如下主要特征：①.原位自發(fā)形成；②.熱力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；③.物理基片形狀如何，其表面均可形成均勻一致的覆蓋層；④.高密度堆積和低缺氧濃度；⑤.分子有序排列；⑥.可人為設(shè)計(jì)分子結(jié)構(gòu)和表面結(jié)構(gòu)來獲得預(yù)期的物理和化學(xué)性質(zhì)；⑦.有機(jī)合成和制膜有很大的靈活性。

②基于物理吸附的SA膜技術(shù)

基于物理吸附的SA膜技術(shù)又叫做離子自組裝技術(shù)，其原理是將表面帶負(fù)電荷的基片浸入陽離子聚電解質(zhì)溶液中，由于靜電吸引，陽離子聚電解質(zhì)聚集到基片表面，使基片表面帶正電，然后將基片再浸入陰離子聚電解質(zhì)溶液中，如此重復(fù)進(jìn)行，就會(huì)形成多層聚電解質(zhì)自組裝膜。

這種建立在靜電互相作用原理基礎(chǔ)上的自組裝技術(shù)，是一種新型的制備聚合物納

米復(fù)合膜的方法。它的特點(diǎn)是：①對(duì)沉積過程或膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子級(jí)控制；②.利用連續(xù)沉積的方法，可實(shí)現(xiàn)層間分子對(duì)稱或非對(duì)稱二維或三維超晶格結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)膜的光、電、磁、非線性光學(xué)性能的功能化；③.可形成仿真生物膜；④.層與層之間膜的穩(wěn)定性極好；⑤.與基于化學(xué)吸附法制備有機(jī)復(fù)合膜相比，具有較好的重復(fù)性。

四.納米薄膜特性

1.納米薄膜的力學(xué)性能：納米薄膜的性能強(qiáng)烈依賴于晶粒(顆粒)尺寸、膜的厚度、表面粗糙度及多層膜的結(jié)構(gòu)，這也就是日前納米薄膜研究的主要內(nèi)容。

硬度：納米多層膜的硬度與材料系統(tǒng)的組分、各組分的相對(duì)含量、薄膜的調(diào)制波長有著密切的關(guān)系。

機(jī)械性能較好的薄膜材料一般由硬質(zhì)相〔如陶瓷材料)和韌性相(如全屬材料)共同構(gòu)成。因此如果不考慮納米效應(yīng)的影響和硬質(zhì)相含量較高時(shí)，則薄膜材料的硬度較高，并且與相同材料組成的近似混合的薄膜相比，硬度均有所提高。

韌性：多層膜結(jié)構(gòu)可以提高材料的韌性，其增韌機(jī)制主要是裂紋尖端鈍化、裂紋分支、層片拔出以及沿界面的界面開裂等，在納米多層膜中也存在類似的增韌機(jī)制。

影響韌性的因素主要有組分材料的相對(duì)含量及調(diào)制波長。在金屬/陶瓷組成的多層膜中，可以把金屬作為韌性相，陶瓷為脆性相，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)在TiC/Fe、Ti/Al、TiC/W多層膜系中，當(dāng)金屬含量較低時(shí)，韌性基本上隨金屬相含量的增加而上升，但是在上升到一定程度時(shí)反而下降。

耐磨性：研究發(fā)現(xiàn)合理搭配材料可以獲得較好的耐磨性。從結(jié)構(gòu)上看，多層膜的晶粒小，原子排列的晶格存在缺陷的可能性增多，晶粒內(nèi)的晶格點(diǎn)陣畸變和晶格缺陷的增多，使晶粒內(nèi)部的位錯(cuò)滑移阻礙增加；此外，多層膜相界面結(jié)構(gòu)也非常復(fù)雜，由于不同材料位錯(cuò)能的差異，也會(huì)導(dǎo)致薄膜材料的耐磨性的不同。

2.光學(xué)性能

（1）藍(lán)移和寬化

用膠體化學(xué)法制備TiO2/SnO2超顆粒及其復(fù)合LB膜具有特殊的紫外-可見光吸收光譜。TiO2/SnO2超顆粒具有量子尺寸效應(yīng)使吸收光譜藍(lán)移。TiO2/SnO2-硬脂酸復(fù)合LB膜具有良好的抗紫外線性能和光學(xué)透過性。

（2）光學(xué)線性與非線性

光學(xué)線性效應(yīng)是指介質(zhì)在光波場作用下，當(dāng)光強(qiáng)較弱時(shí)，介質(zhì)的電極化強(qiáng)度與光波電場的一次方成正比的現(xiàn)象。一般說來，多層膜的每層膜厚度與激子玻爾半徑(aB)相近

或小于aB時(shí)，在光的照射下，吸收譜上會(huì)出現(xiàn)激子吸收峰,這種現(xiàn)象也屬于光學(xué)效應(yīng)。半導(dǎo)體InCaAlAs和InCaAs構(gòu)成的多層膜，通過控制InCaAs膜的厚度，可以很容易地觀察到激子吸收峰。

光學(xué)非線性是在強(qiáng)光場的作用下，介質(zhì)的電極化強(qiáng)度中就會(huì)出現(xiàn)與外加電磁場的二次、三次乃至高次方成比例的項(xiàng)。對(duì)于納米材料，小尺寸效應(yīng)、宏觀量子尺寸效應(yīng)、量子限域和激子是引起光學(xué)非線性的主要原因。

3.電磁學(xué)特性

（1）磁學(xué)特性

磁性材料在吸波材料中最具特色和發(fā)展?jié)摿Γ叽艑?dǎo)率金屬材料一般具有高電導(dǎo)率，高頻下易產(chǎn)生大渦流，對(duì)電磁波強(qiáng)反射而難以被吸收。采用薄膜多層化設(shè)計(jì)，用絕緣介質(zhì)層將高磁導(dǎo)率金屬層間隔形成納米多層膜復(fù)合結(jié)構(gòu)，可能獲得高頻下的高磁導(dǎo)率和大磁損耗。某文獻(xiàn)研究報(bào)道了C0923zr7Ndn，薄膜材料的高頻磁譜特性，該材料具有高的磁損耗，有可能成為GHz頻段抗EMI材料，難以應(yīng)用于高于2 GHz頻段。華中科技大學(xué)鄧聯(lián)文吲等人研究一種能用于微波吸收的高磁損耗型納米多層膜材料，并獲得了高于2GHz頻段的高磁導(dǎo)率。

（2）電學(xué)特性

有人在Au/Al2O3de 顆粒膜上觀察到電阻反常現(xiàn)象，隨著納米金顆粒含量的增加，電阻不但不減小，反而急劇增加。實(shí)驗(yàn)證明，材料的導(dǎo)電性與材料顆粒的臨界尺寸有關(guān)。當(dāng)材料顆粒小于臨界尺寸時(shí)，它可能失去原來的電學(xué)性。

（3）氣敏特性

采用PECVD方法制備的SnO2超微粒顆粒薄膜比表面積大，存在不飽和配位鍵，表面存在很多活性中心，容易吸附多種氣體而在表面進(jìn)行反應(yīng)，是很好的制備傳感器的功能膜材料。

五.應(yīng)用及前景

1.應(yīng)用（1）金屬的耐蝕薄膜：非晶態(tài)合金膜是一種無晶界的，高度均勻的單相體系，且不存在一般金屬或合金所具有的晶體缺陷，因此，它不存在晶體間腐蝕和化學(xué)偏析，具有極強(qiáng)的防腐蝕性能。

如化學(xué)沉積制備非晶態(tài)的Ni-P合金。由于它沒有晶態(tài)Ni-P合金所具有的兩相組織，無法構(gòu)成微電池。其鍍層可使金屬材料原來敏感的點(diǎn)蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕和氫脆等易腐蝕性都得到改善。

（2）多功能薄膜—SnO2由于：SnO2具有良好的吸附性、較低的電阻溫度系數(shù)及化學(xué)穩(wěn)定性，因此容易沉積在諸如玻璃、陶瓷材料、氧化物材料及其他種類的襯底材料上。SnO2薄膜的主要用途有：薄膜電阻器、透明電極、氣敏傳感器、太陽能電池、熱反射鏡、光電子器件、電熱轉(zhuǎn)化等。

2.前景

納米薄膜在很多領(lǐng)域內(nèi)都有著廣闊而先進(jìn)的應(yīng)用前景，利用它獨(dú)有的物理化學(xué)性質(zhì)及特性，設(shè)計(jì)出新型納米結(jié)構(gòu)性器件和納米復(fù)合傳統(tǒng)材料改性正孕育著新的突破，而功能性的薄膜材料一直是目前研究的熱點(diǎn)。

利用納米薄膜吸收光譜的藍(lán)移和紅移特性，人們已經(jīng)制造出了各種各樣的紫外吸收薄膜和紅外反射薄膜，并且在日常的生產(chǎn)和生活中獲得了廣泛的應(yīng)用；在一些硬度高的耐磨涂層或薄膜中添入納米相，可進(jìn)一步提高納米薄膜的硬度和耐磨性能，并保持較高的韌性；利用納米粒子涂料形成的涂層具有良好的吸收能力，可對(duì)重型設(shè)備起到隱身作用，納米氧化鈦、氧化鉻、氧化鐵等具有導(dǎo)體性質(zhì)的粒子，有很好的靜電屏蔽作用；美國科學(xué)家將PAH、PSS沉積到多空聚丙烯膜上，二氧化碳和氮?dú)獾倪x擇透過性表明固體二甲基硅烷沉積多層膜后有較高的選擇性。

在充滿生機(jī)的21世紀(jì)，信息、生物技術(shù)、能源、環(huán)境、先進(jìn)制造技術(shù)和國防的高速發(fā)展必然對(duì)材料提出新的要求，元件的小型化、智能化、高集成、高密度存儲(chǔ)和超快傳輸?shù)葘?duì)材料的尺寸要求越來越。新材料的創(chuàng)新，以及在此基礎(chǔ)上誘發(fā)的新技術(shù)是未來10年對(duì)社會(huì)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)振興、國力增強(qiáng)最有影響力的戰(zhàn)略研究領(lǐng)域，納米材料將是起重要作用的關(guān)鍵材料之一。正想美國科學(xué)家估計(jì)的“這種人們?nèi)庋劭床灰姷臉O微小的物質(zhì)很有可能給各個(gè)領(lǐng)域帶來一場革命”。在納米科技的競爭中，我國起步并不算晚，這是我國趕上世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的又一個(gè)不可多得的機(jī)遇。

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第三篇：一維納米材料的制備概述

學(xué)年論文 ` 題目：一維納米材料的制備方法概述 學(xué)院：化學(xué)學(xué)院

專業(yè)年級(jí)：材料化學(xué)2011級(jí)

學(xué)生姓名：龔佩斯學(xué)號(hào)：20110513457 指導(dǎo)教師：周晴職稱：助教 2015年3月 26日 成績

一維納米材料制備方法概述

--氣相法、液相法、模板法制備一維納米材料 材料化學(xué)專業(yè)

2011級(jí)龔佩斯 指導(dǎo)教師周晴 摘要：一維納米材料碳納米棒、碳納米線等因其獨(dú)特的用途成為國內(nèi)外材料科學(xué)家的研究熱點(diǎn)。然而關(guān)于如何制備出高性能的一維納米材料正是各國科學(xué)家所探究的問題。本文概述了一維納米材料的制備方法：氣相法、液相法、模板法等。關(guān)鍵詞：一維納米材料；制備方法；氣相法；液相法；模板法

Abstract: the nanoscale materials such as carbon nanorods and carbon nanowires have become the focus of intensive research owing to their unique applications.but the question that how to make up highqulity one-dimentional nanostructure is discussing by Scientists all around the world.This parper has reviewed the preparation of one dimention nanomaterials ,such as vapor-state method, liqulid-state method，template method and so on.Key words: one-dimention nanomaterials;preparatinal method;vapor-state method liqulid-state method;template method 納米材料是基本結(jié)構(gòu)單元在1nm ~100nm之間的材料，按其尺度分類包括零維、一維、二維納米材料。自80年代以來，零維納米材料不論在理論上和實(shí)踐中均取得了很大的進(jìn)展；二維納米材料在微型傳感器中也早有應(yīng)用。[1]一維納米材料因其特殊的結(jié)構(gòu)效應(yīng)在介觀物理、納米級(jí)結(jié)構(gòu)方面具有廣闊的應(yīng)用前景，它的制備研究為器件的微型化提供了材料基礎(chǔ)。本文主要概述了近年來文獻(xiàn)關(guān)于一維納米材料的制備方法。1 一維納米材料的制備方法

近幾年來，文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)了制備一維納米材料的多種方法，如溶膠-凝膠法、氣相-溶液-固相法、聲波降解法、溶劑熱法、模板法、化學(xué)氣相沉積法等。然而不同制備方法的納米晶體生長機(jī)制各異。本文按不同生長機(jī)制分類概述，主要介紹氣相法、液相法、模板法三大類制備方法。1.1 氣相法

在合成一維納米結(jié)構(gòu)時(shí),氣相合成可能是用得最多的方法。氣相法中的主要機(jī)制有：氣—液—固(VLS)生長機(jī)制、氣—固(VS)生長機(jī)制。[2] 1.1.1 氣—液—固(VLS)生長法

VLS法是制備單晶一維納米材料較好的方法，該方法具有較高的產(chǎn)率。催化劑以及適宜的溫度是VLS生長基質(zhì)的必要條件。催化劑能與生長材料的組元互熔形成液態(tài)的共熔物,生長材料的組元不斷地從氣相中獲得,當(dāng)液態(tài)中溶質(zhì)組元達(dá)到過飽和后,晶須將沿著固-液界面的擇優(yōu)方向析出。[2]納米線的最終形態(tài)受部分實(shí)驗(yàn)因素的影響。實(shí)驗(yàn)表明，最終合成一維納米材料的長度受催化劑的尺寸影響，而反應(yīng)時(shí)間則影響最終合成一維納米材料的長徑比。最具有代表性的工作有楊培東(P.Yang)小組的Ge納米線在Au的催化作用下VLS機(jī)制生長過程的原位觀察。[3] 1.1.2 氣—固(ＶＳ)生長機(jī)制

大量研究實(shí)驗(yàn)表明，在不存在催化劑的條件下，一維納米材料按照VS生長制備。在VS過程中,可以通過熱蒸發(fā)、化學(xué)還原或氣相反應(yīng)等方法產(chǎn)生氣相,隨后該氣相被傳輸?shù)降蜏貐^(qū)并沉積在基底上。其生長方式通常是以液固界面上微觀缺陷(位錯(cuò)、孿晶等)為形核中心生長出一維材料。[2]其中晶體的形貌取決于氣體的過飽和度。低的過飽和度有利于晶須的形成。中等過飽和度利于塊狀晶體的生長。而很高的過飽和度則均勻形成粉末。1.2 液相法

液相法包括溶液-液相-固相（SLS）生長機(jī)制、溶劑熱法。1.2.1溶液-液相-固相（SLS）生長機(jī)制

SLS生長機(jī)制與VLS生長機(jī)制相似。SLS生長機(jī)制與VLS生長機(jī)制的不同之處在于后者原材料來于氣相，前者來于液相。在SLS生長機(jī)制中，常用低熔點(diǎn)金屬為助溶劑，其作用相當(dāng)于VLS中催化劑的作用。該機(jī)制生長出來的一維納米材料為單晶和多晶結(jié)構(gòu)，且其尺寸分布范圍較寬。美國華盛頓大學(xué)Buhro小組在低溫下通過SLS機(jī)制獲得了高結(jié)晶度的半導(dǎo)體納米線,如InP、InAs、GaAs納米線。1.2.2 溶劑熱法

該反應(yīng)是在高壓釜中，以相對(duì)較低的溫度和壓力進(jìn)行的。原料各組分按一定比例混合在溶劑中，在這種方法中,溶劑處在高于其臨界點(diǎn)的溫度和壓力下,可以溶解絕大多數(shù)物質(zhì),從而使常規(guī)條件下不能發(fā)生的反應(yīng)可以進(jìn)行或加速進(jìn)行。溶劑的作用還在于它可以在反應(yīng)過程中控制晶體的生長,實(shí)驗(yàn)證明,使用不同的溶劑可以得到不同形貌的產(chǎn)品。如錢雪峰等[4]以水和乙二胺以及二者不同比例的混合物作溶劑,制得了帶狀、樹枝狀、花瓣?duì)畹炔煌蚊驳?GdS納米結(jié)構(gòu)。1.3 模板法

模板法是合成一維納米材料的有效方法。該方法具有限域能力，對(duì)一維納米材料的尺寸及形狀具有可控性。目前，廣泛使用的模板主要有多孔陽極氧化鋁膜、徑跡蝕刻聚合物膜和介孔沸石等。模板法材料的形成仍采用化學(xué)反應(yīng)等途徑來完成，主要有電化學(xué)氣相沉積、溶膠—凝膠法、化學(xué)氣相沉積。1.3.1電化學(xué)氣相沉積

將模板技術(shù)與電化學(xué)方法相結(jié)合，利用對(duì)AAO的填系和孔洞的空間限制就可以制備一維納米材料電化學(xué)沉積法是一種簡單、廉價(jià)的合成方法,可用于制備多種納米材料,如金屬、合金、半導(dǎo)體、導(dǎo)電高分子等。Shoso、Forred等采用電化學(xué)方法成功制備了Au納米線,Davydov等在多孔陽極氧化鋁納米孔中制備了Ni納米線,并研究了其電學(xué)性能,Evans等運(yùn)用電化學(xué)沉積法在多孔氧化鋁模板中合成了Co—Ni—Cu多層納米線。[2] 1.3.2化學(xué)氣相沉積

化學(xué)氣相沉積法(CVD)通過原料氣體的化學(xué)反應(yīng)而在模板孔道內(nèi)沉積形成納米管、納米線或納米粒子。其反應(yīng)溫度比熱解法低,一般在550℃～1000℃之間。該法中納米線(管)的生長一般需使用催化劑,經(jīng)常使用的催化劑有Fe、Co、Ni及其合金。楊勇等用CVD法在660℃下熱分解乙炔,在模板中得到了碳納米管陣列。賈圣果等[5]利用CVD方法制備了平均直徑20nm～100nm,長度為幾十微米的GaN納米線。同時(shí)他們探討了生長溫度和催化劑對(duì)納米線生長的影響,研究了GaN納米線的生長過程,為了解一維納米結(jié)構(gòu)材料的生長機(jī)理,實(shí)現(xiàn)納米材料的可控生長,提供了有力的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。1.3.3溶膠-凝膠法 溶膠—凝膠(Sol—gel)法首先將前體分子溶液水解得到溶膠,再將Al2O3模板浸入溶膠中,溶膠沉積到孔壁,經(jīng)熱處理后在孔內(nèi)就可得到管狀或線狀的產(chǎn)物。用Sol-gel法在Al2O3模孔內(nèi)制得的是納米管還是納米線,取決于模板在溶膠中的浸漬時(shí)間,浸漬時(shí)間短,得到納米管,而浸漬時(shí)間長則得到納米線。1.3.4固態(tài)底物的特性模板

固態(tài)底物表面的浮雕結(jié)構(gòu)是制備一維納米材料天然的模板。用石版印刷術(shù)及蝕刻等方法可以方便地在固態(tài)底物的表面得到不同圖案的微型結(jié)構(gòu),利用這些結(jié)構(gòu)可以制備各種材料的納米線。Jorritsma等[6]發(fā)現(xiàn)將金屬蒸氣以一定角度沉積到一列刻在InP(001)底物上的V形溝上可以制備細(xì)達(dá)20 nm的金屬納米線。

以其他方法合成的納米線或納米管作為模板來制備新的納米材料,大大拓寬了可被制成均一一維納米結(jié)構(gòu)的材料的范圍。這種方法最主要的問題在于難以對(duì)最終產(chǎn)品的組成和結(jié)晶度進(jìn)行嚴(yán)密地控制。而模板指導(dǎo)反應(yīng)的機(jī)理尚需進(jìn)一步研究,只有了解固-氣或固-液反應(yīng)在原子層次上是怎樣進(jìn)行的,才能更好地控制產(chǎn)品的組成、純度、結(jié)晶度和形貌。[7] 2 結(jié)語

一維納米材料具備納米材料的小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等特殊性質(zhì)，其在物理化學(xué)方面的特性在新型半導(dǎo)體器件方面具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，氣相法、液相法、模板法制備一維納米材料的工藝逐漸成熟，一些新型制備工藝如：離子液體制備新技術(shù)[8]，在制備復(fù)雜尺寸一維納米材料具有較大優(yōu)勢。隨著一維納米材料的研究日益激烈及制備新技術(shù)的不斷發(fā)展，多功能光電等半導(dǎo)體器件將更加小型化、智能化。參考文獻(xiàn)

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第四篇：隱身材料

隱身材料

（stealth material）隱身材料是實(shí)現(xiàn)武器隱身的物質(zhì)基礎(chǔ)。武器裝 備如飛機(jī)、艦船、導(dǎo)彈等使用隱身材料后，可大大減小自身的信號(hào)特征，提高生存能力。隱身材料按頻譜可分 為聲、雷達(dá)、紅外、可見光、激光隱身材料、按材料用途可分為隱身涂層材料和隱身結(jié)構(gòu)材料。聲隱身材料包 括消聲材料，隔聲材料，吸聲材料及消聲、隔聲、吸聲的復(fù)合體。主要用于新一代潛艇。雷達(dá)隱身材料能吸收雷 達(dá)波，使反射波減弱甚至不反射雷達(dá)波，從而達(dá)到隱身的目的。如日本研制的一種由電阻抗變換層和低阻抗諧振 層組成的寬頻帶高效吸波涂料，其中變換層由鐵氧體和樹脂混合組成，諧振層由鐵氧體導(dǎo)電短纖維和樹脂組成，在1～20吉赫的雷達(dá)波段上吸收率達(dá)20分貝以上。另外，一些由硅、碳、硼、玻璃纖維，以及某些陶瓷與有機(jī)聚 合物構(gòu)成的復(fù)合材料，有很高的機(jī)械強(qiáng)度，可用于制作部分結(jié)構(gòu)件，如飛機(jī)蒙皮、雷達(dá)天線罩等，同時(shí)又具有隱身 功能，這類材料稱為隱身結(jié)構(gòu)材料。紅外隱射材料主要用于車輛、艦艇、軍用飛機(jī)及其他軍用設(shè)施，使這些裝 備和設(shè)施的紅外輻射與背景基本達(dá)到一致，敵人的紅外探測器難以分辨。用鋁粉及含有二價(jià)鐵離子的材料作為 填充料，加到能透過紅外線的粘結(jié)劑中，可構(gòu)成紅外隱身涂料。可見光隱身材料通常由鋁粉、多屬氧化物粉和有 機(jī)物復(fù)合而成，或由摻雜的半導(dǎo)體材料構(gòu)成，可形成與背景顏色相匹配的迷彩圖案，滿足可見光隱身的要求。激 光隱身材料用來對(duì)抗激光制導(dǎo)武器、激光雷達(dá)和激光測距機(jī)，要求這些材料對(duì)激光的反射率低可吸收率高。對(duì) 隱身材料來說，對(duì)某種探測手段的隱身性能好，往往對(duì)另一種探測手段的隱身性能就不好。例如，對(duì)激光探測的 隱身性能好，對(duì)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，研制了兼容型隱身材 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。這是當(dāng)前隱身材料的發(fā)展方向。1.雷達(dá)吸波材料

雷達(dá)吸波材料是最重要的隱身材料，其中尤以結(jié)構(gòu)型雷達(dá)吸波材料和吸波涂料最為重要，國外目前已實(shí)用的主要也是這兩類隱身材料。(1)結(jié)構(gòu)型雷達(dá)吸波材料

結(jié)構(gòu)型雷達(dá)吸波材料是一種多功能復(fù)合材料，它既能承載作結(jié)構(gòu)件，具備復(fù)合材料質(zhì)輕、高強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，又能較好地吸收或透過電磁波，已成為當(dāng)前隱身材料重要的發(fā)展方向。

國外的一些軍機(jī)和導(dǎo)彈均采用了結(jié)構(gòu)型RAM，如SRAM導(dǎo)彈的水平安定面，A-12機(jī)身邊緣、機(jī)翼前緣和升降副翼，F(xiàn)-111飛機(jī)整流罩，B-1B和美英聯(lián)合研制的鷂-Ⅱ飛機(jī)的進(jìn)氣道，以及日本三菱重工研制的空艦彈ASM-1和地艦彈SSM-1的彈翼等均采用了結(jié)構(gòu)型RAM。近年來，復(fù)合材料的高速發(fā)展為結(jié)構(gòu)吸波材料的研制提供了保障。新型熱塑性PEEK(聚醚醚酮)、PES(聚醚砜)、PPS(聚苯硫醚)以及熱固性的環(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺和異氰酸酯等都具有比較好的介電性能，由它們制成的復(fù)合材料具有較好的雷達(dá)傳輸和透射性。采用的纖維包括有良好介電透射性的石英纖維、電磁波透射率高的聚乙烯纖維、聚四氟乙烯纖維、陶瓷纖維，以及玻纖、聚酰胺纖維。碳纖維對(duì)吸波結(jié)構(gòu)具有特殊意義，近年來，國外對(duì)碳纖維作了大量改良工作，如改變碳纖維的橫截面形狀和大小，對(duì)碳纖維表面進(jìn)行表面處理，從而改善碳纖維的電磁特性，以用于吸波結(jié)構(gòu)。

美國空軍研究發(fā)現(xiàn)將PEEK、PEK和PPS抽拉的單絲制成復(fù)絲分別與碳纖維、陶瓷纖維等按一定比例交替混雜成紗束，編織成各種織物后再與PEEK或PPS制成復(fù)合材料，具有優(yōu)良的吸收雷達(dá)波性能，又兼具有重量輕、強(qiáng)度大、韌性好等特點(diǎn)。據(jù)稱美國先進(jìn)戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗機(jī)(ATF)結(jié)構(gòu)的50%將采用這一類結(jié)構(gòu)吸波材料，材料牌號(hào)為APC(HTX)。

國外典型的產(chǎn)品有用于B-2飛機(jī)機(jī)身和機(jī)翼蒙皮的雷達(dá)吸波結(jié)構(gòu)，其使用了非圓截面(三葉形、C形)碳纖維和蜂窩夾芯復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中，吸波物質(zhì)的密度從外向內(nèi)遞增，并把多層透波蒙皮作面層，多層蒙皮與蜂窩芯之間嵌入電阻片，使雷達(dá)波照射在B-2的機(jī)身和機(jī)翼時(shí)，首先由多層透波蒙皮導(dǎo)入，進(jìn)入的雷達(dá)在蜂窩芯內(nèi)被吸收。該吸波材料的密度為0.032g/cm，蜂窩芯材在6-18GHz時(shí)，衰減達(dá)20dB；其它的產(chǎn)品如英國Plessey公司的“泡沫LA-1型”吸波結(jié)構(gòu)以及在這一基礎(chǔ)上發(fā)展的LA-

3、LA-

4、LA-1沿長度方向厚度在3.8～7.6cm變化，厚12mm時(shí)重2.8kg/m2，用輕質(zhì)聚氨酯泡沫構(gòu)成，在4.6～30GHz內(nèi)入射波衰減大于10dB；Plessey公司的另一產(chǎn)品K-RAM由含磁損填料的芳酰胺纖維組成，厚5～10mm，重7～15kg/m2，在2～18GHz衰減大于7dB。美國Emerson公司的Eccosorb CR和Eccosorb MC系列有較好的吸波性，其中CR-114及CR-124已用于SRAM導(dǎo)彈的水平安定面，密度為1.6～4.6kg/m2，耐熱180℃，彎曲強(qiáng)度1050kg/cm2，在工作頻帶內(nèi)的衰減為20dB左右。日本防衛(wèi)廳技術(shù)研究所與東麗株式會(huì)社研制的吸波結(jié)構(gòu)，由吸波層(由碳纖維或硅化硅纖維與樹脂復(fù)合而成)、匹配層(由氧化鋯、氧化鋁、氮化硅或其它陶瓷制成)、反射層(由金屬、薄膜或碳纖維織物制成)構(gòu)成，厚2mm，10GHz時(shí)復(fù)介電數(shù)為14-j24、樣品在7～17GHz內(nèi)反射衰減>10dB。

在結(jié)構(gòu)吸波材料領(lǐng)域，西方國家中以美國和日本的技術(shù)最為先進(jìn)，尤其在復(fù)合材料、碳纖維、陶瓷纖維等研究領(lǐng)域，日本顯示出強(qiáng)大的技術(shù)實(shí)力。英國的Plesey公司也是該領(lǐng)域的主要研究機(jī)構(gòu)。(2)雷達(dá)吸波涂料

雷達(dá)吸波涂料主要包括磁損性涂料和電損性涂料

磁損性涂料主要由鐵氧體等磁性填料分散在介電聚合物中組成。目前國外航空器的雷達(dá)吸波涂層大都屬于這一類。這種涂層在低頻段內(nèi)有較好的吸收性。美國Condictron公司的鐵氧體系列涂料，厚1mm，在2～10GHz內(nèi)衰減達(dá)10～12dB，耐熱達(dá)500℃；Emerson公司的Eccosorb Coating 268E厚度1.27mm，重4.9kg/m2，在常用雷達(dá)頻段內(nèi)(1～16GHz)有良好的衰減性能(10dB)。磁損型涂料的實(shí)際重量通常為8～16kg/m2，因而降低重量是亟待解決的重要問題。

電損性涂料通常以各種形式的碳、SiC粉、金屬或鍍金屬纖維為吸收劑，以介電聚合物為粘接劑所組成。這種涂料重量較輕(一般可低于4kg/m2)，高頻吸收好，但厚度大，難以做到薄層寬頻吸收，尚未見純電損型涂層用于飛行器的報(bào)道。90年代美國Carnegie-Mellon大學(xué)發(fā)現(xiàn)了一系列非鐵氧體型高效吸收劑，主要是一些視黃基席夫堿鹽聚合物，其線型多烯主鏈上含有連接二價(jià)基的雙鏈碳-氮結(jié)構(gòu)，據(jù)稱涂層可使雷達(dá)反射降低80%，比重只有鐵氧體的1/10，有報(bào)道說這種涂層已用于B-2飛機(jī)。(3)電路模擬吸收體和R卡

電路模擬吸收體是西方80年代研究的一種吸波機(jī)理和方法，它運(yùn)用等鏟電路技術(shù)對(duì)電阻片的電感、電容等參數(shù)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，以衰減大部分入射能量。與電路模擬吸收體相關(guān)的設(shè)計(jì)問題是頻率選擇表面(FSS)設(shè)計(jì)。電路模擬吸收體可以由吸波材料中周期性金屬條、柵、片構(gòu)成的電阻片制成，也可以采用帶有刻蝕成專門設(shè)計(jì)的格網(wǎng)圖案的金屬或金屬陶瓷涂層的介質(zhì)薄膜或薄纖維織物，涂層材料和厚度決定電路模擬薄膜網(wǎng)格單元的有效電阻值；網(wǎng)格單元的循環(huán)間隔以及薄膜厚度的電性能可決定吸波體的電感和電容值。這種涂層可采用氣相沉積或?yàn)R射方法敷于介質(zhì)薄膜表面。典型的FSS有振子型、條帶型、正交線型、矩型、圓形等形狀。電路模擬吸收體圖案比較復(fù)雜，一般由多個(gè)薄膜層組成。每層的設(shè)計(jì)不同且沿整個(gè)吸波體厚度變化，層間距離由設(shè)計(jì)頻率確定。這種吸波體一般用于吸收寬頻帶電磁波，目前已用于隱身飛機(jī)座艙蓋、隱身雷達(dá)天線罩的設(shè)計(jì)。

另一類吸波材料是稱為R卡的電阻性薄膜和纖維織物。這些材料由介質(zhì)基體材料與非常薄的真空沉積層、濺涂金屬或金屬陶瓷組成。R卡可利用沉積厚度逐漸變化和/或電阻率逐漸變化的材料構(gòu)成分級(jí)涂層。R卡用于機(jī)翼時(shí)，能較好地滿足氣動(dòng)外形的要求。在吸收前緣表面的次行波方面也很有效。2.紅外隱身材料〔1〕

紅外隱身材料作為熱紅外隱身材料中最重要的品種，因其堅(jiān)固耐用、成本低廉、制造施工方便，且不受目標(biāo)幾何形狀限制等優(yōu)點(diǎn)一直受到各國的重視，是近年來發(fā)展最快的熱隱身材料，如美國陸軍裝備研究司令部、英國BTRRLC公司材料系統(tǒng)部、澳大利亞國防科技組織的材料研究室、德國PUSH GUNTER和瑞典巴拉居達(dá)公司均已開發(fā)了第二代產(chǎn)品，有些可兼容紅外、毫米波和可見光。近年來美國等西方國家在探索新型顏料和粘接劑等領(lǐng)域作了大量工作。新一代的熱隱身涂料大多采用熱紅外透明度

[影響] 隱身材料是隱身技術(shù)的重要組成部分。武器系統(tǒng)采用隱身材料可以降低被探測率，提高自身的生存率，增加攻擊性，獲得最直接的軍事效益。因此隱身材料的發(fā)展及其在飛機(jī)、主戰(zhàn)坦克、艦船、箭彈上應(yīng)用，將成為國防高技術(shù)的重要組成部分。

隱身材料是實(shí)現(xiàn)武器隱身的物質(zhì)基礎(chǔ)。武器裝 備如飛機(jī)、艦船、導(dǎo)彈等使用隱身材料后，可大大減小自身的信號(hào)特征，提高生存能力。隱身材料按頻譜可分 為聲、雷達(dá)、紅外、可見光、激光隱身材料、按材料用途可分為隱身涂層材料和隱身結(jié)構(gòu)材料。聲隱身材料包 括消聲材料，隔聲材料，吸聲材料及消聲、隔聲、吸聲的復(fù)合體。主要用于新一代潛艇。雷達(dá)隱身材料能吸收雷 達(dá)波，使反射波減弱甚至不反射雷達(dá)波，從而達(dá)到隱身的目的。如日本研制的一種由電阻抗變換層和低阻抗諧振 層組成的寬頻帶高效吸波涂料，其中變換層由鐵氧體和樹脂混合組成，諧振層由鐵氧體導(dǎo)電短纖維和樹脂組成，在1～20吉赫的雷達(dá)波段上吸收率達(dá)20分貝以上。另外，一些由硅、碳、硼、玻璃纖維，以及某些陶瓷與有機(jī)聚 合物構(gòu)成的復(fù)合材料，有很高的機(jī)械強(qiáng)度，可用于制作部分結(jié)構(gòu)件，如飛機(jī)蒙皮、雷達(dá)天線罩等，同時(shí)又具有隱身 功能，這類材料稱為隱身結(jié)構(gòu)材料。紅外隱射材料主要用于車輛、艦艇、軍用飛機(jī)及其他軍用設(shè)施，使這些裝 備和設(shè)施的紅外輻射與背景基本達(dá)到一致，敵人的紅外探測器難以分辨。用鋁粉及含有二價(jià)鐵離子的材料作為 填充料，加到能透過紅外線的粘結(jié)劑中，可構(gòu)成紅外隱身涂料。可見光隱身材料通常由鋁粉、多屬氧化物粉和有 機(jī)物復(fù)合而成，或由摻雜的半導(dǎo)體材料構(gòu)成，可形成與背景顏色相匹配的迷彩圖案，滿足可見光隱身的要求。激 光隱身材料用來對(duì)抗激光制導(dǎo)武器、激光雷達(dá)和激光測距機(jī)，要求這些材料對(duì)激光的反射率低可吸收率高。對(duì) 隱身材料來說，對(duì)某種探測手段的隱身性能好，往往對(duì)另一種探測手段的隱身性能就不好。例如，對(duì)激光探測的 隱身性能好，對(duì)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，研制了兼容型隱身材 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。這是當(dāng)前隱身材料的發(fā)展方向。

第五篇：隱身材料專題

隱身材料專題

一、各種隱身飛機(jī)發(fā)展歷程介紹

1、美國第一次正式提出發(fā)展隱身技術(shù)是在1973年.這一年.美國國防部下屬的先進(jìn)研究計(jì)劃局(DARPA)提出了一項(xiàng)代號(hào)“海弗藍(lán)”(Have Blue)的研究計(jì)劃.這就是隱身技術(shù)研究的開始，在“海弗藍(lán)”計(jì)劃中，DARPA對(duì)之前世界各國關(guān)于隱身技術(shù)的研究情況，以及隱身概念的提出情況進(jìn)行了總結(jié)，甚至一直追溯到1936年最早的隱身飛機(jī)概念，當(dāng)時(shí)所提出的隱身飛機(jī)概念就是能夠不被肉眼發(fā)現(xiàn).不被雷達(dá)發(fā)現(xiàn)，不被紅外探測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，無法聽到聲音的飛機(jī)。

“海弗藍(lán)”計(jì)劃經(jīng)過一年多的進(jìn)展，向美國空軍提供了許多非常有價(jià)值的研究成果，有了這些成果的支持，美國空軍決定制造一架專用的驗(yàn)證機(jī)，即試驗(yàn)性隱身技術(shù)試驗(yàn)機(jī)(XST)。2、3、第一種真正的 “隱身”轟炸機(jī)是美國的F—117戰(zhàn)術(shù)轟炸機(jī)。美國洛克希德公司從70年代中期開始執(zhí)行秘密研制 “隱身”戰(zhàn)斗機(jī)的 “臭鼬工程”計(jì)劃。1977年原型機(jī)試飛成功，1981年定型投產(chǎn)。F—117外型奇特，翼身融為一體，整個(gè)機(jī)身表面幾乎全部由多個(gè)小平面拼命而成，可將雷達(dá)波以各種角度散射，不能形成有效的回波。

在美國入侵巴拿馬和海灣戰(zhàn)爭轟炸伊拉克的空襲中，美國多閃成功地使用F—117執(zhí)行轟炸任務(wù)，而一次也沒有被對(duì)方探測到。

4、世界先進(jìn)的隱形飛機(jī)

二、隱身材料分類及原理

隱身材料按頻譜可分為聲、雷達(dá)、紅外、可見光、激光隱身材料。按材料用途可分為隱身涂層材料和隱身結(jié)構(gòu)材料。這里便著重介紹幾類重要的隱身材料。

1、雷達(dá)吸波材料

它能吸收雷達(dá)波，使反射波減弱甚至不反射雷達(dá)波，從而達(dá)到隱身的目的。如日本研制的一種由電阻抗變換層和低阻抗諧振層組成的寬頻帶高效吸波涂料，其中變換層由鐵氧體和樹脂混合組成，諧振層由鐵氧體導(dǎo)電短纖維和樹脂組成，在1～20吉赫的雷達(dá)波段上吸收率達(dá)20分貝以上。雷達(dá)吸波材料中尤以結(jié)構(gòu)型雷達(dá)吸波材料和吸波涂料最為重要，國外目前已實(shí)用的主要也是這兩類隱身材料。A、結(jié)構(gòu)型雷達(dá)吸波材料

一種多功能復(fù)合材料，它既能承載作結(jié)構(gòu)件，具備復(fù)合材料質(zhì)輕、高強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，又能較好地吸收或透過電磁波，已成為當(dāng)前隱身材料重要的發(fā)展方向。

碳纖維對(duì)吸波結(jié)構(gòu)具有特殊意義，近年來，國外對(duì)碳纖維作了大量改良工作，如改變碳纖維的橫截面形狀和大小，對(duì)碳纖維表面進(jìn)行表面處理，從而改善碳纖維的電磁特性，以用于吸波結(jié)構(gòu)。美國先進(jìn)戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗機(jī)(ATF)結(jié)構(gòu)的50%將采用這一類結(jié)構(gòu)吸波材料。

B、雷達(dá)吸波涂料

雷達(dá)吸波涂料主要包括磁損性涂料、電損性涂料。

1）磁損性涂料主要由鐵氧體等磁性填料分散在介電聚合物中組成。目前國外航空器的雷達(dá)吸波涂層大都屬于這一類。這種涂層在低頻段內(nèi)有較好的吸收性。磁損型涂料的實(shí)際重量通常為8～16kg/m2，因而降低重量是亟待解決的重要問題。

2）電損性涂料通常以各種形式的碳、SiC粉、金屬或鍍金屬纖維為吸收劑，以介電聚合物為粘接劑所組成。這種涂料重量較輕(一般可低于4kg/m2)，高頻吸收好，但厚度大，難以做到薄層寬頻吸收

2、納米復(fù)合隱身材料

納米材料的特性：表面效應(yīng)，量子尺寸效應(yīng)，小尺寸效應(yīng)

納米復(fù)合隱身材料的隱身機(jī)理

由于納米材料的結(jié)構(gòu)尺寸在納米數(shù)量級(jí)，物質(zhì)的量子尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)等方面對(duì)材料性能有重要影響。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。

金屬粉體（如Fe、Ni等）隨著顆粒尺寸的減小，特別是達(dá)到納米級(jí)后，電導(dǎo)率很低，材料的比飽和磁化強(qiáng)度下降，但磁化率和矯頑力急劇上升。其在細(xì)化過程中，處于表面的原子數(shù)越來越多，增大了納米材料的活性，因此在一定波段電磁波的輻射下，原子、電子運(yùn)動(dòng)加劇，促進(jìn)磁化，使電磁能轉(zhuǎn)化為熱能，從而增加了材料的吸波性能。一般認(rèn)為，其對(duì)電磁波能量的吸收由晶格電場熱振動(dòng)引起的電子散射、雜質(zhì)和晶格缺陷引起的電子散射以及電子與電子之間的相互作用三種效應(yīng)來決定。

納米Si/C/N粉體的吸波機(jī)理與其結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。其理論認(rèn)為，在納米Si/C/N粉體中固溶了N，存在Si（N）C固溶體，而這些判斷也得到了實(shí)驗(yàn)的證實(shí)。固溶的N原子在SiC晶格中取代C原子的位置而形成帶電缺陷。在正常的SiC晶格中，每個(gè)碳原子與四個(gè)相鄰的硅原子以共價(jià)鍵連接，同樣每個(gè)硅原子也與周圍的四個(gè)碳原子形成共價(jià)鍵。當(dāng)N原子取代C原子進(jìn)入SiC后，由于N只有三價(jià)，只能與三個(gè)Si原子成鍵，而另外的一個(gè)Si原子將剩余一個(gè)不能成鍵的價(jià)電子。由于原子的熱運(yùn)動(dòng)，這個(gè)電子可以在N原子周圍的四個(gè)Si原子上運(yùn)動(dòng)，從一個(gè)Si原子上跳躍到另一個(gè)Si原子上。在跳躍過程中要克服一定勢壘，但不能脫離這四個(gè)Si原子組成的小區(qū)域，因此，這個(gè)電子可以稱為“準(zhǔn)自由電子”。在電磁場中，此“準(zhǔn)自由電子”在小區(qū)域內(nèi)的位置隨電磁場的方向而變化，導(dǎo)致電子位移。電子位移的馳豫是損耗電磁波能量的主要原因。帶電缺陷從一個(gè)平衡位置躍遷到另一個(gè)平衡位置，相當(dāng)于電矩的轉(zhuǎn)向過程，在此過程中電矩因與周圍粒子發(fā)生碰撞而受阻，從而運(yùn)動(dòng)滯后于電場，出現(xiàn)強(qiáng)烈的極化馳豫。

納米復(fù)合隱身材料因?yàn)榫哂泻芨叩膶?duì)電磁波的吸收特性，已經(jīng)引起了各國研究人員的極度重視。而其一旦應(yīng)用于實(shí)際產(chǎn)品，也必將會(huì)對(duì)各國的政治、經(jīng)濟(jì)、軍事等多方面產(chǎn)生巨大影響。

3、紅外隱身材料

紅外隱身材料作為熱紅外隱身材料中最重要的品種，因其堅(jiān)固耐用、成本低廉、制造施工方便，且不受目標(biāo)幾何形狀限制等優(yōu)點(diǎn)。紅外隱身材料主要有單一型和復(fù)合型兩種。

A、單一型紅外隱身材料

導(dǎo)電高聚物材料重量輕、材料組成可控性好且導(dǎo)電率變化范圍大，因此作為單一紅外隱身材料使用的前景十分樂觀，但其加工較困難且價(jià)格相當(dāng)昂貴，除聚苯胺外尚無商品生產(chǎn)。B、復(fù)合型紅外隱身材料

復(fù)合型紅外隱身材料主要有涂料型隱身材料、多層隱身材料和夾芯材料。

1)涂料型隱身材料

涂料型紅外隱身材料一般由粘合劑和填料兩部分組成。填料和粘合劑是影響紅外隱身性能的主要因素,目前的研究大多針對(duì)熱隱身。

2)多層隱身材料

多層隱身材料中最常見的是涂敷型雙層材料。一般有微波吸收底層和紅外吸收面層組成。3)夾芯材料

夾芯材料一般由面板和芯組成。面板一般為透波材料, 芯為電磁損耗材料和紅外隱身材料。

4、其它隱身材料

A、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。

B、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。

C、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)。

D、紅外隱身服

美國特立屈公司(TeledyncIndustr ies Inc)設(shè)計(jì)出一種紅外隱身效果較好的隱身服。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。

三、研究前景展望

對(duì)隱身材料來說，對(duì)某種探測手段的隱身性能好，往往對(duì)另一種探測手段的隱身性能就不好。例如，對(duì)激光探測的隱身性能好，一般對(duì)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(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。